Calorimetria Corregido.docx

CARRERA

:

Ingeniería de Petróleo y Gas

MATERIA

:

Fisicoquímica (QMC 206)

Nº DE PRÁCTICA

:

Práctica Nº 1

TÍTULO

:

CALORIMETRIA

UNIVERSITARIOS(AS)

:

FECHA DE REALIZACIÓN

:

FECHA DE ENTREGA

:

NOMBRE DEL DOCENTE

:

GRUPO

:

Ing. Naún Eloy Copacalle Chacón (Repitentes)

Sucre – Bolivia 2016

PRÁCTICA CALORIMETRIA DETERMINACION DEL CALOR ESPECÍFICO DE LIQUIDOS(Aceite fino) I.

INTRODUCCIÓN TEORICA

*Capacidad calorífica  Las dos capacidades caloríficas se han definido como sigue: 𝐶𝑝 = (

̂ ̂ 𝛿𝐻 𝛿𝑈 ) 𝐶𝑉 = ( ) 𝛿𝑇 𝑃 𝛿𝑇 𝑉̂

 En esta forma las cantidades adquieren cierto significado físico, con loii cual se les puede imaginar que representan la cantidad de energía requerida para aumentar la temperatura de una sustancia en un grado, energía que puede proporcionarse mediante la transferencia de calor en ciertos procesos específicos. Para determinar la entalpia (o la energía interna) a partir de los valores experimentales de Cp. o de (Cr) primero debe conocerse o calcularse el cambio de dicha propiedad por medio del balance general de energía y luego evaluar la capacidad calorífica para pequeños cambios de entalpia.  De acuerdo con la definición de caloría o de Btu que se presentó en el experimento anterior, se puede observar que la capacidad calorífica puede expresarse en varios sistemas de unidades y aun así tener el mismo valor numérico; por ejemplo, la capacidad calorífica puede expresarse en las siguientes unidades: 𝑐𝑎𝑙 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝐵𝑡𝑢 𝑃𝐶𝑈 𝐶𝐻𝑈 = = = = (𝑚𝑜𝑙 ∗ 𝑔)(℃) (𝑚𝑜𝑙 ∗ 𝐾𝑔)(℃) (𝑚𝑜𝑙 ∗ 𝑙𝑏)(℉) (𝑚𝑜𝑙 ∗ 𝑙𝑏)(℃) (𝑚𝑜𝑙 ∗ 𝑙𝑏)(℃)

O puede indicarse en términos de 𝑐𝑎𝑙 𝐵𝑡𝑢 = (𝑔𝑟)(℃) (𝑙𝑏)(℉)

 El PCU corresponde a la unidad térmica de libra-centígrado, CHU para la unidad térmica centígrada. Es importante aprender de memoria estas relaciones. Obsérvese que cada forma de la capacidad calorífica consiste de la unidad de energía dividida por el producto de la unidad de masa multiplicado por la unidad de cambio de temperatura.  La capacidad calorífica para un amplio intervalo de temperaturas de cierta sustancia se relaciona con la temperatura absoluta. En gráficas se puede observar que a cero grados absolutos, la capacidad calorífica es cero de acuerdo con la tercera ley de la termodinámica. A medida que la temperatura aumenta, la capacidad calorífica también se incrementa hasta llegar a cierto punto en que se realiza la transición de fases.  Para el caso de sustancias reales, la capacidad calorífica no es constante con la temperatura, aunque a veces se puede suponer dicha constancia con objeto de disponer de resultados aproximados.  Es evidente que para el gas ideal, la capacidad calorífica isobárica es constante aun cuando la temperatura varíe.

