MECHERO DE ALCOHOL

Vamos a calcular el calor que nuestro mechero de alcohol entrega a un vaso de precipitados con agua, midiendo solamente tiempos y temperaturas.

Medimos 250 cc de agua y los echamos en un vaso de precipitados que colocamos centrado en la rejilla de amianto. Debajo colocamos el mechero con su extremo centrado en la rejilla a una distancia de 2 cm medidos desde la base de la llama a la rejilla. Fijadas estas condiciones introducimos en el agua la sonda que está conectada al aparato de registro automático y que se encarga de tomar la temperatura cada minuto. De no disponer de este aparato un simple termómetro y un reloj son suficientes para saber la variación de la temperatura con el tiempo.

El termómetro de mercurio mide de grado en grado y apreciamos aproximadamnete media división. La sonda mide décimas de grado. Podemos poner al mismo tiempo la sonda y el termómetro para ver como a pesar de estar bien calibrado no marcan lo mismo: hay más de un grado de diferencia.

mechero centrado  mechero de alcohol

El amianto extiende el calor sobre toda la zona para lograr un calentamiento homogéneo en la base del vaso. Si el vidrio del vaso no es Pirex un calentamiento local fuerte puede dar lugar a unas tensiones por dilatación que pueden romperlo.

Empezamos a medir la temperatura, minuto a minuto. Transcurridos diez minutos podemos suponer que la rejilla de amianto alcanzó su temperatura de equilibrio y que a partir de ahora todo el calor que recibe se transmite al vaso y a sus alrededores.

Anotamos la temperatura durante otros cinco minutos, de minuto en minuto y, mientras lo hacemos, agitamos para uniformizar la temperatura. El aparato de registro nos muestra estos datos:

tabla gráfica

Una vez realizada esta experiencia obtenemos esta tabla de TEMPERATURA / TIEMPO.

gráfica

TIEMPO (minutos) inicial 10 11 12 13 14 15
TEMPERATURA ( ºC ) 8,9 26 27,5 28,8 30,3 34,4 35,5

A pesar de la oscilación (que puede deberse a que no agitamos uniformemente) la pendiente de la recta es uniforme. Realizamos varias veces la experiencia y siempre aparecen pequeñas oscilaciones en diferentes sitios.

Promediando en las distintas experiencias y en distintos tramos de temperatura obtenemos que en 5 minutos la temperatura pasó de 26 º C a 35,5 ºC que representa un incremento de 9,5 º C. En otras experiencias el incremento es algo mayor que 10ºC. Promediamos y obtenemos 10º de incremento medio.

El calor recibido por el agua del vaso en esos 5 minutos ha sido: DQ=m.Ce.(TFTO)

El calor específico del agua es 1 si lo definimos en calorías /g.grado: 1 gramo de agua líquida necesita el aporte de 1 caloría para elevar un grado su tempratura. En el S.I. el Ce del agua vale 4180 J / kg ºC.

DQ=0,25 · 4180 · (10)=10.450 J

Deducimos que esta es la energía calorífica que nuestro vaso recibirá siempre de ese mechero, colocado de esa forma durante cinco minutos.

CALOR QUE ENTREGA EL MECHERO EN UN TIEMPO DADO

Consultamos en un libro el calor de combustión del alcohol etílico (podíamos haber usado el alcohol metílico, que es el alcohol de quemar, pero en esta práctica usamos etílico) y obtuvimos un valor de 1.367 kJ/mol. El alcohol etílico es una sustancia químicamente pura y su calor de combustión está perfectamente definido.

Un mol de CH3-CH2-OH=46 gramos

Calor de combustión 29.717,4 J/g (menor que el que tiene el butano).

Pesamos el mechero de alcohol y lo mantenemos encendido durante treinta minutos. Después lo apagamos y dejamos que se enfríe. Una vez enfriado volvemos a pesarlo y observamos una variación de su masa.

En media hora su masa disminuyó en 11,6 g.

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Por lo tanto en cinco minutos se queman 1,9 g. Repetimos la experiencia y obtenemos una media de 2 g quemados cada cinco minutos.

La cantidad de alcohol quemado depende mucho de la longitud de la mecha. En la superfiicie de la mecha de algodón se evapora el alcohol y este alcohol evaporado es el que se quema. La mecha está impregnada en alcohol que enfría la mecha al evaporarse y ésta apenas se quema.

A mayor longitud de mecha mayor evaporación y mayor calor obtenido por minuto.

Por lo tanto en 5 minutos se desprenden:

29717,4 J/g ·2g=59.434 J

RENDIMIENTO

Calculamos ahora el rendimiento del proceso de calentamiento del agua del vaso.

Sabemos el calor dado por el mechero en cinco minutos y sabemos la cantidad de calor que fue a parar al agua del vaso en el mismo tiempo. El tanto por ciento de aprovechamiento es de:

Rendimiento=(10.450 / 59434)·100=18%

CONCLUSIÓNES

El calor transmitido dependerá de las corrientes de aire, de la temperatura de la habitación..., pero el orden del rendimiento que obtenemos despues de realizar la experiencia varias veces es de menos del 18%

Cada cinco minutos el vaso recibirá unos 10.450 ± 500J . La imprecisión se ha obtenido restando los casos más extremos de la temperatura en distintos tramos.

¡Qué dificil es expresar las medidas con exactitud!¡Cuántos factores las modifican!

El calor generado en 5 minutos de combustión varía según la cantidad de mecha que salga del mechero. Aproximadamente se transmite menos de un 18 % de ese calor al vaso.

Nos extraña que el rendimiento del mechero de alcohol sea mayor que el del mechero de camping-gas, pero es lo que obtenemos.