OPERACIÓN PLANTA QUÍMICA TRANSFERENCIA DE CALOR Y OPERACIONES UNITARIAS MÓDULO N°5

GUÍA DE AUTOAPRENDIZAJE N°3 “CAPACIDAD CALORÍFICA Y CALOR ESPECÍFICO”

Estimados alumnos (as) junto con saludarlos, y esperando que se encuentren bien junto su familia, adjunto resumen de contenidos vistos en guías anteriores y el nuevo contenido a trabajar.

COMO SE VIO EN LA GUÍA ANTERIOR:

TRANSFERENCIA DE CALOR

La transferencia de calor es un proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre

distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura.

La transferencia de calor solo existe cuando hay cambios de temperatura.

CORPORACION MUNICIPAL DE DESARROLLO SOCIAL LICEO INDUSTRIAL EULOGIO GORDO MONEO

ANTOFAGASTA FONO FAX: 55-2231189

WWW.LICEOINDUSTRIALEGM.CL

Profesora: Ivette Tapia Castillo Nombre Estudiante: Fecha:

Módulo: Transferencia de Calor y Operaciones Unitarias (M5) Curso: 4 I

Aprendizaje Esperado 1.- Opera equipos de transferencia de calor y masa, de acuerdo con el proceso productivo y requerimientos de elaboración.

Indicador (es) de Evaluación

1.1 Mide propiedades termométricas de sólidos y líquidos que alimentan los equipos de transferencia de calor, utilizando termómetros, balanzas y manómetros, registrando sus resultados en hoja de datos en los formatos correspondientes. 1.2 Suministra el calor necesario para fundir o evaporar una sustancia química, utilizando vapor o fluidos refrigerantes, registrando los caudales y las temperaturas del proceso.

Competencias Información, uso de recursos, resolución de problemas, comunicación,

Objetivos Aprendizaje Genéricos B,D,H,I

Correo electrónico itapia@liceoindustrialegm.cl

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El calor puede transferirse de tres formas:

Conducción de calor Transferencia de calor entre dos puntos de un cuerpo que se encuentran a diferente temperatura sin que se produzca transferencia de materia entre ellos.

Convección de calor En este sistema de transferencia de calor interviene un fluido (gas o líquido) en movimiento que transporta la energía térmica entre dos zonas. La transmisión de calor por convección puede ser: Natural o Forzada.

Mecanismos de Radiación Es el calor emitido por un cuerpo debido a su temperatura, en este caso no existe contacto entre los cuerpos, ni fluidos intermedios que transporten el calor.

CALOR SENSIBLE Y CALOR LATENTE

Cuando se habla de transferencia de calor, se ha de tener clara la diferencia entre calor sensible y calor

latente:

Calor sensible: Es la energía calorífica que, suministrada a un cuerpo o un objeto, hace que

aumente su temperatura sin afectar su estructura molecular y por lo tanto su fase.

Calor latente: Es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización).

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PUNTOS DE FUSIÓN Y EBULLICIÓN

Se conoce como punto de fusión a la temperatura en la cual una materia que se halla en

estado sólido pasa a su estado líquido. En el proceso de fusión, la materia sólida comienza a calentarse hasta alcanzar el punto de fusión, momento en el cual se produce su cambio de estado y se transforma en un líquido.

Si el líquido se sigue calentando, puede alcanzar su punto de ebullición: a partir de dicha temperatura, se produce un nuevo cambio de estado, esta vez pasando

de líquido a gaseoso.

CAPACIDAD CALORIFICA Y CALOR ESPECIFICO

CAPACIDAD CALORÍFICA Es cuando suministramos cierta cantidad de calor a un cuerpo, esta cantidad de calor se refleja en un aumento de su temperatura que llamaremos ∆T. De esta forma podemos definir la capacidad calorífica (C) como la relación entre el calor suministrado al cuerpo y el incremento de temperatura que sufre.

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Esta relación seria:

𝑪 =𝑸

∆𝑻

Donde: Q: Calor (J, Cal, Btu) C: Capacidad Calorífica (J/K , Cal/°C, Btu/°F) ∆𝑻: Variación de las temperaturas (°C, K, °F) CALOR ESPECÍFICO Se puede calcular para una sustancia como la variación del calor absorbido por unidad de masa por grado de temperatura. En otras palabras, se define como la energía requerida para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia, a 1°C . De tal manera que:

𝑪𝒆 =𝑸

𝒎 ∗ ∆𝑻

También podemos considerar:

𝑸 = 𝒎 ∗ 𝑪𝒆 ∗ (𝑻𝟐 − 𝑻𝟏) 𝒅𝒐𝒏𝒅𝒆 𝑻𝟐 > 𝑻𝟏

Donde: Q: Calor (J o Cal) m: Masa del objeto (g o kg) Ce: Calor Especifico (J/Kg K, cal/g °C) ∆T: Variación de las temperaturas (°C o K) NOTA: Puede revisar el siguiente link en YouTube para explicación de Capacidad calorífica y Calor especifico.

https://www.youtube.com/watch?v=vb48Ew0q5Zw

Para los sólidos y líquidos, este valor es aproximadamente constante e independiente de la forma como se realiza la medición.

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Para un gas, sin embargo, el resultado depende del proceso y del rango de temperatura que se utiliza para medirlo.

Por ejemplo, en procesos isobáricos (proceso que ocurre a presión constante) se obtiene un valor que difiere de aquel obtenido en uno isocórico (proceso que ocurre a volumen constante).

El calor especifico a volumen constante (Cv), se puede concebir como la energía requerida

para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en 1°grado, mientras

el volumen se mantiene constante.

El calor especifico a presión constante (Cp), es mayor que Cv porque a presión constante

al sistema se le permite expandir y la energía necesaria para este trabajo de expansión

debe suministrársele al sistema unidades para calor especifico: 𝐾𝑔𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒

𝐾𝑔 𝑚𝑎𝑠𝑎 °𝐶 ó

𝐾𝑔𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒

𝐾𝑔 𝑚𝑎𝑠𝑎 °𝐾

TABLA DE CALORES ESPECÍFICOS

De esta tabla, es posible concluir que la variación de temperatura de un cuerpo (a presión constante),

al intercambiar cierta cantidad de energía térmica, depende del material que está constituido dicho

cuerpo (calor especifico) y de su masa.

Podemos observar que el agua posee mayor calor especifico, por lo que es más difícil de calentar.

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EJEMPLOS:

1.- ¿Cuánto calor se requiere para calentar 500 ml de agua desde 25°C a 80°C?

𝑄 = 𝑚 ∗ 𝐶𝑒 ∗ ∆𝑇

𝑄 = 0,5 𝑘𝑔 ∗ 4200𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒

𝑘𝑔 ∗ °𝐶∗ (80°𝐶 − 25°𝐶)

𝑸 = 𝟏𝟏𝟓. 𝟓𝟎𝟎 𝑱𝒐𝒖𝒍𝒆

2.- ¿Cuánto calor se requiere para calentar 700 ml de Aluminio desde 35°C a 90°C?

𝑄 = 𝑚 ∗ 𝐶𝑒 ∗ ∆𝑇

𝑄 = 0,7 𝑘𝑔 ∗ 911𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒

𝑘𝑔 ∗ °𝐶∗ (90°𝐶 − 35°𝐶)

𝑸 = 𝟑𝟓. 𝟎𝟕𝟒 𝑱𝒐𝒖𝒍𝒆

Para finalizar esta guía, conteste de manera clara las preguntas que se encuentran en la Guía de Autoevaluación analizando los contenidos que se entregaron en su Guía de Autoaprendizaje.