Trabajo Colaborativo Fluido y Termodinamica Entrega Final

FISICA 3 - FLUIDOS Y TERMODINÁMICA

CAPACIDAD CALORIFICA Y CALORIMETRICA 2 FASE GRUPAL

 Ac eved o Fr ago so Br eyn er Dav id Bolaños Pantoja Leidy Carolina Correa Morales Fabián Alfonso Orozco Ariza Robinso Robinso n Socotá Camacho Sandra Vivi ana

Institución Universitaria Politécnico Politécnico GranColombiano GranColombiano Facult Facult ad de Ingeniería y Ciencias Ciencias B ásicas Fluidos y Termodinámica Termodinámica 2018

FISICA 3 - FLUIDOS Y TERMODINÁMICA

CAPACIDAD CALORIFICA Y CALORIMETRICA 2 FASE GRUPAL

 Ac eved o Fr ago so Br eyn er Dav id Bolaños Pantoja Leidy Carolina Correa Morales Fabián Alfonso Orozco Ariza Robinso n Socotá Camacho Sandra Vivi ana

Presentado A Ing. Rodr íguez Angélica Ing. Nidia Jaimes

Institución Universitaria Politécnico GranColombiano Facult ad de Ingeniería y Ciencias B ásicas Física 3 - Fluidos y Termod inámica 2018

FISICA 3 - FLUIDOS Y TERMODINÁMICA

CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 4 2. OBJETIVOS ................................................................................................ 5 2.1. OBJETIVO GENERAL ....................................................................... 5 2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ................................................................ 5 3. ESCRIPCIÓN FASE 2 Y SOLUCION ......................................................... 6

4. CONCLUSIÓN .......................................................................................... 12 5. BIBLIOGRAFIA ...................................................................................... 13

FISICA 3 - FLUIDOS Y TERMODINÁMICA

1. INTRODUCCIÓN

Las técnicas y equipos empleados en calorimetría dependen de la naturaleza del proceso que se estudia. Generalmente se utilizan calorímetros, los cuales son empleados en trabajos muy exactos con buenas precisiones, también es común usar un calorímetro de “vasos para café” muy sencillo, para no permitir el intercambio de calor desde el interior del calorímetro al exterior (paredes adiabáticas). Dado que los calorímetros no están sellados ni con altas presiones ni al vacío, una reacción o cualquier proceso se efectúa bajo presión atmosférica (presión constante).

FISICA 3 - FLUIDOS Y TERMODINÁMICA

2. OBJETIVOS 2.1.

OBJETIVO GENERAL

Trabajar en equipo utilizado simuladores donde se pueda detallar la reacción de varios tipos de solidos con la temperatura para observar su comportamiento y entender la termodinámica y sus resultados. 2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ✓ ✓ ✓

Determinar el método de acción experimental más eficiente para la optimalización del experimento. Reconocer las diferentes relaciones, que se diferencien por cada sólido y temperatura que apliquemos. Identificar las variables, logrando reconocer los comportamientos y cambios según la física y la termodinámica.

FISICA 3 - FLUIDOS Y TERMODINÁMICA

3. ESCRIPCIÓN FASE 2 Y SOLUCION Consolidado de d atos. 1. Luego de la fase individual donde cada integrante del grupo armo 12 configuraciones diferentes variando la masa y la temperatura del agua y del sólido, deberán comparar los resultados del Cp para cada sólido. En ese caso deberán llenar la tabla mostrada a continuación (Recuerde que cada integrante tiene dos valores de Cp por cada solido). Solución: Tabla 1:  Calor especifico de diferentes sólidos.

Fuente: Autor 2. Compare nuevamente los resultados entre las configuraciones de un mismo sólido. Son iguales?, varían? .De que depende? Solución:

Realizando un análisis comparativo con cada uno de los resultados obtenidos por cada uno de los integrantes del grupo se observa que los valores de calor específico de cada solido son muy similares, por lo que están directamente relacionados con el tipo de sólido y con la cantidad de temperatura que fue aplicada a la masa del sólido y el agua. Por lo tanto, se puede inferir que el valor del calor específico de un mismo solido No tiene grandes diferencias. Depende del valor de la temperatura que se le aplica a la masa de los sólidos y el agua.

