Calor cambio de estado 03

 

Calcula el calor necesario para que 3500 g de hielo a – 40 ºC, pasen a vapor de agua a 270 ºC.

Datos:

Calor especifico del hielo: 2090 J/kg K

Calor latente de fusión: 334,4 kJ/kg

Calor especifico del agua: 4180 J/kg K

Calor latente de vaporización: 2257,2 kJ/kg

Calor especifico del vapor: 1920 J/kg K

 

 

Solución:

Datos:

 

m = 3500 g; tin = –40 ºC; tfin = 270 ºC; c1 = 2090 J/kg K; Lf = 334,4 kJ/kg

 

c2 = 4180 J/kg K; Lv = 2257,2 kJ/kg; c3 = 1920 J/kg K

 

Diagrama del proceso:

 

 

 

El calor necesario será igual a la suma del calor absorbido en cada una de las etapas del recorrido del diagrama, es decir:

 

Q = Q1 + Q2 +………

 

Calor necesario para pasar de hielo a 233 K (–40 + 273) a hielo a 273 K:

 

Q1 = m c1 (T1 – Tin)

 

Q1 = 3,500 kg·2090 (J/kg K)·(273 – 233) K = 292600 J

 

Calor necesario para pasar de hielo a 273 K a agua a 273 K:

 

Q2 = m Lf

 

Q2 = 3,500 kg·334400 (J/kg) = 1170400 J

 

Calor necesario para pasar el agua (procedente del hielo) a 273 K a agua a 373 K:

 

Q3 = m c2 (T2 – T1)

 

Q3 = 3,500 kg·4180 (J/kg K)·(373 – 273) K = 1463000 J

 

Calor necesario para pasar el agua a 373 K a vapor a la misma temperatura:

 

Q4 = m Lv

 

Q4 = 3,500 kg·2257200 (J/kg) = 7900200 J

 

Calor necesario para pasar el vapor (procedente del hielo) a 373 K a vapor a 543 K:

 

Q5 = m c3 (T3 – T2)

 

Q5 = 3,500 kg·1920 (J/kg K)·(543 – 373) K = 1142400 J

 

Calor total:

 

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5

 

Q = 292600 J + 1170400 J + 1463000 J + 7900200 J + 1142400 J

 

Q = 11968600 J = 11968,6 J

 

Los procesos físicos que han tenido lugar son: fusión y vaporización.

 

 

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