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LABORATORIO DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL III
PRACTICA Nº 01
DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE DIFUSION DE LA SOLUCIÓN DE SACAROSA EN AGUA.
I. INTRODUCCION
La difusión de solutos en líquidos es muy importante en muchos procesos agroindustriales,
en especial en las operaciones de separación, como extracción líquido-líquido o extracción
con disolventes, en la absorción de gases y en la destilación. Resulta evidente que la
velocidad de difusión molecular en los líquidos es mucho menor que en los gases. Las
moléculas de un líquido están muy cercanas entre sí en comparación con las de un gas, por
tanto, las moléculas del soluto A que se difunde chocarán contra las moléculas del líquido B
con más frecuencia y se difundirán con mayor lentitud que en los gases. En general, el
coeficiente de difusión es de un orden de magnitud 105 veces mayor que en un líquido. No
obstante, el flujo específico en un gas no obedece la misma regla, pues es sólo unas 100
veces más rápido, ya que las concentraciones en los líquidos suelen ser considerablemente
más elevadas que en los gases.
II. OBJETIVOS
Determinar el coeficiente de difusión de la solución de azúcar que se difunde en el
agua
Comparar los resultados experimentales con el valor teórico de la literatura para el
coeficiente de difusión del sistema azúcar- agua.
III. FUNDAMENTO TEORICO
III.1. Difusión molecular
Si una solución es completamente uniforme con respecto a la concentración de sus
componentes, no ocurre ninguna alteración; en cambio, si no es uniforme, la solución
alcanzará espontáneamente la uniformidad por difusión, ya que las sustancias se moverán de
un punto de concentraci6n elevada a otro de baja concentración. La rapidez con la cual un
soluto se mueve en cualquier punto y en cualquier dirección dependerá, por tanto, del
gradiente de concentración en ese punto y esa dirección. Para describir cuantitativamente
este proceso, se necesita una medida apropiada de la rapidez de transferencia. La rapidez de
transferencia puede describirse adecuadamente en función del flujo molar, o moles/
(tiempo) (área), ya que el que se mide en una dirección normal a la difusión.
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III.2. Ecuaciones para la difusión en líquidos
Puesto que las moléculas de un líquido están más próximas unas de otras que en los gases,
la densidad y la resistencia a la difusión en aquél son mucho mayores. Además, y debido a
esta proximidad de las moléculas, las fuerzas de atracción entre ellas tienen un efecto
importante sobre la difusión. Puesto que la teoría cinética de los líquidos no está
desarrollada totalmente, escribiremos las ecuaciones para la difusión en líquidos con
expresiones similares a las de los gases. En la difusión en líquidos, una de las diferencias
más notorias con la difusión en gases es que las difusividades suelen ser bastante
dependientes de la concentración de los componentes que se difunden.
III.2.1. Contradifusión equimolar. A partir de la expresión general de transferencia de
materia se puede obtenerse una ecuación similar para contradifusión equimolar,
para gases en estado estacionario donde NA = NB
Donde NA es el flujo específico de A en kg mol A/s m2, DAB la difusividad de A en B en
m2/s, CA, la concentración de A en kg mol A/m3 en el punto 1, XA1, la fracción mol de A en
el punto 1 y CPROM, se define como:
Donde C
PROM es la concentración total promedio de A + B en kg mol/m3, M1 es el peso
molecular promedio de la solución en el punto 1 en kg masa / kg mol y ρ1 es la densidad
promedio de la solución en el punto 1 en kg/m3.
IV. MATERIALES Y METODOLOGÍA
MATERIALES
Equipo de ensayo armado para contradifusión equimolar (con agitadores y válvula)
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3 Kg de azúcar rubia Envase de 5 lt para preparar la solución de sacarosa a 40º Brix Termómetro o Termopar Cronometro Cinta métrica o regla Refractómetro Picnómetro
METODOLOGÍA
Acondicionar adecuadamente el equipo para determinar la difusividad entre líquidos.
Preparar la solución de sacarosa a 50 ºBrix. Verter un volumen de 5Lt de solución de sacarosa en uno de los recipientes, y en
otra 5Lt de agua calentada y agitar en ambos recipientes manteniendo la válvula cerrada.
Abrir la válvula y registrar la concentración en el recipiente de agua cada 2 minutos.
V. RESULTADOS Y CALCULOS
5.1. CÁLCULOS
DIFUSIVIDAD EN DISOLUCIONES LIQUIDAS:
CÁLCULO PARA CONTRADIFUSIÓN ENTRE 02 LÍQUIDOS:
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V
Z cA2cA1
DONDE:
Z : Distancia entre líquidos
V : Volumen de los líquidos (m3)
CA1 : Concentración en el recipiente 1
CA2 : Concentración en el recipiente 2
A : Área de tubo de conexión (m2)
∆t : Tiempo transcurrido para la variación de la concentración inicial (s)
DAB=V . Z
A.
C A2
C A1−CA 2
.1Δt
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DONDE:NA : Flujo especifico de A (molKg A/m2s)
Cprom : Concentración total promedio de A+B (molKg/m3)
M1 : Peso molecular promedio de la solución en el punto 1
M2 : Peso molecular promedio de la solución en el punto 2
XA1 : Fracción mol de A en 1
XA2 : Fracción de mol de A en 2
XB1 : Fracción de mol de B en 1
XB2 : Fracción de mol de B en 2
5.2. RESULTADOS
Registrar los datos experimentales en el siguiente cuadro:
Tiempo(seg.)
Concentración (CA1) (ºBrix)
Concentración (CA2) (ºBrix)
ρ1 (Kg/m3)(picnómetro
)
ρ2
(Kg/m3)(tablas
H2O a Tº)
Difusividad de solución de sacarosa en agua (m2/s)
Velocidad molarN A
(molKg/s)
% error
Para determinar el % de error de la difusividad de la sacarosa en el agua, comparar con el valor de 0.52*10 -9
m2/s a 25 ºC, Datos de Schartzberg y Chao (1982). Solute Diffusivities in leaching processes.
GRAFICAR LA CURVA DE CONCENTRACIÓN CA2 EN FUNCIÓN DEL TIEMPO (MIN).
GRAFICAR LA CURVA DE DIFUSIVIDAD EN FUNCIÓN DEL TIEMPO (MIN).
GRAFICAR LA CURVA DE VELOCIDAD MOLAR EN FUNCIÓN DEL TIEMPO (MIN).
VI. DISCUSIONES
VII. CONCLUSIONES
VIII. BIBLIOGRAFIA
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