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Guía de ejercicios resueltos de calorimetría y cambio de estado. TP08

Termodinámica: Solución del ejercicio n° 1 de calorimetría. Problemas resueltos.

Problema n° 1 de Calorimetría.

Problema n° 1) Determinar la cantidad de calor que absorbe una masa de hielo de 250 g que está a -15 °C para pasar a 30 °C.

Desarrollo

Datos:

m = 250 g = 0,25 kg

ti = -15 °C

tf = 30 °C

ceh = 0,5 kcal/kg.°C (calor sensible del hielo)

cel = 1 kcal/kg.°C (calor sensible del agua líquida)

cL = 79,7 kcal/kg (calor latente de fusión)

PF = 0 °C

Fórmulas:

QS = ce.m.(tf - ti) (1)

QL = cL.m (2)

QT = QS + QL (3)

Solución

Utilizamos la fórmula de calor (1) para calcular el calor que requiere para alcanzar el punto de fusión, es decir tomamos como tf = PF:

QSh = ce.m.(PF - ti)

QSh = (0,5 kcal/kg.°C).0,25 kg.[0 °C - (-15 °C)]

QSh = 0,125 (kcal/°C).15 °C

QSh = 1,875 kcal

Con esto conocemos la cantidad de calor absorbida para alcanzar el punto de fusión.

A continuación, mediante la ecuación (2), calculamos el calor necesario para que el hielo se funda completamente:

QL = cL.m

QL = 79,7 (kcal/kg).0,25 kg

QL = 19,925 kcal

Recordemos que durante el proceso de fusión (cambio de estado) la temperatura permanece constante.

Ahora calculamos el calor necesario para que el agua (ya no es el hielo) alcance los 30 °C, empleamos la ecuación (1):

QSl = ce.m.(tf - PF)

QSl = (1 kcal/kg.°C).0,25 kg.(30 °C - 0 °C)

QSl = 0,25 (kcal/°C).30 °C

QSl = 7,5 kcal

Finalmente calculamos el calor total absorbido en todo el proceso utilizando la fórmula (3):

QT = QSh + QL + QSl

QT = 1,875 kcal + 19,925 kcal + 7,5 kcal

QT = 29,3 kcal

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