Determinación del calor especifico del petróleo
Universidad del Zulia Escuela de Ingeniería Eléctrica Maracaibo, Venezuela
ALARCÓN, EDUARDO.
[email protected] ANDRADE, MARCOS.
[email protected] BLANCO, CRISTINA.
[email protected] ESTABA, ANAIS.
[email protected] MEDINA, ALEJANDRO.
[email protected] LOPEZ, SUSANA.
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[email protected] ROMERO, JOSUÉ.
[email protected] SUÁREZ, LARISA.
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RESUMEN El siguiente articulo muestra los resultados detallados de cómo se determina el calor especifico del petróleo; para ello se empleó un calorímetro, este es un instrumento muy importante para la determinación del calor especifico. El experimento se llevó a cabo determinando la masa de cada elemento utilizado para la transferencia de calor entre el agua y el petróleo, se utilizó agua ya que tiene un valor de calor específico conocido. Los cálculos se realizaron por medio de la expresión matemática de calor específico. Una vez obtenidos todos los valores requeridos de los elementos y sustancias utilizados en el experimento se procedió a determinar el calor específico del petróleo.
I. INTRODUCCION El calor específico es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de la unidad de masa de un elemento. Se sabe que cuando dos cuerpos que están a distintas temperaturas se ponen en contactos entre ellos se produce un flujo de calor desde el que está a mayor temperatura hacia el que está a menor temperatura de esta manera se establece un equilibrio en las temperaturas, es decir, se igualan. En este caso entra
también un elemento muy importante que es el calorímetro, este permite aislar los cuerpos a estudiar sin que exista transferencia de calor o energía con elementos externos. Únicamente se consideran para el estudio las sustancias calientes y frías entre las que se producen la transferencia de calor, esto se debe a que los recipientes son adiabáticos.
II. OBJETIVOS DE LA PRACTICA
OBJETIVO GENERAL
Determinar de manera experimental el calor específico del petróleo.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Observar la variación de los resultados de acuerdo a los materiales a utilizar. Mejorar la habilidad de lectura de temperatura mediante un termómetro. Comprender el uso de un calorímetro.
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III.
Comparar el valor obtenido del calor específico del petróleo con el valor teórico.
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Calor Específico
Se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de la unidad de masa de un elemento o compuesto en un grado. En el sistema internacional sus unidades serán por tanto J·kg-1·K-1. El calor específico no es más que la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de la unidad de masa de un elemento o compuesto en un grado. Sabiendo esto, se puede deducir que el calor absorbido o cedido por un cuerpo de masa “m” cuando su temperatura varía desde una temperatura T1 hasta otra T2 (ΔT = T2 - T1) vendrá dado por la siguiente expresión: Q = m·Ce·ΔT (1) Cuando dos cuerpos que están a distinta temperatura se ponen en contacto se produce un flujo de calor desde el que está a mayor temperatura hacia el que está a menor temperatura hasta que ambas temperaturas se igualan. Se dice que se ha alcanzado el equilibrio térmico, lo cual puede observarse en la siguiente figura:
Fig. 1 Dos sustancias con diferentes temperaturas llegan al equilibrio térmico. Esto puede aplicarse al cálculo del calor específico de un material conociendo el calor específico de otro, la masa de ambos, la temperatura inicial de ambos y la temperatura de equilibrio en la práctica que se propone; lo cual es lo deseado en este experimento.
Calorímetro
El calorímetro es un instrumento con el cual se puede medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Si se hace un caso ideal de transferencia de calor, se puede hacer una simplificación: únicamente se consideran como sustancias intervinientes a las sustancias calientes y frías entre las cuales se produce la transferencia de calor y no los recipientes, los cuales se considerarían recipientes adiabáticos ideales, cuyas paredes con el exterior son perfectos aislantes térmicos; el caso real más parecido es un termo o un saco de dormir con relleno de plumas.
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Después de pesar las probetas y el calorímetro, se procedió a colocar las probetas con agua en la olla con agua caliente; de manera que se calentaran. Como se sabe, la temperatura para que el agua comience a hervir es alrededor de los 100°C. Esto, se puede ver en la siguiente figura:
Fig. 2 Descripción gráfica del calorímetro
IV. DESARROLLO EXPERIMENTAL A cada elemento a utilizar se le debe determinar el calor específico ya que será utilizado en la expresión matemática ecuación 1. Considerando que el calorímetro no tiene perdidas de calor y ya que no se le entrega trabajo, se determina el calor especifico del calorímetro, para ello se utilizara agua, ya que el calor especifico de la misma es conocido, y la expresión estará dada por (2) Y por ecuación 1:
(3) Se despeja (4) Y ya que todas las expresiones al lado derecho de la ecuación son conocidas o se pueden medir se determina el calor específico del calorímetro. Se hace el mismo procedimiento con cada uno de los elementos a utilizar. Después del calorímetro se determina el calor específico de las probetas llenándolas de agua y finalmente el del petróleo, para el petróleo se usa la ecuación 5.
