Introducción: Según diferentes experimentos que se han realizado, se h an podido concluir ciertos principios de la calorimetría (entendiéndose esta como la medición del calor) En principio, cuando dos cuerpos son puestos en contacto y tienen temperaturas diferentes, intercambiaran calos, hasta llegar a un equilibrio térmico (es decir que todos los puntos del sistema tendrán la misma temperatura) Entendiendo que un cuerpo cederá calor y otro lo recibirá, la cantidad de calor cedida por uno y absorbida por el otro será la misma, siempre y cuando se encuentren en un sistema térmicamente aislado (es decir que se encuentren en un recipiente adiabático) La cantidad de calor recibida por un sistema durante una transformación es igual a la cantidad de calor cedida por él en la transformación inversa Para poder calcular el calor intercambiado entre dos cuerpos a distinta temperatura se utiliza la ecuación general de la calorimetría: Q= Ce x m x Δ T
Donde: Q: calor intercambiado m: masa ΔT: variación de la temperatura (tf-ti)
(Es válida para gases, líquidos y sólidos siempre y cuando no se produzca un cambio de estado) Definimos entonces Ce como la cantidad de calor que hay que entregar a un gramo de sustancia para que aumente su temperatura en 1 grado centígrado, depende del tipo de sustancia y de su estado de agregación. Sus unidades son cal/g x grados centígrados En la primera parte de este trabajo practico, intentaremos determinar el Ce del plomo Ahora bien, partiendo de los conceptos conceptos de calorimetría que veníamos describiendo, describiendo, podemos enumerar también ciertos términos que relacionan estos, con los animales. El primer término que nos resulta de interés es el de metabolismo, que se entiende como el conjunto de reacciones bioquímicas y procesos físicoquímicos que ocurren a nivel celular y se mide por la cantidad de calor producida por esas reacciones. Asimismo, otro termino de interés interés es el de metabolismo metabolismo basal, que hace referencia a la cantidad de calor producida por un ser vivo durante 24hs, pero en determinadas condiciones, esto es, con doce horas de ayuno y en reposo. Lo que nos permite evaluar la cantidad de calorías que necesita ese animal para mantener sus funciones vitales. Se expresa en Kcal/día y podemos determinarlo de dos modos: Por calorimetría directa, midiendo la cantidad de calor producida por el animal durante cierto tiempo. Para ello se lo coloca dentro de un calorímetro de Atwater. El calor liberado por el animal, calienta el aire dentro del calorímetro, y este cede el calor a una serpentina de agua fría que circula por adentro del sistema. A partir de la medición de la diferencia de temperatura del agua que entra y sale del calorímetro, se puede calcular el calor absorbido por la masa de agua que circula, y así determinar el metabolismo del animal en estudio. Por otro lado, la calorimetría indirecta se calcula a partir de la cantidad de oxígeno consumido y la cantidad de dióxido de carbono o nitrógeno excretado. Con estos datos se determina el cociente respiratorio, el cual da una idea de la utilización de los distintos tipos de nutrientes que se están degradando a nivel celular.
Para calcular analíticamente el metabolismo basal, se utiliza la Ley de Kleiber, llamada así por el biólogo suizo Max Kleiber. Este principio, muestra que a medida que los seres vivos se hacen más grandes, su metabolismo se incrementa en tasas predecibles, dadas por la formula E=70,5 Kcal/kg.dia x m0,75 Donde E: metabolismo basal del animal m: masa del animal m0,75: peso metabólico (relaciona la cantidad de energía que necesita un animal en función de su peso) Esta ley, nos indica otro dato de interés: los mecanismos que rigen el consumo de energía son prácticamente los mismos en todos los animales. No es proporcional el peso que tiene un animal, y la energía que este consume. Al tratar con animales, debemos tener en cuenta que estos se caracterizan como poiquilotermos, cuya temperatura corporal variable y en relación directa con el ambiente, y homeotermos cuya temperatura corporal es prácticamente constante, ya que tienen la capacidad de mantenerla. Estos últimos, han desarrollado mecanismos de termogénesis (metabolismo celular, actividad muscular, cierre de vasos periféricos) y termólisis (apertura de vasos periféricos, mecanismos de evaporación de agua), para tal fin. En este trabajo practico, tendremos como objetivo, determinar la cantidad de calor eliminada por un animal vivo, en este caso, un ratón.
