Calorimetria.ffh.docx

PRÁCTICA Nº 5 CALORIMETRIA 1.- Introducción Teórica Las dos capacidades caloríficas se han definido como sigue: ̂ 𝛿𝐻

̂ 𝛿𝑈

𝐶𝑝 = ( 𝛿𝑇 )

𝑃

𝐶𝑉 = ( 𝛿𝑇 )

̂ 𝑉

En esta forma las cantidades adquieren cierto significado físico, con lo 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 presento 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. 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. El calor específico es un término semejante al “peso especifico” 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.

2.- Objetivos *Calcular la constante ‘K’ de cierto calorímetro *Calcular el calor específico ‘’ Cp’’ de la muestra (Aceite fino) variando el volumen de la muestra 3.- Fundamentos Teóricos Q = m*Cp ∂T

4.- Descripción del Experimento 4.1.-Materiales o equipo -

Vasos de precipitados

-

Balanza

-

Termopar

-

Calorímetro

4.2.-Reactivos: -

Agua (H2O)

-

Muestra (Aceite fino)

5.- Procedimiento Experimental 5.1.- Descripción Calculo de la cte. (k) del calorímetro. 

Calentar un volumen de 250 ml de agua hasta una temperatura que oscile entre 65 a 70 ºC



El calorímetro que inicialmente se encuentra vacio, con la ayuda de un termopar medir la temperatura 1.



Posteriormente en una probeta medir un volumen de 120 ml de agua caliente y medir la temperatura la cual seria la temperatura 2



El agua caliente vaciar al termo, tapar y después de 3 a 4 minutos de tiempo y medir la temperatura 3.

Determinación del calor específico (Cp) de un líquido (Aceite fino) 

Pesar el matraz.



Vaciar un líquido al matraz



Pesar nuevamente el matraz con el líquido.



Calcular la masa del líquido.



Medir volúmenes de aceite empezando en 80ml variando de 5 en 5 en una probeta, y medir la temperatura 4.



Vaciar al termo que tiene agua caliente el Aceite, tapar el termo pasado 5 minutos de tiempo medir la temperatura 5.

6.- Cálculos DATOS OBTENIDOS EN LA PRÁCTICA Prueba 1 T1 (ºC)

21

T2 (ºC)

56

T3(ºC)

47

T4 (ºC)

22

T5 (ºC)

40

Masa del

Masa del

Volumen del

agua

Aceite

Aceite

(gr)

(gr)

(ml)

120

73.712

80

Prueba 2 T1 (ºC)

21

T2 (ºC)

54

T3(ºC)

T4 (ºC)

T5 (ºC)

46

22

39

T3(ºC)

T4 (ºC)

T5 (ºC)

Masa del

Masa del

Volumen del

agua

Aceite

Aceite

(gr)

(gr)

(ml)

120

78.319

85

Prueba 3 T1 (ºC)

21

T2 (ºC)

54

44

22

39

T3(ºC)

T4 (ºC)

T5 (ºC)

Masa del

Masa del

Volumen del

agua

Aceite

Aceite

(gr)

(gr)

(ml)

120

82.926

90

Prueba 4 T1 (ºC)

21

T2 (ºC)

54

43

22

38

T3(ºC)

T4 (ºC)

T5 (ºC)

Masa del

Masa del

Volumen del

agua

Aceite

Aceite

(gr)

(gr)

(ml)

120

87.533

95

Prueba 5 T1 (ºC)

21

T2 (ºC)

54

42

22

Calor ganado = - calor perdido Practica a calor sensible Cp constante

37

Masa del

Masa del

Volumen del

agua

Aceite

Aceite

(gr)

(gr)

(ml)

120

92.14

100

tf

Calor sensible (QP ) 

 ncpdT ti

O m en vez de n. 1ra Parte. CALCULO DE LA CONSTANTE (K) DEL CALORIMETRO. Característica principal del calorímetro 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 cal 

 m * CpH 2O * (T3  T2 ) (T3  T1 )



 120 *1* (47  56) cal  41.5384 0 (47  21) C

2da Parte. DETERMINACIÓN DEL CALOR ESPECÍFICO (Cp) DE UN LÍQUIDO (Aceite fino) Suponer que Cp H2O=cte.

 Aceite 

m 73.712 gr   0.9214 3 V 80 cm

Calor ganado = - calor perdido

𝑇5

𝑇5

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

𝑇3

m * Cp liquido (T5 - T4 )  - m * Cp agua (T5 - T3 ) CpAceite 

 120 *1 * (40  47) cal  0.633 o 73.712 * (40  22) gr* C

7.- Análisis de Resultados  H2O

 Aceite

K termo

Cp del agua

Cp Aceite

(gr/cm3)

(gr/cm3)

(cal/ºC)

(cal/grºC)

(cal/grºC)

1.00

0.9214

41.538

1.000

0.633

2ºprueba

0.630

3ºprueba

0.425

4ºprueba

0.428

5ºprueba

0.434

8.- Conclusiones y Recomendaciones Según teoría la cual explicamos en introducción llegamos a obtener un análisis dimensional de las unidades de cp y k igual al teórico, como nuestra diferencia de temperatura fue entre 12 y 90ºC suponemos el Cp = 1 y no llegamos a la conclusión de que a medida que la temperatura aumenta, la capacidad calorífica también se incrementa; pero este hasta que llegue a un punto en que se realiza la transición de fases, esto no ocurre dentro de nuestros límites de temperatura ya que la máxima obtenida es de 89ºC y a nuestra presión el agua empieza a condensarse a una superior a 90ºC; es por eso que se supone a Cp=cte.=1.

También pudimos llegar a la conclusión de que según teoría nos dice de que el Cp del agua es mayor a la de cualquier otra sustancia liquida, eso se cumplió ya que el Cp calculado para cada prueba no es mayor a 1. Pudimos observar que el Cp de el aceite varia en función al volumen del mismo incrementándose.

9.- Bibliografía www.google.com www.wikipedia.com Principios y calculos basicos de la ingenieria quimica.David m. himmelblau