UNIDAD DE GESTIÓN DE TECNOLOGÍAS INTEGRANTES: NIVEL: NRC: MATERIA: CARRERA: DOCENTE: Defaz Andrés Pachacama Angel Suntaxi Kevin Cuarto “A” 4222 Soldadura Tecnología Electromecánica Ing. Francisco Alcocer INFORME Nro. 01 TEMA: METALURGIA Y CALOR LATENTE DE FUSIÓN OBJETIVO GENERAL: Analizar las propiedades de la metalurgia e identificar que es el calor latente de fusión. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Examinar el desempeño de la metalurgia en el área de la soldadura Generar un estudio eficiente y así adquirir los conocimientos necesarios sobre la metalurgia y calor latente de fusión. MARCO TEÓRICO: ¿Sabes lo que es la metalurgia? La metalurgia es el estudio de las propiedades de los metales y la aplicación de este estudio, recuperación, producción, purificación y uso. Los técnicos que trabajan en el sector de la metalurgia se especializan en metales como acero, aluminio, hierro y cobre. A menudo trabajan con aleaciones - metales que son mezclados con entre sí o con otros elementos - para crear materiales con propiedades específicas deseables. Examinan el desempeño de los metales y determinan cuáles se pueden poner al que utiliza. En el área de la química: se prueba los minerales para determinar la capacidad de recuperación de metales a partir de ellos y los procesos de diseño para recuperarlos de manera eficiente. También controlar la corrosión del metal y la fatiga y desarrollar maneras de fortalecer los metales. También pueden probar metales para garantizar que son de calidad aceptable. En el área de la física: se monitorea el comportamiento de metales sometidos a estrés. También se investigan accidentes potencialmente por fallas metalúrgicas. En el área de procesos: se realizan piezas de metal y controlan los procesos a través del cual está formados, tales como bastidor. También se sueldan piezas metálicas entre sí. ¿Qué es la Soldadura? La Soldadura es un proceso de unión que une de forma permanente a dos componentes separados mediante el calor, la presión o la combinación de ambos para convertirlos en una nueva pieza. La soldadura es una de las maneras más económicas de unir dos metales de forma permanente. La soldadura por arco usa la energía eléctrica para generar el calor necesario para fundir y unir metales y la soldadura oxiacetilénica utiliza el calor producido por una llama. Ilustración 1. Proceso utilizado por la unión de metales ferrosos y no ferrosos. ¿Qué es el Calor Latente? Todos conocemos el efecto por el cual el hielo al calentarse se derrite y cambia su forma de estado sólido a agua líquida, y como esta agua se transforma en vapor a partir de cierta temperatura. Pues bien, el calor latente se llama a la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de estado. Cuando este cambio supone pasar de fase sólida a líquida hablamos de calor de fusión y cuando el cambio de produce de estado líquido a gaseoso, hablamos de calor de vaporización. Los tipos de calor latente son el calor latente de fusión, el de vaporización, solidificación y condensación. En otras palabras, estos valores son las unidades de calor por masa que son requeridos para alcanzar el cambio de fase. En el campo de la termodinámica es común el estudio de la transferencia de calor y los efectos térmicos. Como los cuerpos no pueden cambiar de temperatura indefinidamente, la experiencia muestra que, si se calienta agua, llega un momento en que esta empieza a evaporarse y cambia de fase. Lo mismo ocurre con los metales. Estos procesos se muestran en la Figura1. Ilustración 2. Cambio de fase do los materiales. Calor Latente de Fusión Por tanto, el calor latente de fusión de una sustancia, o entalpía de fusión, es el cambio de entalpía que resulta de la absorción de energía y que lleva a la sustancia en cuestión a pasar de fase sólida a fase líquida a presión constante. La energía absorbida por unidad de masa de la sustancia, mientras se lleva a cabo el proceso, se denomina calor latente de fusión o calor latente de evaporación respectivamente, entonces en general se tiene que el calor latente Lf, es igual al calor necesario Q para que cierta sustancia cambie de fase, sobre la masa m de esta. 𝑄 𝐿𝑓 = 𝑚 Calor latente de vaporización También llamada entalpía de vaporización es la cantidad de energía que debe agregarse a una sustancia en fase líquida para que esta realice una transición a la fase gaseosa. Este valor es en función de la presión a la cual ocurre la transformación. Suele ser asociada con el punto de ebullición normal de una sustancia, es decir, el punto de ebullición que posee cuando la presión de vapor del líquido es igual a la presión atmosférica al nivel del mar (1 atm). El calor de vaporización es dependiente de la temperatura, aunque se puede asumir que se mantiene constante a rangos de temperaturas pequeñas y en temperaturas mucho menores a uno. Además, es importante denotar que el calor de vaporización va disminuyendo a altas temperaturas, hasta llegar a la llamada temperatura crítica de la sustancia, donde se equiparan. Más allá de la temperatura crítica, las fases de vapor y líquido se vuelven indiferenciables, y la sustancia pasa a estar en un estado de