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10 de marzo de 2013 El calormetro y sus aplicaciones

en el sector automotriz

Termodinmica

Universidad Politcnica de Puebla

Integrantes:

Ariza Ramrez Eric

Huitzil Alor Oswaldo

Lizrraga del Ro Mario Marn

Vzquez Cuautle Eber

Zavala Ramos Gabriel

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ndice

1.Antecedentes histricos.

2.Fundamentos tericos.

3.Calormetros comerciales y sus aplicaciones en el sector automotriz.

4.Conclusin.

5.Referencias.

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Antecedentes histricos.Construccin de calormetros desde finales del siglo XVIII hasta mediados del siglo XX.

Ao Autor Autor Calormetros concompensacin del efectotrmico

Registran la diferencia detemperatura

1760 Black Construye el calormetro demezcla

1783 Laplace y Lavoisier Construyen el calormetro dehielo

1788 Crawford Construye calormetro demezcla en diferentes versiones

1870 Bunsen Jamin Construye un calormetro dehielo de alta precisin

Construye un calormetro deflujo con calentamientoelctrico

1881 Berthelot Construye bomba calorimtrica

1887 Bunsen Construye calormetro de

vapor1895 Junkers Construye un calormetro de

flujo para la determinacin delpoder calorfico de gasescombustibles.

1910 Duane Construye un calormetro

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isotrmico gemelo concompensacin elctrica.

1923 Tian Construye un calormetro decalentamiento Construye un calormetro deflujo de calor con termopilas.

1923 Perrier y Roux Construyen un calormetroadiabtico de barrido concompensacin elctrica.

1925 Eucken y Meyer Construyen un calormetro decombustin anaerbico.

1935 Sykes Construye un calormetro conenfriamiento elctrico.

1948 Calvet Construye un calormetrogemelo de flujo de calor contermopilas.

1952 Clarebrough Construye un calormetroadiabtico de barrido con

operacin elctrica.1957 Muller y Engelter Construyen un calormetro

isoperiblico gemelo concompensacin elctrica.

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Calormetro de flujo de calor con termopilas

Micro calormetro de conduccin de calor, de tipo isotrmico, que usa termopilas como elementos

sensores del flujo de calor celda-alrededores (Giraldo et. al, 2003), se presentan las constantes decalibracin y las entalpas de reaccin obtenidas con un sistema qumico de referencia.Se caracteriza en base al concepto de conduccin rpida del calor producido en la celda hacia losalrededores, tanto la celda como el depsito de calor se construyen en materiales metlicos y paraevitar cambios en la respuesta del equipo por fluctuaciones trmicas de las condiciones externas launidad calorimtrica, constituida por la celda, los sensores y el depsito de calor, se aslan medianteuna cubierta plstica.

Calormetro de combustin anaerbicoCalorimetra de Combustin: Es considerada como el mtodo experimental ms adecuado para ladeterminacin de fH de compuestos orgnicos. Basada en la combustin, en atmsfera de O2 de uncompuesto que como consecuencia sufre la total ruptura de su esqueleto carbonado,

desprendindose la energa contenida en los enlaces de la molcula. La reaccin de combustinlibera energa que a su vez produce incrementos de temperatura en el calormetro, que se registran enfuncin del tiempo que dura el experimento.

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Se basa en comparar el tiempo requerido para que la muestra a ensayar experimente una disminucinde temperatura dada T con el tiempo que necesita para enfriarse lo mismo una sustancia de calor

especifico conocido.

Calormetro gemelo de flujo de calor

En los equipos micro calorimtricos de conduccin de calor, la energa puesta en juego en el procesofsico qumico considerado y que se desarrolla dentro de una celda interna de reaccin, se transfiere aun cuerpo externo que constituye los alrededores de la celda; generalmente se emplean para este fin

masas metlicas, conocidas como depsitos de calor, que presentan conductividades y difusividadestrmicas elevadas, para lograr flujos de calor rpidos entre la celda y los alrededores.

