TEMA 5. TERMOFISICA Y TERMOQUÍMICA

Presentación del tema: "TEMA 5. TERMOFISICA Y TERMOQUÍMICA"— Transcripción de la presentación:

1 TEMA 5. TERMOFISICA Y TERMOQUÍMICA
Tecnológico Nacional de México Instituto Tecnológico de Toluca Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica Facilitadora: M.C. Yenissei M. Hernández Castañeda

2 Competencia específica a desarrollar:
Resuelve problemas de cambios de entalpía en transformaciones físicas y químicas para procesos termodinámicos.

3 Contenido de la presentación
Tema 5. Termofísica y termoquímica 5.1 Cálculos de variación de entalpía en procesos sin cambio de fase 5.2 Cálculos de variación de entalpía con cambio de fase 5.3 Cálculos de variación de entalpía para procesos con reacción química

4 Tema 5. Termofísica y Termoquímica
Competencias Previas Herramientas Necesarias Algebra básica Balanceo de ecuaciones químicas Primera ley de la termodinámica Concepto de entalpía Lectura de tablas y gráficas Sistemas de Unidades Tablas de conversión de unidades Tablas de vapor Tablas y ecuaciones de Capacidad Calorífica, Cp Tablas de calores latentes Tablas de calor normal de formación Tablas de calor normal de combustión Calculadora científica (programable de preferencia)

5 CÁLCULO DE CAMBIO DE ENTALPÍA EN PROCESOS FÍSICOS con o sin cambio de fase

6 CALOR Todas las sustancias requieren calor para aumentar su temperatura y proporcionan la misma cantidad de calor cuando se enfrían a la temperatura inicial, esto también ocurre para los cambios de fase (1ra. Ley de la Termodinámica). Fundición Colado

7 ENTALPÍA La entalpía es una propiedad que nos da una medida del calor absorbido o liberado por un sistema durante un proceso a presión constante. Es una propiedad extensiva y es imposible determinar la entalpía de una sustancia, por lo que lo que se mide realmente es el cambio de entalpia.

8 Tipos de calor Calor Sensible
Es el calor que se emplea para variar la temperatura de una sustancia o de un cuerpo.

9 Tipos de calor Calor Latente Es la energía que se absorbe o se desprende durante el proceso de un cambio de fase. Se requieren grandes cantidades de energía para derretir sólidos y evaporar líquidos.

10 Cambios de fase Transiciones de fase Calor latente Calor latente
Cp Sólido I Sólido II Líquido Gas Calor sensible Calor sensible Calor sensible Calor sensible T Transiciones de fase

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12 Recordando lo ya aprendido...
Para todas las sustancias y a presión constante: T1 = 50°C T2 = 70°C P H T3 = 99.63°C De líquido comprimido a líquido saturado la temperatura se incrementa: calor sensible T4 = 300°C Tablas de vapor!!! De líquido saturado a vapor saturado la temperatura se mantiene constante: calor latente P = cte 100 kPa De vapor saturado a vapor sobrecalentado la temperatura se incrementa: calor sensible H1 = kJ/kg H2 = kJ/kg DH1 = kJ/kg

13 Cuando no hay tablas de vapor para la sustancia
¿Qué hacer? Cuando no hay tablas de vapor para la sustancia

14 Calor latente y sensible
Ejemplo: sustancias puras a 1 atm de presión absoluta Cambio de fase Cambio de fase Agua -5ºC ( K) 0ºC ( K) 100ºC ( K) 200ºC ( K) Calor sensible Calor sensible Calor sensible Calor latente Calor latente El cambio total de entalpía será igual a la suma de todos los calores.

15 Calor Sensible Para calcular el cambio de calor sensible hacemos uso de la ecuación: Tablas de Cp

16 Calor de solidificación
Calor latente Los cambios de fase se acompañan de grandes cambios de energía interna y entalpía. Un cambio de fase va acompañado de calor latente: Término Símbolo Definición Calor de vaporización Hv, lv Calor absorbido cuando se cambia una mol de líquido al estado gaseoso Calor de condensación -Hv, - lv Calor liberado cuando se condensa una mol de gas hasta un líquido Calor de fusión Hm, lm Calor absorbido cuando se funde una mol de sólido Calor de solidificación -Hm, - lm Calor liberado cuando se solidifica una mol de líquido Calor de disolución Hs Calor liberado o absorbido cuando se disuelve una mol de soluto en una cantidad fija de disolvente

17 Calor latente y sensible
Ejemplo: sustancias puras a 1 atm de presión absoluta Cambio de fase Cambio de fase Benceno -10ºC ( K) 5.5ºC ( K) 80.11ºC ( K) 150ºC ( K) Calor sensible Calor sensible Calor sensible Calor latente de fusión Calor latente de vaporización ***Recordar que el valor de Cp es diferente dependiendo de la fase.

18 Cálculo de Entalpía con Cambio de Fase
Para realizar los cálculos de cambio de entalpía con cambio de fase, sencillamente se van sumando los cambios de entalpía (correspondientes a calor sensible y calor latente) desde el estado inicial hasta el final, tal como se ilustra en el siguiente ejemplo. Cp T Sólido II Líquido Gas Calor latente. Hm Sólido Calor sensible Tinicial Tfinal Calor latente. Hv TFusión Tevaporación

19 Ejercicio Calcular el cambio de entalpía cuando agua a 100 kPa y 50°C cambia a un estado final de 300°C y 100 kPa. Utilice tablas de Cp y calor latente. Calor latente, Hv Cp T Hielo Agua Líquida Vapor de agua Calor sensible Calor sensible 50°C 100°C 300°C

20 1. Calor sensible: de 50°C a 100°C
2. Calor latente (cambio de fase: líquido a vapor)

21 3. Calor sensible: de 100°C a 300°C
De lo que: De tablas de vapor DH1 = kJ/kg Lo que corresponde a un error de 0.223%

22 Ejercicio Se desea evaporar 100 mol/h de n-hexano líquido a 25°C y 1 atm, y calentarlo a 300°C a presión constante. Calcule la velocidad a la cual debe suministrarse calor al proceso. V0 De tablas: Vapor Tf = 177K = °C 100 gmol/h 300°C 1 atm Tb = K = 68.75°C 25°C L1 Condensado

23 Cp T Sólido Líquido Vapor Calor latente, Hv Calor sensible

24 1) Calor sensible de 25°C a 68.75°C
V0 Vapor Líquido Vapor 100 gmol/h 300°C 1 atm 25°C 2) Calor latente (líquido a vapor) L1 Condensado 3) Calor sensible de 68.75°C a 300°C

25 Calor total necesario:
V0 Vapor Líquido Vapor 100 gmol/h 300°C Calor total necesario: 1 atm 25°C L1 Condensado

26 Consejo: Realizar ejercicios de termofísica que vienen incluidos en libros de química general (sugerencia serie Schaum de McGraw-Hill)