Calor de combustión Laboratorio de Propiedades Termodinámicas y de Transporte

Calor de combustión

Laboratorio de Propiedades Termodinámicas y de Transporte

Departamento de Ingeniería Química y Ambiental

Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá

Gina L. González H.; Jaider J. Rincón Ch.; Ana M. Rivera R.

Grupo 1

1. Objetivos

1. General

Determinar experimentalmente el calor de combustión de una sustancia orgánica y el poder calorífico de un combustible por medio de una bomba calorimétrica.

1. Específicos

• Aplicar la primera ley de la termodinámica para un sistema cerrado en el balance de energía del sistema calorimétrico.
• Establecer la capacidad calorífica del calorímetro a través del proceso de calibración, empleando ácido benzoico como compuesto patrón.
• Comprender el funcionamiento del calorímetro y plantear las recomendaciones necesarias para la realización de esta práctica.

1. Marco teórico

Calorimetría: Es la técnica de análisis térmico mediante la cual se puede medir los cambios energéticos presentes en un compuesto con respecto a otro de referencia, o como causa de una reacción química la cual para llevarse a cabo toma o expulsa calor, el cual hace parte de nuestro cálculo, todo este proceso se lleva a cabo por medio de unos equipos denominados calorímetros los cuales son los encargados de albergar el calor que la reacción expulsa y almacenarlo de tal forma que sea posible medirlo por termómetros sensibles.

Para el caso más específico de la experiencia, el calorímetro usado debe ser adiabático de tal manera que el calor que produzca la reacción o la solución sea albergado de tal forma que no se disipe a los alrededores, para esto se utiliza un recipiente el cual tiene un aislamiento térmico en sus paredes, y sea medido de forma efectiva por el termómetro sensible que se encuentra conectado al equipo.

Calor de combustión: El calor de combustión se define como el calor liberado cuando un compuesto formado por C, H y O se quema en presencia de oxígeno, O2 (g) para producir CO2 (g) y H2O(l), cuando la reacción es completa, es decir, en presencia de un exceso de oxígeno; dicho calor se denota con el término “estándar o normal”, cuando las condiciones de reactivos y productos son 25°C y 1 atm.

La determinación de los calores de combustión normal, presupone una ventaja absoluta al uso que se les puede dar. En general, estos datos permiten cuantificar calores estándar de reacciones en las que solo se involucran sustancias combustibles y productos de la combustión; siendo su aplicación más sobresaliente su uso en sustancias combustibles cuyas reacciones de formación no ocurren de forma natural.

La determinación calorimétrica del calor de reacción requiere que la reacción sea rápida (para que las posibles pérdidas de calor sean despreciables), única (sin reacciones secundarias, para que los resultados no sean erróneos), y completa para conocer con precisión las cantidades de sustancia que han reaccionado, es decir, el avance o extensión de la reacción.

El equipo que permite la determinación de calores de combustión es la bomba calorimétrica. Este dispositivo consta de un recipiente de volumen constante donde se efectúa la quema del combustible; el calor liberado entonces, es redireccionado a una chaqueta de agua, permitiendo considerar el proceso como adiabático.

Sin embargo, el calor que absorbe el agua no es el poder calorífico del combustible, ya que en el proceso interfieren agentes absorbentes y liberadores de calor, como lo pueden ser: la misma bomba, el agua, productos de combustión, reacción de formación de ácido nítrico, ignición del alambre fusible y la reacción de combustión de interés.

1. Procedimiento experimental

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Figura 1. Metodología para el calor de combustión [pic 2]

1. Diagrama de equipo

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Figura 2. Equipo empleado en el laboratorio

Tal como se observa en la figura 3, el equipo está compuesto de una bomba calorimétrica, en la que se coloca la muestra que va a hacer combustión. Adicionalmente, se encuentra una cubeta de metal en el que se coloca el agua que está en contacto con la bomba y permite el control de la temperatura mediante un termómetro; un agitador que mantiene la temperatura del agua uniforme; una cubierta aislada de agua con su respectivo termómetro. El calorímetro adiabático es de marca Parr.

Figura 3. Diagrama del equipo

En el interior de la bomba se coloca la muestra en forma de pastilla sobre una cápsula. Dentro de la bomba se coloca un alambre de hierro fino, que va a cerrar el circuito para conducir la corriente y va a estar junto a la muestra que va a reaccionar. La bomba se presuriza con oxígeno proveniente de un tanque.

Los reactivos que se emplearán fueron:

• Ácido benzoico
• Sacarosa
• Diesel

Los demás materiales empleados en la práctica fueron:

• Cronómetro
• Cilindro de oxígeno
• Alambre de hierro
• Balanza analítica
• Vidrio de reloj
• Crisol
• Gotero
• Espátulas
• Vaso de precipitado de 1000 mL

1. Tablas de datos

Los datos obtenidos para cada sustancia se muestran a continuación:

• Datos obtenidos para el ácido benzoico:

Tabla 1. Datos para el ácido benzoico

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[pic 5]

Promedio        26,69

Desviación        0,775482645

Varianza        0,601373333

• Datos para la sacarosa:

Tabla 2. Datos para la sacarosa[pic 6]

[pic 7]

Promedio        26,26

Desviación        0,621155365

Varianza        0,198718333

• Datos para el diesel:

Tabla 3. Datos para el diesel

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[pic 9]

Promedio        29,26

Desviación        1,507485733

Varianza        1,473022917

1. Muestra de cálculos

Primero se desarrolla el cálculo con el ácido benzoico, ya que es nuestra sustancia de referencia.

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Realizamos el balance de energía y obtenemos:

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