Calormetro de hielo

La cantidad de calor desarrollada en cualquier reaccin que ocurre dentro del calormetro es igual ala masa del hielo derretida multiplicada por el calor de la fusin del hielo, 333,51 kJ/kg.

Calormetro de Ellison (Calormetro de vapor)

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El principio de funcionamiento de este calormetro, que se muestra en la figura corresponde al de unaexpansin adiabtica ocurrida, o que se registra, cuando el vapor sale de la vlvula hacia la cmara

de expansin. En particular, el vapor que se encuentra en una condicin de mezcla hmeda y del cualse desconoce la calidad, es susceptible de ser sobrecalentado por medio de una expansin a presinatmosfrica.

Calormetro adiabtico.

Denominado as porque el recipiente exterior se mantiene a la misma temperatura que la muestra aensayar para evitar la transferencia o transmisin de calor entre la muestra y el entorno exterior.

Calormetro adiabtico de barrido

Dispositivo que mide la cantidad de calor suministrada o recibida por un cuerpo, en muestras tipopastas, minerales hmedos y algunos sistemas alimenticios en donde las mediciones se realizanmediante un barrido de calentamiento de la muestra en condiciones adiabticas. Posee una camisa y

dos pistones los cuales forman una cmara cilndrica hermticamente cerrada, lo que evita lasprdidas por evaporacin. Posee un resorte, a partir del cual se puede controlar la presin y unainstrumentacin de actuadores, sensores y acondicionamiento necesario para tener en unacomputadora, tanto los objetivos de control como las variables controladas.

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Calormetro isoperiblico

Un calormetro isoperiblico como su nombre lo indica isoperibol mantiene constante la

temperatura de los alrededores mediante el uso de un termostato. Silageneracin de calor dentrodelacelda setermina,latemperaturaTCse aproxima ala temperatura de losalrededoresTA.(TAes igual alatemperatura de los alrededores yTC igual alatemperatura delacelday sistema demedida).

Calormetro por calentamientoEl calor que se quiere medir lo recibe en el interior de un recinto, en principio atrmano (), una masa conocida deun cuerpo calorimtrico ya sea lquido o slido, donde cuerpo y calormetro de calientan

Bomba calorimtrica

Reciento metlico cuyas paredes pueden resistir sin alteraciones sensibles presiones interiores muy fuertes. Ellopermite medir los calores liberados en el curso de transformaciones fsico-qumicas a volumen constante.

Fundamentos tericos

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Calor especifico.

Magnitud fsica que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de

masa de una sustancia o sistema termodinmico para elevar su temperatura en una unidad

(kelvin o grado Celsius).

As pues, las dimensiones de esta magnitud son:

Donde:

Q cantidad de calor

m masa

Incremento de la temperatura

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Capacidad calorficaEs la razn de la cantidad de energa transferida al cambio de temperatura, en otras palabras,Cuando un objeto a una temperatura se coloca con otro objeto a otra temperatura mayor setransfiere energa hacia el objeto ms frio.

Entonces el objeto experimenta un aumento en su temperatura.

Para medir la capacidad calorfica de una sustancia.

( )

Donde:Qcalor absorbido por el sistema.Variacin de la temperatura

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Aplicacin de los conceptos de un calormetro.

Basndonos en la primera ley de la termodinmica (Q1+Q2)=0, se tiene que la suma de los caloresespecficos y masa del termmetro, del agitador, del vaso y de la sustancia (H2O) se vuelven unacontante k (excepto la del agua) quedando solo una constante en la ecuacin multiplicada por elfactor comn que es la diferencial de temperatura y el calor especifico del H2O ser igual a elnegativo de la masa del objeto por el calor especifico por la diferencial de temperatura:

+ Despejando c de esta frmula, nos resulta la siguiente ecuacin:

+

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Con esta ecuacin podemos obtener el calor especfico de una sustancia desconocida, que es una delas aplicaciones del calormetro.

