Este documento discute los métodos para determinar experimentalmente los coeficientes de difusión en sistemas binarios gaseosos y líquidos. Describe tres métodos principales: 1) midiendo la evaporación de un líquido puro, 2) analizando la difusión entre dos gases puros separados inicialmente, y 3) usando un aparato de dos bulbos conectados por un capilar. También presenta datos experimentales típicos de difusividad y métodos para predecir la difusividad de gases basados en la teoría cinética y ecu

1. Asignatura: Operaciones Unitarias II
Tema: 1. Fundamento de Transferencia de Masa
Subtema: 1.3 Estimación de la difusividad para sistemas binarios gaseosos y líquidos.
PROFESOR: MIPA. JUAN CARLOS AGUILAR ARPAIZ
A. Determinación experimental de coeficientes de difusión
Se han empleado numerosos métodos experimentales
para determinar la difusividad molecular de mezclas
gaseosas binarias.
Algunos de los más importantes son como sigue:
1. Uno de ellos consiste en evaporar un líquido puro en
un tubo estrecho haciendo pasar un gas sobre el
extremo superior, tal como se mostró en la figura 6.2-
2a. Se mide la disminución del nivel del líquido con
respecto al tiempo, y la difusividad se calcula con
la ecuación (6.2-26).
FIGURA 6.2-2. Difusión de A a través de
B no difusivo y en reposo: a) benceno que
se evapora al aire,

2. A.1-14 Difusividad
1 m^2/s = 3.875E4 pie2/h
A.2-2 Presión de vapor de agua
T(R)= 460 + F
1 atm = 760 mm Hg

4. Resolver los problemas

6. Resolver los problemas

7. 2. En otro procedimiento, dos gases puros a presiones iguales se encierran en secciones
independientes de un tubo largo, separados por una división que se retira con lentitud para
iniciar la difusión. Transcurrido cierto tiempo se vuelve a introducir la división y se analiza el gas
de cada sección. Las difusividades de los vapores de sólidos como naftaleno, yodo y ácido
benzoico en un gas se han obtenido midiendo la velocidad de evaporación de una esfera. Se usa
entonces la ecuación (6.2-32). El problema 6.2-4 es un ejemplo de esto.
El flujo específico NA
NA es constante en estado estacionario.
FIGURA 6.2-3 . Difusión a través de un área de
corte transversal variable: a) Desde una esfera al
medio circundante

9. Resolver el problema

10. 325.6/273=1.1927 ^ 1.75 =1.3612 * 5.16E-6
= 7.024 E -6 m^2/s

11. 3. Uno de los métodos más útiles y comunes es el procedimiento de dos bulbos (Nl). El aparato consiste
en dos bulbos de vidrio cuyos volúmenes V1 y V2 m^3 están conectados por un capilar de área de sección
transversal A m^2 y longitud L, de volumen muy pequeño en comparación con V1 y V2, tal como lo
muestra la figura 6.2-4. En V1 se introduce A puro y en V2, B puro, ambos a la misma presión. Se abre la
válvula, se deja que la difusión se verifique por cierto tiempo, se cierra otra vez. Se analizan por separado
las mezclas de cada cámara.
Las ecuaciones pueden deducirse si
se desprecia el volumen capilar y se
supone que ambos bulbos tienen
siempre concentraciones uniformes.

12. B. Datos experimentales
de difusividad.
En la tabla 6.2-l se muestran
algunos valores típicos.
Perry y Creen (Pl) y Reid y
colaboradores (Rl) incluyen
otras tablas.

13. C. Predicción de la difiisividad de gases.
La difusividad de una mezcla binaria de gases en la región de gases
diluidos, esto es, a presiones bajas cercanas a la atmosférica, se puede
predecir mediante la teoría cinética de los gases. Se supone que el gas
consta de partículas esféricas rígidas completamente elásticas en sus
colisiones con otras moléculas, lo que implica conservación del
momento lineal.
donde u es la velocidad promedio de las moléculas.
En un tratamiento simplificado, se supone que no hay fuerzas de atracción o de repulsión entre las
moléculas. La deducción utiliza la trayectoria libre media λ, que es la distancia promedio que una
molécula recorre entre dos colisiones. La ecuación final es

14. Un tratamiento mas correcto y riguroso considera las fuerzas intermoleculares de atracción y repulsión entre
las moléculas, así como los diferentes tamaños de las molécula A y B. Chapman y Enskog (H3) han resuelto la
ecuación de Boltzmann, que no se basa en la trayectoria libre media λ, sino que usa una función de
distribución. Para resolver la fórmula se emplea una relación entre las fuerzas de atracción y repulsión para
cierto par de moléculas. En el caso de un par de moléculas no polares, la función de Lennard-Jones es una
aproximación bastante razonable.
La relación final para predecir la difusividad de un par de gases con moléculas de A y B es
Predice difusividades con desviación promedio de
aproximadamente 8 % hasta niveles de 1000 K
(Rl). Para una mezcla gaseosa polar-no polar.
La integral de colisión es una relación que proporciona la desviación de un gas con
interacción al compararlo con un gas de esferas rígidas de comportamiento elástico.
Este valor seria 1.0 para un gas sin interacciones.

15. Se usa con más frecuencia
el método semiempírico de
Fuller y colaboradores
(Fl), que es más
conveniente.
donde ∑vA = suma de incrementos de
volúmenes estructurales (Tabla 6.2-
2) y DAB = m^2/s. Este método se
puede aplicar a mezclas de gases no
polares o una combinación polar-no
polar.

16. ((7.73-7-03)/7.03))(100) = 9.96 = 10 %
MA C = 12.0107 * 4 = 48.0428
MA H = 1.00784 * 10 = 10.0784
MA O = 15.999 * 1 = 15.999
PM 74.1202
Tabla 7.2-1 DAB = 0.0703 E-4 m^2/s
DAB = 7.03 E-6 m^2/s
C4H10O
((1/74.1)+(1/29))^(1/2)*(273)^(1.75)(1E-7)= 4.0161E-4/(((1)((91.28)^(1/3)+(20.1)^(1/3))2) = 7.7011E-6