Calorimetria

TECNICO OPERADOR DE PLANTAS INDUSTRIALESOPERACIONES UNITARIAS

CONCEPCION, 6/10/2015

Introduccion

• Lo primero que se debe considerar es que calor y temperatura -en Física- son cosas diferentes.

• En el lenguaje coloquial se utilizan casi como sinónimos. Pero acá en calorimetria no se considera asi.

• La temperatura, que se simboliza T, es una manifestación de la materia detectable por los sentidos de nuestra piel y fundamentalmente por los termómetros.

• Se puede considerar como una propiedad emergente de la energía cinética promedio de todas las moléculas y átomos que integran un cuerpo (del movimiento, de la agitación)

• Calor, que se simboliza Q, no es algo fácil de medir ni explicar. Calor es energía fluyendo de un cuerpo a otro debido a diferencias de temperatura desde mayor temperatura a menor temperatura, o cambios de estado (por ejemplo, sólido a líquido)

Calorimetria

• Es la parte de la fisica que estudia latransferencia de energia entre cuerpos

cuando las transferencias se da en forma decalor.

Estados de la materia

• Estado sólido

• Estado líquido

• Estado gasoso

Formas de calor

Cuando un cuerpo recibe energia, esta puedeproducir variacion de temperatura o cambio deestado.

• Cuando el efecto producido es la variacion detemperatura se tiene que el cuerpo recibe calorsensible.

• Si el efecto es el cambio de fase el calor recibidose denomina calor latente

Una caloria

• Se define caloria como la cantidad de calornecesaria para un gramo de agua pura apresion de 1 atm cambie su temperatura de14,5 °C a 15,5 °C

Unidades de calor

• En el sistema internacional S.I.• Joule

• Una unidad de uso común• Caloría

• Caloria Joules• 1 4,184

Capacidad térmica:

• Se define capacidad térmica como el cocienteentre la cantidad de calor (Q), que un cuerporecibe, y la variacion de temperaturaproducida (ΔT ).

Ct=QT

Unidades

• Las unidades de capacidad termica en el S.I es:

• Joule/Kelvin (J/K)

• Tambien se utiliza

• Cal/ °C

Ejercicio

Se tienen dos cuerpos, A y B, reciben una cantidad de calorigual a 500 cal. Las temperaturas se elevan 50°C y 100 °C respectivamente, cual es la capacidad térmica de los dos cuerpos en Joule/Kelvin e cal /°C?

Calor específico (c):

• La cantidad de calor transferido a una masa deuna sustancia es directamente proporcional alas variaciones de temperatura.

•El calor específico de una sustancia es lacantidad de calor requerida para aumentar ungramo de la sustancia de su temperatura en 1

° C. Ctm

c =

Ecuación fundamental de calorimetria

La capacidad termica y el calor especifico se puedencombinar:

Ct= c =QT

Ctm

Q = m * c * T

UNIDADES DE MEDIDAS

Unidades usuales Unidades del SI

Q.......Cal................................Joule (J)m.......gramo (g)....................Kilogramo (kg)T.......Celsius (oC)………..……….Kelvin (K)c..........cal/g.oC………….……….J/kg.K

Intercambio de calor

• Cuando dos o más cuerpos, que están adiferentes temperaturas, se ponen encontacto, de forma espontánea se producenintercambios de calor entre ellos, que dejande ser alcanzado el equilibrio térmico.

Para evitar la influencia del intercambiador decalor externo, es necesario para ponerlas enun recipiente llamado calorímetro.

Calor latente

El calor latente de cambio de estado es lacantidad de calor que recibe la sustancia otransferido por unidad de masa durante elproceso, manteniendo la temperatura

constante, a condición de que la presión nocambia

Calor latente

• Matematicamente se puede expresar por:

• QL=Q/m Q=m*QL

Q = cantidad total de calor latenteintercambiado en el procesom = masa del cuerpoQL = calor latente de cambio de fase

Cambio de fase

• Cuando cambiamos las condiciones físicas de presión ytemperatura, se puede cambiar el estado de la materia.Por ahora, vamos a tratar el cambio de fase a presiónconstante, variando únicamente la temperatura. Losprocesos de cambio:

•Fusion: transición de sólido a líquido;Solidificacion: transición de líquido a sólido;Vaporización: Cambio de líquido a vapor;Condensación: el vapor pasa a líquido;Sublimación: transición de sólido a vapor

Curvas de calentamiento yenfriamiento

• Esta gráfica se denomina unacurva de calentamiento, si elcuerpo está recibiendo calor ocurva de enfriamiento, si elcuerpo está cediendo de calor.

Las leyes generales del cambio de fase

• Si la presión se mantiene constante durante elcambio de fase, la temperatura permanececonstante.

Para una presión dada, cada sustancia tiene sutemperatura de cambio de fase perfectamentedefinida.

Variando la presión, la temperatura de cambiode fase también variar.

PODER CALORIFICOCOMBUSTIBLE: cualquier sustancia que reaccionaquímicamente con un agente oxidante para obtenerfundamentalmente energía en forma de calor

• Contiene elementos combustibles (C-H-S) + materia no combustible(agua-silicatos-caliza-nitrógeno, etc)

– Combustible se queman

• Contienen energía acumulada, y al liberarla durante lareacción química (combustión), con el oxidante, semanifiesta en forma de calor.

• Clasificación:– Según su estado: Sólido – Líquido – Gaseoso

Poder calorifico

• Es la cantidad de ENERGIA (calor) quelibera un kilogramo, o un metro cúbico,de combustible al oxidarse en formacompleta

• Ejemplo Cuando el carbono se oxida yse convierte en CO2

• Ecuacion de reaccion quimica• CH4+2*(02+3,76N2) CO2+7,52*N2+2*H2O

UNIDADES(kcal/Kg) ; (kcal/m3) ; (BTU/lb) ; (BTU/pie3); (Kj/Kg) ;(Kj/m3)

FORMASEl poder calorífico de un combustible puede ser:

.--Poder Calorífico Superior (PCS)

.--Poder Calorífico Inferior (PCI)

Poder calorifico superior

• El poder calorífico superior (PCS) se definesuponiendo que el agua en los productos decombustión esta en forma liquida, por lo queel vapor de agua se encontrará totalmentecondensado.

• Vapor de agua que proviene de:• a) la humedad propia del combustible y• b) el agua formada por la combustión del

hidrógeno del combustible.

Poder calorífico inferior

• El poder calorífico inferior considera que elvapor de agua contenido en los gases de losproductos de la combustión no condensa.

• Solo se dispondrá del calor de oxidación delcombustible, al cual por definición sedenomina:

• Poder Calorífico Inferior del Combustible

Interpretación del poder caloríficoinferior

• Para obtener el Poder Calorífico de uncombustible es necesario que todo elcarbono (C) se oxide en forma completapasando a anhídrido carbónico (CO2)

• CH4+02+3,76N2

+ calor de oxidacion del combustible

• EL VAPOR DE AGUA CONTENIDO EN LOSGASES DE COMBUSTION NO CONDENSA

CO2+3,76*N2+2*H2O

Poder calorifico superior

• Aquí se le suma al poder calorifico inferiorel calor de condensacion del vapor deagua.

• PCS=PCI+mh20p*(calor de condensaciondel agua)(QL)

• mh20p=masa de agua en los productos

VISTA GRAFICA DEL PODERCALORIFICO SUPERIOR

VISTA GRAFICA DEL PODERCALORIFICO INFERIOR

Valores de poder calorifico paradiferentes sustancias

1 Kcal=4,184 KJ