UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL. INFORME DE PRÁCTICA DE LABORATORIO PREPARADO POR EL ESTUDIANTE
ESTUDIANTE Eric Sa!"ia#o L$%&' Ca(asca!#o
CONSULTA : CALORIMETRÍA CALORI METRÍA ADIABÁTICA CARRERA SEMESTRE I!#&!i&ría Am(i&!"a)
"&rc&ro
Físico-Química FECHA
DOCENTE
Quim* Bo)í+ar E!rí,u&'
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/ OB3ETI4OS / OB3ET 3ETI4O 5ENERAL RAL Identificar y conocer los elementos de un calorímetro adiabático, aplicar las técn técnic icas as de func funcio iona nami mient ento o y los los méto método doss empl emplea eados dos para para deter determi mina narr la capacidad calorífica en la práctica. •
OB3 B3ET ETI4 I4OS OS ES6E ES6ECÍ CÍFI FICO COS S Describir las partes de un calorímetro adiabático. Analizar las técnicas empleadas para el uso de un sistema adiabático. Determinar las condiciones de funcionamiento del calorímetro adiabático. MA MAT TERIA ERIALE LES S 7 REA REACTI4 CTI4OS OS • • •
MATERIALES 1. Calorímetro 2. Cronómetro 3. Agitador motorizado 4. Conductores eléctricos para el encendido de la muestra
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5. Orifcio para Termómetro ℃ ! ". #om$a c%mara de reacción 1 2 6
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ANTECEDENTES DEL TEMA
CALORI!"R#A &a calorimetría estudia el intercam$io de calor' en di(erentes procesos' mediante un instrumento denominado calorímetro' )ue mide el cam$io de energía en un sistema al operar un proceso* )ue puede ser (ísico' )uímico o $iológico.
. !l primer calorímetro para medir el calor, fue desarrollado en $%&' por La(oisier y Laplace )*i+ura $, midieron el cambio en el calor de un cuerpo caliente, para fundir una cantidad de -ielo se esperaba -asta /ue el cuerpo caliente estu(iera a la temperatura del -ielo, y después se determinaba la masa del -ielo derretido.
La construcci0n de calorímetros ayuda a entender la ciencia de la ener+ía y sus transformaciones, con un e1perimento simple se puede deducir el cambio de calor, pero implica el conocimiento de conceptos como capacidad calorífica, entalpía, poder calorífico, potencia térmica, etc.
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T+C,-CA CA&O/-0+T/-CA
!1isten numerosas re(isiones, libros y artículos, dedicados a la calorimetría y sus aplicaciones. !n cuanto a técnicas calorimétricas se pueden mencionar la calorimetría de combusti0n, de alta temperatura, de soluci0n, láser flas-, isotérmica, diferencial de barrido )D2C por sus si+las en in+les, de inmersi0n, fotoac3stica, de flu4o, adiabática, isoperb0lica, entre otras.
de flujo la desarroll0 Callendar, esta consiste de un dispositi(o para mo(er un +as en un recipiente a una rapidez constante, al adicionar cierta cantidad de calor se mide el incremento de temperatura en el fluido. La
calorimetría
calorimetría adiabática cuyo fundamento consiste en como su nombre lo indica, e(itar la transferencia de calor desde el recipiente donde se introduce la muestra, a un recipiente e1terior /ue rodea al anterior. !s decir, idealmente no e1iste intercambio de calor entre sus fronteras. O"ra "9c!ica &s )a
Con respecto a la calorimetría de volumen constante, /ue es una técnica directa /ue se usa para medir el calor específico de lí/uidos y s0lidos, la técnica de flu4o constante tiene una (enta4a sobresaliente. La capacidad calorífica del calorímetro no inter(iene en los cálculos de capacidad calorífica de la muestra..
calorimetría fotoacústica la cual es muy reciente 5$67, pero importante en la in(esti+aci0n de rápidas reacciones /uímicas. 2u ori+en se remonta al primer reporte del efecto fotoac3stico en $&&6 cuando 8ell escuc-0 el sonido +enerado por una muestra /ue se ilumin0 con la luz del sol. La
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DISEO Y CONSTRUCCIÓN DE UN CALORÍMETR DE FLU!O La calorimetría de flu4o la desarroll0 Callendar, esta consiste de un dispositi(o para mo(er un +as en un recipiente a una rapidez constante, al adicionar cierta cantidad de calor se mide el incremento de temperatura en el fluido. ientras la teoría es muy simple, el dise9o y co nstrucci0n del calorímetro de flu4o de e1actitud es complicado, y se debe cuidar los si+uientes aspectos:
$ Reducir la fu+a de calor debido a con(ecci0n, conducci0n y radiaci0n a un mínimo. ; Ase+urar la medici0n de un flu4o constante. ' edici0n e1acta de la temperatura del *L
ESQUEMA DE UN CALORÍMETRO ADIABÁTICO
CALORI!"R#A ADIA8="ICA !n un calorímetro adiabático !l término adiabático se la temperatura del escudo se usa como una
otras (ariables, /ue influyen al materializar el modelo.
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y sus alrededores.
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DESCRI6CIN DEL ESQUEMA: •
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U! r&ci%i&!"& ;c&)
)a cua) &s"? i!"&#ra so! )os ,u& %&rmi"ir?! o%&rar &) ca)orím&"ro &! co! %ara r& cua ca%aci &,ui%a &) sis"&ma &s"? sus%&!
>ROC!DII!?"O >ARA !L <2O AD!C
e de$e elegir entre mantener una (uga de calor signifcante 6pero calcula$le7 ó es(orzarse para eliminar las (ugas de calor al punto en el cual sean insignifcantes 4 puedan despreciarse
&a determinación de las pérdidas de energía por (ugas de calor es el (actor' )ue limita se5eramente la e3actitud.
Así como tam$ién la temperatura m%3ima de uso de $arnices o pegamentos de los cale(actores 4 termopares.
0inimizar la di(erencia de temperatura entre el calorímetro 4 sus alrededores.
0inimizar el tiempo para el intercam$io de calor.
e de$e e5itar la o3idación de la celda' el escudo 4 las pantallas.
0inimizar los coefcientes de trans(erencia de calor algunas 5eces llamado módulo de (ugas.
i no se emplean estos materiales la respuesta es lenta 4 se difculta el control del escudo adia$%tico.
0 M9"o
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•
Cp
=
!n calorimetría adiabática se utilizan dos métodos de calentamiento, el continuo y el intermitente. !n el @M9"o
!n el M9"o
DO?D!: Q = IVτ ( J )
Q es el calor suministrado, ∆T es la diferencia de temperatura )antes y después del
incremento y m es la masa, I, V, " son la corriente eléctrica, la tensi0n eléctrica y el tiempo de duraci0n del calentamiento respecti(amente. !l control del escudo resulta difícil debido al cambio brusco de la demanda de ener+ía y el fin del periodo de calentamiento. !l calentamiento intermitente es 3til, en la determinaci0n de la capacidad calorífica, sin embar+o, cuando la muestra sufre transiciones, fusi0n o cuando un proceso es lento, se tienen /ue comparar ambos métodos, y e(aluar cuál es el más adecuado dependiendo de las sustancias. Bste tiene la (enta4a /ue el punto de fusi0n y pureza de la muestra se pueden estimar, de la fusi0n fraccional.
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!n un calorímetro ideal sin potencia de entrada, no -ay fu+a de calor del calorímetro al escudo adiabático cuando la diferencia de temperatura es cero. !n los calorímetros reales ba4o estas condiciones e1iste un pe/ue9o pero finito intercambio de calor el cual se llama @fu+a de calor cero, para distin+uirlo del intercambio de calor debido a otras causas 5;7. !1isten dos posibles causas de la @fu+a de calor cero $ la fuerza electromotriz parásita en el circuito de control del escudo, /ue causa /ue la temperatura sea li+eramente diferente a la de la celda, 0 ; la ener+ía aplicada al escudo para mantener su temperatura por encima de la del medio ambiente, /ue fluye del calefactor del escudo a tra(és del la superficie, donde se pierde al ambiente.
1 A%)icacio!&s <& )a ca)orim&"ría a
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" CONCLUSIONES
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Gay al+unas otras áreas como la nuclear, y la radiaci0n, donde también se usan calorímetros, pero no se reportaron por la especializaci0n del tema. 2e presentaron al+unas de las técnicas calorimétricas, sin embar+o -ay al+unas otras como calorimetría de combusti0n, de conducci0n de calor, de absorci0n, entre otras /ue no se incluyeron, debido a /ue no cumplen con los re/uisitos para seleccionar una técnica /ue permita medir capacidad calorífica en fluidos, con alta e1actitud y /ue posea la característica para desarrollar un aparato primario de medici0n. >ara el desarrollo del calorímetro se realizará un estudio te0rico de los procesos de trasferencia de calor de los distintos elementos /ue forman el mismo para encontrar criterios de dise9o /ue permitan e(aluar los errores y determinar si se alcanzan los ni(eles de e1actitud con /ue se re/uiere medir dic-a propiedad.
BIBLIO5RAFÍA
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