Problema n° 6 de cambio de estado.

Problema n° 6) Calcular la cantidad de calor que absorberá 200 g de hielo que está a -8 °C para pasar a agua a 20 °C.

Desarrollo

Solución

Primero calculamos la cantidad de calor absorbida para alcanzar 0 °C utilizando la ecuación (1) y empleando el calor específico del hielo:

Q_S = c_e·m·(t_f - t_i)

Q_S = (0,5 kcal/kg·°C)·0,2 kg·[0 °C - (-8 °C)]

Observar que el calor específico o sensible de agua líquida es distinto al del agua sólida (hielo).

Q_S = 0,1 (kcal/°C)·8 °C

Q_S = 0,8 kcal (calor absorbido por el hielo)

Ahora necesitamos calcular el calor necesario para la fusión del hielo, utilizamos la ecuación (2):

Q_L = c_L·m

Q_L = (79,7 kcal/kg)·0,2 kg

Q_L = 15,94 kcal

El hielo ya está fundido, a continuación calculamos la cantidad de calor requerida para pasar de 0 °C a 20 °C, utilizamos nuevamente la ecuación (1) pero con el calor específico del agua líquida:

Q_S = (1 kcal/kg·°C)·0,2 kg·(20 °C - 0 °C)

Q_S = 0,2 (kcal/°C)·20 °C

Q_S = 4 kcal

Una vez calculado el calor absorbido en las distintas etapas solo falta realizar la sumatoria de éstos para hallar el resultado final:

Q_T = Q_SS + Q_L + Q_SL

Q_T = 0,8 kcal + 15,94 kcal + 4 kcal

Resultado:

Q_T = 20,94 kcal