Capitulo_2_-_Calor_2014-II.pdf

7/24/2019 Capitulo_2_-_Calor_2014-II.pdf

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CALOR

Mgtr. Ing. Ral La Madrid [email protected]

SECCION FSICAwww.udep.edu.peAv Ramn Mugica 131. Piura. Per

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IMPORTANCIA DE LAS DIMENSIONES


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Algunas unidades SI e Inglesas

Libra masa (lbm)

Pie(ft)

Libra fuerza (lbf): es la fuerzarequerida para acelerar una masade 32.174 lbm (slug) a razn de 1

ft/s2

1 0.45359lbm kg

1 0.3048ft m

2.

1 32.174lbm ft

lbfs


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Homogeneidad dimensional

Salami+lechuga+aceitunas+mayonesa+Queso+pepinillos+..=DOLOR DE ESTMAGO!!

Para lograr la homogeneidad dimensional

en una ecuacin, todos los trminosdeben tener las mismas unidades.


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Sistema cerrado (conocido tambin como masa de control)


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Sistema abierto (conocido tambin como volumen de control)Las fronteras de un volumen de control se conocen como superficies de control


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CALOR

Es la forma de la energa que se puede transferir de un sistema a otro comoresultado de la diferencia en la temperatura.


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La energa se reconoce como transferencia de calorslo en cuando cruza la frontera del sistema.


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Varias frases de uso comn como flujo de calor, adicin de calor, rechazo de calor,absorcin de calor, remocin de calor, ganancia de calor, prdida de calor,almacenamiento de calor, generacin de calor , calentamiento elctrico,calentamiento por resistencia, calentamiento por friccin, calentamiento por gas,

calor de reaccin, liberacin de calor, calor especfico, calor sensible, calor latente ,calor de desecho, calor del cuerpo, calor de proceso, sumidero de calor y fuente decalor, no son congruentes con el estricto significado termodinmico de calor, trminocuyo uso se limita a la transferencia de energa trmica durante un proceso.

Sin embargo, estas frases tan arraigadas en el vocabulario de cientficos y personascomunes generalmente no producen malentendidos, ya que por lo comn soninterpretadas apropiadamente y no de manera literal. (Adems, no existenalternativas aceptables para algunas de estas frases. ) Por ejemplo, se entiende que"calor corporal" significa el contenido de energa trmica de un cuerpo. De igualmodo, "flujo de calor" se interpreta como la transferencia de energa trmica no comoel flujo de una sustancia similar a un lquido llamada calor. Aunque incorrecta, estaltima interpretacin fue la base de la teora calrica, la cual dio origen a la frase.

Asimismo, la transferencia de calor hacia un sistema se conoce como adicin de calormientras que rechazo de calor es la transferencia hacia afuera. Hay razonestermodinmicas para ser tan reacio en sustituir calor por energa trmica: el primero

requiere menos tiempo y esfuerzo que el segundo para decirlo, escribirlo yentenderlo.


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Un idades de la energa

1cal=4.186J

Donde:cal : Calora que se define como la cantidad de calor necesaria para

elevar la temperatura de 1 g de agua de 14.5C a 15.5CJ : JouleBtu : Unidad trmica Britnica

1Btu = 778ft.lb =252cal =1055 J

1kcal=1000cal=4186J


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CALOR ESPECFICO

El calor especfico se define como la energa requerida para elevar en ungrado la temperatura de una unidad de masa de sustancia.


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CALOR ESPECFICO

Se requieren diferentes cantidades de energa para elevar en la mismacantidad la temperatura de distintas sustancias.


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CALOR ESPECFICO

En general, esta energa depende de cmo se ejecute el proceso. Entennodinmica, el inters se centra en dos clases de calores especficos:calor especfico a volumen constante cv y calor especfico a presinconstante cp

Q mc T

Donde:

c:calor especfico kJ

kgK


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16/30Tabla A-3 Libro Yunus Cengel

El calor especfico del agua es aproximadamente

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18 18


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Padeciendo un cuadro de gripe, un hombre de 80 kg tuvo una fiebre de 39.0C (102.2 F), en vez de la temperatura normal de 37.0 C (98.6 F).Suponiendo que el cuerpo humano es agua en su mayora, cunto calor serequiri para elevar su temperatura esa cantidad?