FISICA 3 - FLUIDOS Y TERMODINÁMICA

3. ¿Qué solido tiene el C p. más alto? Que significa que un material tenga una capacidad calorífica más alta o más baja en términos de transferencia de calor. Solución:

Según la tabla 1 y los experimentos de cada uno de los integrantes del grupo, el sólido que tiene el cp. (Calor Especifico) más alto es el sólido (F). Por lo tanto, podemos inferir que cada material tiene una capacidad de almacenar calor de manera diferente, esta capacidad depende de la naturaleza y composición de este, la transferencia de energía entre los cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Resaltando que este flujo de energía siempre se transfiere desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos logran alcanzar el equilibrio térmico que refuta en la Ley Cero del principio de termodinámica. Cuando un material tiene una capacidad calorífica alta significa que se necesita mayor energía calorífica para incrementar su temperatura, por ejemplo, si se tiene un trozo de madera y uno de hierro expuestos al sol durante un tiempo determinado, habrán adsorbido la misma cantidad de calor, pero como el calor especifico de la madera es mayor que el hierro, el trozo de hierro tendrá una temperatura mayor que el de madera. 4. Con base en la tabla obtenida en el punto 1 de esta fase grupal, calcule el error estadístico del calor específico promedio de cada sólido estudiado usando los métodos previamente explicados. ¿considerando el intervalo [− 3, + 3] es necesario descartar valores en cada caso?, ¿Considera que debe ser usado el factor de corrección t de Student en cada caso? Apóyese en el material que está en el ANEXO 1, (al final de este documento). Justifique sus respuestas. Luego consigne los resultados en una tabla como la siguiente: Solución:

FISICA 3 - FLUIDOS Y TERMODINÁMICA

Considerando el intervalo (  − 3,  + 3 ) No fue necesario descartar ningún valor en ninguno de los casos, dado que todas las mediciones estuvieron dentro del Rango. En todos los casos si es necesario utilizar el factor de corrección t de Student, dado que el número de mediciones es muy pequeño, por lo tanto es necesario realizar una corrección sobre la desviación estándar y así poder dar una cantidad apropiada que represente el error estadístico. 5. De acuerdo a los valores del cociente µ/ ẋ obtenidos en cada caso, ¿Qué puede decir de la calidad del proceso de medición? Solución:

La calidad del proceso de medición es Alta, dado que los cocientes µ/ ẋ son pequeños en todos los casos; siendo mayor la calidad de medición que se obtuvo en el Solido E.

FISICA 3 - FLUIDOS Y TERMODINÁMICA

6. Ahora piense en el siguiente ejemplo: Si un sartén caliente cae al piso, seguro lo tomaremos del mango de madera, no querríamos quemarnos si lo tomáramos del lado del metal. Entonces, quien tiene mayor capacidad calorífica? El metal o la madera? Justifique. Solución:

El metal tiene mayor capacidad calórica esto se debe a que el metal conduce mejor la temperatura (conductividad térmica) la capacidad calórica está relacionada con la capacidad de emitir o absorber la energía térmica calor o frío. 7. Un huevo con una masa de 0.1 kg y un calor especifico de 3.32 kJ/kJ*°C, se sumerge en agua hirviendo a 96 °C. Si la temperatura inicial del huevo es 5 °C. ¿Cuál es la cantidad máxima de transferencia de calor al huevo? Solución:

De acuerdo al problema planteado estos son los datos que tenemos: Masa del Huevo: 0.1kg Calor Especifica del Huevo: 3.32 kJ/kJ*°C Temperatura 1: 5°C Temperatura 2: 96°C En este caso debemos resolver la siguiente Ecuación:

