1. “DIFUSIÓN DE GASES Y LÍQUIDOS”
 CURSO: LABORATORIO DE INGENIERÍA DE ALIMENTOS II
 ALUMNA: MARTÍNEZ SALDAÑA YURICO ELIZABETH
 PROFESOR: ING. HUBERT ARTEAGA MIÑANO
 CICLO: VI
TRUJILLO-PERÚ
2011

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LABORATORIO Nº 01:
“DIFUSIÓN DE GASES Y LÍQUIDOS”
I. OBJETIVOS
 Familiarizar a los alumnos con los fenómenos de transferencia de masa.
 Dar a conocer la metodología para el cálculo del coeficiente de difusividad y
determinación de la velocidad de difusión de un gas
 Comparar los valores obtenidos experimentalmente con los valores encontrados en
la bibliografía.
II. FUNDAMENTO TEÓRICO
La difusión de las moléculas es debido a la gradiente de concentración. La difusión mide
la velocidad de trasferencia que tan rápido se va ir el alcohol (etanol) en el aire. La
difusión es el proceso por el cual una sustancia se esparce durante un proceso que se
realiza uniformemente en el espacio que encierra el medio en que se encuentra. Por
ejemplo: si se introduce una pequeña cantidad de gas A en un extremo de un tanque
cerrado que contiene otro gas B, rápidamente el gas A se distribuirá uniformemente por
todo el tanque.
La difusión es una consecuencia del movimiento continuo y elástico de las moléculas
gaseosas. Gases diferentes tienen distintas velocidades de difusión.
La Difusión de un gas ocurre cuando hay de un gas ocurre cuando hay movimiento de
moléculas de una área en la movimiento de moléculas de una área en la cual ejerce una
presión parcial a una área cual ejerce una presión parcial a una área en donde ejerce
presión parcial inferior. en donde ejerce presión parcial inferior.
LEY DE FICK:
La ley de Fick es el modelo matemático que describe la transferencia molecular de masa,
en sistemas o procesos donde puede ocurrir solo difusión o bien difusión más convección.
En este trabajo, una idea central será el cálculo de los coeficientes de transferencia de
masa para diferentes sistemas (estados de agregación de la materia ). La Difusión de un
gas ocurre cuando hay de un gas ocurre cuando hay movimiento de moléculas de una
área en la movimiento de moléculas de una área en la cual ejerce una presión parcial a
una área cual ejerce una presión parcial a una área en donde ejerce presión parcial
inferior. en donde ejerce presión parcial inferior.

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Un ejemplo simple y de geometría similar al usado en las otras formas de transporte. Dos
placas grandes se colocan a una distancia b, pequeña en comparación con las otras
dimensiones de la placa. El aire entre ambas está inicialmente seco y permanece libre de
corrientes. En el momento t = 0 la placa inferior se humedece completamente en un
líquido (digamos agua) y así se mantiene para asegurar que la película de fluido
adyacente a la misma conserve una concentración uniforme de vapor del líquido e igual al
de saturación a la temperatura y presión del sistema. La placa superior está constituida de
un material fuertemente adsorbente (sílica - gel si el vapor es de agua) que garantice que
la película de fluido vecina a la placa superior permanece a concentración cero. A medida
que transcurre el tiempo la humedad penetra en la película gaseosa hasta que alcanza la
placa superior y eventualmente pasado un espacio de tiempo suficientemente grande
alcanza el estado estacionario donde el perfil de concentraciones no cambiará más con el
tiempo.
En el experimento, para la película gaseosa completamente estancada se ha encontrado
que:
𝐽𝐴𝑍
∗
= −𝐷𝐴𝐵
𝜕𝐶𝐴
𝜕𝑍
Aquí DAB, la propiedad de transporte; es la difusividad másica de la especie A a través de
la especie B.
De ahí vemos donde Ji, es el flujo molar del componente A en la dirección z causado por
la difusión molecular, expresado en kg mol de Als. m2, DAB es la difusividad molecular de
la molécula A en B en m2/s, CA es la concentración de A en kg mol/m3, y z es la distancia
de difusión en m. En unidades cgs JiZ se da en g mol Als * cm2, DAB en cm2/s y cA en g mal
A/cm3. En unidades inglesas, Jl, se da en Ib molk . pie 2, DAB en pies*/h y cA en Ib mol/pie3.
Figura 1. Instalación de la tubería

