UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADORFACULTAD DE INGENIERA EN GEOLOGA, MINAS, PETRLEOS Y AMBIENTAL.INFORME DE PRCTICA DE LABORATORIO PREPARADO POR EL ESTUDIANTE

CONSULTA : CALORIMETRA ADIABTICA Fsico-Qumica

ESTUDIANTECARRERASEMESTREDOCENTEFECHA

Erick Santiago Lpez CabascangoIngeniera AmbientalterceroQuim. Bolvar Enrquez20150617

1. OBJETIVOS0. OBJETIVO GENERAL Identificar y conocer los elementos de un calormetro adiabtico, aplicar las tcnicas de funcionamiento y los mtodos empleados para determinar la capacidad calorfica en la prctica.

0. OBJETIVOS ESPECFICOS Describir las partes de un calormetro adiabtico. Analizar las tcnicas empleadas para el uso de un sistema adiabtico. Determinar las condiciones de funcionamiento del calormetro adiabtico.1. MATERIALES Y REACTIVOSMATERIALES

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1. Calormetro5

2. Cronmetro3. Agitador motorizado4. Conductores elctricos para el encendido de la muestra5. Orificio para Termmetro ()6. Bomba cmara de reaccin1

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1. ANTECEDENTES DEL TEMA

ESQUEMA DE UN CALORMETRO ADIABTICO

DESCRIPCIN DEL ESQUEMA: Un recipiente (celda) (5), la cual est integrada en un sistema de aislamiento mediante el cual se trata de evitar las prdidas de calor. Un termmetro para medir los cambios de temperatura (7) Un calefactor (resistencia elctrica conectada a una fuente controlable de tensin elctrica) (3) Escudos, son los que permitirn operar el calormetro en condiciones adiabticas (4). Pantalla, para reducir las fugas de calor por radiacin. El slido (6), cuya capacidad calorfica se determina se coloca en el recipiente (celda) (5), equipado con un calefactor (3) y un termmetro (7), el sistema est suspendido dentro de un recipiente evacuado.

1. PROCEDIMIENTO PARA EL USO ADECUADO DEL CALORMETRO ADIABTICO

1. Mtodos de operacin en calorimetra adiabtica

En calorimetra adiabtica se utilizan dos mtodos de calentamiento, el continuo y el intermitente.En el Mtodo de calentamiento continuo el calormetro y el escudo se calientan con energa constante y una vez que alcanzan la temperatura deseada se registran los valores. La energa se determina de mediciones simultneas de tiempo y potencia. La divisin de esta energa por el incremento de temperatura da la capacidad calorfica del calormetro y la muestra; la capacidad calorfica de la muestra se obtiene al restar la capacidad calorfica del calormetro vaco. La principal ventaja de este mtodo es que es ms fcil controlar el escudo adiabtico.

En el Mtodo de calentamiento intermitente la temperatura de la celda y del escudo se mantiene a la misma temperatura bajo condiciones adiabticas. Cuando la temperatura de la celda alcanza el equilibrio, entonces sta se calienta con una cantidad de energa constante durante un intervalo de tiempo dado, para incrementar la temperatura. Se apaga el calefactor entonces, la temperatura se mide otra vez cuando los efectos transitorios del calentamiento se vuelven despreciables. La capacidad calorfica se puede determinar de :

DONDE:

Q es el calor suministrado, T es la diferencia de temperatura (antes y despus del incremento) y m es la masa, I, V, y t son la corriente elctrica, la tensin elctrica y el tiempo de duracin del calentamiento respectivamente. El control del escudo resulta difcil debido al cambio brusco de la demanda de energa y el fin del periodo de calentamiento.

El calentamiento intermitente es til, en la determinacin de la capacidad calorfica, sin embargo, cuando la muestra sufre transiciones, fusin o cuando un proceso es lento, se tienen que comparar ambos mtodos, y evaluar cul es el ms adecuado dependiendo de las sustancias. ste tiene la ventaja que el punto de fusin y pureza de la muestra se pueden estimar, de la fusin fraccional.

En un calormetro ideal sin potencia de entrada, no hay fuga de calor del calormetro al escudo adiabtico cuando la diferencia de temperatura es cero. En los calormetros reales bajo estas condiciones existe un pequeo pero finito intercambio de calor el cual se llama fuga de calor cero, para distinguirlo del intercambio de calor debido a otras causas [2]. Existen dos posibles causas de la fuga de calor cero 1) la fuerza electromotriz parsita en el circuito de control del escudo, que causa que la temperatura sea ligeramente diferente a la de la celda, 2) la energa aplicada al escudo para mantener su temperatura por encima de la del medio ambiente, que fluye del calefactor del escudo a travs del la superficie, donde se pierde al ambiente.

1. Aplicaciones de la calorimetra adiabticaLa calorimetra adiabtica, permite determinar propiedades como: la entropa, la temperatura de Debye, la densidad electrnica de estados, caracterizar transiciones de fase, y se considera como la mejor tcnica para medir la capacidad calorfica (la cantidad de energa necesaria para incrementar la temperatura de una sustancia 1 K) a baja temperatura [12], debido a la simplicidad en la evaluacin de dicha propiedad y a que se elimina la correccin por fugas de calor entre el calormetro y sus alrededores. Entre otros campos posibles de aplicacin se pueden mencionar el calor liberado; en reacciones qumicas y en superconductores. A continuacin se mencionan algunos ejemplos y aplicaciones.

La posibilidad de determinar los parmetros termodinmicos y cinticos de un proceso qumico (reacciones qumicas como descomposicin) ha atrado la atencin de los ingenieros qumicos con el fin de analizar, modelar, optimizar y simular los procesos de productos qumicos con la ayuda de un calormetro de reaccin, ofreciendo la capacidad para medir temperatura, cambio de entalpa y cuantitativamente cambios de presin [13-18]. Barandiaran et al. [19] determinaron ciertos parmetros mediante la simulacin de un proceso de co-polimerizacin de emulsin, usando datos de un calormetro de reaccin. Lahti et al. [20] han descrito y probado un calormetro de polimerizacin en los procesos de polimerizacin. Se investig la polimerizacin por radicales libres en un calormetro cuasi-adiabtico.

La figura 4 muestra los resultados de las mediciones de capacidad calorfica isobrica de UFe4Al cerca de su transicin magntica realizado con un nuevo calormetro adiabtico

1. CONCLUSIONES

Hay algunas otras reas como la nuclear, y la radiacin, donde tambin se usan calormetros, pero no se reportaron por la especializacin del tema.

Se presentaron algunas de las tcnicas calorimtricas, sin embargo hay algunas otras como calorimetra de combustin, de conduccin de calor, de absorcin, entre otras que no se incluyeron, debido a que no cumplen con los requisitos para seleccionar una tcnica que permita medir capacidad calorfica en fluidos, con alta exactitud y que posea la caracterstica para desarrollar un aparato primario de medicin.

Para el desarrollo del calormetro se realizar un estudio terico de los procesos de trasferencia de calor de los distintos elementos que forman el mismo para encontrar criterios de diseo que permitan evaluar los errores y determinar si se alcanzan los niveles de exactitud con que se requiere medir dicha propiedad.

1. BIBLIOGRAFA

Hemminger, W. and Hohne G. Calorimetry fundamentals and practice. Ed. Verlag Chemie. Florida. (1984).

John P. McCullough y Donald W. Scott. Experimental Thermodynamics Volume 1 Calorimetry of Non-reacting Systems. International Union of Pure and Applied Chemistry 1968.

O. Kubaschewski and R. Hultgren, Metalurgical and Alloy Thermochemistry, in Experimental Thermochemistry,Vol. 2, ed. H. A. Skinner, New York, Interscience, 1962.p. 351