CONSTANTE DE DIFUSIVIDAD DEL KMnO4
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
DETRMINACION DE LA CONSTANTE DE DIFUSIVIDAD DEL KMnO 4
CÁTEDRA
:
TRANSFERENCIA DE MASA
CATEDRÁTICO
:
Ing. MANUEL NESTARES GUERRA
ALUMNO
:
DAVILA TORRES, Erick Steven
SEMESTRE
:
IX
FECHA DE ENTREGA
:
25 de Junio
HUANCAYO – PERÚ 2014
TRANFERENCIA DE MASA
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CONSTANTE DE DIFUSIVIDAD DEL KMnO4
RESUMEN En esta experiencia estudiamos la difusión del permanganato de potasio, en el agua, para el caso bidimensional. Modelando la concentración, mediante una función gaussiana se logró determinar la dependencia del radio de la difusión con el tiempo, resultando r ∝√t, para temperatura constante. A partir de la aproximación gaussiana es posible obtener el valor del coeficiente de difusión. Por otra parte, se analizaron las modificaciones del proceso difusivo, debido a la variación de la temperatura. Observándose que el valor del coeficiente de difusión aumenta con el incremento de la temperatura
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ABSTRACT The experiment we studied the diffusion of potassium permanganate in water, for the two dimensional case. Concentration by modeling, using a Gaussian function is able to determine the dependence of the radius of the diffusion time, r α √ t, resulting, for constant temperature. From the Gaussian approximation is possible to obtain the value of the diffusion coefficient. Moreover, modifications of the diffusion process due to the temperature variation is analyzed. Observed that the diffusion coefficient increases with increasing temperatura
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INDICE TITULO
Pág.
RESUMEN
iii
ÍNDICE
vi
HOJA DE NOMENCLATURA
v
INTRODUCCIÓN
vi
OBJETIVOS
vii
I.
a. Objetivo General
viii
b. Objetivo Específico
ix
MARCO TEÓRICO
7
1.1 Difusión de líquidos en medio poroso
7
1.2. Ejemplo de difusión en medio poroso
3
II.
METODOLOGÍA
12
2.1 Materiales y Equipos
12
Para la construcción del Modulo
Para la determinación de Concentraciones y Tiempos:
2.2 Reactivos
12
2.3 Procedimiento Experimental
14
Construcción de los 03 Modulo
Preparación de Reactivos:
Corridas Experimentales
2.4 Cálculos Realizados III.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
23 38
a. Resultados
38
b. Discusión de los Resultados
40
IV.
CONCLUSIONES
41
V.
RECOMENDACIONES
42
VI.
BIBLIOGRAFÍA
43
VII.
APÉNDICE
44
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5iii
CONSTANTE DE DIFUSIVIDAD DEL KMnO4
NOMENCLATURA JA
= Flujo molar de la especie A, relativa a la velocidad molar promedio.
wA
= Flujo difusivo instantáneo.
CA
= Concentración molar de la especie A.
dC A
D
dz
= Gradiente de Concentración en la dirección z.
= Factor de proporcionalidad o difusión de la masa o coeficiente de Difusión correspondiente a la especie A que se difunde a través del componente B m
2
s
.
Def
= Difusividad efectiva.
θ
= Superficie real expuesta a la transferencia.
= Longitud real mayor que uno.
C1
= Constante número 1
C2
= Constante número 2
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INTRODUCCIÓN El presente reporte de laboratorio tiene como finalidad presentar los conocimientos
adquiridos en la pasada práctica de laboratorio llamada “Difusividad de Fick”. En este reporte se presentan los métodos y cálculos necesarios para el uso de las ecuaciones de la ley de Fick para calcular la difusividad presente en el experimento de permanganato de potasio en agua. Es necesario calcular la masa del permanganato de potasio, volumen en el que se difunde, el área, la velocidad y el tiempo en que actúa la difusión, además de las densidades y viscosidades. El experimento se basó en un fragmento de permanganato de potasio, se dejó caer en el centro de una placa de Petri con agua, y se observó el avance de la difusión gracias a una hoja colocada por debajo con las mediciones marcadas. Se presentan evidencias de la realización del experimento en forma de imágenes, datos obtenidos, métodos y cálculos.
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OBJETIVOS
Determinar el coeficiente de difusividad de KMnO4en agua experimentalmente.
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I. MARCO TEORICO 1.1 DIFUSIÓN Fenómenos de transporte por movimiento atómico. La mayor parte de los procesos y reacciones más importantes del tratamiento de materiales, se basan en la transferencia de masa. Se entiende por difusión, el proceso por el cual las moléculas se entremezclan, como consecuencia del movimiento aleatorio que le impulsa su energía cinética. Consideremos dos contenedores de gas A y B separados por un separador, las moléculas de ambos gases están en constante movimiento y efectúan numerosas colisiones contra el separador. Si se elimina este separador, se mezclarán los gases debido a las velocidades aleatorias de sus moléculas; con el tiempo, se producirá en el recipiente una mezcla uniforme de moléculas de A y B. La tendencia a la difusión es muy fuerte incluso a temperatura ambiente, debido a las altas velocidades moleculares asociadas a la energía térmica de las partículas.
