PRACTICA 01: DESCENSO TERMICO

1. OBJETIVO

 Determinar el efecto térmico de dos mezclas frigoríficas a diferentes concentraciones.

2. INTRODUCCIÓN

Una disolución es una mezcla homogénea a nivel molecular (a diferencia de una suspensión) de dos
o más sustancias químicas que no reaccionan entre sí, y cuyos componentes se encuentran en una
determinada proporción, la cual varía entre determinados límites. Una disolución consta de una fase
dispersa llamada soluto y una fase dispersante denominada disolvente. Las partículas del soluto se
encuentran dispersas entre las moléculas del disolvente. Tanto el disolvente como el soluto pueden
estar en diferentes estados de agregación, y el volumen de la disolución es menor, en general, que la
suma de los volúmenes de las sustancias por separado. El soluto no puede separarse por centrifugación
(no sedimenta) ni filtración, sino que es necesario recurrir a cambios de fase (UVEG, 2008).

Las propiedades coligativas de una disolución son aquéllas que dependen de la concentración de
soluto y no de la naturaleza del mismo, y están relacionadas con las fuerzas de interacción o cohesión
entre moléculas dependiendo de la cantidad de soluto presente, y en concreto con la presión de vapor
que ejerce la fase de vapor sobre la fase líquida en un recipiente cerrado (línea de equilibrio de fases).
Experimentalmente se constata que a medida que se añade soluto a un disolvente, se alteran algunas
propiedades físicas de la disolución (Manzanares, 2017).

La disolución es capaz de ejercer una presión osmótica, disminuye la presión de vapor en solutos no
volátiles, el punto de ebullición es mayor (aumento ebulloscopio) y el de congelación. A este último
fenómeno (disminución de la temperatura de fusión a presión constante) se le denomina descenso
térmico (Manzanares, 2017).

El frio no es un ser particular, no es otra cosa que el resultado de la ausencia o más bien de la
disminución del calor. Muchos líquidos cuando pasan al estado sólido experimentan también una
dilatación considerable, como se observa en las disoluciones salinas, etc, pero estos efectos se deben
a la cristalización y a un nuevo arreglo de las moléculas de estos cuerpos (Herpin, 1829).

El estudio de las formas en las que es posible producir frío (disminuir la temperatura), basándose en
principios químicos y físicos es lo que nos conlleva a estudiar las mezclas frigoríficas (Sánchez
Pineda de las Infantas, 2001).
Las mezclas llamadas frigoríficas deben su propiedad al enfriamiento que produce, en general, la
disolución de un cuerpo solido en un líquido, porque el primero, pasando al estado líquido, hace pasar
al estado latente cierta cantidad de calor sensible de la mezcla (Mellado, 1857).

Al realizar una mezcla de hielo con alguna sustancia soluble en agua, como la sal, se produce una
disminución de la temperatura la cual es proporcional a la cantidad de sustancia que se haya añadido.
(Solano, 2013).

Las mezclas frigoríficas su uso se conoce desde muy antiguo, al principio se servían del nitro para
este objeto; en 1550 se refrescaba ya el vino por medio de esta sal. Hacia el año 1660 se aplicaron las
mezclas frigoríficas a la preparación de los helados y sorbetes (Sanchez, 1848).

II.- MARCO TEORICO

La refrigeración es aquella rama de la ciencia que se ocupa de la reducción y el mantenimiento de la
temperatura de un cuerpo o un espacio, por debajo de la temperatura ambiente (Caicedo & Sierra,
2011). Los dispositivos que producen refrigeración se llaman refrigeradores, los ciclos en los que
operan se denominan ciclos de refrigeración y los fluidos de trabajo utilizados en los ciclos de
refrigeración se llaman refrigerantes (Cengel & Boles, 2012) .

