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ADMINISTRACION INDUSTRIAL
OPERACIONES INDUSTRIALES – E301
SEMANA 16: CALORIMETRIA PROBLEMAS
INST. LUIS GOMEZ QUISPE
CalorEl calor (o la energía térmica) se define como la energía que se transfiere
entre un sistema y su entorno debido a una diferencia de temperatura.
A nivel microscópico, el calor está relacionado a la energía cinética que
tienen los átomos o moléculas de la materia.
Para elevar la temperatura de una sustancia hay que aumentar la energía
térmica del mismo, entonces hay que suministrar energía. La cantidad de
energía necesaria va a depender de la sustancia.
Por ejemplo, se necesitan 4186J para aumentar la temperatura de 1kg de
agua 1oC, pero sólo 3875J para hacer lo mismo con 1kg de cobre.
El Calor Específico (𝒄)
La energía 𝑸 necesaria para aumentar la temperatura de una sustancia es
proporcional a la masa de la sustancia y a la diferencia de temperatura.
La constante de proporcionalidad se llama calor específico 𝒄:
El calor específico (en el sistema SI) es el número de Joules necesario para
aumentar la temperatura de 1 𝑘𝑔 de la sustancia en 1 𝑜𝐶.
Entonces, las unidades son 𝐽/(𝑘𝑔 𝐾) o 𝐽/(𝑘𝑔 𝑜𝐶)
El calor específico es una propiedad de la sustancia:
Agua 4184 𝐽/(𝑘𝑔 𝐾) Aluminio900 𝐽/(𝑘𝑔 𝐾)Hielo 2100 𝐽/(𝑘𝑔 𝐾) Cobre 387 𝐽/(𝑘𝑔 𝐾)
𝑸 = 𝒄𝒎 ∆𝑻
CALORÍA
Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un
gramo de agua, en un grado Centígrado.
La unidad de calor en el sistema inglés, es la unidad térmica británica
(BTU)
BTU
Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una
libra de agua en un grado Fahrenheit.
Una caloría (cal) = 4.18 Joules
Un BTU = 778 ft.lb = 0.252 Kcal
Equivalente Mecánico del Calor
Experimento de Joule (1843)
El calor latente y cambios de fase
Normalmente la transferencia de calor produce un cambio de temperatura,
pero no siempre.
La otra posibilidad es que en vez de cambiar la temperatura, la sustancia
sufra una alteración de una forma a otra: cambio de fase.
Por ejemplo, de sólido a líquido, o líquido a gas.
El calor necesario para cambiar la fase de una masa m de una sustancia es:
Calor Latente de fusión, 𝑳𝒇Calor Latente de vaporización, 𝑳𝒗𝑳 tiene unidades de 𝐽/𝑘𝑔 o de 𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔
𝑸 = 𝒎 𝑳
Cambio de Fase
Sólido → Líquido : Fusión
Líquido → Gas : Ebullición
Gas → Líquido : Condensación
Líquido → Sólido : Solidificación
Sólido → Gas : Sublimación
Los cambios de fase ocurren a Temperatura Constante.
Ej: mientras un cubo de hielo se va derritiendo, el conjunto
agua+hielo no cambia su temperatura.
Calor Latente
𝑄 = ± 𝐿 𝑚
+ : Absorbe calor
- : Cede calor
Ejercicio
¿Cuánto calor se necesita para cambiar un gramo de hielo a – 30 𝑜𝐶 en vapor
de agua a 120 𝑜𝐶?
T (oC)
100
0
-3062.7 396.7 815.7 3076
Agua
+
vapor
Vapor
AguaHielo
+ agua
Hielo
Calor (J)
𝑫𝒂𝒕𝒐𝒔𝒄𝒉𝒊𝒆𝒍𝒐 = 𝟐𝟎𝟗𝟎 𝑱/𝒐𝑪 𝒌𝒈𝑳𝒇 = 𝟑, 𝟑𝟑 × 𝟏𝟎𝟓 𝑱/𝒌𝒈
𝒄𝒂𝒈𝒖𝒂 = 𝟒, 𝟏𝟗 × 𝟏𝟎𝟑 𝑱/𝒐𝑪 𝒌𝒈𝑳𝒗 = 𝟐, 𝟐𝟔 × 𝟏𝟎𝟔 𝑱/𝒌𝒈
𝐜𝒗𝒂 = 𝟐, 𝟎𝟏 × 𝟏𝟎𝟑 𝑱/𝒐𝑪 𝒌𝒈
𝑸 = 𝒎 𝑳
𝑸 = 𝒄𝒎 ∆𝑻
Resumen
Calorimetría
Calor Especifico
Cambio de Fase 𝑸 = 𝒎 𝑳
𝑸 = 𝒄𝒎 ∆𝑻
MEZCLA DE CALOR
M = masa en kg
Q= Cantidad de calor en Kj
C = Capacidad térmica especifica en kj/kg
∆t = Diferencia de temperatura en K
Tm= temperatura de mezcla en º C
Unidad de cantidad
de calor
Una caloría (cal) = 4.18 Joules
Un BTU = 778 ft.lb = 0.252 Kcal
CANTIDAD DE CALOR
MEZCLA DE CALOR
1.PROBLEMAS DE MEZCLAS DE CALOR
2.PROBLEMAS DE MEZCLAS DE CALOR
3.PROBLEMAS DE MEZCLAS DE CALOR
4.PROBLEMAS DE MEZCLAS DE CALOR
CALENTAMIENTO Y CONSUMO DE
CONBUSTIBLE
APORTACION DE CALOR
CONSUMO DE COMBUSTIBLE
RESUMEN
1. PROBLEMAS DE CALENTAMIENTO
Y CONSUMO DE COMBUSTIBLE
2. PROBLEMAS DE CALENTAMIENTO
Y CONSUMO DE COMBUSTIBLE
3. PROBLEMAS DE CALENTAMIENTO
Y CONSUMO DE COMBUSTIBLE
4. PROBLEMAS DE CALENTAMIENTO
Y CONSUMO DE COMBUSTIBLE
QUÍMICA UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 15)
Esta es la única sustancia cuya línea
de fusión tiene pendiente negativa,
lo cual se debe a que la densidad
del sólido es menor que la del
líquido.
El gráfico se divide en tres regiones
y cada una representa una fase pura
del agua: hielo, líquido y vapor de
agua.
La línea que separa cualesquiera
dos regiones indica las condiciones
en la que estas dos fases pueden
estar en equilibrio
Para el agua, el punto triple esta a
0,01°C y 0,006 atm
A una 1 atm de presión el agua tiene un
punto de ebullición de 100°C (≈373,15K)
QUÍMICA UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 15 )
El diagrama de fases del dióxido de
carbono tiene mucha semejanza con
el del agua, con una excepción
importante: la pendiente de la curva
entre las fases sólida y líquida es
positiva.
El punto triple del dióxido de
carbono está a -56,4°C y 5,11 atm.
Toda la fase líquida está muy por
encima de la presión atmosférica;
por consiguiente, es imposible que
el dióxido de carbono sólido se
funda a la presión de 1 atm, es por
eso que a temperatura ambiente lo
encontramos en forma sólida.
En cambio, cuando el dióxido de carbono
sólido se calienta a -78°C se sublima. Es
por esto que se lo conoce como hielo seco y
se lo utiliza como refrigerante.
QUÍMICA UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 15 )
Los diagramas de fases son útiles no solamente para
determinar el estado físico en el que se encuentra una
sustancia a un a presión y temperatura dadas, sino también
para predecir los cambios que tienen lugar cuando cambian de
condiciones.
Su utilidad radica en la posibilidad de la predicción de la
transformación y de la microestructura resultante, que pueden
estar o no en equilibrio.
Son de gran importancia en la ingeniera de materiales, pues
apoyan, entre otros, estudios de solidificación,
microestructura, metalurgia física y diseño de nuevos
materiales.
QUÍMICA UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 15 )
También lo son en la practica general de ingeniería
relacionada de algún modo con la manipulación y el
procesamiento de materiales, donde permiten relacionar
los procesos de obtención mediante la estructura y ésta a
su vez con las propiedades de diseño, con la finalidad de
concebir y optimizar dichos procesos para obtener el
producto deseado.
QUÍMICA UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 15 )
Se muestra el diagrama de fases. De acuerdo a los puntos marcados,
cual es el comportamiento del estado físico de esa sustancia.
A
B
C
DEn el punto A, la sustancia se
encuentra en la fase líquida.
En el punto B, se encuentra en su
punto triple, lo que indica que se
encuentra en las tres fases: líquido,
sólido y gas.
En el punto C, la sustancia se
encuentra en forma de vapor.
En el punto D, ya alcanzo su punto
crítico, existe un equilibrio entre la
fase líquida y la fase gaseosa.
QUÍMICA UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 15)
De acuerdo al diagrama de fase del agua, que ocurre cuando el H2O a
-25°C y 1 Torr (0,0013 atm) se calienta hasta +25°C y a continuación
se comprime hasta 2 atm.
El punto correspondiente a P= 0,0013 atm
y T= -25°C se encuentra en la región del
sólido, porque en esas condiciones de
temperatura está en forma de hielo.
Si desde ese punto se aumenta la
temperatura hasta 25°C, se traspasa la
línea sólido -vapor y el sólido se sublima.
En el punto P= 0,0013 atm y T= +25°C se
encuentra en la zona del vapor.
Cuando desde ese punto se aumenta la presión hasta 2 atm, se pasa a la zona líquida;
el vapor se condensa una vez que se ha sobrepasado la presión de 0,006 atm a 25°C.
25°C
QUÍMICA UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 1 5)
La inteligencia consiste no sólo en el
conocimiento, sino también en la destreza de
aplicar los conocimientos en la práctica.
Aristóteles
