ChemEng stuff followers

Showing posts with label capacidad calorífica. Show all posts
Showing posts with label capacidad calorífica. Show all posts

Wednesday, March 26, 2025

On the heat capacity for NaCl solutions

 This post is based on the results published by James C. S. Chou and Allen M. Rowe Jr. in their paper Desalination, 6(1969) 105-115.

For enthalply calculations the heat capacity is key. However, this last parameter depends on temperature and pressure, and in the case of dilutions on the concentration of solute.

From the thermodynamical point of view the formal relationship between enthalpy and heat capacity is expressed as,

$h=h_0+\int_{T_0}^Tc_P\,dT+\int_{P_0}^P\left[ v-T\left( \dfrac{\partial v}{\partial T} \right)_P \right]dT$    Eq. (01)

where the subscript $0$ indicates a reference data or condition that must be known in order to estimate the data at another set of conditions (without subscripts). $c_P$ and $v$ are the heat capacity at constant pressure and the specific volume, respectively. Chou and Rowe provide math expressions for these two parameters (fortunately):

$c_P=1.3041791 - 8.1519942x + 16.203997x^2 -\left( 0.19159475\times 10^{-2}\right.$

$\left. -0.029952864x+0.0037589577x^2\right)T+\left( 0.29944976\times 10^{-5} \right.$

$\left. -0.498581\times 10^{-4}x-0.89329066\times 10^{-6}x^2 \right)T^2$        Eq. (02)

where $x$ is the mole fraction and the temperature is given in $K$. The units of $c_P$ are $cal/g\,C$. The specific volume is:


$v=A(T)-P\, B(T)-P^2\, C(T)+w\, D(T)+w^2\, E(T)-wP\,F(T)$

$-w^2P\, G(T)-\dfrac{1}{2}wP^2\, H(T)$        Eq. (03)

where $w$ is the salt weight fraction in the solution and the remperature $T$ must be given in $K$. The $A$ through $H$ temperature functions are defined as,

$A(T)=5.916365-0.010357941T+0.92700482\times 10^{-5}T^2$
$-\dfrac{1127.5221}{T}+\dfrac{100674.1}{T^2}$

$B(T)=0.52049144\times 10^{-2}-0.10482101\times 10^{-4}T+0.83285321\times 10^{-8}T^2$
$-\dfrac{1.1702939}{T}+\dfrac{102.27831}{T^2}$

$C(T)=0.11854697\times 10^{-7}-0.65991434\times 10^{-10}T$

$D(T)=2.5166005+0.011176552T-0.17055209\times 10^{-4}T^2$

$E(T)=2.8485101-0.015430471T+0.22398153\times 10^{-4}T^2$

$F(T)=-0.0013949422+0.77922822\times 10^{-5}T-0.17736045\times 10^{-7}T^2$

$G(T)=0.0024223209-0.13698670\times 10^{-4}T+0.20303356\times 10^{-7}T^2$

$H(T)=0.55541298\times 10^{-6}-0.36241535\times 10^{-8}T+0.60444040\times 10^{-11}T^2$

Finally, for the purpose of a reference situation we may take the data of enthalpy at $25\,C$ and pressure of $1\,atm$. Again, Chou and Rowe provide an expression for it in the range of salt weight fraction $w$$28.8524\%$ to $0.0006\%$. This is,

$h_0=24.953(1-w)+30.805561w^{1.5}-161.50632w^2$

$+79.059598w^{2.5}+114.83149w^3$        Eq. (04)

where the enthalpy $h_0$ is given in $cal/g\,solution$.

Thursday, December 28, 2023

Cómo calcular la capacidad calorífica $C_P$ a diferentes temperaturas

 Este es una pregunta de fácil respuesta!

¿Cómo encontrar los datos del calor específico $C_P$?

Todo lo que necesitas es una tabla en la que aparezcan diferentes compuestos y la dependencia de la temperatura (que usualmente es un polinomio). Aquí te muestro una serie de datos de 44 compuestos diferentes en estado gaseoso!

Recuerda que deberás usar la siguiente fórmula:

Fórmula para la capacidad calorífica como función de la temperatura

y que la temperatura $T$ deberá estar en las unidades señaladas en la tercera columna. Las unidades de $C_P$ serán como sigue:

  • en $[kJ/mol ^\circ C]$ si usaste los valores de a, b, c y d correspondientes a la fila de unidades de temperatura en $^\circ C$
  • y en $[kJ/mol K]$ si usaste los valores de a, b, c y d correspondientes a la fila de unidades de temperatura en $K$


