Calorimetria 11

UNIVERSIDAD MAYOR REAL Y PONTIFICIA DE SAN FRANCISCO XAVIER DE CHUQUISACA

FACULTAD DE TECNOLOGÍA

LABORATORIO DE QMC 206 PRÁCTICA Nº 7 TITULO DE LA PRACTICA; calorimetria NOMBRE DE LOS ALUMNOS: 1.-Armin Edwin Gomez Maraz de petroleo y gas natural 2.-Pinto Argandoña Harry Jonathan 3.-Ugarte Guerra Angel Efrain FECHA DE RELIZACION DE PRACTICA; . 2012 FECHA DE ENTREGA DE PRACTICA; 23 de Nov. 2012 NOMBRE DEL DOCENTE; ing. Naun Eloy Copacalle Chacon GRUPO; martes de 16’00 a 18’00

SUCRE – BOLIVIA

CALORIMETRIA 1. INTRODUCCION; Las capacidades caloríficas están dadas por las siguientes ecuaciones ̂ 𝛿𝐻

𝐶𝑝 = ( 𝛿𝑇 ) = 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑐𝑡𝑡𝑒 𝑃

̂ 𝛿𝑈

𝐶𝑉 = ( 𝛿𝑇 ) = 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑎 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑐𝑡𝑡𝑒 ̂ 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; 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 O 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 validas 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 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; 2.1OBJETIVO GENERAL; Determinación del calor especifico experimental 2.2OBJETIVO ESPECIFICO; Determinar la constante k de calorímetro Determinación del Cp de la muestra 3. FUNDAMENTO TEORICO: 𝑄𝑎𝑔𝑢𝑎 + 𝑄𝑐𝑎𝑙 = 0 𝑄 = 𝑚 𝐶𝑝 ∆𝑇 (𝑚 𝐶𝑝 ∆𝑇)𝑐𝑎𝑙 = (𝑚 𝐶𝑝 ∆𝑇)𝑎𝑔𝑢𝑎

𝑘=

(𝑚 𝐶𝑝 (𝑇2 − 𝑇1 ))𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑇2 − 𝑇1 )𝑐𝑎𝑙

𝑄𝑎𝑔𝑢𝑎 + 𝑄𝑐𝑎𝑙 + 𝑄𝑚 = 0

𝑄𝑚 = 𝑄𝑎𝑔𝑢𝑎 + 𝑄𝑐𝑎𝑙

(𝑚 𝐶𝑝 ∆𝑇)𝑚 = −(𝑚 𝐶𝑝 ∆𝑇)𝑎𝑔𝑢𝑎 − (𝑚 𝐶𝑝 ∆𝑇)𝑐𝑎𝑙

𝐶𝑝𝑚 =

−(𝑚 𝐶𝑝 (𝑇2 − 𝑇1 ))𝑎𝑔𝑢𝑎 − (𝐾 (𝑇2 − 𝑇1 ))𝑐𝑎𝑙 (𝑚 (𝑇2 − 𝑇1 ))𝑚

4. DESCRIPSION DE LA PRACTICA; 4.1MATERIAL DEL EQUIPO; Vasos de precipitados Balanza Termómetro o termocupla -Calorimetro 4.2REACTIVOS; Agua (H2O) Muestra ( jugo) 5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL; Calentar agua 250ml a una temperatura de 65 a 70 0C Verter en una probeta un volumen de 120ml y medir la T2 Una vez cumplido el paso 3 verter en un calorímetro Esperar que se encuentre en equilibrio Medir en una probeta en un volumen de 80 ml de la muestra y medir la T4 Verter el calorímetro con la muestra y esperar a que la temperatura se encuentre en equilibrio y medir la T5 6. CALCULOS;

T1

T2

T3

T4

T5

Masa

(ºC)

(ºC)

(ºC)

(ºC)

(ºC)

agua

jugo

jugo

(gr)

(gr)

(cm3)

115

78.5

80

14

89

46

15

38

del Masa del Volumen

del

Calculo ctte K

k termo 

 m * Cp H 2O * (T3  T2 ) (T3  T1 )

Cp jugo 



 115 *1 * (46  89) cal  154.53 0 (46  14) C

 115 * 1 * (38  46) cal  0.492 81.22 * (38  15) gr*0 C

7. RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS;

 agua

jugo

K termo

Cp del agua

Cp mezcla

(gr/cm3)

(gr/cm3)

(cal/ºC)

(cal/grºC)

(cal/grºC)

0.958

0.981

154.53

1.000

0.492

8. CONCLUSIONES;

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 1>0.953.

9. BIBLIOGRAFIA www.google.com

Libro. Principios y cálculos básicos de la ingeniería química < DAVID M. HIMMLBLAU> PAGINAS CONSULTADAS DEL “274 - 283”.

Fisicoquímica Fisicoquímica www.google.com www.avg.com

UNIVERSIDAD MAYOR, REAL Y PONTIFICIA DE SAN FRANCISCO XAVIER DE CHUQUISACA FACULTAD DE TECNOLOGÍA CARRERA DE ING. PETROLEO Y GAS NATURAL LIBRETA ACADÉMICA C.U.:57-1001

Universitario(a):Ugarte Guerra Angel Efrain C.I.:7475505 Record Gestión Sistema:Semestralizado Academico: Académica:2/2012 38.38 Parciales Codigo Asig.

Asignatura

ECUACIONES MAT20 DIFERENCIAL 7 ES FISICA FIS200 BASICA III QMC20 FISICO 6 QUIMICA GEOLOGIA PGP20 ESTRUCTURA 0 L INGLES LIN100 TECNICO I MAT20 METODOS 5 NUMERICOS

Curs Grup SE o o A 1ro

Curso Not Nota Ex. Veran Práctica Labor Semifin a Segund Fina oo 3e Parciale s a. al Fina a Inst. 2do s l Ex. r l Progr.

0

0

0

-

0

0

0

-

0

0

0

0

-

-

0

0

0

0

-

21.25

-

42.6

0

0

0

-

20

-

60

0

0

0

-

3

1

G

18

14

-

16

14.6

3

2

I

8.1 5.1

-

6.6

8.4

3

2

I

-

0

0

0

3

2

B

17. 16.4 - 16.975 5 5

0

3

1

B

16. 25.9 8

21.35

4

2

G

40

40

3

0

40

-

-

30.6

18.33 33.33

*Las Calificaciones en ROJO estan pendientes de validación por parte del docente y estan sujetas a modificación ** Las casillas con "-" no son tomadas en cuenta para las ponderaciones

CODIGOS DEL SISTEMA DE EVALUACION ACADEMICA (SEA) Codigo

Pruebas Pruebas Prueba Laboratorios parciales practicas Final

A

25

10

25

40

B

35

25

0

40

C

35

15

0

50

D

50

20

0

30

E

35

35

0

30

F

40

40

0

20

G

40

20

0

40

H

30

40

0

30

I

30

10

25

35

J

33

33

0

34