equipo para determinaciÓn del coeficiente de difusiÓn de gases
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DEPARTAMENTO DE INGENIRIA QUÍMICA
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS
INSTRUCTIVO: COEFICIENTE DE DIFUCION DE GASES
BORRADOR: 1
OPERACIÓN DE EQUIPOMANTENIMIENTO
FECHA: 08/01/2013PÁGINA: 1-7
EQUIPO PARA DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE DIFUSIÓN DE GASES
INTRODUCCIÓN:
La determinación experimental del coeficiente de difusión, DAB, para una mezcla binaria, se puede realizar mediante un dispositivo tal como una probeta con dimensiones tales que los efectos en los límites del sistema se pueden despreciar. Supóngase, asimismo, que en su interior se evapora lenta y continuamente un líquido puro A, y que sus vapores se difunden a través de un gas inerte B. Durante el experimento, la temperatura y la presión se mantendrán constantes. Por otra parte, sólo se considerará difusión en la dirección del eje “z”.
Este equipo de laboratorio han sido diseñados para permitir la medición de difusividad molecular con el fin de familiarizar a los estudiantes con los conceptos básicos de la teoría de trasferencia de masa.El equipo de difusividad gaseosa (CERa) utiliza la difusión con flujo a granel.
POSIBILIDADES EXPERIMENTALES:
Medición directa de velocidades de transferencia de masa en ausencia de efectos de convección.
Uso de las leyes de los gases para calcular diferencias de concentración en términos de presiones parciales.
Uso de la ley de Fick para medir coeficientes de difusión en presencia de un gas estacionario.
Medición del efecto de la temperatura en los coeficientes de difusión. Familiarizarse con el uso de instrumentos de laboratorio para obtener
mediciones precisas de datos requeridos para el diseño de procesos industriales.
DESCRIPCIÓN DE LAS PARTES DEL EQUIPO:
El equipo consta de un conjunto de acrílico que se sub-divide en dos compartimentos. un compartimento (4) está construido a partir de material acrílico transparente y se utiliza como un baño de agua de temperatura constante, el otro compartimiento (15) incorpora una bomba de aire y los controles eléctricos necesarios para el equipo. El conjunto está montado sobre patas ajustables (6).
El agua en el baño se calienta mediante un elemento de cartucho (7) que es controlado por una temperatura PID ajustable (11) conectado a un sensor de temperatura PTC (termistor) (3) montado en la pared de la bañera. La temperatura del baño también está indicada en un termómetro de vidrio (1) montado en una glándula en la parte superior de la bañera. El sistema de control de temperatura se conecta mediante el interruptor de la izquierda (12). Un
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interruptor de flotador (16) en el baño se desconecta la alimentación eléctrica al elemento de cartucho si el nivel de agua es demasiado bajo.
La altura del líquido en el tubo capilar se controlará mediante un microscopio móvil (10) montado en un soporte de apoyo desmontable (9) que incorpora un indicador de altura de vernier (8)
El baño de agua se fitteg de un grifo de la palanca de accionamiento (5) para facilitar el drenaje utilizando una pieza de tubo flexible. agua no debe ser drenada del tanque mientras está caliente.
El equipo está conectado a la alimentación eléctrica mediante el cable integral (13). Un dispositivo de corriente residual (RCD) denominan alternativamente, un interruptor de protección de corriente o del interruptor diferencial está instalada en el extremo de la derecha del equipo para proteger al usuario en caso de una falla eléctrica. Los componentes eléctricos están protegidos por un disyuntor montado junto con el RCD.
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DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO:
La difusión de un vapor 'A' de un líquido volátil a otro gas 'B' puede estudiarse confinando una pequeña muestra del líquido en un tubo vertical estrecho, y observando su velocidad de evaporación a un flujo de gas 'B' que pasa a través de la parte superior del tubo. Normalmente, para propósitos didácticos sencillos, 'B' es aire y 'A' es un disolvente orgánico, por ejemplo acetona o alcohol metílico.
El aparato consiste esencialmente en un tubo capilar de vidrio colocado en un baño de agua de paredes transparentes de temperatura controlada. Un tubo de vidrio horizontal está sujeto al extremo superior del tubo capilar, y el aire es impulsado por este tubo por una pequeña bomba de aire incluida con la unidad. Este sistema permite mantener una diferencia de presión parcial dentro del tubo capilar, entre la superficie del líquido en evaporación y el flujo de aire. Un microscopio móvil, con escala de nonio deslizante, está montado en un soporte rígido junto al baño termostático, y se utiliza para medir la velocidad de descenso del menisco de disolvente/aire dentro del capilar.
