Capacidad Calorifica De Un Calorimetro 7048q

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CAPACIDAD CALORIFICA DE UN CALORÍMETRO Sergio Salgado Romero, Carlos Humberto Villamizar Universidad de Pamplona, Facultad de Ingenierías y Arquitectura, Departamento de Ingeniería Ambiental, Civil y Química, Programa de Ingeniería Química. Pamplona, Norte de Santander 25 de octubre 2016

RESUMEN: Se realizó la calibración de una celda calorimétrica (calorímetro) mezclando un fluido (Agua) a temperaturas diferentes, registrando sus temperaturas hasta alcanzar la temperatura de equilibrio con un termopar construido anteriormente. Se calculó la capacidad calorífica del calorímetro con un balance de energía y asumiendo que no hay transferencia de calor del sistema con los alrededores. Para tener mayor certeza de los datos obtenidos el procedimiento se realizó por triplicado obteniendo. Palabras claves: calorímetro, transferencia de calor, calorimetría, energía, termopar.

ABSTRACT: Calibration of a calorimeter cell was mixing a fluid (water) at different temperatures, by ing their temperatures to reach the equilibrium temperature with a thermocouple built previously. We calculated the heat capacity of a calorimeter with a balance of power and assuming that there is no transfer of heat from the system with the surroundings. To have greater certainty of the data obtained, the procedure was performed in triplicate obtaining.

KEYWORDS: calorimeter, thermocouple, calorimetry, energy, heat transfer INTRODUCCIÓN La calorimetría se desarrolló a finales del siglo XVII, esta ciencia tiene como objetivo la medición del calor que pueda generarse o consumirse durante un proceso. Existen diferentes métodos para la medición del calor

que emplean técnicas termométricas (medición de temperatura), que han podido optimizarse por los avances de la electrónica que han permitido la recopilación de datos y el control para mantener muestras en condiciones

Una universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral

1


que antes no eran posibles Los procesos en donde haya intercambio o generación de calor de calor pueden ser estudiados calorimétricamente, es por esto que la calorimetría tiene grandes aplicaciones en diversas ramas como lo son el diseño de procesos en la industria farmacéutica, el control de calidad de las corrientes de proceso en la industria química entre otras. Los equipos utilizados para la medición del intercambio de calor se denominan como calorímetros están construidos de un material aislante que restringe el intercambio de calor entre el sistema de interés y los alrededores. Miden el cambio de energía en forme de calor de un sistema en operación este puede ser físico, químico o biológico y son considerados como una herramienta importante para entender la energía y sus transformaciones, con datos simples se pueden obtener datos de propiedades como capacidad calorífica, entalpia poder, calorífico(1). Se puede medir la energía transferida a un cuerpo en forma de calor si se conoce la capacidad calorífica, esta es una propiedad extensiva que mientras haya mayor cantidad de masa requiere más calor para elevar su temperatura una magnitud

determinada así es capacidad calorífica(2).

mayor

su

Q=C ∆ T Ecuación 1: calor en función de la capacidad calorífica Donde Q es el calor C la capacidad calorífica y T la diferencia de temperaturas

La capacidad calorífica de un calorímetro se podría estimar si se pesaran todos los componentes del calorímetro por separado y se conociese sus calores específicos. Cuando esto no es aplicable se debe determinar su “equivalente en agua”, mediante aporte de una cantidad conocida de calor al sistema y determinación del aumento de la temperatura(3).

QH 2 O, cal+QH 2 O , fria+Qcal=0 Ecuación 2: cambio de calor dentro de un calorímetro

C=− , H 2

O∗mc ( Teq−Tc ) +mf ∗( Teq−Tf ) Teq−Tf

Ecuación 3: capacidad calorífica de un calorímetro


2


MATERIALES Y MÉTODOS Materiales Se utilizó un calorímetro, un circuito integrado LM35 y un multímetro para la toma de datos

Metodología experimental El procedimiento triplicado

se

realizó

por

Prueba 1 Se adiciono al calorímetro acoplado con el termopar 95.7361g de agua a temperatura ambiente (21°C), se dejó que alcanzara el equilibrio térmico, se tomó la temperatura cada minuto durante 10 minutos, se adiciono 75.3550g de agua a 82°C y se registró la temperatura cada minuto durante 10 minutos y finalmente se alcanzó el equilibrio térmico. Prueba 2

Se adiciono al calorímetro acoplado con el termopar 98.3974g de agua a temperatura ambiente (21°C) se dejó que alcanzara el equilibrio térmico, se procedió a tomar la temperatura cada minuto durante 10 minutos, posteriormente se adicionaron 80.4050g de agua a 82°C y se tomó la temperatura cada minuto durante 10 minutos y finalmente se alcanzó el equilibrio térmico. Prueba 3 Se adiciono al calorímetro acoplado con el termopar 99.1615g de agua a temperatura ambiente (21°C), se dejó que alcanzara el equilibrio térmico, se tomó la temperatura cada minuto durante 10 minutos, se adiciono 81.0121g de agua a 81°C y se registró la temperatura cada minuto durante 10 minutos y finalmente se alcanzó el equilibrio térmico.