  PesoUnidades de laabcdRango detemperatura
 Compuestomoleculartemperatura1.00E+031.00E+051.00E+081.00E+12desdehasta
1AcetonaCH3COCH358.08C71.9620.1-12.7834.7601200
2AcetilenoC2H226.04C42.436.053-5.03318.201200
    K30.67205265.281346655-1.62714033403001500
3Aire 29C28.940.41470.3191-1.96501500.00
4AmoniacoNH31.03C35.152.9540.4421-6.68601200
    K2.59E+013.300010213-0.30430933203001500
5BencenoC6H678.11C74.0632.95-25.277.5701200
    K-1.71277929932.47712243-11.0582352803001500
6BromuroBr2159.808K35.240849810.407491813-0.14874573603001500
7IsobutanoC4H1058.12C89.4630.13-18.9149.8701200
8n-butanoC4H1058.12C92.327.88-15.4734.9801200
9IsobutenoC4H856.1C82.8825.64-17.2750.501200
10Dióxido de carbonoCO244.01C36.114.233-2.8877.46401500
    K26.647852694.226241349-1.42426744603001500
11Monoxido de carbonoCO 28.01C28.950.4110.3548-2.2201500
    K2.65E+010.768339491-0.11723392303001500
12CloruroCl270.91C33.61.367-1.6076.47301200
13Cumeno (isopropil benceno)C9H12120.19C139.253.76-39.79120.501200
14CiclohexanoC6H1284.16C94.1449.62-31.980.6301200
15CiclopentanoC5H1070.13C73.3939.28-25.5468.6601200
16CiclopropenoC3H440.06K26.4981923612.96640445-3.9568527603001500
17EtanoC2H630.07C49.3713.92-5.8167.2801200
    K9.40365722115.98372294-4.62284121603001500
18Alcohol etílico (etanol)C2H5OH46.07C61.3415.72-8.74919.8301200
19EtilenoC2H428.05C40.7511.47-6.89117.6601200
    K11.8397947711.96700605-3.65088053603001500
20FomaldeídoCH2O30.03C34.284.2680-8.69401200
21HelioHe4C20.800001200
22n-HexanoC6H1486.17C137.4440.85-23.9257.6601200
23HidrógenoH22.016C28.840.007650.3288-0.869801500
    K29.06569842-0.0836434940.20112685103001500
24Bromuro de hidrógenoHBr80.92C29.1-0.02270.9887-4.85801200
    K27.520871270.3995099290.06618312203001500
25Cloruro de hidrógenoHCl36.47C29.13-0.13410.9715-4.33501200
    K28.166073570.1809227070.15464900503001500
26Cianuro de hidrógenoHCN27.03C35.32.9081.092001200
27Sulfuro de hidrógenoH2S34.08C33.511.5470.3012-3.9201500
    K26.714368392.386250771-0.50635077303001500
28MetanoCH416.04C34.315.4690.3661-1101200
    K14.142900917.549532057-1.79924971103001500
29Alcohol metílico (metanol)CH3OH32.04C42.938.301-1.807-8.030700
30Metil ciclohexanoC7H1498.18C121.356.53-37.72100.801200
31Metil ciclopentanoC6H1284.16C98.8345.857-30.4483.8101200
32Óxido nítricoNO30.01C29.50.8188-0.29250.365203500
    K29.37167064-0.1546490051.065082661-4.5480110523001500
33NitrógenoN228.02C290.21990.5723-2.87101500
    K26.983756980.590992003-0.03375671803001500
34Dióxido de nitrógenoNO246.01C36.073.97-2.887.8701200
35Tetraóxido de nitrógenoN2O492.02C75.712.5-11.3001200
36Óxido nitrosoN2O 44.02C37.664.151-2.69410.5701200
37OxígenoO232C29.11.158-0.60761.31101500
    K25.502951191.361160675-0.42553419703001500
38n-PentanoC5H1272.15C114.834.09-18.9942.2601200
39PropanoC3H844.09C68.03222.59-13.1131.7101200
    K10.0854431623.93068631-7.33585036803001500
40PropyleneC3H642.08C59.5817.71-10.1724.601200
    K13.6107753118.87632448-5.74861945403001500
41Dióxido de sulfuroSO264.07C38.913.904-3.1048.60601500
    K25.716632885.792686106-3.8088553258.605468813001500
42Trióxido de sulfuroSO380.07C48.59.188-8.5432.401000
43ToluenoC6H5CH392.13C94.1838-27.8680.3301200
    K2.41119415939.11788373-13.0653465603001500
44AguaH2O18.016C33.460.6880.7604-3.59301500
    K30.206442690.9935782830.11141379903001500

¿Cómo calcular el $C_P$ en función de la temperatura?


Hagamos un ejemplo. Si quisiéramos dar el $C_P$ del propano en $[kJ/mol K]$, lo que haríamos sería buscar en la tabla de arriba los datos del compuesto 39; pero usando los datos de a, b, c y d que corresponden a unidades de temperatura en K. En este caso, tenemos los siguientes valores de las constantes $a$, $b$, $c$ y $c$:

a$=10.08544316 \times 10^{-3}$
b$=23.93068631 \times 10^{-5}$
c$=-7.335850368 \times 10^{-8}$
d$= 0$

De esta manera podemos escribir la capacidad calorífica del propano como función de la temperatura como sigue:

$C_P^{(Propano)} = 10.08544316 \times 10^{-3} + 23.93068631 \times 10^{-5}T - 7.335850368 \times 10^{-8}T^2$        Ec. (2)

Por último, basta decir que esta expresión puede proporcionar la capacidad calorífica del propano para cualquier temperatura entre 300 $K$ y 1500 $K$. Es decir, que si deseas conocer el $C_P$ del propano en $[kJ/mol K]$ a una temperatura de 65.3$^\circ C$, harías como sigue:

  • convierte la temperatura a $K$. Esto es: $65.3 ^\circ C=338.45K$
  • sustituye en la Ec. 2 de arriba. Esto da:

8.27 $\times 10^{-2}$ $[kJ/mol K]$.

Most popular posts