Capacidades Caloríficas de sólidos y líquidos

4.1 GENERALIDADES PARA cp y cv DE SÓLIDOS Y LÍQUIDOS.

La entalpía y la energía interna están relacionadas por la ecuación:

4-1

la cual diferenciada totalmente se transforma en:

4-2

Los análisis de procesos de calentamiento de sistemas cerradosa presión y a volumen constante llevaron a que:

A volumen constante:

d'q1 = cv dt = du     3.8

A presión constante:

d'q2 = cp dt = dh      3.11

para el mismo cambio de temperatura,

Al reemplazar- en la diferencial total, Ecuación 4.34, la energía interna y la entalpía en función del calor:

    4-3

y, evidentemente, d'q2 es mayor que d'q1 o sea que la energía en forma de calor que es necesario suministrar es mayor cuando el proceso se realiza a presión constante que cuando se efectúa a volumen constante.

El caso general se presenta cuando tanto la presión como el volumen cambian durante el proceso; sin embargo, cuando se trata de líquidos y sólidos se encuentra que si los cambios de presión son bajos (menores de 5 atm) y cambios moderados de temperatura (debido a la dilatación térmica), los términos P dv y v dP tienden a cero porque, además, líquidos y sólidos son incompresibles.

En estas condiciones:

       4-4

Y de ahí se concluye que cp = cvpara sólidos y liquidos, siempre y cuando se cumplas las condiciones anteriores.

 

4.2 CAPACIDADES CALORÍDFICAS DE LÍQUIDOS.

Las capacidades caloríficas de líquidos, a presión constante y a volumen constante, son esencialmente iguales y dependen fundamentalmente de la temperatura.

En general, cp de un líquido es más alto el cp del sólido correspondiente.

Solo unos cuantos líquidos, como el amoniaco, tienen una capacidad calorífica mayor que el agua.

La capacidad calorífica de líquidos se presenta, en la mayoría de los casos, en base masa y la forma de presentar la información se efectúa mediante tablas , nomogramas y ecuaciones.

 

4.2.1 TABLAS.

La tabla 4.13 da valores puntuales para la capacidad calorífica de sustancias orgánicas e inorgánicas. Ella es un resumen de las Tablas presentadas en los textos de Watson – Hougen – Ragarz y Williams – Johnson (ver bibliografía).

 

4.2.2 NOMOGRAMAS.

Un nomograma similar al utilizado para los gases se presenta en la Figura 4.6. En ella se indica la sustancia representada y el intervalo de temperatura en que puede ser utilizarse para cada sustancia. La capacidad calorífica se expresa en unidades de base masa consistente.

Tabla 4-1. CAPACIDADES CALORÍFICAS, A PRESIÓN CONSTANTE,

PUNTUALES PARA LÍQUIDOS. Unidades de base masa consistentes.

COMPUESTO

T,°C

cp

COMPUESTO

T,°C

cp

Amoníaco

-40

1.051

n-Butano

0

0.549

0

1.098

Isobutano

0

0.549

60

1.215

n-Hexano

200 a 100

0.600

100

1.479

0a50

0.527

Acido Nítrico

25

0.417

-40

0.495

Nitrato Sódico

350

0.430

-80

0.470

Agua

0

1.008

n-Decano

0a50

0.502

15

1.000

Tolueno

0

0.386

100

1.006

10

0.364

200

1.061

50

0.421

300

1.155

85

0.534

Isopentano

0

0.512

100

0.470

8

0.526

12 a 99

0.440

n-Heptano

0a50

0.507

Etanol

- 50

0.473

20

0.490

- 20

0.505

30

0.518

0

0.535

Benceno

5

0.389

25

0.580

10

0.342

50

0.672

20

0.406

80

0.778

40

0.425

n-Butanol

21 a 115

0.687

50

0.444

- 76

0.443

o-Xileno

0

0.392

0

0.520

30

0.411

30

0.582

60

0.434

100

0.788

100

0.465

Metanol

-40

0.536

m-Xileno

0

0.383

0

0.575

30

0.401

15 a 20

0.601

60

0.426

40

0.616

100

0.458

Propanol

- 20

0.485

p-Xileno

0

0.383

0

0.530

30

0.397

50

0.650

60

0.425

100

0.765

100

0.460

Glicerina

-50

0.485

Mercurio

0

0.0335

0

0.540

60

0.0330

50

0.598

100

0.0329

100

0.668

Acido Sulfúrico

25

0.369

Acetona

0

0.506

Figura4-1. CAPACIDADES CALORÍFICAS PARA LÍQUIDOS

Unidades másicas consistentes.

 

 



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