Relación Entre Las Capacidades Caloríficas De Un Gas

QUÍMICA INDUSTRIAL

Práctica 1: Relación entre las capacidades caloríficas de un gas.

Objetivo: El alumno determinará el valor de la relación Cp/Cv para el aire por el método de Clément y Desormes.

Introducción teórica

Calor específico es la energía requerida para elevar en un grado la temperatura de una unidad de masa de una sustancia. En general, esta energía depende de cómo seejecuta el proceso. En termodinámica, el interés se centra en dos clases de calores: calor específico a volumen constante Cv y calor específico a presión constante Cp. El calor específico a presión constante Cp es siempre mayor que calor específico a volumen constante Cv porque a presión constante se permite que el sistema se expanda y la energía para este trabajo de expansión también debe sersuministrada al sistema.
Cv está relacionado con los cambios de energía interna mientras que Cp con los cambios de entalpía. De hecho, sería más adecuado definir Cv como el cambio en la energía interna de una sustancia por cambio unitario de temperatura a volumen constante. Asimismo, es posible definir Cp como el cambio en la entalpía de una sustancia por cambio unitario en la temperatura a presiónconstante.
Una unidad común para los calores específicos es kJ/(kg)(°C) ó kJ/(kg)(K). A veces los calores específicos se dan en base molar, en este caso se denotan mediante Cv y Cp y tienen la unidad kJ/(kmol)(°C) ó kJ/(kmol)(K).
Relaciones de calores específicos de gases ideales. Una relación especial entre Cp y Cv para gases ideales se obtiene al derivar la relación h= u + RT, lo cual produce
dh=du + RdT

Si se reemplaza dh por CpdT y du por CvdT, y se divide la expresión resultante sobre dT, se obtiene
Cp= Cv+R kJ/(kmol)(K).

Esta es una relación importante para gases ideales porque permite determinar Cv si se conocen Cp y la constante de los gases ideales R.
Cuando los calores específicos aparecen en base molar, debe reemplazarse R en la ecuación anterior por laconstante universal de los gases Ru.
Ĉp= Ĉv+Ru kJ/(kmol)(K).

En este punto, se introduce otra propiedad del gas ideal conocida como relación de calores específicos ϒ, definida como
ϒ=CpCv
La relación de calores específicos varía también con la temperatura, pero su variación es muy pequeña.

Proceso isotérmico
Es un proceso en el cual la temperatura permanece constantedurante la operación. La energía interna de un gas es función de la temperatura exclusivamente.

Proceso isobárico
Es aquel proceso en el que el sistema no pierde ni gana calor. De acuerdo a la primera ley de la termodinámica con Q= 0 muestra que todos los cambios en la energía interna están en forma de trabajo realizado.

Material y equipo
Idéntico al manual, página 5

Reactivos o sustanciasAire

Desarrollo experimental
Idéntico al manual, página 5

Datos experimentales
Tabla No. 1. Datos experimentales. Presión manométrica

| Рman1 | Рman2 | Рman3 |
EXP. No. | h1 (cmH2O) | h2 (cmH2O) | ∆h (cmH2O) | ∆h (cmH2O) | h1 (cmH2O) | h2 (cmH2O) | ∆h (cmH2O) |
1 | 45.5 | 15 | 30.5 | 0 | 33.9 | 26.6 | 7.3 |
2 | 42.3 | 18.5 | 23.8 | 0 | 33 | 27.5 | 5.5 |
3 | 54.2 | 6.5 |47.7 | 0 | 36 | 24.4 | 11.6 |
4 | 43.7 | 16.9 | 26.8 | 0 | 33.3 | 27.1 | 6.2 |
5 | 43.4 | 17.1 | 26.3 | 0 | 33.7 | 26.8 | 6.9 |

Cálculos

1. Presión absoluta para cada estado termodinámico

Р abs.= Р man. + Р atm.

Р man.= ∆h (mmH2O) (ρH2O/ ρHg)= mmHg

P atm= 585 mmHg

ρH2O=1 gr/ml
ρHg=13.6 gr/ml

Exp. | Presión 1 | Presión 2 | Presión 3 |
No. | Р man.(mmH2O) | Р man.(mmHg) | Р abs.(mmHg) | Р abs.(mmHg) | Р man.(mmH2O) | Р man.(mmHg) | Р abs.(mmHg) |
1 | 305 | 22.4265 | 607.4265 | 585 | 73 | 5.3676 | 590.367 |
2 | 238 | 17.5 | 602.5 | 585 | 55 | 4.0441 | 589.044 |
3 | 477 | 35.0735 | 620.0735 | 585 | 116 | 8.5294 | 593.529 |
4 | 268 | 19.7059 | 604.7059 | 585 | 62 | 4.5588 | 589.558 |
5 | 263 | 19.3382 | 604.3382 | 585 | 69 | 5.0735 | 590.073 |

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