EJEMPLO 1

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: 6.7 105


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Se est diseando un elemento de circuito electrnico hecho con 23 mg de

silicio. La corriente que pasa por l agrega energa a razn de7.4 mW = 7.4X10-3 J/s. Si el diseo no contempla la eliminacin de calor delelemento, con qu rapidez aumentar su temperatura?El calor especfico del silicio es de 705 J/kg.K

EJEMPLO 2

: = 0.46 /


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CAPACIDAD CALORICA MOLAR

m nM

Q nC T

Donde

m: masa [kg]N: nmero de moles [kmol]M: Masa molar [kg/kmol]

Donde:

C: capacidad calrica

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.

kJ

kmol K


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Valores aproximados de calor especfico y capacidad calrica molar(a presin constante)

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CALORIMETRA Y CAMBIOS DE FASE

Calorimetra significamedicin de calor. Hemos hablado de la transferencia deenerga (calor) durante los cambios de temperatura.

El calor tambin interviene en los cambios de fase, como la fusin del hielo o laebullicin del agua.

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CAMBIOS DE FASECalor latente: Calor necesario para pasar de un estado a otro.

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Necesitamos 2257 kJ/kg para convertir 1 kg de agua lquida a 100 C en 1 kgde vapor de agua a 100 C.

En contraste, para elevar la temperatura de 1 kg de agua de 0 C a 100 C serequieren:

menos de la quinta parte del calor necesario para la vaporizacin a 100 C.

Esto concuerda con nuestra experiencia en la cocina: una olla de agua

puede alcanzar la temperatura de ebullicin en unos minutos, pero tardamucho ms en evaporarse por completo.

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1 4.19 100 419kJQ mc T kg C kJ kg C


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EJEMPLO 3

Una estudiante de fsica desea enfriar 0.25 kg de agua, que est a 25 C,agregndole hielo que est a -20 C.Cunto hielo debera ella agregar para que la temperatura final sea 0 C contodo el hielo derretido, si puede despreciarse el calor especfico del recipiente?

Cp,hielo= 2.1x103J/kg.K


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EJEMPLO 3

Una estudiante de fsica desea enfriar 0.25 kg de agua, que est a 25 C,agregndole hielo que est a -20 C.Cunto hielo debera ella agregar para que la temperatura final sea 0 C contodo el hielo derretido, si puede despreciarse el calor especfico del recipiente?

Cp,hielo= 2.1x103J/kg.K

Qagua=maguacaguaTaguaQagua= 0.25kg 4190

JkgK 0C25C

Qagua= -26000J

Q1=mhielochieloThieloQ1=mhielo 2.1x103

Jkg.K 0C -20C

Q1=mhielo 4.2x104J

kg


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La suma de las tres cantidades debe ser cero:

Despejando mhielo, obtenemos mhielo= 0.069 kg = 69 g

Q1=mhieloLfQ2=mhielo 3.34x105

J

kg

Qagua

+Q1+ Q

2= 26000 J+ m

hielo4.2x104 J

kg +m

hielo3.34x105 J

kg


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Cunto calor (en J, cal y Btu) se requiere para convertir 12 g de hielo a -10 C

en vapor a 100 C? (3 puntos)

3 3

, ,

2100 4190

334 10 2256 10

hielo agua

f agua v agua

J Jc ckgK kgK

J JL Lkg kg

EJEMPLO 4


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Cunto calor (en J, cal y Btu) se requiere para convertir 12 g de hielo a -10 Cen vapor a 100 C?

3 3

, ,

2100 4190

334 10 2256 10

hielo agua

f agua v agua

J Jc ckgK kgK

J JL Lkg kg

0 0

3

0 0

3

0 0

3

0 0

3

hielo -10 a hielo 0 C

(12 10 )(2100)(0 ( 10)) 252

hielo 0 C a agua liquida 0 C

(12 10 )(334 103) 4008

agua 0 C a agua a 100 C

(12 10 )(4190)(100 0) 5028

agua 100 C a vapor a 100 C

(12 10 )(225

C

x J

x x J

x J

x

103) 27072

36360 8687 13 34 462total

x J

Q J cal Btu

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