Un refrigerante es aquella substancia que actúe como agente de enfriamiento, absorbiendo calor de
otro cuerpo o substancia, además son los fluidos vitales en cualquier sistema de refrigeración (Plazas,
2012). En refrigeración se dio un gran paso adelante, allá por el año 1600, cuando se descubrió que
una mezcla de hielo con sal, producía temperaturas más bajas que el hielo solo. En cierta manera, ésta
fue la primera mejora sobre la naturaleza en el campo de la refrigeración. (Salazar, 2015)

Actualmente una de las aplicaciones más importantes de la refrigeración se encuentra en las plantas
de hielo, según (Factory, 2014) los moldes de hielo de paredes delgadas se llenan con agua
previamente enfriada y se sumerge en un tanque donde salmuera fría (solución de sal) se hace circular
alrededor de los moldes. (Salazar, 2015) Indica que debido a la temperatura de la salmuera el agua
del molde empieza a congelarse, este período de congelación dura entre 8 y 24 horas dependiendo de
la temperatura de la salmuera.

La salmuera fría según (Renedo, 2010), es un refrigerante secundario que transfiere el efecto
frigorífico desde un circuito primario de refrigeración, debido a su bajo punto de congelación. Dentro
de sus aplicaciones se tiene:

 Pistas de patinaje
  Industria alimentaria
 Fabricación de hielo en barras o bloques
 Aplicaciones de tipo industrial
 Instalaciones centralizadas de aire acondicionado

Cabe resaltar que, presenta problemas de corrosión e incompatibilidad con algunos materiales, por lo
que el sistema debe mantenerse sobre presionado y sin contacto con la atmósfera.

Otra mezcla refrigerante que también está teniendo uso hoy en día es la mezcla de urea con agua un
artículo periodístico redactado por (Ecodiario, 2015) nos indica que la ingeniera química Paola Fatás
ha creado un sistema enfriador “Aisber”, no más grande que el tamaño de un libro, que reduce la
temperatura de latas y botellas en 20º grados aproximadamente. Funciona mediante un sistema de
cavidades separadas por bolsas que contienen una solución acuosa de urea y sales, donde la urea es
la clave del sistema de 'enfriamiento instantáneo'. La urea es utilizada en distintos usos que van desde
los fertilizantes hasta los combustibles diésel, este componente permite el enfriamiento absorbiendo
la energía en forma de calor. Su alta solubilidad y su respeto por el medio ambiente, ya que no es
tóxica, permiten formar una excelente alternativa como mezcla refrigerante para bebidas.

Por lo tanto existe un número muy grande de fluidos refrigerantes, sin embargo, sólo unos cuantos
son utilizados en la actualidad. Algunos se utilizaron mucho en el pasado, pero se eliminaron al
desarrollar otros con ciertas ventajas y características que los hacen más apropiados. Actualmente los
grandes fabricantes de refrigerantes, siguen trabajando en el desarrollo de nuevos productos (Plazas,
2012).
3. MATERIALES Y METODOS

3.1. Materiales

- Hielo granulado o picado

- NaCl (común)

- Urea (comercial)

- Recipientes de mezcla

- Balanza de precisión

- Termómetro digital

-Cuchara

3.2. Metodología

a) Hielo – Sal

- Se pesó el NaCl en la balanza digital en las diferentes concentraciones establecidas de 5,

10, 15, 20, 25, 30%; con un peso de mezcla de 200g.

- Se pesó el hielo picado en la balanza digital con respecto al complemento de cada

concentración del NaCl pesado anteriormente. Se colocó cada cantidad en un recipiente
amplio.

- Se agregó cada concentración de NaCl a cada concentración de hielo picado

respectivamente.

-Se Mezcló los gránulos de sal con los trozos de hielo con ayuda de una cuchara.

-Se midió la temperatura del contenido en el vaso, para esto se colocó el termómetro en la
mezcla y se esperó a que la temperatura llegue a un valor constante es decir que ya no
siga disminuyendo, se debe esperar unos segundos

b) Agua – Urea

- Se pesó la Urea en la balanza digital en las diferentes concentraciones establecidas de 7,

14, 20, 30, 40, 50%; con un peso de mezcla de 200g.

