Segundo espín (difusión de sólidos)

Segundo Espín

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA

CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

CUARTO SEMESTRE

SEGUNDO ESPÍN

INGENIERÍA DE MATERIALES

TEMA: DIFUSIÓN DE SÓLIDOS

DEFINICIÓN

Segundo Espín

Es el mecanismo por el cual la materia es transportada a través la materia.

En los gases: movimiento relativamente veloz

En los líquidos: movimiento más lento

Segundo Espín

Mecanismo de difusión por vacantes o

sustitucional.

Mecanismo de difusión

intersticial

MECANISMOS DE DIFUSIÓN

DIFUSIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO

Fig. 5.1

Segundo Espín

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PRIMERA LEY DE FICK

• Donde:• J = Flujo neto de los átomos• D = Coeficiente de difusión• dC/dX = Gradiente de

concentración

𝑱=−𝑫𝒅𝑪𝒅𝒙

PROBLEMA 1

Una placa de hierro se expone a una atmósfera de cementación (rica en carbono) por un lado, y a una atmósfera descarburante (carbono deficiente) por el otro lado a 7000C. Si existe una condición de estado estacionario, calcule la difusión de carbono a través de la placa si las concentraciones de carbono en las posiciones de 5 y 10 mm debajo de la superficie de cementación son 1.2 y 0.8 Kg/m3, respectivamente. Asuma un coeficiente de difusión de 3x10-11m2/s a esta temperatura.

Segundo Espín

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𝑱=𝟐 .𝟒 𝒙𝟏𝟎−𝟗 𝑲𝒈𝒎𝟐−𝒔

𝑱=𝑫𝝏𝑪𝝏𝒙

=−𝑫𝑪𝑨−𝑪𝑩

𝒙𝑨−𝒙𝑩

𝑱=−(𝟑 𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟏𝒎𝟐

𝒔)

(𝟏 .𝟐−𝟎 .𝟖)𝑲𝒈𝒎𝟑

(𝟓 𝒙𝟏𝟎−𝟑−𝟏𝟎−𝟐 )𝒎

SOLUCIÓNUtilizando la ecuación de la primera ley de Fick,

tenemos:

PARÁMETROS PARA DIFUSIÓN

Segundo Espín

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𝑫=𝑫𝟎𝐞𝐱𝐩 (−𝑸𝑹𝑻

)

R es la constante molar de los gases

8.314

D = Capacidad de difusión (m2/s)

DO = constante de proporcionalidad (m2/s)

Q = energía de activación de las especies en difusión

T es la temperatura en ºK

EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA DIFUSIÓN EN SÓLIDOS

PROBLEMA 2

Calcule la capacidad de difusión D en m2/s, para la difusión del níquel en hierro FCC a 1100oC. Utilice los valores de Do = 7.7x10-5m2/s; Q = 280 KJ/mol; R = 8.314 J/(mol.oK).

Segundo Espín

SOLUCIÓN

Utilizando la ecuación cuando interviene la temperatura tenemos:

Segundo Espín

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