LABORATORIO DE TERMODINMICA IPRCTICA 2: Determinacin de la capacidad calorfica de un lquido.CARRERA: Ingeniera Biotecnolgica.ASIGNATURA: Termodinmica SEMESTRE: Segundo

I N S T I T U T O P OL I T C N I C O N A C I ON A L

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERA CAMPUS GUANAJUATO

GRUPO: EQUIPO No:FECHA:

INTEGRANTES:

I. HABILIDADES A DESARROLLAR:

Que el alumno sea capaz de trasladar a la prctica conceptos fundamentales de la termodinmica tales como calor especfico, ya sea a presin o volumen constante, con el fin de determinar la capacidad calorfica de un lquido problema.Que maneje informacin tcnica en diferentes sistemas de unidades para presentar resultados que sean dimensionalmente homogneos.

II. INTRODUCCIN Y JUSTIFICACIN (Por equipo):

La idea bsica acerca del concepto de calor especfico se bosqueja a continuacin. Suponga que se desea calentar dos masas idnticas de materiales diferentes a fin de elevar su temperatura en la misma cantidad. En ambos casos, las cantidades de energa que se requiere adicionar para lograr el objetivo planteado son diferentes. Por lo tanto, se infiere que las sustancias tienen diferente capacidad para almacenar energa que se traduzca en un cambio de temperatura. A dicha capacidad se le conoce como calor especfico (energa especfica).

Entonces se puede decir que entre mayor sea el calor especfico de una sustancia, ms energa se requiere para incrementar su temperatura.

El calor especfico se define como la energa requerida para elevar la temperatura de una masa unitaria de una sustancia en un grado. Este calor especfico es una propiedad intensiva.

De manera similar, se define a la capacidad calorfica como la energa requerida para elevar la temperatura de toda la extensin de una masa de una sustancia en un grado. Esta capacidad es una propiedad extensiva.

En Termodinmica se utilizan dos tipos de calores especficos: calor especfico a presin constante (Cp) y el calor especfico a volumen constante (Cv).

El Cv es la energa necesaria para elevar la temperatura de una masa unitaria de una sustancia en un grado, cuando el volumen se mantiene constante.

En esta ecuacin, u es la energa interna.

El Cp es la energa necesaria para elevar la temperatura de una masa unitaria de una sustancia en un grado, cuando la presin se mantiene constante.

En esta ecuacin, h es la entalpa.

Normalmente, las unidades en las que pueden estar expresados los calores especficos estn dadas como o siendo las unidades idnticas, ya que, una variacin de 1 C es igual a una variacin de 1 K.

Los calores de Cp y Cv son idnticos en el caso de sustancias incompresibles (densidad constante: lquidos y slidos) y se denotan simplemente como C.

Para fines prcticos, el calor especfico (capacidad calorfica especfica) se determina a partir de la siguiente relacin:

Donde c es la capacidad calorfica especfica, Q el calor absorbido por el sistema, m la masa de la sustancia en estudio y T es la variacin de la temperatura.

III. MATERIAL, HERRAMIENTAS Y EQUIPO DE SEGURIDAD A EMPLEAR:

1 Vaso de precipitados de 400 mL. 1 Vaso de precipitados de 250 mL. 2 Matraces Erlenmeyer de 100 mL. 1 Probeta de 50 mL. 2 Termmetros. 1 Soporte universal con anillo metlico. 1 Rejilla de calentamiento. 1 Picnmetro de 10 mL. 2 Hojas de fieltro aislante. Pinza de tres dedos. Tapa aislante para calormetro. Agua destilada Balanza analtica. 1 Pizeta. 1 Mechero Bunsen con manguera de ltex o lata de alcohol slido. Lquido problema (no flamable).

IV. DESARROLLO EXPERIMENTAL:

Parte 1. Determinacin de la capacidad calorfica del calormetro

1. Arme un calormetro. Se coloca el vaso de 250 mL dentro del vaso de 400 mL. Antes de hacer esto, coloque en el espacio que va a quedar entre los dos vasos, las dos hojas de fieltro a manera de que se genere un aislamiento del vaso de 250 mL (vea la figura). En la tapa aislante adapte un termmetro de manera que pueda insertarse en el vaso de 250 mL.

Figuras 1 y 2. Montaje del calormetro.

Figura 3. Vista final del calormetro ensamblado (debe incluir un termmetro nicamente).

2. Destape el calormetro y adicione 80 mL de agua destilada a temperatura ambiente, tape el calormetro y permita que la lectura del termmetro se estabilice. Registre la temperatura como T1.3. Calcule la masa del agua contenida en el calormetro (m1) utilizando la densidad del agua a la temperatura T1. Registre la masa calculada.4. Caliente en el matraz aproximadamente 100 mL de agua destilada hasta alcanzar una temperatura que est en el rango entre 40 y 60 C. Durante el calentamiento agite constantemente y vigile la temperatura con el termmetro.

Figura 4. Dispositivo para calentamiento.

