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TITULO DE LA EXPERIENCIA
PODER CALORIFICO
EXPERIENCIA N : E970 Grupo N 1 Fecha de la Experiencia: 18/05/15
Fecha de Entrega: 25/05/15
NOMBRE ASIGNATURA: Motores a combustin interna CODIGO:
15070-0-A-1
CARRERA: Ingeniera de ejecucin en Mecnica Modalidad (Diurna o
Vespertina): Diurna
NOMBRE DEL ALUMNO: Pealoza Gutirrez Enrique Elas Apellido
Paterno Apellido Materno Nombre
________________________ Firma del alumno
Fecha de Recepcin
Nota de Interrogacin ________________ Nombre del Profesor: Ivn
Jerez F. Nota de Participacin ________________
Nota de Informe ____________________
_________________________________
Nota Final __________________ ______ ________________ Firma del
Profesor
SE RECOMIENDA AL ESTUDIANTE MEJORAR EN SU INFORME LA MATERIA
MARCADA CON UNA X
________ Presentacin ________ Clculos, resultados, grficos
________ Caractersticas Tcnicas ________ Discusin,
conclusiones
________ Descripcin del Mtodo seguido _______ Apndice
OBSERVACIONES
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERA Departamento de Ingeniera Mecnica
SANTIAGO
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E970 Poder Calorfico
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INDICE
1. RESUMEN DEL CONTENIDO DEL INFORME
.................................................................................
3
2. OBJETO DE LA
EXPERIENCIA......................................................................................................
3
2.1. OBJETIVO GENERAL
............................................................................................................
3
2.2. OBJETIVOS
ESPECFICOS....................................................................................................
3
3. CARACTERISTICAS TECNICAS DE EQUIPOS E INSTRUMENTOS EMPLEADOS
........................... 4
4. DESCRIPCION DEL METODO SEGUIDO
.......................................................................................
5
5. PRESENTACION DE LOS RESULTADOS
......................................................................................
8
6. CONCLUSIONES Y COMENTARIOS
......................................................................................
8
7. APENDICE
.........................................................................................................................
9
a) MARCO TEORICO
.....................................................................................................................
9
b) DESARROLLO DE LOS CALCULOS
.........................................................................................
14
c) TABLAS DE VALORES OBTENIDOS
........................................................................................
16
d) ANEXOS
.................................................................................................................................
17
e) BIBLIOGRAFIA
........................................................................................................................
18
f) TEMARIO DEL EXPERIMENTO
................................................................................................
18
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E970 Poder Calorfico
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1. RESUMEN DEL CONTENIDO DEL INFORME
El informe tcnico presentado es resultado del estudio de la
experiencia realizada de laboratorio Poder
Calorfico con cdigo E970, perteneciente a la asignatura de
Sistemas Trmicos e Hidrulicos (15069-A-01)
de la carrera de Ingeniera de Ejecucin en Mecnica (Diurna)
cursada en la Universidad de Santiago de Chile.
La experiencia fue desarrollada en las instalaciones de
laboratorio del Departamento de Ingeniera Mecnica
de la Universidad de Santiago de Chile, ubicado en Av.
Libertador Bernardo OHiggins #3363, comuna de
Estacin Central, Santiago, Chile; el da lunes 18 de mayo del
2015 a las 09:40 horas.
La introduccin terica de la experiencia y la gua en la ejecucin
de esta, fueron desarrolladas por el profesor
Sr. Ivn Jerez F.
En el presente documento se ha determinado experimentalmente del
poder calorfico del Petrleo, expresado
en cal/gr, con un Calormetro PARR, luego se compar con su smil
terico y se clasifico en inferior o superior
segn correspondi. Para el caso en estudio, se obtuvo un poder
calorfico experimental de 11203,05 cal/gr,
clasificndose como superior segn la bibliogrfica consultada.
En el desarrollo consecuente de este informe se detall el
proceso completo para obtener esta cuantificacin,
presentando el mtodo experimental de la utilizacin del
Calormetro PARR, los modelos matemticos que se
ocuparon, junto a los parmetros fsicos asociados.