FUNCIONAMIENTO BASICO:

Muchos calormetros utilizan el principio de carga dual, en el cual una absorbe mientras que lasegunda acta como temperatura de referencia.

El sensor de temperatura registra la diferencia entre las temperaturas de las 2 cargas.

En teora los efectos de las fluctuaciones de la temperatura externa se cancelan debido a la simetra,

sin embargo si los alrededores no tienen una temperatura uniforme el gradiente de temperatura puedecausar error.

EL SENSOR DE TEMPRATURA ES MONTADO EN EL LADO DE AFUERA DE LA CARGAEN UNA POSICION DONDE NO ES INFLUENCIADO DIRECTAMENTE POR LOS CAMPOSELECTROMAGNETICOS. SIENDO ESTA UNA DE LAS CARACTERISTICAS DISTINTIVASDE UN CALORIMETRO Y ES ESENCIAL PARA SU ALTA PRECISION.

La construccin de calormetros ha ayudado a entender la ciencia de la energa y sustransformaciones, incluso un experimento simple en el cual puede deducirse el cambio de calor queocurre, y que implica el conocimiento y utilidad de conceptos como capacidad calorfica, entalpadel proceso, entalpa de reaccin, potencia trmica, etctera.

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Calormetros comerciales y sus aplicaciones en la mecnica

automotriz

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Calormetro modelo 6100

Diseo tradicional con bomba de oxgeno y balde removibles.

Requiere mnimo espacio en el laboratorio.Hardware digital, software y posibilidades de comunicacin.El modelo 6100 parece ser igual al 6200, ya que ambos tienen la misma carcaza con el mismoteclado y display lcd. pero hay una diferencia muy importante: el 6100 no tiene un sistema de camisacontroladora de temperatura como se requiere para el calormetro isoperiblico 6200.El 6100 tiene un sistema esttico, sin control isoperiblico: tiene una camisa de aire estticarodeando la cmara. de esta forma se eliminan todas las conexiones de agua.

El mdulo incluye el calormetro con su controlador interno, la bomba de oxgeno 1108, un baldeoval y accesorios para su instalacin.

Datos tcnicos:Test por hora: 6 a 8Tiempo de operacin por test: 6 minutosPrecisin de clasificacin: 6 minutosTipo de camisa: constantemente compensada

Llenado de oxgeno: semiautomticoLlenado de balde: manualLavado de bomba: manualConexin a internetDimensiones: 57 x 40 x 43 cm. (ancho x dimetro x alto)Alimentacin: 230 v.

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El calormetro automtico W9000 representa el paso evolutivo siguiente en los calormetrosautomticos de OuRui. Combin la comprensin de los fundamentales bsicos de la calorimetra conel mejor diseo mecnico y el ms ltimo de controles y de comunicaciones por microprocesador.

Usos:La calorimetra de la bomba -un procedimiento que determina el calor de la combustin o el podercalorfico de los materiales que se queman como combustibles -es una prueba fundamental de lagran importancia a cualquier persona interesada en las medidas calorficas para:Instruccin en mtodos termodinmicos bsicosCarbn y coque, todas las variedades y tipos

Variedades pesadas y ligeras del aceite combustible,Gasolina, todo el combustible de motor y tipos combustibles de jet, todas las variedades de laaviacinBasuras combustibles y disposicin de basuraProductos alimenticios y suplementos para la nutricin humanaPlantas forrajeras y suplementos para la nutricin animalMateriales de construccinExplosivos y polvos del calorCombustibles de Rocket y propulsores relacionadosEstudios termodinmicos de materiales combustiblesEstudios del balance energtico en ecologa

