Instalaciones Especiales Clase 2

5/28/2018 Instalaciones Especiales Clase 2

1/23

INSTALACIONES ESPECIALES

Prof. Ximena Barrera Brito

Asignatura: Instalaciones Especiales

Clase 2CALORIMETRA


2/23

CONCEPTOS A TRATAR:

Sistemas de unidades fundamentales Teora del calor

Energa trmica y temperatura Equilibrio Trmico Conservacin de la energa Calor especfico




3/23

CALORIMETRA

CONCEPTO CALORIMETRA:SE DEFINE COMO LA RAMA DE LA FSICA QUE SE ENCARGA DE ESTUDIAR ELCOMPORTAMIENTO TERMICO DE LOS CUERPOS.LA CALORIMETRA SE ENCARGA DE MEDIR EL CALOR EN UNA REACCIN QUMICAO UN CAMBIO FSICO USANDO UN CALORMETRO. LA CALORIMETRA INDIRECTACALCULA EL CALOR QUE LOS ORGANISMOS VIVOS PRODUCEN A PARTIR DE LAPRODUCCIN DE DIXIDO DE CARBONO Y DE NITRGENO (UREA ENORGANISMOS TERRESTRES), Y DEL CONSUMO DE OXGENO.




4/23

CALORIMETRACONCEPTO CALOR:EN FSICA, EL CALOR ES UNA FORMA DE ENERGA ASOCIADA AL MOVIMIENTO DELOS TOMOS, MOLCULAS Y OTRAS PARTCULAS QUE FORMAN LA MATERIA. ELCALOR PUEDE SER GENERADO POR REACCIONES QUMICAS (COMO EN LACOMBUSTIN), NUCLEARES (COMO EN LA FUSIN NUCLEAR DE LOS TOMOS DEHIDRGENO QUE TIENEN LUGAR EN EL INTERIOR DEL SOL), DISIPACINELECTROMAGNTICA (COMO EN LOS HORNOS DE MICROONDAS) O PORDISIPACIN MECNICA (FRICCIN). SU CONCEPTO EST LIGADO AL PRINCIPIOCERO DE LA TERMODINMICA, SEGN EL CUAL DOS CUERPOS EN CONTACTOINTERCAMBIAN ENERGA HASTA QUE SU TEMPERATURA SE EQUILIBRE. ELCALOR PUEDE SER TRANSFERIDO ENTRE OBJETOS POR DIFERENTESMECANISMOS, ENTRE LOS QUE CABE RESEAR LA RADIACIN, LA CONDUCCINY LA CONVECCIN, AUNQUE EN LA MAYORA DE LOS PROCESOS REALES TODOSLOS MECANISMOS ANTERIORES SE ENCUENTRAN PRESENTES EN MAYOR OMENOR GRADO.




5/23

CALORIMETRACONCEPTO CALOR:

EL CALOR QUE PUEDE INTERCAMBIAR UN CUERPO CON SU ENTORNO DEPENDEDEL TIPO DE TRANSFORMACIN QUE SE EFECTE SOBRE ESE CUERPO Y PORTANTO DEPENDE DEL CAMINO. LOS CUERPOS NO TIENEN CALOR, SINO ENERGAINTERNA. EL CALOR ES LA TRANSFERENCIA DE PARTE DE DICHA ENERGA

INTERNA (ENERGA TRMICA) DE UN SISTEMA A OTRO, CON LA CONDICIN DEQUE ESTN A DIFERENTE TEMPERATURA.

CAPACIDAD CALORIFICA.

LA CAPACIDAD CALORFICA DE UNA SUSTANCIA ES LA CANTIDAD DE ENERGA

NECESARIA PARA AUMENTAR 1 C SU TEMPERATURA. INDICA LA MAYOR O MENORDIFICULTAD QUE PRESENTA DICHA SUSTANCIA PARA EXPERIMENTAR CAMBIOSDE TEMPERATURA BAJO EL SUMINISTRO DE CALOR. PUEDE INTERPRETARSECOMO UNA MEDIDA DE INERCIA TRMICA. SE SUELE DESIGNAR CON LAS LETRASC O C.




6/23

CALORIMETRASISTEMA DE UNIDADES FUNDAMENTALES

El calor es una forma de energa, y sus unidades de medida son el Joule (J) y la calora(cal) (1 cal = 4,186 J) que fue definida en su momento para el calor cuando no se habaestablecido que era una forma de energa.Calora: Es la cantidad de calor que debe extraerse o transferirse a un gramo de

aguapara cambiar su temperatura en 1 C (cambiar su temperatura significa aumentarlaen 1 C o disminuirla en l C). Se abrevia cal.



En el Sistema Internacional de Unidades (SI), launidad de calor es la misma de energa, es decirel Joule.