Durante la realizacin de la experiencia, se midieron las
condiciones de aumento de temperatura en C al
interior del Calormetro PARR y el tiempo en que se realiz cada
medicin, expresado en minutos.
2. OBJETO DE LA EXPERIENCIA
2.1. OBJETIVO GENERAL:
2.1.1. Esta experiencia tiene como objetivo principal, el
permitir a los alumnos la toma de contacto
con la calorimetra, la cual est relacionada, entre otros, con la
determinacin de cantidades
energticas tales como entalpa, energa interna, calor especfico y
poder calorfico.
2.1.2. Para tales efectos, y como objetivo Terminal, se
determinar experimentalmente, el poder
calorfico de combustibles lquidos.
2.2. OBJETIVOS ESPECFICOS:
2.2.1. Visualizar y aplicar los conceptos de Poder Calorfico
superior e inferior y su estandarizacin.
2.2.2. Conocer las formas y medios para determinar el poder
calorfico de combustibles lquidos.
2.2.3. Determinar, experimentalmente, el poder calorfico de un
combustible lquido, por medio de un
Calormetro PARR, a volumen constante.
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E970 Poder Calorfico
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3. CARACTERISTICAS TECNICAS DE EQUIPOS E INSTRUMENTOS
EMPLEADOS
EQUIPO FOTOGRAFA CARACTERSTICAS TCNICAS
CALORIMETRO PARR
CONJUNTO CALORIMETRO
Marca: PARR INSTRUMENT COMPANY, INC. Procedencia: EE.UU; Moline,
Illinois. Modelo: 1341
BOMBA DE OXIGENO
Marca: PARR INSTRUMENT COMPANY, INC. Procedencia: EE.UU; Moline,
Illinois. Modelo: 1108 Capacidad: 342 [ml] Capacidad mx. de caloras
liberadas por carga: 8000 [cal] Presin mx. de oxigeno soportada: 40
[atm]
BALDE OVAL METALICO
Marca: PARR INSTRUMENT COMPANY, INC. Procedencia: EE.UU; Moline,
Illinois. Material: No encontrado. Capacidad: No encontrada.
FUENTE DE PODER
(UNIDAD DE INGNICION)
Marca: PARR INSTRUMENT COMPANY, INC. Procedencia: EE.UU; Moline,
Illinois. Voltaje: 220 [Va.c.] Frecuencia: 60 [Hz]
ALAMBRE FUSIBLE PARR
(PARA BOMBA DE OXIGENO)
Marca: PARR INSTRUMENT COMPANY, INC. Procedencia: EE.UU; Moline,
Illinois. N Modelo: 45C10 Material: Aleacin de Ni (Niquel) Calor de
Combustin: 1400 [cal/g] o 2,3 [cal/cm]
OXIGENO
TANQUE DE OXIGENO
Marca: AGA (Linde) Procedencia: Chile Contenido: Oxigeno
(O2)
MANOMETRO (PRESION INTERIOR)
Marca: PARR INSTRUMENT COMPANY, INC. Procedencia: EE.UU; Moline,
Illinois. Rango de Operacin: 0 a 200 [atm] / 0 a 3000 [psi]
Resolucin: 5 [atm] / 100 [psi]
MANOMETRO (PRESION DE
SALIDA)
Marca: PARR INSTRUMENT COMPANY, INC. Procedencia: EE.UU; Moline,
Illinois. Rango de Operacin: 0 a 55 [atm] Resolucin: 1 [atm]
TERMOMETRO DIGITAL
EQUIPO
Marca: FLUKE Procedencia: EE.UU. Modelo: 51 II Unidades de
Medicin: F / C / K
TERMOCUPLA DE INMERSION
Marca: FLUKE Procedencia: EE.UU. Tipo: K Rango de medicin: -200
C a +1372 C
BALANZA DIGITAL
Marca: BEL Engineering Procedencia: Diseada en ITALIA /
Fabricada en China Resolucin: 0.01 [gr] Rango de medicin: -200 C a
+1372 C
CRONOMETRO
Marca: Casio Procedencia: China Resolucin: 0.01 [seg] Margen de
Error: 0.005
PROBETA
Materia: Plstica Capacidad: 2000 [ml]
GOTARIO - -
OTROS AGUA DESTILADA -
Formula Qumica: H20 (Purificada mediante destilacin) Cantidad: 2
[lts]
PETROLEO - Formula Qumica: Cantidad: 0.8 [gr]
Tabla N1. Equipos e Instrumentos empleados
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E970 Poder Calorfico
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4. DESCRIPCION DEL METODO SEGUIDO
4.1. Realizacin de introduccin terica para la Experiencia E970
dictada por el profesor a los alumnos
(Donde se deben abarcaran los tpicos presentados en el apndice
(Seccin 7) de este documento
en la seccin e) referida a Temario de la experiencia).