fluido supercrítico. Matemáticamente, se expresa como el incremento de energía de la fase de vapor comparada con la energía en fase líquida, más el trabajo que debe aplicarse en contra de la presión atmosférica. El primer término (incremento de energía) será la energía que se requerirá para vencer las interacciones intermoleculares que existen en el líquido, donde aquellas sustancias con mayores fuerzas entre enlaces (agua, por ejemplo) tendrán mayores calores latentes de vaporización (2257 kJ/Kg) que aquellas con poca fuerza entre sus enlaces (21 kJ/Kg). Calor latente de solidificación El calor latente de solidificación es el calor involucrado en el cambio de fase de una sustancia de líquido a sólido. Como se dijo anteriormente, las moléculas de una sustancia en fase líquida poseen mayor energía interna que las sólidas, por lo que en la solidificación se libera la energía en vez de absorberla, como en la fusión. Entonces, en un sistema termodinámico se puede decir que el calor latente de solidificación es el opuesto al de la fusión, ya que la energía involucrada es liberada hacia el exterior al ocurrir el cambio de fase. Es decir, que, si el valor de calor latente de fusión del agua es de 333,55 kJ/Kg, entonces el valor de calor latente de solidificación o congelación del agua será de -333,55 kJ/Kg. Calor latente de condensación El calor latente de condensación es aquel que se presenta cuando existe el cambio de fase de una sustancia de gaseoso a líquido, como en el caso del vapor de agua. Respecto a la energía de cada molécula, en los gases esta es aún mayor que en los líquidos, por lo que también ocurre una liberación de energía cuando se pasa de la primera fase a la segunda. De nuevo, puede decirse que el valor del calor latente de condensación será el mismo que el de vaporización, pero con un valor negativo. Entonces, un valor de calor latente de condensación para el agua será igual a -2257 kJ/Kg. A mayor temperatura, disminuirá el calor de condensación, mientras que el punto de ebullición incrementará. ¿Es el mismo el calor latente para todas las sustancias? La respuesta es no. Cada sustancia o cuerpo tiene sus propios calores latentes de fusión y de vaporización ya que se trata de procesos directamente relacionados con la estructura molecular de cada elemento. El calor Q que es necesario aportar para que una masa m de cierta sustancia cambie de fase es igual a Q=mL, donde L se denomina calor latente de la sustancia y depende del tipo de cambio de fase. Para cada proceso de cambio de estado existe un calor latente distinto (por ejemplo, calor latente de fusión, de vaporización, de condensación, etc.). En el caso del agua, para que el agua cambie de sólido (hielo) a líquido, a 0ºC se necesitan 334 J/kg. Para que cambie de líquido a vapor a 100 ºC se precisan 2.260 J/kg. Todos los calores latentes son parámetros característicos de cada sustancia, y su valor depende de la presión a la que se produzca el cambio de fase para la misma. En la siguiente tabla, se proporcionan los datos referentes a los cambios de estado de algunas sustancias. Ilustración 3. Fuente: Koshkin N. I., Shirkévich M. G.. Manual de Física elemental, Edt. Mir (1975) págs. 74-75. ANALISIS: Cuando se suministra energía en forma de calor a un cuerpo, a presión constante, el resultado es un incremento de la temperatura del cuerpo. En ocasiones el cuerpo puede absorber grandes cantidades de calor sin variar su temperatura, esto ocurre claramente durante un cambio de fase, es decir cuando la condición física de la sustancia está variando de un estado de agregación a otro (gas – solido – liquido). Los cambios de fase más comunes son de solido a liquido (fusión) y de líquido a gas (ebullición). Con esto hay que dejar en claro que todo cambio de este tipo implica un cambio de energía interna. CONCLUSIONES: La soldadura con frecuencia se realiza en un ambiente industrial, pero puede realizarse en muchos lugares diferentes, incluyendo al aire libre, bajo del agua y en el espacio. Independientemente de la localización, sin embargo, la soldadura sigue siendo peligrosa, y se deben tomar precauciones para evitar quemaduras, descarga eléctrica, humos venenosos, y la sobreexposición a la luz ultravioleta. El calor latente es aquel que no se “siente”, ya que representa la energía térmica que es liberada o absorbida durante un cambio de fase, sin aumentar o disminuir la temperatura del sistema termodinámico. Existen varios tipos de calor latente, los cuales se rigen por los cambios de fase de una sustancia. Esto nos ayuda a la gran inducción en la soldadura para así poder distinguir los distintos materiales que se pueden usar para tener un resultado optimo en el momento de soldar. BIBLIOGRAFÍA: Latent heat. (s.f.). Obtenido de en.wikipedia.org Smith, J. M., Van Ness, H. C., & Abbott, M. M. (2007). Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics. Mexico: McGraw-Hill. Soules J. A. Improved sophomore experiment to measure latent heat of fusion. Am. J. Phys. 35 (1967) pp. 23-2 Güemez, Fiolhais C., Fiolhais M. Revisiting Black's experiments on the latent heats of water. The Physics Teacher Vol 40, January 2002, pp. 26-31