La cantidad máxima de transferencia de calor al huevo es de 30kj. 8. El siguiente ejemplo, tiene que ver con un proceso real. Si en una fábrica de dulce de manzanas tienen 800 kg de pulpa de manzana y se tiene que calentar de 5 a 22 °C a). Cuanto calor se requiere para este proceso si el cp. de la pulpa de manzana es de 3,65 kJ/kJ*°C? b). Se

FISICA 3 - FLUIDOS Y TERMODINÁMICA

requiera la misma cantidad de calor para calentar la misma cantidad pero de pulpa de uva? Solución:

Según la ecuación Datos M= 800 Kg Cp.= 3.65 kj/kj T2= 22° T1=5°

Punto A 49.640 cal para uva el calor específico es 3671.66 M=800 Kg Cp.= 3671.66 T2= 22° T1=5°

Punto B. Se necesita más calor para calentar la pulpa de uva. 9. ¿La energía requerida para calentar aire de 295 a 305 K es la misma que la necesaria para calentarlo de 345 a 355 K? Justifique su respuesta. Solución:

FISICA 3 - FLUIDOS Y TERMODINÁMICA

Primero vamos a suponer que la masa del aire es constante, para nuestro caso tomaremos una masa de 1 Kg. y que el calor especifico del aire a presión constante es 1007 J/Kg*K. Primero calculamos la energía requerida para calentar aire de 295 305 K. Entonces tenemos.

Ahora calculamos la energía requerida para calentar aire de 345 a 355 K. Por lo que tenemos:

Nos damos cuenta que la energía requerida es la misma, esto se debe a que la energía necesaria para calentar una sustancia de masa constante desde una temperatura A hasta una temperatura B, está en función del cambio o variación de la temperatura. En este caso como la diferencia de temperatura en ambas situaciones es la misma (10 K), la energía requerida para calentar el aire es la misma.

FISICA 3 - FLUIDOS Y TERMODINÁMICA

4. CONCLUSIÓN

El incremento de temperatura de los cuerpos cuando se calientan es aproximadamente proporcional a la energía suministrada. Si se pone dos cuerpos en contacto a distinta temperatura, se producirá una “pérdida de calor ”  del cuerpo a mayor temperatura (o más caliente) y una “ganancia de calor ” del cuerpo a menor temperatura (o más frio); esto es lo que se expresa en el principio de conservación de la energía. Si los dos cuerpos tienen la misma temperatura, no habrá perdida ni ganancia de calor. La capacidad calorífica de un sólido o sustancia da la idea de la facilidad que tiene para aumentar su temperatura cuando se le coloca en contacto con otro sistema a mayor temperatura, es decir cuando se calienta, o de disminuir su temperatura cuando se le enfría. Los sólidos con masa iguales, de distinta naturaleza e igual temperatura, almacenan distinta cantidad de calor. Por lo tanto, las variables que afectan la capacidad calorífica se encuentran en la temperatura, la composición y estado de la sustancia estudiada.

FISICA 3 - FLUIDOS Y TERMODINÁMICA

5. BIBLIOGRAFIA ➢ 

➢

➢ ➢ ➢

Burbano de Ercilla, S., E. Burbano García y C. García Muñoz, Problemas de Física, vol. 2. Tébar, 2004, Campo gravitatorio, Elasticidad, Termodinámica, transferencia de calor, movimientos ondulatorios y Electromagnetismo. Castaños Camargo, M. y F. Soriano Santandreu, Apuntes prácticos de Física: termodinámica y elasticidad. Cátedra de Física, E.T.S. Arquitectura de Madrid, Madrid, 1987. C.J. Geankoplis. Procesos de transporte y operaciones unitarias. 3ra edición. Ed.: CECSA. Minnesota (1998). Pp.: 178 y 179. Howell, John R., Buckius, Richard O. Principios de Termodinámica para Ingeniería. McGraw-Hill, México, 1990. Ness, H. C. V. y M. M. Abbot, Termodinámica. McGraw-Hill, México, 1988.