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Conductividad de mezclas gaseosas
José Oscar Guzmán
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Resumen/Descripción – provisto por el repositorio digital
Con el fin de hallar un método, aplicable a la industria, que permita determinar fácilmente la composición de mezclas gaseosas, utilizando un aparato sencillo, de determinado grado de exactitud y límite de apreciación, es que hemos encarado el estudio de la conductividad térmica de gases cuya aplicación práctica a mezclas de tricloroetileno-aire era nuestro objetivo principal; pues queríamos conocer cuando el carbón activado, de los aparatos de recuperación industrial de este solvente, había alcanzado el estado de saturación, por medio de la medida del tricloroetileno que se pierde por las chimeneas de descarga de aire y también, de ser posible, determinar con fines sanitarios la proporción de tricloroetileno en ambientes en que se trabaja con dicho producto. Se inicia el trabajo con el estudio teórico general de trasmición de calor, para luego centralizarlo en el fenómeno de la conducción y en éste especialmente cuando el medio conductor es un gas. Este estudio muestra que a presión moderada el fenómeno de la conducción de calor en gases es muy semejante con el de viscosidad y permite llegar a una ecuación por vía cinética, en que la conductividad térmica de los gases, a presión moderada, resulta directamente proporcional al coeficiente de viscosidad , al calor específico (a volumen constante) e inversamente proporcional al peso molecular. Se emplea, además, una constante de proporcionalidad K, cuyo valor, para distintos gases, se discute en nuestro estudio, a través de opiniones de diversos autores tomando en cuenta los distintos factores: la energía interna, molecular, temperatura, etc.. Fueron consideradas también en la parte teórica del trabajo las relaciones entre la conductividad térmica de los gases y la presión, las que tienen una correspondencia directa, para algunos gases, con la viscosidad a alta presión. Para Plots, esta relación, a presión reducida, es lineal. Con respecto a la variación de la conductividad con la temperatura Graets llega a la conclusión de que el factor K es proporcional a √(T), en cambio otros autores (Clausiuss) encontraron que es proporcional a T. A bajas presiones hay que tomar en cuenta si son gases monoatómicos o diatómicos y las fórmulas que se deducen, aplicables a cada caso, se expresan en función del camino libre medio. También se consideró las relaciones que expresan las variaciones que aparecen debido a la estructura de las paredes del continente del gas, y a las presiones a que está sometido, que influyen en el gradiente de temperatura en la conductividad térmica. Como consecuencia de ello aparece el "factor de acomodación" que traduce las características de la discontinuidad de temperatura en las paredes. Se describen métodos para calcular dicho factor y las leyes que rigen sus variaciones. Considerando, luego, la elección del método experimental a seguir, entre los tres que más se utilizan para mediciones de conductividad térmica de gases, nos decidimos por el "método del alambre caliente" por su sencillez y por ser el más práctico, sin menoscabo de su sensibilidad. Siendo la conductividad térmica del gas en el método del alambre caliente, proporcional al calor trasmitido, al logaritmo de la relación de los radios del tubo y del alambre, e inversamente proporcional a la superficie del alambre y a la diferencia de temperatura, resulta claro que las medidas con dicho método se reducen solamente a dos, relacionadas con las variaciones del calor trasmitido puesto que han quedado fijadas las demás variables. Las variaciones de calor trasmitido se conocen por una medida de intensidad de corriente y otra de resistencia y con ayuda de la ecuación que expresa la variación de la resistencia con la temperatura se calcula la diferencia de temperaturas. La parte práctica exigió el estudio de los siguientes puntos: a) Construcción y cálculo del aparato, con el recinto de medida y demás constituyentes. b) Preparación de la solución gaseosa saturada de tricloroetileno-aire, y su dosaje usando carbón activado. Preparación a partir de esta solución gaseosa saturada de las demás a menor concentración. Determinación de la concentración de soluciones gaseosas conocidas de tricloroetileno-aire, por el método del "alambre Caliente". En la construcción del aparato de medida se siguió, en líneas generales, las características de los ya existentes, pero con modificaciones apropiadas de forma y dimenciones, haciéndolo desmontable en sus partes para mayor comodidad, y de vidrio, para descartar la posibilidad de que el gas utilizado (tricloroetileno), que por hidrólisis produce siempre, con la humedad y temperatura, pequeñas cantidades de ácido clorhídrico, pudiera crear algunos inconvenientes. El alambre de platino utilizado fué el de menor diámetro que pudo conseguirse en plaza: de 0,1 mm de diámetro, y su longitud se calculó en base