 Para los gases reales típicos, las capacidades caloríficas que se indican corresponden a componentes puros. Para las mezclas ideales, las capacidades caloríficas de los componentes individuales pueden calcularse por separado y cada componente manejarse en forma aislada.  La mayoría de las ecuaciones para las capacidades caloríficas de los sólidos, líquidos y gases son empíricas y por lo general la capacidad calorífica a presión constante, Cp., se expresa como función de la temperatura haciendo uso de las series exponenciales con constantes a, b, c, etc.; por ejemplo: Cp = a + T Cp= a + bT + cT2  En donde la temperatura puede expresarse en ºC, ºF, ºR o ºK. Si Cp. se expresa en la forma: Cp. = a + bT + cT -1/2 Cv= a + bT - cT -2  en una forma en que se divida entre T, entonces será necesario utilizar ºR o ºK en las ecuaciones de capacidad calorífica, ya que, en caso de usar ºC o ºF, existiría cierto punto del intervalo de temperatura en que se estaría dividiendo entre cero. Ya que las ecuaciones de capacidad calorífica solo son válidas dentro de ciertos intervalos moderados de temperatura, es posible disponer de ecuaciones de diferentes tipos cuya precisión casi sea igual a los datos experimentales de capacidad calorífica. El problema de ajustar las ecuaciones de la capacidad calorífica con los datos de dicha propiedad se ha simplificado bastante en la actualidad por medio de las computadoras digitales, las cuales presentan la posibilidad de determinar las constantes que mejor se adaptan haciendo uso de un programa estándar preparado previamente y que al mismo tiempo definen la precisión con que pueden determinarse las capacidades caloríficas.  El calor específico es un término semejante al “peso específico” en el hecho de que corresponde a la relación que existe entre la capacidad calorífica de una sustancia y la capacidad calorífica de otra sustancia de referencia. La sustancia de referencia más común para los sólidos y los líquidos es el agua a la cual se le asigna la capacidad calorífica de 1.00 para una temperatura cercana a 17ºC. Ya que la capacidad calorífica de agua es aproximadamente la unidad en los sistemas cgs. Y en el sistema de ingeniería americano, los valores numéricos del calor específico y de las capacidades caloríficas son casi iguales aunque sus unidades sean diferentes.

Capacidad calorífica del agua líquida.

Capacidad calorífica del vapor de agua.

Variación de la capacidad calorífica con la temperatura.

II.

OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA  Calcular la constante ‘K’ de cierto calorímetro (termo).  Calcular el calor específico de un líquido.

III.

DESCRIPCIÓN PRIMERA PARTE CALCULO DE LA CTE (K) DEL CALORIMETRO (TERMO).  Calentar una cantidad no conocida de agua hasta que empiece a hervir  El termo que inicialmente se encuentra vacío (o con aire), con la ayuda de un termómetro medir la temperatura 1.  Posteriormente en una probeta medir un volumen V1 conocido de agua caliente que se encuentra a T2.  El agua caliente vaciar al termo, tapar y después de cierto tiempo destapar e inmediatamente tapar con la mano para que nuestro sistema siga siendo adiabático, colocar por entre los dedos el termómetro y medir T3.  Tabular resultados. SEGUNDA PARTE DETERMINACIÓN DEL CALOR ESPECÍFICO (Cp.) DE UN LÍQUIDO (Aceite fino)       

Pesar el matraz. Vaciar un líquido con volumen conocido (V1). Pesar nuevamente el matraz con el líquido. Calcular la densidad del líquido. Medir un volumen conocido V1 en una probeta, y medir T4 (T inicial). Vaciar el termo que tiene agua caliente, tapar el termo pasado cierto tiempo medir T5. Tabular resultados.

IV.

ESQUEMA DEL EXPERIMENTO

V.

CÁLCULOS

a).-Calculo del calor especifico del jugo watts

𝑻𝒄𝒐𝒍𝒐𝒓𝒊𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 (𝑻𝟏 )

𝑻𝒆𝒏 𝒑𝒓𝒐𝒃 (𝑻𝟐 )



DATOS OBTENIDOS EN LA PRÁCTICA

𝑻𝑬𝒒𝒖𝒊 (𝑻𝟑 )

𝑻𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂,𝑨𝒄 (𝑻𝟒 )

(℃)

(℃)

(℃)

21

56 54 54 54 54

47 46 44 43 42 

𝑻𝑴𝒆𝒛𝒄𝒍𝒂 (𝑻𝟓 )

(℃)

(℃)

22

40 39 39 38 37

𝝆𝑯𝟐𝑶

𝒈𝒓 ) 𝒄𝒎𝟑

(

1.000

𝝆𝑨𝒄𝒆𝒊𝒕𝒆 𝒇𝒊𝒏𝒐

𝒈𝒓 ) 𝒄𝒎𝟑

(

0.9214

ECUACIONES A UTILIZAR Calor ganado = - calor perdido

𝑴𝑨𝒄𝒆𝒊𝒕𝒆 𝒇𝒊𝒏𝒐 𝑽𝑨𝒄𝒆𝒊𝒕𝒆 𝒇𝒊𝒏𝒐 (𝒈𝒓)

(𝒄𝒎𝟑 )

80

80

85 90 95 100

85 90 95 100

𝑽𝑯𝟐𝑶 (𝒄𝒎𝟑 )

120

Practica a calor sensible a P constante 𝑻𝒇

𝑪𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒔𝒆𝒏𝒔𝒊𝒃𝒍𝒆 𝑸𝒑 = ∫ 𝒏𝒄𝒑𝒅𝑻 𝑻𝒊

O m en vez de n. 

