ADMINISTRACION INDUSTRIAL

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Daniel Tebar Lara
hace 5 años
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1 ADMINISTRACION INDUSTRIAL OPERACIONES INDUSTRIALES E301 SEMANA 16: CALORIMETRIA PROBLEMAS INST. LUIS GOMEZ QUISPE

Calor El calor (o la energía térmica) se define como la energía que se transfiere entre un sistema y su entorno debido a una diferencia de temperatura.

3 Calor El calor (o la energía térmica) se define como la energía que se transfiere entre un sistema y su entorno debido a una diferencia de temperatura. A nivel microscópico, el calor está relacionado a la energía cinética que tienen los átomos o moléculas de la materia. Para elevar la temperatura de una sustancia hay que aumentar la energía térmica del mismo, entonces hay que suministrar energía. La cantidad de energía necesaria va a depender de la sustancia. Por ejemplo, se necesitan 4186J para aumentar la temperatura de 1kg de agua 1 o C, pero sólo 3875J para hacer lo mismo con 1kg de cobre.

4 El Calor Específico (c) La energía Q necesaria para aumentar la temperatura de una sustancia es proporcional a la masa de la sustancia y a la diferencia de temperatura. La constante de proporcionalidad se llama calor específico c: Q = c m T El calor específico (en el sistema SI) es el número de Joules necesario para aumentar la temperatura de 1 kg de la sustancia en 1 o C. Entonces, las unidades son J/(kg K) o J/(kg o C) El calor específico es una propiedad de la sustancia: Agua 4184 J/(kg K) Aluminio900 J/(kg K) Hielo 2100 J/(kg K) Cobre 387 J/(kg K)

5 CALORÍA Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua, en un grado Centígrado. La unidad de calor en el sistema inglés, es la unidad térmica británica (BTU) BTU Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una libra de agua en un grado Fahrenheit. Una caloría (cal) = 4.18 Joules Un BTU = 778 ft.lb = Kcal

6 Equivalente Mecánico del Calor Experimento de Joule (1843)

7 El calor latente y cambios de fase Normalmente la transferencia de calor produce un cambio de temperatura, pero no siempre. La otra posibilidad es que en vez de cambiar la temperatura, la sustancia sufra una alteración de una forma a otra: cambio de fase. Por ejemplo, de sólido a líquido, o líquido a gas. El calor necesario para cambiar la fase de una masa m de una sustancia es: Q = m L Calor Latente de fusión, L f Calor Latente de vaporización, L v L tiene unidades de J/kg o de cal/kg

8 Cambio de Fase Sólido Líquido : Fusión Líquido Gas : Ebullición Gas Líquido : Condensación Líquido Sólido : Solidificación Sólido Gas : Sublimación Los cambios de fase ocurren a Temperatura Constante. Ej: mientras un cubo de hielo se va derritiendo, el conjunto agua+hielo no cambia su temperatura.

9 Calor Latente Q = ± L m + : Absorbe calor - : Cede calor

10 Ejercicio Cuánto calor se necesita para cambiar un gramo de hielo a 30 o C en vapor de agua a 120 o C? Datos c hielo = 2090 J/ o C kg L f = 3, J/kg c agua = 4, J/ o C kg L v = 2, J/kg c va = 2, J/ o C kg Q = c m T Q = m L T ( o C) Hielo Hielo Agua Agua + vapor + agua Vapor Calor (J)

11 Resumen Calorimetría Calor Especifico Cambio de Fase Q = c m T Q = m L

12 MEZCLA DE CALOR M = masa en kg Q= Cantidad de calor en Kj C = Capacidad térmica especifica en kj/kg t = Diferencia de temperatura en K Tm= temperatura de mezcla en º C

13 Unidad de cantidad de calor Una caloría (cal) = 4.18 Joules Un BTU = 778 ft.lb = Kcal

14 CANTIDAD DE CALOR

15 MEZCLA DE CALOR

16 1.PROBLEMAS DE MEZCLAS DE CALOR

17 2.PROBLEMAS DE MEZCLAS DE CALOR

18 3.PROBLEMAS DE MEZCLAS DE CALOR

19 4.PROBLEMAS DE MEZCLAS DE CALOR

20 CALENTAMIENTO Y CONSUMO DE CONBUSTIBLE

21 APORTACION DE CALOR

22 CONSUMO DE COMBUSTIBLE

23 RESUMEN

24 1. PROBLEMAS DE CALENTAMIENTO Y CONSUMO DE COMBUSTIBLE

25 2. PROBLEMAS DE CALENTAMIENTO Y CONSUMO DE COMBUSTIBLE

26 3. PROBLEMAS DE CALENTAMIENTO Y CONSUMO DE COMBUSTIBLE

27 4. PROBLEMAS DE CALENTAMIENTO Y CONSUMO DE COMBUSTIBLE

QUÍMICA UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 15) El gráfico se divide en tres regiones y cada una representa una fase pura del agua: hielo, líquido y vapor de agua.