Materiales:
Recipiente adiabático Termocupla Balanza Ratones Cronómetro
Método: Primero debemos calcular la masa de aire contenida dentro del calorímetro, para ello, utilizaremos el dato del volumen del mismo, y la densidad del aire (1,3 kg/m3). Luego, tomamos el termómetro y obtenemos la t emperatura inicial del aire en el calorímetro. Por último, colocamos el ratón dentro del mismo y, pasados diez minutos, tomamos nuevamente la temperatura. Entonces, sabiendo que el Ceaire=0,24 cal/g°C y obteniendo la masa del ratón con ayuda de la balanza, podremos realizar los cálculos necesarios. Resultados: Con la ayuda del termómetro se obtuvieron las mediciones de la temperatura inicial y final del agua, siendo estas: Ti: 18,1°C Tf: 22,7°C
Basados en la teoría, sabemos que el calor específico y la densidad del aire corresponden a: Ceaire=0,24 cal/g°C Daire: 1,3 kg/m3
Sabiendo que el vvolumen del recipiente adiabático es igual a 1,75 dm3, podemos calcular la masa de aire realizando la siguiente regla de tres: 1m3------------------------------------------------ 1,3kg de O2 1,75 dm3= 0,00175 m3----------------------- 0,002275kg de O2 = 2,28g de O2 Basándonos en la ecuación de la calorimetría, nos queda que: QcedidoRaton + QabsAire = 0
QabsAire = -QcedidoRaton
2,28g x 0,24cal/g°c x (22,7°c - 1 8,1°c) = -QcedRaton 2,517 = -QcedRaton
-2,517 cal = QcedRaton
Pero este resultado se obtiene en base a 10 minutos de Realización del experimento, por lo tanto se debe calcular el Equivalente para 24 horas.
1 hora = 60 minutos 24 horas = 1440 minutos 10 minutos ------------------------- -2,517 cal 1440 minutos --------------------- -362,46 cal = QcedRaton
Calculamos ahora, con fines comparativos, el metabolismo basal del animal utilizando la Ley de Kleiber
E= 70,5 cal/g.día x 22 g
0,75
E= 716,15 cal/día Discusión: Al realizar los cálculos, notamos que los resultados obtenidos por el método de calorimetría directa y por la formula de la ley de Kleiber difieren notablemente, esto se debe a que, utilizando calorimetría directa, no estamos calculando el metabolismo basal propiamente dicho, ya que entran en juego algunos factores que generan diferencias entre ambos valores. Mientras que para calcular el metabolismo basal utilizando la ley de Kleiber, solo debemos calcular la masa del ratón, para la calorimetría directa necesitamos contar con la masa de aire (en principio el volumen del calorímetro) y la diferencia de temperatura del mismo antes y después de introducir el ratón.
El delta de temperatura puede verse afectado por un error en el funcionamiento de la termocupla, o incluso por el hecho de que no toda la masa de aire tenga una temperatura homogénea (en función de la ubicación dentro del calorímetro del ratón y de la termocupla, que medirá la temperatura). Por otro lado, teóricamente, para medir el metabolismo basal por calorimetría directa, necesitamos un calorímetro de Atwater, con una serpentina de agua fría que circula por dentro del sistema. Finalmente, debemos considerar el estado del animal: por un lado, las doce horas de ayuno no se cumplieron y, sumado a esto, el animal se encuentra bajo un estado de estrés, debido al cambio de ambiente y al encierro. Tampoco se encuentra en reposo. Por lo tanto, sin estos factores, no estaríamos considerando el metabolismo basal propiamente dicho, porque hay gastos de energía extra para otras funciones.
Conclusión: Partiendo de la teoría y los resultados obtenidos, y asegurando mediante la comparación realizada, que no estamos calculando el metabolismo basal del animal, podemos concluir que este experimento n os dará valores de interés a la hora de calcular el calor entregado por el animal en un periodo determinado de tiempo, y obtener una muestra de la transmisión de energía del mismo. Esto resulta de utilidad para evaluar, por ejemplo, los medios refrigerantes que requerirá el mismo. Esto es, la ventilación mínima que necesita para que la temperatura a la que se enfrenta sea lo más confortable posible.
Bibliografía:
http://nutricion.ufm.edu/calorimetria/ http://www.fisicabiologica.com.ar/informacion-para-alumnos/teoricos2010/Termodinamica%20de%20los%20seres%20vivos.pdf http://fisicanet.com.ar/fisica/termodinamica/ap10_calorimetria.php “Física Biológica Veterinaria” De Humberto Cisale (2da edición)