3


RESULTADOS Y ANÁLISIS

Prueba 1

Figura: 1 termo-grama primer ensayo


4


PRUEBA 2

Figura 2: termo-grama segundo Ensayo


5


PRUEBA 3

Figura: 3 termo-grama tercer ensayo

Tabla 1: Resultados obtenidos en el laboratorio

PARÁMETRO MASA AGUA FRÍA (G) MASA DE CALIENTE (G) TEMP. EQUILIBRIO (°C) TEMP. AGUA FRÍA (°C) TEMP. AGUA CALIENTE (°C) CAPACIDAD (CAL) CAPACIDAD (J) CONSTANTE DEL

ENSAYO 1 95,7361 76,355

2 98,3974 80,405

3 99,1655 81,0121

45,2905

45,9337

45,9337

21 82

21 82

21 81

22,04706 52 92,24492 1

18,20349 19,66835 31 49 76,16341 82,29239 51 7 83,56691104


6


CALORÍMETRO (CAL)

Se calculó la temperatura de equilibro en base a los datos recolectados y esta corresponde al punto máximo de las gráficas (Figura1, Figura 2, Figura 3) para cada uno de los ensayos Se calculó la capacidad calorífica del calorímetro suponiendo que es un calorímetro adiabático es decir no hay transferencia de energía con los alrededores y que el calor se conserva dentro del calorímetroQ=0, tomando el calor especifico del agua en estado líquido como 1 cal/ (°C*g) La capacidad calorífica del calorímetro es (83,5669

±

8,116) cal/°C,

puesto que se obtuvo una desviación estándar significativa se puede afirmar que no hay precisión en las medidas. Esto se debe a no dejar el tiempo suficiente para que el calorímetro alcance el equilibrio térmico con el agua fría y al uso de termómetros diferentes para la medición de la temperatura. Como se observa en los termo gramas ( figura 1, figura 2 , figura 3) si hay transferencia de calor entre el sistema y los alrededores pues después que se establece el equilibrio

térmico dentro del sistema, la temperatura comienza a disminuir después de cierto tiempo es decir trata de buscar el equilibrio térmico con los alrededores, puesto que el calorímetro está compuesto por un material aislante (con baja conductividad térmica ) la disminución de la temperatura es lenta ya que no se facilita la transferencia de calor a través de las paredes del material.

CONCLUSIONES El tiempo de espera para que la temperatura del agua fría alcance el equilibrio térmico es fundamental para obtener resultados confiables. Es necesario registrar los datos en intervalos de tiempo pequeños pues después de que dentro el sistema alcanza el equilibrio este se ve afectado por el medio que lo rodea haciendo decrecer la temperatura

BIBLIOGRAFÍA 1.

GONZÁLEZ, José Eli E, CORTÉS, Leonel Lira y RODRÍGUEZ, Álvaro Sánchez. CALORIMETRÍA ADIABÁTICA


7


Y SUS APLICACIONES. In : Centro nacional de metrologia. 2.

ATKINS, Peter William y JONES, Loretta. Principios de química: los camino del descubrimiento. Ed. Médica Panamericana, 2006.

ISBN 9500600803. 3.

LEVITT, Bryan Philip. Química física práctica de Findlay. Reverté, 1979. ISBN 8429173269.


8

ANEXOS Ecuación de la línea recta y=0,1072*(X) - 1,7703 DATOS PRUEBA 1

mv 215 215 215 216 216 216 216 216 216 217 217

H2O Fría y (Tempearuta t °C) 0 21,2777 1 21,2777 2 21,2777 3 21,3849 4 21,3849 5 21,3849 6 21,3849 7 21,3849 8 21,3849 9 21,4921 10 21,4921

mv 382 450 451 449 448 446 445 443 441

H2O Caliente y (Tempearuta t °C) 10 39,1801 11 46,4697 12 46,5769 13 46,3625 14 46,2553 15 46,0409 16 45,9337 17 45,7193 18 45,5049

440 439

19 20

45,3977 45,2905

DATOS PRUEBA 2

mv 214 214 214 214 214 214 214 214 214 213 213

H2O Fría y (Tempearuta t °C) 0 21,1705 1 21,1705 2 21,1705 3 21,1705 4 21,1705 5 21,1705 6 21,1705 7 21,1705 8 21,1705 9 21,0633 10 21,0633

mv 430 458 458 456 454 452 450 448 448 446 445

H2O Caliente y (Tempearuta t °C) 10 44,3257 11 47,3273 12 47,3273 13 47,1129 14 46,8985 15 46,6841 16 46,4697 17 46,2553 18 46,2553 19 46,0409 20 45,9337

DATOS PRUEBA 3

mv 222 222 222 222 222 222 222 222 222 222 222

H2O Fría y (Temperatur t a °C) 0 22,0281 1 22,0281 2 22,0281 3 22,0281 4 22,0281 5 22,0281 6 22,0281 7 22,0281 8 22,0281 9 22,0281 10 22,0281

mv 430 458 458 456 454 452 450 448 448 446 445

H2O Caliente y (Temperatur t a °C) 10 44,3257 11 47,3273 12 47,3273 13 47,1129 14 46,8985 15 46,6841 16 46,4697 17 46,2553 18 46,2553 19 46,0409 20 45,9337

Capacidad Calorifica De Un Calorimetro 7048q

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