Combustion y calor

CALOR DE COMBUSTIÓN
Escuela de Ingeniería Química, Universidad de Costa Rica
Resumen
En esta práctica se pretende determinar el calor de combustión, por medio de una bomba calorimétrica, para
varias muestras de residuos de la broza del café (muestra B111003). La calibración del calorímetro se logra
determinando el calor de combustión de una sustancia de referencia, en este caso el ácidobenzoico.
Se obtuvo un valor para la capacidad calorífica del calorímetro de 9135.7 J/°C y un valor promedio para el
calor de combustión de broza de café, con un porcentaje de humedad del 25%, de 11874.6 J. El análisis
estadístico mostró que no hay diferencia significativa entre los valores obtenidos y su promedio.
Se recomienda tomar mayor cantidad de mediciones antes de la ignición, con el finde facilitar los cálculos y
usar suficiente cantidad de agua en el calorímetro para facilitar el intercambio calórico.
Keywords
Calor, combustión
Marco Teórico
Durante los años 1840 a 1878, J.P. Joule llevó a cabo una serie de experimentos cuidadosos sobre la
naturaleza del trabajo y el calor. Estos experimentos son fundamentales para comprender la primera ley de la
termodinámica y elconcepto moderno de energía.
Los experimentos de Joule eran bastantes sencillos, pero él tomó muchas precauciones para asegurar la
exactitud. En su famosa serie de mediciones , Joule colocó cantidades conocidas de agua en un contenedor
aislado y agitó el agua con un agitador giratorio. La cantidad de trabajo hecha sobre el agua por el agitador fue
medida con exactitud , anotándose los cambios detemperatura del agua. Joule encontró que se necesitaba una
cantidad fija de trabajo por unidad de masa por cada grado de aumento en la temperatura provocado por el
agitador, y que la temperatura original del agua podía restablecerse por la transferencia de calor a través del
simple contacto con un objeto más frío. Así fue como Joule mostró de manera concluyente la existencia de
una relacióncuantitativa entre el trabajo y calor y que, en consecuencia, el calor es una forma de energía. En
este tipo de pruebas se añade energía al agua como trabajo, pero se extrae de ésta como calor. Con esto cabe la
pregunta de qué es lo que sucede a la energía entre el momento en que se añade al agua como trabajo y el
momento en que se extrae como calor. La lógica sugiere que esta energía se encuentracontenida en el agua ,
en otra forma, la cual se define como energía interna.
La energía interna se refiere a la energía de las moléculas que forman la sustancia, las cuales se encuentran en
un movimiento continuo y tienen energía cinética de traslación, con excepción de las moléculas
monoatómicas que también poseen energía de rotación y de vibración interna. La adición de calor a la
sustanciaaumenta esta actividad molecular, provocando un aumento en la energía interna. El trabajo hecho
sobre la sustancia puede tener el mismo efecto, tal como lo demostró Joule.
La energía interna de una sustancia también incluye la energía potencial resultante de las fuerzas
intermoleculares. A esta escala submolecular, existe una energía asociada con los electrones y los núcleos de
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los átomos,así como una energía de enlace resultante de las fuerzas que mantienen unidos los átomos como
moléculas. Aunque se desconocen los valores absolutos de la energía interna, este hecho no representa
ninguna desventaja en el análisis termodinámico, ya que sólo se necesitan los cambios de energía interna.
La designación de esta forma de energía como interna la distingue de la energía cinética ypotencial que pueda
tener una sustancia como resultado de su posición o movimiento macroscópicos, y que pueden considerarse
como formas externas de energía.
El reconocimiento del calor la energía interna como formas de energía sugiere una generalización de la ley de
la conservación de la energía mecánica para aplicarla al calor y al energía interna, así como al trabajo y a la
energía cinética...