La relación entre la velocidad de transferencia de masa molar medida ('N A' por área unitaria), el gradiente de presión parcial y el coeficiente de difusión D se deduce a partir de la versión de la ley de Fick de estado estable en una dimensión con flujo global:
N A=−D[C A+CB ]
[CB ].d CAdy
Donde C A y CB son las concentraciones molares de 'A' el vapor y 'B' al aire, respectivamente.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS A:
Aparato de coeficientes de difusión gaseosa CERa
Baño termostático: capacidad 4,0 litros Resistencia de calentamiento de agua: 500 vatios Controlador de temperatura: intervalo 0 a 60°C, tipo
activado/desactivado Sensor de temperatura: PTC Intervalo de nonio: resolución 0 a 70 x 0,10 (mm)
REQUISITOS PARA FUNCIONAMIENTO:
Suministro eléctrico: CERa-A: 220-240V/monofásico/50Hz
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MANUAL DE OPERACIONES:
1. Llenar el baño con agua limpia, hasta aproximadamente 25mm desde la parte superior del baño. Es importante que:
1.1. El gua no exceda los 80ºC ya que puede dañar el baño. Asegúrese que el control de temperatura no sea programado encima de los 60ºC
2. Colocar el microscopio en el soporte y ajuste con el tornillo de la abrazadera.
3. Afloje el casquillo que se encuentra en la parte superior del baño e inserte el termómetro de vidrio. Ajuste el casquillo para sujetar el termómetro, pero no lo vaya a ajustar demasiado.
4. No ajuste el tubo capilar en esta etapa ya que podría ser necesario limpiarlo, después llénelo con acetona antes de su uso. El proceso de llenado con acetona se describe a continuación:
4.1. Una solución débil de detergente debe ser inyectada en el interior del tubo lentamente como se indica en el dibujo.
4.2. Con la punta de la aguja a través del borde del capilar, presione generosamente la jeringa de modo que las gotas de la solución caiga a través de la pared del tubo capilar. Si la solución no fluye hacia el fondo del tubo y en vez de esto forma un menisco con aire atrapado, se debe tocar con el dedo, suavemente, la pared del tubo cerca del menisco. Repita el proceso hasta que el tubo del capilar esté lleno.
4.3. Para vaciar el tubo simplemente agítelo, mientras este al revés hasta que la solución se haya ido por completo.
4.4. El tubo capilar puede ser ahora preparado con acetona usando el mismo procedimiento, pero esta vez no será necesario tocar el tubo ya que la acetona descenderá con facilidad. La profundidad de la acetona debe ser aproximadamente 35mm cuando esté llena.
5. Cuando instale el capilar, esté debe ser insertado en el soporte ajustable colocado en la parte superior del baño. No lo ajuste demasiado.
6. Conecte el cable principal al suministro eléctrico asegurándose de que el voltaje del suministro sea de 110/120V, 60 Hz. Cambie el dispositivo de la corriente residual (RCD), elevando el nivel del mismo. Presione el botón de prueba y observe que la palanca desenganche. Resetee la palanca a la posición “encendido”. Es importante que:
6.1 Si el RCD no se dispara cuando el botón de prueba está presionado, NO USE EL EQUIPO.
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7. Coloque en encendido el braker que se encuentra en la parte derecha inferior del equipo, moviendo la palanca.
8. Opere el interruptor del calentador y establezca el control de temperatura en 49ºC. Para operar el control del calentador.
8.1 El control de temperatura usualmente indica la temperatura del agua del baño. Para programar dicho controlador presione el botón “SET”.
8.2 Para cambiar el valor presione los botones “ ” para aumentar y el botón “” para disminuir como se requiere pero manteniendo presionado el botón “SET”
8.3 Para evitar daños del equipo no programe temperaturas mayores a 60ºC
9. Chequee que el agua se caliente hasta 40ºC y se mantenga constante (±1ºC).
10. Encienda la bomba de aire. Controle que la corriente de aire esté.
MANTENIMIENTO:
Rutinario:
Para preservar la vida y la eficiencia de operación del equipo es importante que el equipo cuente con un adecuado mantenimiento. Un mantenimiento regular del equipo es responsabilidad del ultimo usuario y debe ser desarrollado por una persona calificada y capacitada en el funcionamiento del equipo.