DATOS OBTENIDOS DE TABLAS 1ra Parte.

 CALCULO DE LA CONSTANTE (K) DEL CALORIMETRO (TERMO). Característica principal del calorímetro (termo).- es adiabático (no hay intercambio de calor en el MEDIO AMBIENTE.

Suponer que Cp. H2O=cte. 𝑇3

𝑇3

∫ (𝒎𝒄𝒑𝑑𝑇)𝑡𝑒𝑟𝑚𝑜 ) = − ∫ (𝑚𝑐𝑝𝑑𝑇𝑎𝑔𝑢𝑎 ) 𝑇1

𝑇2 𝑇3

𝑇3

∫ (𝑲𝑑𝑇)𝑡𝑒𝑟𝑚𝑜 ) = − ∫ (𝑚𝑐𝑝𝑑𝑇𝑎𝑔𝑢𝑎 ) 𝑇1

𝑇2

K (T3-T1) = m*CpH2O (T3-T2)

𝐊=

𝐾𝑡𝑒𝑟𝑚𝑜 ,1

𝐾𝑡𝑒𝑟𝑚𝑜 ,2

𝐾𝑡𝑒𝑟𝑚𝑜 ,3

𝐾𝑡𝑒𝑟𝑚𝑜 ,4

𝒎𝒂𝒄𝒆𝒊𝒕𝒆 ∗ 𝐂𝐩𝐇𝟐𝐎 ∗ (𝐓𝟑 − 𝐓𝟐) (𝐓𝟑 − 𝐓𝟏)

𝑐𝑎𝑙 m ∗ CpH2O ∗ (T3 − T2) 80 𝑔𝑟 ∗ 1 (𝑔𝑟)(℃) (47 − 56)℃ 𝒄𝒂𝒍 = = = −𝟐𝟕. 𝟔𝟗𝟐𝟑 (T3 − T1) (47 − 21)℃ ℃ 𝑐𝑎𝑙 m ∗ CpH2O ∗ (T3 − T2) 85 𝑔𝑟 ∗ 1 (𝑔𝑟)(℃) (46 − 54)℃ 𝒄𝒂𝒍 = = = −𝟐𝟕. 𝟐𝟎𝟎𝟎 (T3 − T1) (46 − 21)℃ ℃ 𝑐𝑎𝑙 m ∗ CpH2O ∗ (T3 − T2) 90 𝑔𝑟 ∗ 1 (𝑔𝑟)(℃) (44 − 54)℃ 𝒄𝒂𝒍 = = = −𝟑𝟗. 𝟏𝟑𝟎𝟒 (T3 − T1) (44 − 21)℃ ℃ 𝑐𝑎𝑙 m ∗ CpH2O ∗ (T3 − T2) 95 𝑔𝑟 ∗ 1 (𝑔𝑟)(℃) (43 − 54)℃ 𝒄𝒂𝒍 = = = −𝟒𝟕. 𝟓𝟎𝟎𝟎 (T3 − T1) (43 − 21)℃ ℃

𝐾𝑡𝑒𝑟𝑚𝑜 ,5

𝑐𝑎𝑙 (42 − 54)℃ m ∗ CpH2O ∗ (T3 − T2) 100 𝑔𝑟 ∗ 1 (𝑔𝑟)(℃) 𝒄𝒂𝒍 = = = −𝟓𝟕. 𝟏𝟒𝟐𝟖 (T3 − T1) (42 − 21)℃ ℃

2da Parte.

