Tecnicas de calorimetria en fisica

calorimetria en fisica

Hay libros dedicados a la calorimetría y sus aplicaciones. Referente a técnicas de calorimetria en fisica se pueden nombrar: de combustión, de alta temperatura, de solución, láser flash, isotérmica, diferencial de barrido, de inmersión, fotoacústica, de flujo, adiabática, isoperbólica, entre otras.

La calorimetria en fisica de flujo radica de un dispositivo para desplazar un gas en un recipiente a una velocidad constante, al aumentar cierta proporción de calor se mide el aumento de temperatura en el fluido.

A medida que la teoría es bastante sencilla, el diseño y creación del calorímetro de flujo de precisión es difícil, y se debería proteger los próximos puntos:

  • Minimizar la fuga de calor gracias a convección, conducción y radiación a un mínimo.
  • Afirmar la medición de un flujo constante.
  • Medición precisa de la temperatura del fluido.

La expansión a extrema presión y temperatura acentúa dichos inconvenientes y incorpora varios más. Se hacen mediciones directas, no es dependiente de ecuaciones de estado ó habilidades transforma en calor, mediante calefactores independientes, uno de ellos tiene la muestra, el otro puede estar vacío o usar un material de alusión.

Una vez que inicia el calentamiento de ambos recipientes, la PC graficará la diferencia en flujo de calor de ambos calefactores, contra la temperatura. Y desde la ecuación caloríficas relativas de otros gases. Las correcciones gracias a las fugas de calor se realizan de forma fácil y son pequeñas. La precisión es alta, y es dependiente principalmente del esfuerzo  puesto en y el diseño y creación del artefacto y el calor tiempo.

Propiedades de dichos calorímetros

  • Medición precisa de la velocidad de flujo constante;
  • Medida precisa de la proporción de calor introducida al fluido con un calefactor;
  • Medición precisa del crecimiento de temperatura en el gas provocado por la ingreso de energía. 
  • Diseño para evadir desmesuradas perdidas de calor del gas fluyendo al medio ambiente

Con en relación a la calorimetría de volumen constante, que es una técnica directa que se utiliza para medir el calor específico de líquidos y firmes, la técnica de flujo constante tiene una virtud sobresaliente.

La capacidad calorífica del calorímetro no participa en los cálculos de capacidad calorífica de la muestra. Esto hace el procedimiento de flujo conveniente para la medición de capacidad calorífica de gases ligeros bajo presión, donde las correcciones para la capacidad calorífica de un artefacto de volumen constante serían mas enormes comparadas a la del gas contenido.

Otros calorímetros en los que el recipiente calorimétrico está rodeado por un escudo a temperatura constante se designan, según el concepto acuñado por Kubaschewski y Hultgren, calorímetros isoperbólicos. Isoperibol es un vocablo griega que significa ‘ ambiente constante ‘ y éste término se utiliza para los calorímetros con temperatura constante del escudo. En un calorímetro isoperbólico la temperatura en el recipiente exterior se conserva constante durante todo el experimento.

Las condiciones de los efectos del calor son casi adiabáticas. Hay varios grupos de esta clase que se aplican para medir el calor de combustión, el calor de solución, etcétera.

Otra técnica de calorimetria en fisica usada es el Differential scanning  calorimetry

Bastante desarrollado y con varias aplicaciones. Esta técnica de calorimetria en fisica se basa en calentar 2 recipientes a una velocidad constante de energía eléctrica que se transforma en calor, mediante calefactores independientes, uno de ellos tiene la muestra, el otro puede estar vacío o usar un material de alusión.

La PC graficará la diferencia en flujo de calor de ambos calefactores, contra la temperatura cuando inicia el calentamiento de ambos recipientes. Y la ecuación:

calor/ tiempo=q/t =flujo de calor

incremento de temperatura/tiempo  ∆T/t= razón de calentamiento

La calorimetría fotoacústica la cual es bastante existente, sin embargo fundamental en la averiguación de rápidas actitudes químicas. Su origen se remonta al primer reporte del impacto fotoacústico en 1880 una vez que Bell escuchó el ruido creado por una muestra que se alumbró con la luz del sol. Entre las herramientas desarrollados se distinguen 4 tipos: el tradicional, el “transient grating method”, el “thermal lens calorimetry” y el “beam deflection”.

Fundamentos de la calorimetria en fisica

La calorimetría tradicional fotoacústica, se fundamenta en la decisión de las propiedades de amplitud y tiempo de una onda acústica iniciada por un pulso láser. La señal fotoacústica se mide en funcionalidad del tiempo de liberación de calor de las actitudes de los reactivos intermediarios foto generadores. En el procedimiento láser flash la difusividad térmica se puede calcular de la siguiente ecuación:

a =0.1388L2/(t1/2)

donde  L  es  el  espesor  de  la  muestra, es la difusividad térmica y t1/2  es la época a medio aumento de temperatura entre la inicial y la máxima alcanzada por la muestra. La capacidad calorífica específica se puede calcular utilizando la medición del aumento de temperatura de la muestra y el calor irradiado, de los datos de calibración hechos con anterioridad.

Otra técnica es la calorimetría adiabática cuyo motivo se apoya en como su nombre lo sugiere, eludir la transferencia de calor a partir del  recipiente donde se incorpora la muestra, a un recipiente exterior que circunda al anterior. 

Las técnicas mencionadas miden la capacidad calorífica que es una propiedad de interés para el Centro Nacional de Metrología. La medición debería desarrollarse con el mayor grado de precisión viable, para la evaluación de diferentes fluidos como refrigerantes, ciertos combustibles, diesel, gas, e inclusive de ciertos alimentos.

Con base a esto último y luego de un estudio entre varias de las técnicas mencionadas se muestra una controversia para elegir la más adecuada.

Un calorímetro que opera bajo la técnica Differential scanning calorimetry, no es un procedimiento primario ya que necesita de un material de alusión.

En el caso de un calorímetro isoperbólico necesita de componentes de corrección, además sus aplicaciones se fundamentan en la medición de efectos exotérmicos.

Un calorímetro de flujo es sofisticado una vez que se labora con gases ya que es preciso de un enorme conjunto de piezas como: vaporizadores, condensadores, válvulas, bomba para el desplazamiento del fluido y recipientes para el termostato.

Otros puntos de trascendencia

Otros puntos de trascendencia son el conservar un flujo constante, el cual complica todavía más la técnica, el intervalo de temperatura y presión está reducido. Además de la misma forma que el calorímetro isoperbólico se necesitan de componentes de corrección.

Dichos son los argumentos por lo cual se escogió un calorímetro que opere bajo los inicios de la calorimetría adiabática para la decisión de capacidad calorífica de fluidos.

¡Haz clic para puntuar esta entrada!
(Votos: 0 Promedio: 0)