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Caractersticas tcnicas:1. chasis del acero inoxidable 1Cr18Ni9Ti con alta capacidad de la prueba de corrosin2. Integrado con el sistema de enfriamiento termoelctrico y los sistemas automticos de lacirculacin del agua, puede el seguimiento automtico la temperatura ambiente, auto-terminacin dela medida de la temperatura, relleno del agua y carga3. Adoptar el ajuste alfa del parmetro, ninguna necesidad de la muestra paralela, proporcionar unresultado ms exacto y ms confiable4. Auto-terminacin de la ignicin, de la mezcla, del ajuste, de la salida y del expediente de lamuestra

5. Acuerdo, diseo modular integrado con solamente el peso 20kg6. Software e interfaz de uso fcil con la exhibicin grande del LCD,7. Entrar la proteccin de la salida, 170V -gama ancha del voltaje del ~ 270V, proteccin delcortocircuito de la entrada8. Capaz a la comunicacin con PC y las varias impresoras

Especificacin:Mximo 50000 J de la gama de la medida

Resolucin 0.0001d de la medida de la temperaturaPrecisin RSD& le; 0.1%Voltaje de entrada: CA 170V~270VEnerga: < 50WPeso: 20kg

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Tabla comparativa con los calores especficos de combustinde diversos materiales que pueden ser empleados como combustibles

en procesos trmicos, donde sea necesario liberar energa en forma de calor. Material combustible Calor especifico de combustin(MJ/kg)

HidrgenoGas metanoGasolinaPetrleo crudoQuerosenoCarbnbituminosoAntracita

CoqueAlcohol etlicoCarbn vegetalAlcohol metlicoMadera de pinoCascarn de cocoTurba secaLea secaTurba hmedaAserrn seco

Cscara de arrozLignitoBagazode caa secoLea verdePlantade maz secaAserrn hmedo

1425547474636

35

34303022212020181615

15139

99

8

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A temperatura de 25C y una presin de 1 atm =101325 Pa (combusble)

Material J/(kgK)

Aceite vegetal 2000Agua (0 C a 100 C) 4186Aire 1012Alcohol etlico 2460Alcohol metlico 2549Aluminio 897Amoniaco (lquido) 4700Arena 290Asfalto 920Azufre 730

Benceno 1750Calcio 650Cinc 390Cobre 387Diamante 509Dixido de carbono(gas)

839

Estao 210Etilen glicol 2200Gasolina 2220Grafito 710Granito 790Helio (gas) 5300

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Calor especfico de lquidos automotrices.

Aceite Temperatura C Densidad (Kg/m ) Calor especfico (J/Kg C)

0 899.1 179620 888.1 188040 876.1 196460 864 2047

80 852 2131100 840 2219120 829 2307140 816.9 2395160 805.9 2483

Agua 25 996.58 4072.71Agua-etilenglicol 30% 25 1035.02 3729.95

Agua-etilenglicol 50% 25 1053.25 3297.63Etilenglicol 25 1112.13 2408.62

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Aplicacin de calormetro

Podemos mencionar en donde se aplica el calormetro en la industria automotriz es para poderdeterminar que el material con el cual se fabrica el monoblock, el cual debe tener las caractersticasnecesarias para poder soportar el calor que se genera por la combustin, sin datos lo suficientementeseguros de lo que puede soportar el monoblock y las piezas que constituyen el motor debido a loschoques trmicos el monoblock simplemente no soportara ,se quebrara o se deformara con granfacilidad.

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Conclusin

Como conclusin podemos decir que es muy importante interesarnos por estetipo de temas porque imaginmonos Cmo sera nuestro mundo sin habernosdado cuenta de la transferencia de calor?, no tendramos los avanzados sistemascon los que hoy en da contamos y el ejemplo ms sencillo y prctico en nuestrocaso es el automvil, en fin. Es muy importante ya que la transferencia de calortiene lugar en los procesos fsicos, qumicos y biolgicos, y que nos permitenconocer con ms exactitud las propiedades de cada elemento que nos rodea da ada y que gracias a ello podemos desarrollar mquinas que nos faciliten eltrabajo en determinado mbito laboral.

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