Si expresamos el calor en caloras y el trabajo enJoules o julios (J), se tiene la siguienteequivalencia entre Joulesy Caloras:1 calora = 4,186 Joule y la relacin inversa es: 1J= 0,24 ca


7/23Prof. Ximena Barrera Brito



8/23

CALORIMETRATEMPERATURA Y ENERGA TRMICA

Las molculas de todas las sustancias materiales (slidos, lquidos ygases) siempre se encuentran en un continuo estado de vibracin o agitacin,debido a las mltiples interacciones que sufren dentro el cuerpo. En virtud deesta agitacin aleatoria, los tomos y molculas de la materia poseen

cierta ENERGA INTERNA, ya que tienen Energa Cintica en forma demovimiento y tambin Energa Potencial debido a las fuerzas que se ejercenentre las partculas.

La Energa Interna tambin se le conoce como la Energa Trmica de los

cuerpos (o Energa Calorfica, es lo mismo).Como la Energa Interna puede ser distinta para todas las diferentes molculasde un mismo cuerpo, debido a que unas estn movindose ms rpidamente queotras, se debe de considerar un VALOR PROMEDIO en su medida total.




9/23

CALORIMETRATEMPERATURA Y ENERGA TRMICA

La TEMPERATURA es la magnitud que permite registrar el valor promedio de laEnerga Interna de los cuerpos.

El valor de la temperatura de un objeto, es lo que usualmente se interpreta como

lo caliente o lo fro en que se encuentra el mismo.

La temperatura de un cuerpo es independiente de su masa, porque slo dependedel valor promedio de la Energa Interna del mismo.

La temperatura es una magnitud bsica, puesto que no se la puede expresar enotras unidades de medida.




10/23

CALORIMETRATEMPERATURA Y ENERGA TRMICAESCALAS DE TEMPERATURA

Para medir o registrar una temperatura dada, se debe de compararla con unaescala de referencia, la cual se basa en la toma de valores arbitrarios para elpunto de fusin y de ebullicin del agua. Por convencin, el agua deber ser

destilada (pura) y al nivel del mar. Existen tres escalas principales:

1. ESCALA CENTGRADA O CELSIUS (C)

La temperatura de fusin del agua vale cero (0) y la de ebullicin vale cien (100).Tiene 100 divisiones, las cuales se les llama grado centgrado (C). Lastemperaturas inferiores a la de fusin del agua resultan negativas en esta escala.Se usa en la gran mayoria de pases, especialmente los latinos.




11/23


2. ESCALA FAHRENHEIT (F)

La temperatura de fusin del agua vale 32 y la de ebullicin vale 212. Tiene 180

divisiones, las cuales se les llama grado fahrenheit (F). El valor de cerocorresponde a una mezcla de agua y sal comn (NaCl). Se usa en los pases dehabla inglesa.

3. ESCALA ABSOLUTA O KELVIN (K)

Su valor cero coincide con el CERO ABSOLUTO (-273 C) y sus grados tienen elmismo valor que los grados centgrados. Es la escala oficial de los sistemas demedicin y se usa en trabajos cientficos diversos, especialmente con los gases abajsimas temperaturas.




12/23





13/23


EL CERO ABSOLUTO

La experimentacin y los razonamientos tericos han indicado que NO es posible lograr

temperaturas inferiores a cierta temperatura mnima, que recibe el nombre de CEROABSOLUTO. A esta temperatura la energa de las molculas de los cuerpos tiene sumenor valor posible, y por lo tanto no se puede disminuirla ms. En la escala centgradaequivale a:

CERO ABSOLUTO = -273.16 C

El manejo de la escala Kelvin (que parte del cero absoluto) presenta varias ventajas en lamedicin de temperaturas, como la de evitar los valores negativos o "bajo cero".




14/23

CALORIMETRAEQUILIBRIO TERMICO

Se dice que los cuerpos en contacto trmico se encuentran en equilibriotrmico cuando no existe flujo de calor de uno hacia el otro. Esta definicinrequiere adems que las propiedades fsicas del sistema, que varan con latemperatura, no cambien con el tiempo. Algunas propiedades fsicas que varan

con la temperatura son el volumen, la densidad y la presin.

El parmetro termodinmico que caracteriza el equilibrio trmico es latemperatura.

Cuando dos cuerpos se encuentran en equilibrio trmico, entonces estos cuerpostienen la misma temperatura.Dos sistemas (entindase por sistema a una parte del universo fsico) que estnen contacto mecnico directo o separados mediante una superficie que permite la




15/23

CALORIMETRAEQUILIBRIO TERMICO

transferencia de calor (tambin llamada superficie diatrmica), se dice que estn encontacto trmico.Consideremos entonces dos sistemas en contacto trmico, dispuestos de tal forma que nopuedan mezclarse o reaccionar qumicamente. Consideremos adems que estos sistemasestan colocados en el interior de un recinto donde no es posible que intercambien calorcon el exterior ni existan acciones desde el exterior capaces de ejercer trabajo sobre ellos.La experiencia indica que al cabo de un tiempo estos sistemas alcanzan un estado deequilibrio termodinmico que se denominar estado de equilibrio trmico recproco osimplemente de equilibrio trmico.

El concepto de equilibrio trmico puede extenderse para hablar de un sistema o cuerpo enequilibrio trmico. Cuando dos porciones cualesquiera de un sistema se encuentran enequilibrio trmico se dice que el sistema mismo est en equilibrio trmico o que estrmicamente homogneo. Experimentalmente se encuentra que, en un sistema enequilibrio trmico, la temperatura en cualquier punto del cuerpo es la misma.