- Se pesó el agua en la balanza digital con respecto al complemento de cada concentración

de Urea pesado anteriormente. Se colocó cada cantidad en un recipiente amplio.
 - Se Mezcló los gránulos de Urea con el agua con ayuda de una cuchara.

-Se midió la temperatura del contenido en el vaso, para esto se colocó el termómetro en la
mezcla y se esperó a que la temperatura llegue a un valor constante es decir que ya no
siga disminuyendo, se debe esperar unos segundos.

4. RESULTADOS Y DISCUSION.

Tabla 1: Concentración y temperatura alcanzada de la mezcla NaCl: Hielo.

NaCl: Hielo
CONCENTRACION PESO SAL (g) PESO HIELO (g) TEMPERATURA(°C)
5% 10 190 -7.4
10% 20 180 -13.2
15% 30 170 -15.3
20% 40 160 -16.9
25% 50 150 -14.3
30% 60 140 -11.4

CONCENTRACION (NaCl) Vs
TEMPERATURA
0
0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35%
TEMPERATURA (°C)

-5

-10

-15

-20
CONCENTRACION

Figura 1: Grafica de la temperatura respecto a la concentración de NaCl.

Tabla 2: Concentración y temperatura alcanzada de la mezcla Urea: Agua.
UREA: AGUA
CONCENTRACION PESO PESO TEMPERATURA(°C)
UREA (g) AGUA (g)
7% 14 186 21.3
14% 28 172 16.8
20% 40 160 13.4
30% 60 140 7.1
40% 80 120 1.9
50% 100 100 2

CONCENTRACION (Urea) Vs
TEMPERATURA(°C)
25
TEMPERATURA(°C)

20
15
10
5
0
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
CONCENTRACION

Figura 2: Grafica de la temperatura respecto a la concentración de Urea.

DISCUSION
CONCLUSIONES

 Se determinó el efecto térmico de dos mezclas frigoríficas a diferentes

concentraciones, siendo éstas hielo con sal, y agua con úrea.
 Reconocimos el efecto térmico que tuvieron estos solventes mediante la ayuda de
un termómetro.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:

Herpin, J. (1829). Recreaciones Quimicas o coleccion de experiencias curiosas e instructivas.

Barcelona: Sauri.

Manzanares, J. A. (2017). Apuntes de termodinámica.

Mellado, D. (1857). Artes y manufacturas, de agricultura, minas, etc. (Vol. 2). paris, Italia

Sanchez, A. (1848). Tratado Completo de Quimica con sus principales aplicaciones a las artes y a
la industria. Madrid: Boix.

Sánchez Pineda de las Infantas, M. T. (2001). Ingenieria del frio (Vol. 1). S.A. MUNDI-PRENSA.

Solano, M. M. (2013). wordpress., https://maqsolano.files.wordpress.com/2013/09/laboratorioii.pdf

UVEG. (2008). Guión de prácticas del Laboratorio de Termodinámica. 2.

Caicedo, A. & Sierra, O., 2011. Diseño y construccion del prototipo de una maquina productora de
hielo tibular, Santander : Universidad Industrial de Santander.

Cengel, Y. & Boles, M., 2012. Termodinamica. Septima ed. Mexico: Educacion.

Ecodiario, 2015. La urea el enfriador instantaneo portatil. 16 Julio.

Factory, H. T. M., 2014. Containerized block ice plants, s.l.: s.n.

Plazas, J., 2012. Los refrigerantes y el medio ambiente , Barcelona: Universidad Politecnica de
Catalunya.

Renedo, C., 2010. Tecnologia Frigorifica: Refrigerantes y Salmueras. s.l.:s.n.

Salazar, L., 2015. Mejora de la produccion de la fabrica de hielo Sarita Colonia , Chiclayo :
Universidad Catolica Santo Toribio de Mogrovejo.
ANEXOS

Fotografía 01. Termómetro indicando la temperatura de la mezcla de hielo-urea