Velocidad
de
Difusión.
Puesto que la energía cinética media de los diferentes tipos de moléculas (masas diferentes) que están en equilibrio térmico es la misma, entonces sus velocidades medias son diferentes. Su velocidad de difusión media, se espera que dependa de esa velocidad media.
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En el estado estacional
Difusión
La difusión es un proceso que depende del tiempo: la cantidad de un elemento transportado dentro de otro es una función del tiempo. Muchas veces es necesario conocer a qué velocidad ocurre la difusión, o la velocidad de la transferencia de masas.
En el estado no estacionalLa mayoría de las situaciones prácticas de difusión son en estado no estacionario. En una zona determinada del sólido, el flujo de difusión y el gradiente de difusión varían con el tiempo, generando acumulación o agotamiento de las sustancias que difunden.
En ocasiones es necesario conocer a qué velocidad ocurre la difusión, o la velocidad de la transferencia de masas. Normalmente esta velocidad se expresa como un flujo de difusión (J), definido como la masa (número de átomos) a (M) que difunden perpendicularmente a través de la unidad de área de un sólido por unidad de tiempo. La expresión matemática se puede representar por:
J=M/At
Dónde:
A = área a través de la cual ocurre la difusión
t = tiempo que dura la difusión.
El flujo de difusión (J) se expresa en kilogramos o átomos por metro cuadrado por segundo (kg/m 2 s). La condición para que exista estado estacional, es que el flujo de difusión no cambie con el tiempo. En los problemas de difusión suele ser más conveniente expresar la concentración en función de la masa de las substancias que se difunden por unidad de volumen del sólido (kg/m 2 o g/cm3).
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II.
METODOLOGIA
2.1 MATERIALES Y EQUIPOS:
Placa petri
Espátula
Hoja de cuadro
Regla ó cinta métrica
Balanza analítica
Vernier
Cronómetro
2.2 REACTIVO
0.0163 g de KMnO4 (Cristal)
11.53g de agua destilada
Reactivo •
0.0163 g de KMnO4 (Cristal)
2.3 PROCEDIMIENTO: 1. Dibujar un plano cartesiano con ayuda de la regla, realizar la medición de los ejes coordenados. 2. Hacer uso del equipo de protección, guantes y lentes de seguridad. 3. Pesar el agua (11.53g) y el KMnO4 (0.03 g). 4. Colocar la placa petri sobre la hoja, exactamente en el origen del plano. 5. Preparar el cronómetro. 6. Dejar caer el cristal justo en el centro de la placa petri u origen del plano cartesiano. En el instante en que el cristal entra en el agua, realizar la medición de la difusión de KMnO4 en agua, con ayuda del cronómetro. 7. Se detiene el cronómetro en 144s y al mismo tiempo se retira el cristal de la placa y se pesa de nuevo dando un peso de 0.0297gr. 8. Finalmente se realizan los cálculos correspondientes para obtener el coeficiente de difusión de KMnO4 en el agua.
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2.4 REPRESENTACIÓN GRAFICA En un t=0 :
Difusión en un tiempo de 5 min:
Difusión en tiempo de 12 min
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2.5 CÁLCULOS REALIZADOS:
Cálculos:
Donde:
= Densidad de corriente de partículas = Coeficiente de difusión = concentración = longitud Donde:
= Masa difundida = Area (2*pi*r*h) = Tiempo (s) ( )
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RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1 RESULTADO:
El coeficiente de difusión seria 3.2 DISCUSIÓN DE RESULTADOS:
De la grafica podemos observar que para un tiempo de 3 horas la concentración varia de mayor a menor, excepto en el ultimo punto en el que observamos un incremento de concentración, en los demas tiempos (4y 5 horas) la concentración no es la que se debio obtener, esto quiza se deba a que al momento de titular la muestra se agrego una pequeña cantidad de fenolftaleina, y esto se ve reflejada en los resultados.
Para tener una grafica mas exacta se debio de tomar muestras cada 15 minutos, por que como se observa en la grafica en un intervalo de tiempo mas grande se tiene la probabilidad de no tener buenas lecturas y obtener resultados mas exactos.
CONCLUSIONES
Se determinó el perfil de concentración para el sistema MEDIO
SISTEMA
TIEMPO
POROSO
3
Esponja
4
Esponja
5
Esponja
PERFIL DE CONCENTRACION
H20 NaOH H20 NaOH H20 NaOH
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Determinamos la densidad de flujo molar para el sistema. MEDIO
SISTEMA
TIEMPO
POROSO
3
Esponja
4
Esponja
5
Esponja
J (mol/cm2.seg)
H20 NaOH H20 NaOH H20 NaOH
RECOMENDACIONES
Trabajar con soluciones con concentraciones diluidas
Adherir correctamente el material poroso, evitando las fugas sobre la base y paredes de las cubas para que se de una buena difusión entre ambas soluciones.
Titular con precisión para obtener buenos resultados.
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Agitar constantemente las dos soluciones para obtener una homogeneidad en las soluciones.
BIBLIOGRAFÍA
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PAGINAS WEB
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/transporte/difusion/difusion.htm
http://www.monografias.com/trabajos10/semi/semi.shtml
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