Biofísica UBA XXI 1P Abr24 T2 – 7 Termodinámica

Una masa de vapor a 109 °C se encuentra dentro de un freezer adiabático que se encuentra apagado. Se prende el freezer y el vapor comienza a enfriarse. El aparato posee una capacidad refrigerante de 30 kcal/h. Calcule el tiempo necesario para convertir todo el huelo a – 7°C.

 Datos: Ce agua = 1 cal/gr.°C, Ce hielo = 0,5 cal/gr.°C, Ce vapor = 0,45 cal/gr.°C, masa de vapor = 2,6 kg, C fusión = 80 cal/gr, C condensación = - 540 cal/gr

 

 

Q =	Calor cedido
+ m Cv (100 °C – 109°C) +	El vapor se “enfría” (cede calor) hasta la temperatura de cambio de fase (100°C)
+ m Lc +	El vapor se condesa (cambio de fase)
+ m Ca (0°C – 100°C) +	El agua (vapor condensado) se “enfría” (cede calor) hasta la temperatura de cambio de fase (0 °C)
+ m Ls +	El agua se convierte en hielo (cambio de fase)
+ m Ch ( - 7 °C – 0°C)	El hielo (agua solidificada) se “enfría” (cede calor) hasta la temperatura final

 

Donde

m = masa = 2,6 kg = 2600 gr

Cv = calor especifico del vapor = 0,45 cal/gr.°C

Lc = calor latente de condensación = - 540 cal/ gr

Ca = calor especifico del agua = 1  cal/gr.°C

Ls = calor latente de solidificación = - Lf = - calor latente de fusión = - 80 cal/gr

Ch = calor especifico del hielo = 0,5 cal/gr.°C

 

Reemplazando

Q = 2600 gr (0,45 cal/gr.°C (- 9°C) - 540 cal/gr + 1 cal/gr.°C ( -100°C) – 80 cal/gr + 0,5 cal/gr.°C (- 7°C)) = - 1 891 630 cal = - 1891,63 kcal

 

 

Cap = Q/t

 

Donde

Cap = Capacidad refrigerante = 30 kcal/h

Q = calor absorbido = 1891,53 kcal

t = tiempo

 

Reemplazando y despejando t

t = Q / Cap = 1891,63 kcal / 30 kcal/h = 63,05 h