Fig. 3 Olla con las probetas calentándose.
Después de que el agua en la olla hierva, se procede a sacar una de las probetas (se debe medir la temperatura en la olla antes de sacar la probeta) y colocarlas en el calorímetro; de manera que el agua que está allí dentro llegue a su equilibrio térmico. Igualmente, la temperatura del calorímetro se mide antes y después de insertar la probeta con agua caliente. Luego con todos estos datos, se procede a la realización del cálculo. De manera análoga, se realiza el mismo procedimiento pero con las probetas llenas de petróleo. Para este caso, se realizó varias veces el proceso debido a que las mediciones son muy variadas; es decir, el calor específico que se calculó no daba aproximado al calor específico teórico. Sin embargo, luego de tres intentos se logró obtener un valor cercano al esperado.
(5) Las mediciones se realizaron de la siguiente manera, lo primero que se realizó en este experimento fue pesar previamente el calorímetro y las probetas sin agua para saber cuánto pesa el material que los componen; luego se procedió a realizar el mismo procedimiento pero ésta vez con las probetas y el calorímetro llenos de agua; esto para saber exactamente la cantidad de masa de agua que se está agregando.
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⁄
2) Segunda experiencia: Determinación de Calor Especifico de la Probeta a) Pesos (Kg):
Fig. 4 Probeta con petróleo en agua caliente V.
Calorímetro con agua fría
1,9115
Probeta con agua
0,0508
Agua fría (af)
0,8695
Agua caliente (ac)
0,0278
Temperaturas (°C):
RESULTADOS
Pesos (Kg): Probeta (Pr) Calorímetro (cal)
Agua fría (af)
24,2
Agua caliente (ac)
94,5
Equilibrio
26,4 2,2
0,023
-68,1 1,042 Calculo:
1) Primera experiencia: Determinación de Calor Especifico del Calorímetro Pesos (Kg): Calorímetro con agua fría
1,721
Calorímetro con agua fría y caliente
1,9145
Agua fría (af)
0,679
Agua caliente (ac)
0,1935
⁄ b) Pesos (Kg): Calorímetro con agua fría
1,831
Probeta con agua
0,0508
Agua fría (af)
0,789
Agua caliente (ac)
0,0278
Temperaturas (°C): Agua fría (af)
23,95
Agua caliente (ac)
81
Equilibrio
35,5
Temperaturas (°C):
11,55 -45,5
Calculo:
Agua fría (af)
25
Agua caliente (ac)
94
Equilibrio
27,3 2,3 -66,7
Calculo:
4
Agua fría (af)
25
Petróleo (pe)
96
Equilibrio
26,2 1,2
⁄
-69,8 Cálculo:
c)
Pesos (Kg): Calorímetro con agua fría
1,6955
Probeta con agua
0,0508
Agua fría (af)
0,6535
Agua caliente (ac)
0,0278
⁄ b) Pesos (Kg):
Temperaturas (°C): Calorímetro con agua fría 24,8
Agua fría (af) Agua caliente (ac)
1,831
Probeta con petróleo
95
0,0505
Agua fría (af)
0,789
Petróleo (pe)
0,0275
27,5
Equilibrio
2,7
Temperaturas (°C):
-67,5
Agua fría (af)
26
petróleo (pe)
94
Equilibrio
Calculo:
27,5 1,5 -66,5
Calculo: ⁄ ⁄ 3) Tercera experiencia: Determinación de Calor Especifico del petróleo a) Pesos (Kg):
⁄ ⁄
Calorímetro con agua fría
1,5305
Probeta con petróleo
0,0534
Agua fría (af)
0,4885
Petróleo (pe)
0,0304
Temperaturas (°C):
CONCLUSIONES La determinación del calor específico del petróleo fue un poco engorrosa, ya que se tuvo que realizar en varios
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intentos por resultados exorbitantes debido a errores experimentales y detalles con los elementos, hasta llegar a la solución esperada, el experimento fue repetitivo, es decir a parte de los resultados no válidos, se realizó la secuencia varias veces con resultados lógicos para de esta forma reducir un poco el margen de error experimental. Finalmente se obtiene un valor de calor específico del petróleo muy aproximado a valor teórico que se tiene del mismo y por ello que se puede decir que el proceso realizado y la determinación del calor específico del petróleo fueron un éxito.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 1.
Física y Química en Flash (2004). Energía Térmica. [Página web en línea]. Disponible en: http://fisicayquimicaenflash.es/eso/4eso/e_termi ca/e_termica03.html [Consulta: 2013, Junio 7].
2.
Gobierno de España, Ministerio de Eduación (2006). Calorímetro. [Página web en línea]. Disponible
en:
http://newton.cnice.mec.es/materiales_didactico s/calorimetro/calorimetro.html [Consulta: 2013, Junio 9].
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