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Ahora para el caso de difusión de un gas A a través de un gas B que no se difunde
(donde Nb=0) que es el caso que estudiaremos en el laboratorio. Para esto debemos
saber las siguientes fórmulas para hallar nuestros datos en el laboratorio:
 En función de las concentraciones:
𝑁𝑎=
𝐷𝑎𝑏∗𝐶∗(𝐶𝑎1
−𝐶𝑎2
)
𝐿∗𝐶𝑚𝑏
(3) 𝐶𝑚𝑏 =
(𝐶𝑏2−𝐶𝑏1
)
𝑙𝑛(
𝐶𝑏2
𝐶𝑏1
)
 En función de las presiones
𝑁𝑎=
𝐷𝑎𝑏∗𝑃∗(𝑃𝑎1
−𝑃𝑎2
)
𝐿∗𝑅𝑇∗𝑃𝑚𝑏
(4) 𝑃𝑚𝑏 =
(𝑃𝐶𝑏2−𝑃𝑏1
)
𝑙𝑛(
𝑃𝑏2
𝑃𝑏1
)
Donde:
𝐷𝑎𝑏 : Difusividad de A en B
C : Concentración total
𝐶𝑎1
,𝐶𝑎2
: Concentración del componente A en la posición 1 y 2
𝐶𝑚𝑏 : Concentración media logarítmica de B
P : Presión total
𝑃𝑎1
, 𝑃𝑎2
: Presión del componente A en la posición 1 y 2
𝑃𝑚𝑏 : Presión media logarítmica de B
R : Constante universal de los gases
T : Temperatura absoluta
L : Espesor del aire estancado
Variacion del flujo molar respecto al tiempo se puede expresar de la siguiente manera:
𝑁𝑎 =
𝜌
𝑀
∗
𝑑𝐿
𝑑𝑡
(5)
𝜌: Densidad del fluido
M: peso molecular del fluido que se difunde.

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Combinando la ecuación 3,4 con 5 e integrando entre los limites que se señalan y bajo las
condiciones impuestas en donde 𝐶𝑎2
=0, tenemos:
 En función de las concentraciones:
𝑡
(𝐿−𝐿0)
=
𝜌∗𝐶𝑚𝑏
2 𝑀 𝐷𝑎𝑏𝐶𝑎1
𝐶
∗ (𝐿 − 𝐿0 ) +
𝜌∗𝐶𝑚𝑏
𝑀 𝐷𝑎𝑏𝐶𝑎1
𝐶
∗ 𝐿0 (6)
 En función de las presiones:
𝑡
(𝐿−𝐿0)
=
𝜌∗𝑃𝑚𝑏
2 𝑀 𝐷𝑎𝑏𝑃𝑎1
𝑃
∗ (𝐿 − 𝐿0 ) +
𝜌∗𝑃𝑚𝑏∗𝑅𝑇
𝑀 𝐷𝑎𝑏𝑃𝑎1
𝑃
∗ 𝐿0 (7)
Estas ecuaciones tienen la forma de una recta:
Y= bx +A
Siendo b= pendiente
a= intercepto
De esto se puede obtener la difusividad de 𝐷𝑎𝑏, así:
En función de las concentraciones
𝐷𝑎𝑏 =
𝜌∗𝐶𝑚𝑏
2 𝑀 𝐶𝑎1
𝐶∗𝑏
(8)
En función de las presiones
𝐷𝑎𝑏 =
𝜌∗𝑃𝑚𝑏∗𝑅𝑇
2 𝑀 𝑃𝑎1
𝑃∗𝑏
(9)
III. MATERIALES Y EQUIPOS:
 Alcohol etílico (reactivo muy volatil9
 Capilares
 Regla cuadrada
 Cronómetro

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IV. METODOLOGÍA:
 Instalar el esquema experimental mostrado en la práctica, registrar la temperatura
a la que realizará el experimento y mantenerla constante.
 Hacer circular aire proveniente de un compresor (pero no usamos el compresor en
la práctica por lo que iba ser muy tedioso encontrar los valores exigidos en la
práctica), en la posición 2 de tal manera de asegurar Ca2=0.
 Medir intervalos de tiempo, la distancia 1 y 2 cuando comienza el experimento al
tiempo inicial 0 le corresponderá la altura inicial L0.
V. RESULTADOS:
TABLA 1. Resultados experimentales de difusión de gases y líquidos del alcohol a
96° con una temperatura de 24.5°C.
Figura1. L-L0 (cm) vs. t/(L-Lo) (s/cm) de la muestra del Etanol .
TIEMPO (s) L (cm) t/(L-Lo) (s/cm) L-Lo (cm)
570 2.2 1628.571 0.350
960 2.35 1920.000 0.500
1290 2.55 1842.857 0.700
y = 558.3x + 1508.7
R² = 0.4215
1600.000
1650.000
1700.000
1750.000
1800.000
1850.000
1900.000
1950.000
0.000 0.200 0.400 0.600 0.800
t/(L-Lo)
(s/cm)
L-Lo (cm)

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 La Presión de Vapor del Etanol es:
Petanol =57.4 torr
 De mi ecuación de a recta:
y=558.3x+1508.7
 Por lo tanto:
b= 558.3
a=1508.7
 La densidad del etanol 96° a T°=24.5°C, es: 𝝆𝒆𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 = 𝟗𝟑𝟓. 𝟗𝟑𝟑𝒌𝒈/𝒄𝒎𝟑
El Pb2 =P atmoósfera =1 atm. = 760 torr.
El Pb1 = Patm. – P alcohol = 760-57.4=702.6 torr.
 La presión media logarítmica de B, es:
𝑃𝑚𝑏 =
(𝑃𝐶𝑏2−𝑃𝑏1
)
𝑙𝑛(
𝑃𝑏2
𝑃𝑏1
)
𝑃𝑚𝑏 =
(760− 702.6)𝑡𝑜𝑟𝑟
𝑙𝑛 (
760 𝑡𝑜𝑟𝑟
702.6𝑡𝑜𝑟𝑟
)
𝑷𝒎𝒃 = 𝟕𝟑𝟎. 𝟗𝟐𝟒𝟒 𝒕𝒐𝒓𝒓
 Ahora encontrando 𝐷𝑎𝑏 𝑒𝑛 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠:
𝐷𝑎𝑏 =
𝜌 ∗ 𝑃𝑚𝑏 ∗ 𝑅𝑇
2 𝑀 𝑃𝑎1
𝑃 ∗ 𝑏
𝐷𝑎𝑏 =
(935.933
𝑘𝑔
𝑐𝑚3)(730.9244 𝑡𝑜𝑟𝑟)(62.36367
𝑡𝑜𝑟𝑟
𝑘.𝑚𝑜𝑙
)(297.5𝑘)
2 (
46𝑔
𝑚𝑜𝑙
)(57.4 𝑡𝑜𝑟𝑟)(760𝑡𝑜𝑟𝑟)(
558.3𝑠
𝑐𝑚2 )
𝑫𝒂𝒃 = 𝟓. 𝟔𝟔𝟔𝟒 𝒙 𝟏𝟎−𝟑
𝒄𝒎𝟐
/𝒔

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TABLA 2. Parámetros del etanol utilizados en el análisis
VI. DISCUSIONES
 Según Mott, (1996), el valor de la difusividad DAB debe ser mayor para los líquidos
más volátiles (benceno, acetona y alcohol), ya que éstos tienden a evaporarse con
mayor facilidad, además de presentar una alta velocidad de transferencia de masa;
observándose este suceso en el experimento del alcohol (etanol).
Comprando lo dicho por Mott, (1996), y nuestra tabla 3, vemos que (Dab =
5.6664 x 10−3
cm2
/s), las moléculas del etanol se difundieron más comparándolas con
la de benceno, debido a que estas moléculas tienden a evaporarse con mayor
velocidad.
TABLA 3. Valores obtenidos del benceno y del etanol
Líquido
Peso
molecular
(g/mol)
Densidad
(g/cm3)
Coef. difusión
cm2/s (25ºC)
(Geankoplish)
BENCENO 78 0,88 0.0962
ETANOL 46 0.81 0.135
 Según Treyball (2004), las dimensiones para la difusividad en líquidos son las mismas
que para la difusividad de gases; longitud2/tiempo. Sin embargo, diferencia del caso de
los gases,la difusividad varía apreciablemente con la concentración.
En nuestro caso vemos que no utilizamos gases por lo que solo usamos líquidos, es
por eso que el valores de la difusividad afecta de manera directamente proporcional a
mayor velocidad de aire hay mayor transferencia de masa.
P1 (torr) 702.6 torr
DAB 5.6664*10-3
cm2
/s
PBM 730.9244 torr
Na 0.016524

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 Según Geankoplis (1998), sustancias con mayor volatilidad, presentan una velocidad
de difusión mucho mayor que otras sustancias menos volátiles. Esto se pudo
comprobar observando el etanolque se difundió más rápido en el sistema con
ventilación, es decir presentó mayor diferencia de alturas (∆Z), que varían con el
tiempo (que se expresa a través de dz/dt).
VII. CONCLUSIONES
 Se llegó a familiarizar los fenómenos de trasferencia de masa. Donde el líquido más
volátil tiene una mayor velocidad de transferencia de masa, los cuales en el
experimento fueron alcohol y benceno respectivamente.
 Se pudo llegar a dar a conocer la metodología para el cálculo de coeficiente de
difusividad y determinación de velocidad de difusión de un líquido.
 Se comparó los valores de difusividad obtenidos con la bibliografía donde obtuvimos
en la práctica (Dab = 5.6664 x 10−3
cm2
/s) y según Geankoplish (Dab= 0.135).
VIII. RECOMENDACIONES
 Debemos medir correctamente las alturas en cada tiempo requerido utilizando una
pipeta para que el nivel inicial de los capilares sea igual.
 Utilizar otros líquidos para ver la difusión que tienen en el aire y en otros gases.
 Usar instrumentos de medición más exactos ya que los usados en laboratorio son
ineficaces al momento de realizar los experimentos.
 Usar correctamente los instrumentos y equipos existentes en el laboratorio de
operaciones de ingeniería de alimentos.
IX. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Geankoplis, C. (1998),”Procesos de transporte y operaciones unitarias”. tercera
edición. compañía editorial continental, S.A. México.
Mott, R. (1996) Difusión molecular. 4ª. Ed. México: Prentice-Hall 580 p.
Treybal,R. Operaciones De Transferencia De Masa. McGRAW-HILL. Segunda
edición. México

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ANEXOS