4.2. Profesor instruye a los alumnos sobre lo que observaran en
el laboratorio y los parmetros a
determinar tras realizada la experiencia para cumplir con los
objetivos planteados.
4.3. Profesor explica de forma didctica el principio de
funcionamiento del Calormetro PARR y de los
equipos auxiliares a utilizar para los ensayos.
4.4. Profesor instruye sobre procedimiento de montaje y ejecucin
experimental a efectuar por los alumnos
para realizar de forma ptima la experiencia E970, presentndose a
continuacin:
Nota: Los puntos marcados con este smbolo , son etapas que se
deben realizar de forma obligatoria, su no realizacin puede
poner en riesgo la integridad del ejecutor del procedimiento y
del grupo de curso.
4.4.1. Procedimiento de montaje experimental:
i. Retirar tapa principal del Calormetro PARR.
ii. Desde interior del Calormetro PARR, retirar bomba de oxigeno
PARR.
iii. Por seguridad, purgar bomba de oxigeno PARR abriendo su
vlvula de escape de gases
[Fig. 1], esto es por si se encontrasen gases residuales en su
interior.
Fig.1: Bomba de Oxigeno
iv. Abrir, de forma manual, bomba de oxigeno PARR, soltando y
retirando su tapa-tuerca.
v. Extraer desde bomba de oxigeno PARR, en orden de presentacin,
arandela de presin, o-ring,
conjunto tapa (vlvulas/soporte de electrodos) y crisol.
vi. Limpiar interior cilindro de presin de bomba PARR, con un
pao limpio, por si se encontrasen residuos
de ensayos anteriores.
vii. Cortar 10 cm de alambre fusible PARR, ayudado de
alicate.
viii. Instalar alambre fusible PARR entre los electrodos del
conjunto tapa de la bomba de oxigeno PARR,
teniendo precaucin de la las uniones a los electrodos queden
ajustadas.
ix. Calibrar balanza.
x. Masar crisol vaco y tarar balanza a cero.
xi. Depositar en crisol 0,8 gr de Petrleo ayudado de
gotario.
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E970 Poder Calorfico
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xii. Instalar crisol con petrleo en electrodo correspondiente
(electrodo con soporte circular), teniendo
cuidado de que el alambre fusible PARR haga contacto con el
petrleo (sumergido en el petrleo),
pero que no tenga contacto con el crisol.
xiii. Montar, en cilindro de presin de bomba PARR, el conjunto
tapa junto al crisol con petrleo. Este
proceso debe realizarse con precaucin, para no derramar petrleo
al interior del cilindro.
xiv. Montar con precaucin, en orden de mencin, o-ring y arandela
de presin.
xv. Montar y ajustar con precaucin y de forma manual,
tapa-tuerca de bomba de oxigeno PARR.
xvi. Purgar bomba de oxigeno PARR, abriendo su vlvula de escape
de gases, para evacuar presin de
aire atmosfrico.
xvii. Cerrar vlvula de escape de gases.
xviii. Reservar bomba de oxigeno PARR.
xix. Dirigirse a tanque de oxgeno y ajustar, ayudado de llave de
ajuste y manmetro montado, una presin
de salida de 25 [atm], manteniendo sin flujo de oxigeno manguera
de salida.
xx. Conectar manguera de salida de oxgeno en vlvula de admisin
de bomba de oxigeno PARR.
xxi. Abrir pulsar palanca de purga y presurizar con precaucin
sin movimientos bruscos, bomba de oxigeno
PARR, cargando en ella oxgeno a 25 [atm].
xxii. