A rigorous method for the preliminary analysis of the valid temperature range in calorimetry problems involving phase changes

Abstract

En la enseñanza a nivel de pre-grado de problemas de intercambio de calor entre sustancias a alta temperatura y sustancias a baja (calorimetría), el principio de conservación de energía (calorífica, en este caso) es el fundamento para la resolución de los mismos. Desde hace algunos años, probablemente para asociar a los signos de calor los conceptos de “sistema” y “entorno”, la ecuación de conservación de energía calorífica se suele escribir ∑Q_i=0. En el trabajo que vamos a exponer es mejor (incluso necesario) volver a la “antigua” forma de escribir esa conservación de energía calorífica con la expresión, de forma que el calor se escriba con signo positivo en ambos miembros de la igualdad. Nuestro trabajo es novedoso porque introduce un camino riguroso (no usado en la bibliografía habitual) a la hora del cálculo de la temperatura final de la mezcla frío-caliente, cuando el rango entre T_{caliente,inicial} y T_fria,inicial incluye temperaturas de cambio de fase en alguna de las sustancias que se mezclan. Para esos casos en que es posible un cambio de fase, introducimos además un empleo del diagrama temperatura-calor en una forma también en parte novedosa, lo cual será muy útil para el análisis previo a obtener la temperatura final de equilibrio.