Regular:
1. Desconecte el equipo del suministro eléctrico cuando el equipo no esté en uso.
2. Si el equipo va a permanecer inactivo durante un tiempo considerablemente largo se debe drenar el baño de agua.
3. Limpie todo el equipo después del uso. 4. No use solventes abrasivos para realizar la limpieza del tanque de agua.
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EQUIPO PROBLEMA CAUSA MEDIDA DE CAUTELAB
año
de a
gua
DeformaciónAltas
temperaturas
No superar los 80ºC(rango de operación mínimo
40ºC y máximo 60ºC)
CuarteadurasGolpes
Manejo del equipo mediante una mesa movible para evitar
moverlo.Evitar sacudir al taque para
acelerar el vaciado del mismo.
Crecimiento de Hongos
Crecimiento de microorganism
os
Lavar el baño de agua regularmente
Desinfectar el tanque de agua regularmente
No guardar el tanque de agua lleno o húmedo
Almacenarlo en un lugar secoRemover todo tipo de algas, hongos, etc que permitan la
proliferación y crecimiento de micro-organismos.
Paredes laterales turbias
Fricción
No limpiar con líquidos corrosivos.
No utilizar esponjas abrasivas.Limpiar solo con agua y dejar
secar al clima.
Part
e el
éctr
ica
Daño eléctrico del equipo.
Problemas con el suministro
de electricidad
El equipo funciona con una tensión de suministro de energía
eléctrica principal. Debe ser conectado a una fuente de la
misma frecuencia y el voltaje que aparece en el equipo o los cables
de la red eléctrica.Si tiene alguna duda, consulte a
un electricista cualificado o póngase en contacto con
Armfield.El equipo no debe ser operado con cualquiera de los paneles
retirados.Paso de
corriente hacia el operario
Mal uso el equipo se
convierte en electricidad
peligrosa
Para dar mayor protección del operador, la unidad incorpora un dispositivo de corriente residual (RCD), como parte integrante de
este equipo. El RCD se desconecta el suministro
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eléctrico y reducir la gravedad de una descarga eléctrica.
Una vez al mes, compruebe que el RCD funcione correctamente
presionando el botón TEST
No funciona el equipo
Por caídas / golpes
Realizar el Test para verificar la fiabilidad del equipo. Si existen
daños comuníquese con Armfield.
Capi
lar
Deja de funcionar
Por caídas/golpes
Verificar si el equipo sigue siendo confiable.
Si existe un daño grave se debe cambiar el capilar.
Para evitar daños en el equipo se debe tener cuidado al momento
de manipularlo.
Paredes laterales turbias
Por fricción
No limpiar con líquidos corrosivos.
No utilizar esponjas abrasivas.Limpiar solo con agua y dejar
secar al clima.
Taponado ObstrucciónSe debe tener cuidado de que no se tapone con basuras u objetos.
Ter
móm
etro
Cuarteaduras Caídas o golpes
Cambiar el equipo en caso de fraccionamiento.
Revisar el equipo para verificar que no tenga fugas.
Tener cuidado al momento de manipular el equipo.
Man
guer
as Fugas Fracturas.No jalar por ningún motivo la
manguera.
Taponamiento Obstrucción.Se debe tener cuidado de que no se tapone con basuras u objetos.
Descamación DeterioroCambio del equipo por
envejecimiento.
PELIGROS:
El baño de agua podría resultar dañado si la temperatura del agua supera los 80 º C. Asegúrese de que el controlador de temperatura no está por encima de 60 º C en uso (el equipo se suministra con el controlador ajusta para controlar a 40 º C y el punto de ajuste se limita a 60 º C como máximo.)
Si la pantalla LCD no se dispara cuando el botón de prueba está presionado NO UTILICE EL EQUIPO. El equipo debe ser revisado por un electricista competente antes de que el equipo sea utilizado nuevamente.
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BIBLIOGRAFIA:
Bridge House West Street Ringwood, MASS TRANSFER AND DIFFUSION COEFFICIENTS, [web en línea], http://www.discoverarmfield.co.uk/data/pdf_files/cer.pdf, (08/01/2013)
Armfield. Engineering Teaching y Research Equipment. Agosto 2007.(08/01/2013).
Alberto Soria López. Universidad Autónoma Metropolitana – Iztapalapa. Septiembre de 2003. LABORATORIOS DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE. http://cbi.izt.uam.mx/iq/Practicas%20Laboratorios/fentrans/man_lab_fen_trans.pdf . (paginas: 57-59)(10/01/2013).
AUTOR: ESTEFANIA VILLACIS