Universidad de Pamplona, Facultad de Ingenierías y Arquitectura, Departamento de Ingeniería Ambiental, Civil y Química, Programa de Ingeniería Química. Pamplona, Norte de Santander

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 registering 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 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 mayor su capacidad calorífica(2).

[pic 5]

Ecuación 1: calor en función de la capacidad calorífica

Donde Q es el calor C la capacidad calorífica y ΔT 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).

[pic 6]

Ecuación 2: cambio de calor dentro de un calorímetro

[pic 7]

Ecuación 3: capacidad calorífica de un calorímetro

Materiales y métodos

Materiales

Se utilizó un calorímetro, un circuito integrado LM35 y un multímetro para la toma de datos

Metodología experimental

El procedimiento se realizó por triplicado

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.

Resultados y análisis

[pic 8]

Figura: 1 termo-grama primer ensayo

[pic 9]

Figura 2: termo-grama segundo Ensayo

[pic 10]

Figura: 3 termo-grama tercer ensayo

Tabla 1: Resultados obtenidos en el laboratorio

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 ΔQ=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.[pic 11]

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 Y SUS APLICACIONES. In : Centro nacional de metrologia.

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