El​ ​calor​ ​específico​ ​es​ ​definido​ ​​ ​como​ ​la​ ​energía​ ​requerida​ ​para​ ​elevar​ ​un​ ​grado​ ​la temperatura​ ​por​ ​unidad​ ​de​ ​masa​ ​de​ ​una​ ​sustancia. Para la determinación de éste, se armó un calorímetro con vasos de poliestireno y un termómetro de alcohol, calibrado con agua respecto a su capacidad calorífica para después poder determinar el calor especifico de una sustancia problema. En este caso la sustancia problema fue el yogurt. La práctica se basa en la ley cero de la termodinámica: “Dos sistemas que están individualmente en equilibrio térmico con un tercero, estos dos están en equilibrio térmico uno con el otro; los tres sistemas tienen el mismo valor de la propiedad llamada temperatura.” (Cengel, 2015). Todos los experimentos se hicieron por triplicado para poder observar variaciones en los datos recabados.

El calor es una forma de manifestación de la energía que se da por la forma en que se transfiere está entre dos sistemas (o entre un sistema y el exterior) debido a una diferencia de temperatura.

A diferencia de la energía cinética y potencial es considerada como una energía estática ya que no depende de la condición a la que se encuentra la sustancia como posición o movimiento que son perceptibles a simple vista por lo que es más asociado a sistemas cerrados como transferencia de calor y trabajo.

¿Cómo se transfiere el calor?

Dependiendo el medio de propagación, existe una forma de transferencia de calor. Para que exista la transferencia de calor, es indispensable un cambio de T.

La primera ley de la termodinámica, conocida también como el principio de conservación de la energía enuncia que la energía no se puede crear ni destruir durante un proceso; sólo puede cambiar de forma. Mediante este enunciado es como se puede relacionar varias formas de energía como el calor Q, el trabajo W y la energía total E entre sí durante un proceso expresando todo en terminos igualdades para las entradas y las salidas.

La primera ley de la termodinámica, conocida también como el principio de conservación de la energía enuncia que la energía no se puede crear ni destruir durante un proceso; sólo puede cambiar de forma. Mediante este enunciado es como se puede relacionar varias formas de energía como el calor Q, el trabajo W y la energía total E entre sí durante un proceso expresando todo en terminos igualdades para las entradas y las salidas.

Balance de energía

De acuerdo con el análisis anterior, el principio de conservación de la energía se expresa como: el cambio neto (aumento o disminución) de la energía total del sistema durante un proceso es igual a la diferencia entre la energía total que entra y la energía total que sale del sistema durante el proceso.

General:

• Determinar experimentalmente la capacidad calorífica de una sustancia problema (Yogurt) empleando el método de mezclas y utilizando un calorímetro sencillo de elaboración propia con el fin de demostrar la validez de la primera ley de la Termodinámica.

Específicos:

• Elaborar un calorímetro con las características que le permitan ser funcional.
• Determinar la capacidad calorífica del calorímetro usando el principio de la conservación de la energía.
• Determinar el calor específico de las sustancias de interés.

• 3 calorímetros. * 3 Termómetros (Brannan) * 2 Probetas de 100 mL (KIMAX)

• Balanza electrónica (AE ADAM PGW 3502i de 127V) . * Sustancia problema (yogurt Danone Natural).

Se hicieron tres diferentes calorímetros, están hechos con dos vasos de unicel uno más grande que el otro, y entre ambos vasos, los calorímetros 2 y 3 se rellenaron con papel higiénico y para el caso del calorímetro 1 además del papel higiénico se colocaron dos telas limpiadoras de lentes, además de una cofia; en los tres sistemas se pusieron tapas de plástico hechas a la medida, por donde entra un termómetro de mercurio, el cual indica la temperatura dentro del sistema, antes y después de agregar agua líquida en diferentes temperaturas.

A) Determinación de la capacidad calorífica del calorímetro.