16/23

CALORIMETRALEY DE CONSERVACIN DE ENERGA

La ley de la conservacin de la energa constituye el primer principio de la termodinmicay afirma que la cantidad total de energa en cualquier sistema aislado (sin interaccin conningn otro sistema) permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energa puedetransformarse en otra forma de energa. En resumen, la ley de la conservacin de laenerga afirma que la energa no puede crearse ni destruirse, slo se puede cambiarde una forma a otra, por ejemplo, cuando la energa elctrica se transforma en energacalorfica en un calefactor. Dicho de otra forma :la energa puede transformarse de unaforma a otra o transferirse de un cuerpo a otro, pero en su conjunto permanece estable (oconstante).

Esta ley es una de las leyes fundamentales de la fsica y su teora se trata de que laenerga no se crea ni se destruye, nicamente se transforma (ello implica que la masa enciertas condiciones se puede considerar como una forma de energa .En general , no setratar aqu el problema de conservacin de masa en energa ya que se incluye la teorade la relatividad ).




17/23


La ley de conservacin de la energa afirma que:

1.-No existe ni puede existir nada capaz de generar energa .

2.-No existe ni puede existir nada capaz de hacer desaparecer la energa.

3.-Si se observa que la cantidad de energa vara siempre ser posible atribuir dichavariacin a un intercambio de energa con algn otro cuerpo o con el medio circundante.




18/23


Ejemplo: Un bus interprovincial est detenido en un terminal . Al llegar la hora de salida, elconductor hace funcionar el bus y este se pone en marcha .Esto implica que la energacintica del bus aumenta .El aumento de energa proviene de la energa qumica liberadaen la combustin de gasolina en el motor del bus .

No toda la energa qumica liberada en el motor se transforma en energa cintica. Partees transferida en forma de calor a los diferentes componentes del motor y al airecircundante. Esta energa se pierde en el sentido de que no se aprovecha para elmovimiento del vehculo.

Ahora el bus corre con velocidad constante. Su energa cintica, por lo tanto, permanece

tambin constante, pero el motor est funcionando y consume combustible.

La energa liberada en la combustin es transferida al aire en forma de calor: sipudisemos efectuar una medicin muy precisa, detectaramos un leve aumento de latemperatura del aire como resultado del paso del bus.




19/23

CALORIMETRACALOR ESPECIFICO

El calor especfico es la cantidad de energa requerida para aumentar un grado latemperatura de una sustancia pura. El calor especfico de una sustancia depende a

la vez de su estructura molecular y su fase. El descubrimiento del calor especficodio inicio al estudio de la termodinmica, la cual se encarga de estudiar laconversin de calor a energa en un sistema. El calor especfico y la termodinmicason ampliamente utilizadas en qumica, ingeniera nuclear y aerodinmica, al igualque en los radiadores y sistemas de aire acondicionado.




20/23

CALORIMETRA



Delta, o el smbolo "",representa cambio en una variable.Por ejemplo, si la temperatura inicial (T1) es 150C y la temperatura final (T2) es20C, entonces Tsera el cambio de temperatura, representado por 150C - 20C =70C.

La masa de la muestra se representa con la letra "m". La cantidad de calor se representa con la letra "Q". Esta cantidad se mide en Joules,representada por la letra "J".

"T" es la temperatura de una sustancia. El calor especfico se representa con la letra "c".


21/23

CALORIMETRA




22/23

CALORIMETRAUN EJEMPLO:

Sabiendo que el hierro tiene, en caloras por gramo, un calor especfico de 0,12Cuntas caloras necesitamos para aumentar en un grado la temperatura de 200gramos de hierro?

0,12= Caloras /(200*1)

0,12*(200*1)=Caloras

0,12*200=Caloras

24=Caloras

Por tanto necesitaramos 24 caloras para aumentar en un grado la temperatura de200 gramos de hierro.




23/23

CALORIMETRASin embargo hay algo importante que debemos saber, y es que el Sistema Internacional deUnidades de Medida expresa el calor especfico en Julios por kilogramo por grado Kelvin envez de en Caloras por gramo por grado Celsius.

Utilizando el calor especfico del agua tenemos que

c = 1 cal/(gramo * Celsius)Sin embargo, utilizando el Sistema Internacional de Unidades de Medida, entonces el calorespecfico del agua es:c = 4186 Julio/(kilogramo * Kelvin)

As, sabiendo el Calor Especfico de una sustancia segn el Sistema internacional de

Unidades de Medida, es decir, en J/(Kg*K) podemos calcularlo en cal/(gramo*C) dividiendodicha cifra por 4186. Mientras, si sabemos el calor especfico en cal/(gramo*C) podemoscalcularlo en J/(kg*K) multiplicando dicha cifra por 4186.Tenemos por tanto que 4186 es el factor de conversin entre el calor especfico medido enJ/(kg*K) y el medido en cal/(gramo*C).



Instalaciones Especiales Clase 2

Documents

Transcript of Instalaciones Especiales Clase 2