a esta característica y a datos de relación diámetro-longitud, encontrados en la bibliografía consultada. La fuente de energía eléctrica se seleccionó teniendo en cuenta la de mayor constancia, después de varios ensayos con fuentes de distinto origen. Para el circuito y aparato de medida de la resistencia eléctrica se utilizó el más recomendable, es decir, el puente de Wheatstone, con el cual se podía determinar apreciablemente una variación de 1%, en volumen, en la concentración de las mezclas tricloroetilenoaire, para lo cual se calculó la variación de R en función de la concentración y se dedujo una fórmula que resultó de la aplicación de las leyes que rigen los fenómenos eléctricos y térmicos, referidos, actuando en conjunto. La temperatura de los gases fué regulada por un termostato, y las mezclas gaseosas que se usaron en este estudio, se efectuaron dentro del tubo de medida, partiendo de la solución gaseosa saturada de tricloroetileno-aire. En cuanto al segundo punto, tanto la preparación de la solución gaseosa saturada de tricloroetileno en aire, así como la forma de determinar su concentración, fueron problemas que costó resolver, por que se carecía de datos referentes a la solubilidad de estos gases. Para determinar la concentración del tricloroetileno se adaptó y puso a punto a los fines analíticos, el método industrial de absorción de gases con carbón activado. La solución gaseosa saturada de tricloroetileno en aire se preparó por burbujeo de aire en tricloroetileno líquido arrastrando el aire por el vacío de una trompa de agua. Para el dosaje de tricloroetileno se hizo circular la mezcla gaseosa por absorbedores con carbón activado, tarados. Los primeros datos resultaron muy variables debido a que no se había conseguido llegar a la solución saturada. Para tener una referencia de cuando se llegaba a la saturación se ideó un dispositivo semejante al que se emplea en los psicrómetros, para determinación del porciento de humedad relativa atmosférica, conocido por el método del termómetro de bulbo húmedo; después de muchos cambios de aparatos saturadores, y subsanando otros inconvenientes se llegó a obtener la solución saturada del siguiente modo; se dejó, durante una noche, en una botella un poco de tricloroetileno líquido y la mezcla gaseosa saturada que se forma fué desplazada por el mismo líquido, remanente y agregado. En el trabajo presentado se detallan los inconvenientes que se presentaron y como fueron subsanados, así como también el papel importante que juegan en nuestro caso la temperatura y la humedad. Con respecto al tercer punto, referente al uso del método del alambre caliente, también hubo que sobrepasar algunas dificultades. Se empezó por estudiar cual era el voltaje más conveniente para obtener la mayor sensibilidad, pero también apareció un nuevo factor, la influencia de las resistencias que ocasionaba variaciones notables en los resultados. Después de varios ensayos se concluyó incluyendo las resistencias, que debían permanecer a temperatura constante, dentro de un tubo refrigerado con agua, También fué necesario mantener constante la temperatura exterior del aparato, sin lo cual solo se obtenían datos discordantes . En resumen: las condiciones en que se trabaja son sumamente importantes, a saber: temperatura exterior, tiempo de homogeinización de las mezclas gaseosas, termostatización y tiempo de funcionamiento del circuito para su estabilización. Una vez conocidas, por experiencia, la influencia de estas variables fué preciso establecer normas de trabajo, obteniéndose finalmente un método que nos dió diferencias constantes entre las lecturas para aire y tricloroetileno-aire. Siempre que los valores sean leídos para esas muestras con diferencias pequeñas de tiempo, puesto que al hacer las lecturas con largos intervalos de tiempo, los valores absolutos difieren, por la variación de la intensidad que se produce en el circuito utilizado. Estas diferencias de la resistencia del alambre, cuando se halla en aire o en solución de determinada concentración puede representarse en un gráfico, con el cual, determinada la misma diferencia para otra solución cualquiera puede conocerse su concentración. Todos estos resultados, que fueron mejorando a medida que se eliminaban las causas de error, los hemos expuestos en treinta cuadros. De cada muestra obtuvimos cuatro serie de valores. Finalmente con los datos promedios, aplicando las fórmulas que rigen el fenómeno, determinamos la conductividad de la solución saturada de tricloroetilenoaire.Palabras clave – provistas por el repositorio digital
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Disponibilidad
| Institución detectada | Año de publicación | Navegá | Descargá | Solicitá |
|---|---|---|---|---|
| No requiere | 1957 | Biblioteca Digital (FCEN-UBA) (SNRD) |
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Información
Tipo de recurso:
tesis
Idiomas de la publicación
- español castellano
País de edición
Argentina
Fecha de publicación
1957
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