 DETERMINACIÓN DEL CALOR ESPECÍFICO (Cp) DE UN LÍQUIDO (watts) ρ=

m (40.2856 − 36.6)gr 3.6846 gr gr = = = 0.9214 3 3 3 V 4 cm 4 cm cm

Suponer que Cp. H2O=cte. Calor ganado = - calor perdido 𝑇5

𝑇5

∫ ((𝒎𝒄𝒑𝑑𝑇)𝒍𝒊𝒒𝒖𝒊𝒅𝒐 ) = − ∫ (𝑚𝑐𝑝𝑑𝑇𝑎𝑔𝑢𝑎 ) 𝑇4

𝑇3

m Cp liquido (T5 – T4) = - m Cp agua (T5 – T3) 𝑐𝑎𝑙

80 gr cp liquido (39– 22) ºC = - 120 gr * 1 (𝑔𝑟)(℃)(39 - 40) ºC

𝑪𝒑 𝒍𝒊𝒒𝒖𝒊𝒅𝒐 =

80.0 𝑔𝑟 ∗ 1 𝐶𝑝𝑙𝑖𝑞 ,1 =

𝐶𝑝𝑙𝑖𝑞 ,2 =

𝐶𝑝𝑙𝑖𝑞 ,3 =

𝐶𝑝𝑙𝑖𝑞 ,4 =

𝐶𝑝𝑙𝑖𝑞 ,5 =

𝒎𝒂𝒄𝒆𝒊𝒕𝒆 ∗ 𝐂𝐩 𝐥𝐢𝐪𝐮𝐢𝐝𝐨 ∗ (𝐓𝟐 – 𝐓𝟒) − 𝐊 ∗ (𝐓𝟓 − 𝐓𝟏) 𝒎𝑯𝟐𝑶 ∗ (𝑻𝟒 − 𝑻𝟑)

𝑐𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑙 (56 − 22)℃ − (−27.6923) (40 − 21)℃ 𝒄𝒂𝒍 𝑔𝑟 ∗ ℃ ℃ = −𝟏. 𝟎𝟖𝟐𝟏 120𝑔𝑟(22 − 47)℃ 𝒈𝒓 ∗ ℃

𝑐𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑙 85.0 𝑔𝑟 ∗ 1 𝑔𝑟 ∗ ℃ (54 − 22)℃ − (−27.2000) ℃ (39 − 21)℃ 120𝑔𝑟(22 − 46)℃ 𝑐𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑙 90.0 𝑔𝑟 ∗ 1 𝑔𝑟 ∗ ℃ (54 − 22)℃ − (−39.1304) ℃ (39 − 21)℃ 120𝑔𝑟(22 − 44)℃ 𝑐𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑙 95.0 𝑔𝑟 ∗ 1 𝑔𝑟 ∗ ℃ (54 − 22)℃ − (−47.5000) ℃ (38 − 21)℃ 120𝑔𝑟(22 − 43)℃ 𝑐𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑙 100 𝑔𝑟 ∗ 1 𝑔𝑟 ∗ ℃ (54 − 22)℃ − (−57.1428) ℃ (37 − 21)℃ 120𝑔𝑟(22 − 42)℃

= −𝟏. 𝟏𝟏𝟒𝟒

𝒄𝒂𝒍 𝒈𝒓 ∗ ℃

= −𝟏. 𝟑𝟓𝟕𝟕

𝒄𝒂𝒍 𝒈𝒓 ∗ ℃

= −𝟏. 𝟓𝟐𝟔𝟖

𝒄𝒂𝒍 𝒈𝒓 ∗ ℃

= −𝟏. 𝟕𝟏𝟒𝟑

𝒄𝒂𝒍 𝒈𝒓 ∗ ℃

CONSTRUIR TABLAS DE RESULTADOS 𝝆𝑯𝟐𝑶

(

𝒈𝒓 ) 𝒄𝒎𝟑

1.000

𝝆𝑨𝒄𝒆𝒊𝒕𝒆 𝒇𝒊𝒏𝒐

(

𝒈𝒓 ) 𝒄𝒎𝟑

0.9214

CONCLUSIONES:

𝑲𝒕𝒆𝒓𝒎𝒐𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 𝒄𝒂𝒍

(

)

℃ -27.6923 -27.2000 -39.1304 -47.5000 -57.1428

𝑪𝒑𝒍𝒊𝒒𝒖𝒊𝒅𝒐 , 𝒄𝒂𝒍

(

𝑯𝟐𝑶

)

𝒈𝒓 ∗ ℃

1.000

𝑪𝒑𝒍𝒊𝒒𝒖𝒊𝒅𝒐 , 𝑨𝒄𝒆𝒊𝒕𝒆 𝑭𝒊𝒏𝒐 𝒄𝒂𝒍

(

)

𝒈𝒓 ∗ ℃

-1.0821 -1.1144 -1.3577 -1.5268 -1.7143