5. Con precaucin, mida usando la probeta 80 mL y depostelos en el otro matraz. Registre la temperatura como T2.6. Adicione rpidamente los 80 mL de agua a la temperatura T2 al interior del calormetro sin derramar el contenido. Agite el calormetro con precaucin y registre la temperatura ms alta observada en el termmetro (T3).7. Calcule la masa del agua adicionada (m2) utilizando la densidad del agua a la temperatura T2.*8. Calcule la capacidad calorfica del calormetro haciendo uso del siguiente balance (observe que tambin se debe contar con el valor del Cp del agua)*:

9. Repita todo el procedimiento a fin de tener dos lecturas para el clculo de la capacidad calorfica del calormetro. Promedie ambos valores.* La densidad y el CpAGUA son datos que se debe investigar bibliogrficamente.

Parte 2. Determinacin de la capacidad calorfica de una muestra problema.

1. Con el calormetro perfectamente limpio y seco, aplique el mismo procedimiento del paso 2 y 3 de la parte 1. Registre los valores de T1 y m1 para el agua.2. Caliente en el matraz alrededor de unos 100 mL del lquido problema hasta alcanzar una temperatura que est en el rango de entre 40 y 60 C. Durante el calentamiento agite constantemente y vigile la temperatura con el termmetro.3. Con precaucin, mida usando la probeta 80 mL y depostelos en el otro matraz. Registre la temperatura constante que debe alcanzar la muestra (T4).4. Adicione rpidamente los 80 mL del lquido problema a la temperatura T4 al interior del calormetro sin derramar el contenido. Agite el calormetro con precaucin y registre la temperatura ms alta observada en el termmetro (T5).5. Al mismo tiempo que se efecta el paso anterior, determine la densidad del lquido problema a la temperatura T4 utilizando el picnmetro (hgalo por diferencia de masas para determinar la masa del lquido problema, recuerde que ). Calcule y registre la masa del lquido problema (m3).6. Calcule la capacidad calorfica del lquido problema haciendo uso del siguiente balance (observe que tambin se debe contar con el valor del Cp del agua)*:

7. Repita todo el procedimiento a fin de tener dos lecturas para el clculo de la capacidad calorfica del calormetro. Promedie ambos valores. Determine si es correcta la homogeneidad en unidades de los resultados obtenidos.

V. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS (Por equipo):

Parte 1. Determinacin de la capacidad calorfica del calormetro

Tabla 1. Datos experimentales para la determinacin de la capacidad calorfica del calormetro.

EXPERIMENTOm1 (g)m2 (g)T1 (K)T2 (K)T3 (K)Ccalormetro

1

2

PROMEDIO

Parte 2. Determinacin de la capacidad calorfica de una muestra problema

Tabla 2. Datos experimentales para la determinacin de la capacidad calorfica de la muestra problema.

EXPERIMENTOm1 (g)m2 (g)T1 (K)T2 (K)T3 (K)CpMUESTRA

1

2

PROMEDIO

Tabla 3. Resultados de la prctica.

CUANTIFICACIONRESULTADO

Ccalormetro (J/K)

CpMUESTRA (J/kg K)

CPmuestra terico (J/kg K)

Porcentaje de error

VI. NOMENCLATURA:T1 = Temperatura del agua ambiente, CT2 = Temperatura del agua caliente, CT3 = Temperatura mxima de la mezcla lquida (agua ambiente-agua caliente) al interior del calormetro, CT4 = temperatura del lquido problema caliente, CT5 = Temperatura mxima de la mezcla lquida (agua-muestra problema) al interior del calormetro, Cm1 = Masa del agua a temperatura ambiente, gm2 = Masa del agua caliente, gm3 = Masa de la muestra problema caliente, gCcalormetro = Capacidad calorfica del calormetro J/KCpAGUA = Calor especfico del agua, J/ kg KCpMUESTRA = Calor especfico del lquido problema, J/kg K

VII. CUESTIONARIO (Por equipo):

1. Cul es la diferencia entre capacidad calorfica y calor especfico?2. Cul es la fuerza impulsora para la transferencia de calor?3. Cul es el objetivo de utilizar un calormetro en la prctica?4. Las ecuaciones descritas son dimensionalmente homogneas? Explique5. Explique las diferencias entre una propiedad extensiva y una intensiva.

VIII. ANLISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES (Individuales, registrar el nombre del integrante):

IX. BIBLIOGRAFA:

Cengel, Y. A., Boles, M. Termodinmica. 2a ed. McGraw Hill, Mxico, 2000.Smith, J.M., Van Ness, H.C., Abbot, M.M.; Introduccin a la termodinmica en IngenieraQumica, 6. Edicin, Mc Graw Hill, 2003.

X. ANEXOS (Si es que existen):

XI. DATOS DE REVISIN:

CRITERIOS A EVALUARPORCENTAJEINTEGRANTE 1INTEGRANTE 2INTEGRANTE 3INTEGRANTE 4INTEGRANTE 5

TOTAL100%

Fecha de evaluacin:

Firma de profesor que evalu: