Nayeli del Rocío Soto Ortíz Víctor Rafael Olmedo Gasca Fidel Oswaldo Ramírez Amador Carlos Antonio Lastra Martos Manuel Alejandro González Valadez Francisco Javier Quesada Ramírez
INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
El principio de conservación de la energía brinda una base sólida para estudiar las relaciones entre las diversas formas de interacción de energía y establece que “la energía no se puede crear ni destruir durante un proceso” ; sólo se puede cambiar de forma. Por lo tanto, cada cantidad de energía por pequeña que sea debe justificarse durante un proceso.
= + +
Es la forma de energía que se transfiere entre dos sistemas debido a una diferencia de temperatura
La cantidad de energía que es absorbida o liberada durante el proceso de cambio de fase.
También se conoce como CAPACIDAD CALORIFÍCA es la energía necesaria para aumentar o disminuir la temperatura de una determinada sustancia en una unidad de temperatura sin que ocurran cambios de fase, reacciones químicas o cambios de la composición.
Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo de la sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema La capacidad calorífica no debe ser confundida con la capacidad calorífica específica o calor específico, el cual es la propiedad intensiva que se refiere a la capacidad de un cuerpo “para almacenar calor”
El calor específico es la cantidad de energía requerida para elevar en un grado centígrado un gramo de una sustancia pura Depende tanto de su estructura molecular como de su estado
Dispositivo que permite determinar el calor específico de una sustancia. Consta de un recipiente que contiene una muestra problema a la cual se le añade una masa de agua líquida con una temperatura inicial
.
Entre ambas masas se produce un intercambio de calor hasta que se alcanza el equilibrio térmico, con una temperatura final común El aislante del calorímetro asegura que el calor cedido por la sustancia caliente sea absorbido por la fría, evitando en lo posible la pérdida de calor.
Se utiliza el calorímetro para diferentes cálculos de calorimetría.
Medir la transferencia de calor durante un cambio físico o químico Calcular cuanta energía se requiere para calentar un líquido o sólido, sabiendo su peso y las temperaturas a la que se trabaja.
OBJETIVOS
Objetivo general.
Determinar la capacidad calorífica de la leche y la cerveza haciendo uso de conceptos básicos de termodinámica.
Objetivos específicos.
Emplear leyes de la termodinámica, en especial la ley cero, para llevar a cabo la correcta elaboración y calibración de un calorímetro, además de calcular su capacidad calorífica. Comparar datos obtenidos con la bibliografía y determinar el error de dichos datos.
Materiales y equipo
9 Calorímetros 3 Termómetros (-10°C a 160°C) 2 Probetas de 100mL 3 Vasos de precipitados de 250mL Agitador magnético (Chico) 2 Parillas Balanza electrónica Analito o sustancia problema Agua a temperatura ambiente y caliente Vasos de unicel
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
Funcionamiento del equipo El equipo (calorímetro) consta de dos vasos concéntricos de unicel, uno de ellos llamado cubierta consta de 250mL, mientras que el otro conocido como calorímetro posee una capacidad de 375mL. El vaso interno (cubierta) es el que almacena las sustancias a analizar, mientras que el exterior se encarga de rodear al vaso interno evitando la pérdida de calor. Una limitante del equipo es que a pesar de estar hecho de unicel (aislante), no impide la pérdida de calor en su totalidad.
El sistema consta también de un termómetro y un agitador. En el caso de que no se cuente con pinzas para termómetro, se pueden sustituir usando una tapa con dos agujeros, introduciendo el termómetro en uno de estos.
Figura 1. Partes que conforman a un calorímetro en un
METODOLOGÍA
Primera parte
Segunda Parte
RESULTADOS y DISCUSIÓN
En la tabla 1 se muestran las temperaturas y masas del agua, por medio de las cuales se calculara la capacidad calorífica del calorímetro de unicel:
m1(g)
m2(g)
T1(°C)
T2(°C)
T3(°C)
t(s)
100.19
94.82
26
54
39
2
99.48
99.56
23
58
40
2
99.70
99.81
23.5
59
40
3
99.79
98.06
24.16
57
39.66
2.66
297.31
330.15
312.81
En la tabla 2 se muestran los datos obtenidos con el mismo procedimiento para el caso del análisis de la muestra de leche
m1(g)
m2(g)
T1(°C)
T4(°C)
T5(°C)
t(s)
81.04
78.59
24
57
40.3
3
80.29
78
24
60
42
3
81.75
78.56
24
58
41
3
81.02
78.38
24
58.33
41
3
297.15
331.5
41.1
Finalmente en la tabla 3 se muestran los datos obtenidos del análisis de la cerveza
m1(g)
m2(g)
T1(°C)
T4(°C)
T5(°C)
t(s)
90.34
88.43
23.8
59.5
41.5
6
89.95
88.42
23.5
61
42.5
6
90.05
88.58
23
60
42
3
90.11
88.47
23.4
60.1
42
5
296.55
333.25
315.15
Para calcular el calor específico (S) de las muestras tanto de leche como de cerveza, primero se obtuvo la capacidad calorífica del calorímetro (C) haciendo uso de la siguiente ecuación: Qced = -Qabs S2m2(T2-T3) = [ (C+S1m1)(T3-T1) ] Despejando C:
= 22(23 11 31 4. 1 828 (98. 0 6(330. 1 5 312. 8 1 = 312.81 297.31 (4.184 (99.79
Sustituyendo los valores de la tabla 1 se obtuvo
Una vez conociendo la capacidad calorífica del unicel se prosigue a calcular el calor específico de la leche, despejando S1 de la ecuación principal.
22 (45 51 1 = 1 4.1816 314. 78.3285 297. (331.1155 314. 25 41.33 1 = 81.02 1 = 3.488
Sustituyendo en la tabla 2 se obtuvo que el calor específico resultante de la leche fue:
Siguiendo el mismo proceso para la cerveza se obtuvo:
4.1816 315. 88.4175 296. (333.2555 315. 15 41.33 1 = 90.11 1 = 3.536
Una vez concluidos estos resultados es necesario compararlos con los encontrados en la bibliografía, mediante el error (mostrados en la tabla 4) se analizó que tan eficiente fue el proceso de obtención de los calores específicos.
CP experimental 3.488 3.536
CP real 3.79 3.97
Error % 7.96 10.93
Comparación de capacidades caloríficas. Calderón & Navascués (2002), durante sus investigaciones para el control térmico como necesidad frigorífica, en cuanto al almacenamiento y reposo de vinos y otras bebidas alcohólicas, obtuvieron un valor de Ce = 3.8 para cervezas con densidades aproximadas de 1090 . Como ya se mencionó en la tabla 4.
/
/
Comparación de capacidades caloríficas. De modo similar The American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning (ASHRAE), decretó entre las propiedades de líquidos y alimentos comunes el calor específico de la leche entera de vaca como 3.79 .
/
Dicho valor es considerado viable, siempre y cuando la leche se encuentre sobre su punto de congelación; es decir -0.6°C.
≥
%ERROR CON RESULTADOS DE OTROS EQUIPOS
Se comparó el calor específico de la leche entera obtenido, con el obtenido por otros equipos. Comparación con Equipo 4:
/ % = ( ./−. ./ 100 % ≈ .%
Perdida de calor en calorímetro. Existen grandes diferencias a un calorímetro más preciso (bomba calorimétrica adiabática) al que se utilizó en la práctica. A diferencia de nuestro calorímetro la bomba calorimétrica adiabática cuenta con 2 principales ventajas: 1.Cuenta con dos baños de agua uno interno y uno externo. 2. Se asegura que no existe perdida de calor del calorímetro al exterior gracias a un baño de agua exterior que es
CONCLUSIONES •
•
•
Se determinó la capacidad calorífica del calorímetro (unicel). Se determinaron los valores de las muestras de leche y cerveza; haciendo uso de la capacidad calorífica del calorímetro previamente calculado. Se encontró el error de los datos reales frente a los teóricos.