30 QUÍMICA UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 15) El gráfico se divide en tres regiones y cada una representa una fase pura del agua: hielo, líquido y vapor de agua. Esta es la única sustancia cuya línea de fusión tiene pendiente negativa, lo cual se debe a que la densidad del sólido es menor que la del líquido. La línea que separa cualesquiera dos regiones indica las condiciones en la que estas dos fases pueden estar en equilibrio A una 1 atm de presión el agua tiene un punto de ebullición de 100 C ( 373,15K) Para el agua, el punto triple esta a 0,01 C y 0,006 atm

31 QUÍMICA UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 15 ) En cambio, cuando el dióxido de carbono sólido se calienta a -78 C se sublima. Es por esto que se lo conoce como hielo seco y se lo utiliza como refrigerante. El diagrama de fases del dióxido de carbono tiene mucha semejanza con el del agua, con una excepción importante: la pendiente de la curva entre las fases sólida y líquida es positiva. El punto triple del dióxido de carbono está a -56,4 C y 5,11 atm. Toda la fase líquida está muy por encima de la presión atmosférica; por consiguiente, es imposible que el dióxido de carbono sólido se funda a la presión de 1 atm, es por eso que a temperatura ambiente lo encontramos en forma sólida.

32 QUÍMICA UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 15 ) Los diagramas de fases son útiles no solamente para determinar el estado físico en el que se encuentra una sustancia a un a presión y temperatura dadas, sino también para predecir los cambios que tienen lugar cuando cambian de condiciones. Su utilidad radica en la posibilidad de la predicción de la transformación y de la microestructura resultante, que pueden estar o no en equilibrio. Son de gran importancia en la ingeniera de materiales, pues apoyan, entre otros, estudios de solidificación, microestructura, metalurgia física y diseño de nuevos materiales.

la manipulación y el procesamiento de materiales, donde permiten relacionar los procesos de

33 QUÍMICA UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 15 ) También lo son en la practica general de ingeniería relacionada de algún modo con la manipulación y el procesamiento de materiales, donde permiten relacionar los procesos de obtención mediante la estructura y ésta a su vez con las propiedades de diseño, con la finalidad de concebir y optimizar dichos procesos para obtener el producto deseado.

34 QUÍMICA UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 15 ) Se muestra el diagrama de fases. De acuerdo a los puntos marcados, cual es el comportamiento del estado físico de esa sustancia. A D En el punto A, la sustancia se encuentra en la fase líquida. B C En el punto B, se encuentra en su punto triple, lo que indica que se encuentra en las tres fases: líquido, sólido y gas. En el punto C, la sustancia se encuentra en forma de vapor. En el punto D, ya alcanzo su punto crítico, existe un equilibrio entre la fase líquida y la fase gaseosa.

35 QUÍMICA UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 15) De acuerdo al diagrama de fase del agua, que ocurre cuando el H 2 O a -25 C y 1 Torr (0,0013 atm) se calienta hasta +25 C y a continuación se comprime hasta 2 atm. El punto correspondiente a P= 0,0013 atm y T= -25 C se encuentra en la región del sólido, porque en esas condiciones de temperatura está en forma de hielo. 25 C Si desde ese punto se aumenta la temperatura hasta 25 C, se traspasa la línea sólido -vapor y el sólido se sublima. En el punto P= 0,0013 atm y T= +25 C se encuentra en la zona del vapor. Cuando desde ese punto se aumenta la presión hasta 2 atm, se pasa a la zona líquida; el vapor se condensa una vez que se ha sobrepasado la presión de 0,006 atm a 25 C.

36 QUÍMICA UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 1 5) La inteligencia consiste no sólo en el conocimiento, sino también en la destreza de aplicar los conocimientos en la práctica. Aristóteles

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