Capacidades Calorficas de slidos y lquidos

GENERALIDADES PARA cp y cv DE SLIDOS Y LQUIDOS.La entalpa y la energa interna estn relacionadas por la ecuacin:4-1la cual diferenciada totalmente se transforma en:4-2Los anlisis de procesos de calentamiento de sistemas cerrados a presin y a volumen constante llevaron a que:A volumen constante:d'q1 = cv dt = du3.8A presin constante:d'q2 = cp dt = dh3.11para el mismo cambio de temperatura,Al reemplazar- en la diferencial total, Ecuacin 4.34, la energa interna y la entalpa en funcin del calor:4-3y, evidentemente,d'q2es mayor qued'q1o sea que la energa en forma de calor que es necesario suministrar es mayor cuando el proceso se realiza a presin constante que cuando se efecta a volumen constante.El caso general se presenta cuando tanto la presin como el volumen cambian durante el proceso; sin embargo, cuando se trata de lquidos y slidos se encuentra que si los cambios de presin son bajos (menores de 5 atm) y cambios moderados de temperatura (debido a la dilatacin trmica), los trminos P dv y v dP tienden a cero porque, adems, lquidos y slidos son incompresibles.En estas condiciones: 4-4Y de ah se concluye quecp = cvpara slidos y lquidos, siempre y cuando se cumplas las condiciones anteriores.CAPACIDADES CALORDFICAS DE LQUIDOS.Las capacidades calorficas de lquidos, a presin constante y a volumen constante, son esencialmente iguales y dependen fundamentalmente de la temperatura.En general,cpde un lquido es ms alto elcpdel slido correspondiente.Solo unos cuantos lquidos, como el amoniaco, tienen una capacidad calorfica mayor que el agua.La capacidad calorfica de lquidos se presenta, en la mayora de los casos, en base masa y la forma de presentar la informacin se efecta mediante tablas , nomogramas y ecuaciones.TABLAS.La tabla 4.13 da valores puntuales para la capacidad calorfica de sustancias orgnicas e inorgnicas. Ella es un resumen de las Tablas presentadas en los textos de Watson Hougen Ragarz y Williams Johnson (ver bibliografa).

Tabla 4-1. CAPACIDADES CALORFICAS, A PRESIN CONSTANTE,PUNTUALES PARA LQUIDOS. Unidades de base masa consistentes.COMPUESTOT,CcpCOMPUESTOT,Ccp

Amonaco-401.051n-Butano00.549

01.098Isobutano00.549

601.215n-Hexano200 a 1000.600

1001.4790a500.527

cido Ntrico250.417-400.495

Nitrato Sdico3500.430-800.470

Agua01.008n-Decano0a500.502

151.000Tolueno00.386

1001.006100.364

2001.061500.421

3001.155850.534

Isopentano00.5121000.470

80.52612 a 990.440

n-Heptano0a500.507Etanol- 500.473

200.490- 200.505

300.51800.535

Benceno50.389250.580

100.342500.672

200.406800.778

400.425n-Butanol21 a 1150.687

500.444- 760.443

o-Xileno00.39200.520

300.411300.582

600.4341000.788

1000.465Metanol-400.536

m-Xileno00.38300.575

300.40115 a 200.601

600.426400.616

1000.458Propanol- 200.485

p-Xileno00.38300.530

300.397500.650

600.4251000.765

1000.460Glicerina-500.485

Mercurio00.033500.540

600.0330500.598

1000.03291000.668

cido Sulfrico250.369Acetona00.506

SOLIDOS:Calor especfico y capacidad calorfica de algunos materiales:

MaterialCalor especficoDensidadCapacidad calorfica volumtrica

kcal/kg Ckg/mkcal/m C

Agua110001000

Acero0,127850950

Tierra seca0,441500660

Granito0,192645529

Madera deroble0,57750430

Ladrillo0,202000400

Madera depino0,6640384

Piedraarenisca0,172200374

Piedracaliza0,222847484

Hormign0,162300350

Mortero deyeso0,21440288

Tejido delana0,3211135

Poliestireno expandido0,42510

Poliuretano expandido0,38249

Fibra de vidrio0,19152,8

Aire0,241,20,29

En la tabla se puede ver que de los materiales comunes poseen una gran capacidad calorfica el aguamuros de agua, la tierra o suelo seco compactado (adobe, tapia), y piedras densas como elgranitojunto a los metales como elacero. Estos se encuentran entre los 500 y 1000 kcal/m C.Luego se encuentra otro grupo que va de 300 a 500 kcal/m C entre los que se ubica la mayora de los materiales usuales en la construccin actual, como el ladrillo, el hormign, las maderas, los tableros de yeso roca y las piedras areniscas.En un ltimo grupo se encuentra (3 a 35 kcal/mC), losaislantes trmicosde masa como lalana de vidrio, laslanas minerales, elpoli estireno expandidoy el poliuretano expandidoque por su "baja densidad" debido a que contienen mucho aire poseen una capacidad calorfica muy baja pero sirven como aislantes trmicos.Un caso especial es el aire (0,29 kcal/mK; 1,214 J/mK), que sirve como un medio para transportar el calor en los sistemas pasivos pero no para almacenar calor en su interior.