1. Se armó el calorímetro: Se colocó un vaso de unicel forrado con papel dentro de otro, para que el sistema fuera lo más adiabático posible.
2. Medir 100 mL de agua en una probeta y se vaciar al calorímetro.
3. Pesar la cantidad de agua contenida en el calorímetro y registrar en la tabla 1.
4. Tapar el calorímetro y agitar hasta que la temperatura se mantenga constante. (T1 se registró en la tabla 1).
5. En un vaso de precipitado calentar 100 mL de agua aproximadamente a 55°C.
6. Pesar cuidadosamente la cantidad de agua caliente y registrar en la tabla 1.

7. Tomar lectura de la temperatura de agua caliente (T2) justo antes de vaciar al calorímetro, tapar y agitar hasta que la temperatura dentro del calorímetro permanezca constante T3. Registrar T2 y T3, así como el tiempo necesario para alcanzar T3 en la tabla 1.

8. Realizar los pasos 2 a 7 por duplicado con un calorímetro no utilizado.

B)Determinación del calor específico de las sustancias problema:

1. Armar el calorímetro: Se colocó un vaso de unicel forrado con algodón y papel dentro de otro, para que el sistema fuera lo más adiabático posible.

2. En una probeta de 100 mL medir 100 mL de la sustancia problema a temperatura ambiente y vaciar en el calorímetro.

3. Pesar la cantidad de sustancia contenida en el calorímetro y registrar en la tabla 2.

4. Tapar el calorímetro y agitar hasta que la temperatura dentro de él sea constante T1 y registrando este valor en la tabla 2.

5. En un vaso de precipitados calentar 100 mL de agua destilada aproximadamente a 55°C.

6. Pesar cuidadosamente la cantidad de agua destilada caliente y registrar en la tabla 2.

7. Tomar la lectura de la temperatura de agua caliente (T4) justo antes de vaciar al calorímetro, tapar y agitar hasta que la temperatura dentro del calorímetro permanezca constante (T5). Registrar T4 y T5, así como el tiempo necesario para alcanzar T5 en la tabla 2.

8. Realizar los pasos 2 a 7 con un calorímetro no usado.

Se tomó como parámetro para el cálculo del error el Cp de la leche entera.

De acuerdo con la capacidad calorífica obtenida para el calorímetro, se asegura que el calor específico del unicel (poliestireno expandido) obtenido es cercano al valor consultado en la bibliografía presentando un error del 12.5725%. De acuerdo (Mariano, 2010) a 20°C el poliestireno tiene una capacidad calorífica de aprox 1.2KJ/Kg*K con una variación de ± 0.1.

(Manzano P.,2012) Yogurt es el producto de leche coagulada obtenida por fermentación láctica mediante la acción de Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermofilus a partir de la leche pasterizada, leche concentrada, pasterizada, leche descremada o parcialmente descremada pasterizada, leche en polvo entera, etc. En sus estudios para el análisis de procesos industriales habla de que se cualifica el calor específico del yogurt natural (sin la adición de la pulpa de fruta, ni azúcar), con el calor especifico de la leche entera (3.8 KJ/KgC) ya que al ser un derivado directo de este producto se espera que este tenga un calor especifico aproximado.

(Palmer J., 1981) En estudios sobre la viscosidad del yogurt y su tratamiento termico se noto como el nivel de procesamiento del yogurt influia en el calor especifico variando de 3.8 a 1.8 KJ/KgC dependiendo del procesamiento y tratamiento termico que haya tenido la leche o materia prima antes de ser sometida para procesarse como yogurt.

En base a estos estudios y los resultados obtenidos podemos determinar que el cálculo de la capacidad calorífica de la muestra problema (Yogurt) fue satisfactorio al obtener un Cp= 3.48298 KJ/KgC entrando en el parámetro de trabajo marcado por la literatura y presentando un error de 8.3426%

Se determinó el calor específico del agua y del yogurt, con un error de 8.3426% con lo que podríamos asegurar que la sustancia es en efecto yogurt natural, al igual que se pudo determinar la capacidad calorífica del calorímetro obteniendo valores que de error correspondientes al 12.5725% entrando en los rango marcados por la bibliografía consultada.