Primera Ley Termodinamica

Operaciones Unitarias

UNIDAD 3 PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA: DE CALOR CALOR El calor es una forma de energía que se transfiere entre dos sistemas, o un sistema y sus alrededores, debido a una diferencia de temperatura. En consecuencia no habrá transferencia de calor entre dos cuerpos a la misma temperatura. El calor es energía en tránsito y se manifiesta solo cuando cruza la fronterade un sistema. Un proceso durante el cual no hay transferencia de calor se denomina proceso adiabático, y si intercambia calor se denomina proceso diatérmico. Capacidad calorífica Consideremos un sistema homogéneo, es decir, constituido por una sustancia que tiene las mismas propiedades en todas partes, y cuyo estado está especificado por su temperatura T y por un conjunto de variables como lapresión P y el volumen V.

T

T+dT

dQ

Calentamiento de un sistema homogéneo con aumento de su temperatura a P o V constantes

Si el sistema está inicialmente a la temperatura T y lo sometemos a un proceso de calentamiento en donde absorbe un Infinitesimal de calor dQ , éste variará su temperatura en una magnitud infinitesimal dT. En este proceso permanecerán constantes las variables P o V,según se haya definido las condiciones del proceso.

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Se define la capacidad calorífica como la cantidad de calor necesaria para modificar la temperatura del sistema desde T a T + dT, es decir:

C
Por tanto:

dQ dT

3.1

dQ  CdT
Si integramos esta ecuación,
T2

3.2

 dQ  Q   CdT
T1

3.3

Estaexpresión nos permite conocer el calor que le fue transferido a un sistema, cuya temperatura varió desde T1 a T2: Calor Específico La cantidad de calor dQ que debe aplicarse a un sistema homogéneo para producir una variación determinada de temperatura dT es proporcional a la masa total del sistema. Por tanto, es conveniente definir lo que se conoce como calor específico, que es una magnitud que dependesólo de la naturaleza de la sustancia considerada, pero no de la cantidad de masa presente. Se define como la energía requerida para elevar en un grado la temperatura de una unidad de masa de una sustancia. Para ello basta dividir la capacidad calorífica de la sustancia, por la correspondiente cantidad de masa en kg o moles, es decir:

c
En donde:

C m

3.4

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C = Capacidad calorífica en Joule/°C m = Masa del sistema en kg o mol c = Calor especifico en Joule/kg°C, Joules/mol°C, ó Calorías/mol°C
Una caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado Celsius (1 ºC) la temperatura de un gramo de agua entre 14,5 y 15,5 ºC a la presión atmosférica.

El valor del calor específico depende del tipo deproceso que el sistema haya experimentado durante la absorción de calor, siendo los más importantes, aquellos determinados a presión constante y a volumen constante. Se definen. Calor especifico a Presión constante Energía requerida para elevar en un grado la temperatura de una unidad de masa de una sustancia cuando la presión permanece constante.

1  dQ  cP    m  dT  P
Calor especificoa Volumen constante

3.5

Energía requerida para elevar en un grado la temperatura de una unidad de masa de una sustancia cuando el volumen permanece constante.

cV 

1  dQ    m  dT V

3.6

Estos parámetros son propiedades de las sustancias ya sean puras o mezclas, y varían con la temperatura y la presión.

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Operaciones UnitariasVariación del calor específico El calor específico a presión constante varía con la temperatura y la presión La siguiente gráfica muestra la variación del calor específico del vapor de agua en función de T y P.

Calor específico del vapor de agua en función de la temperatura y la presión

Adicionalmente se han desarrollado polinomios que describen la variación de c p en función de la...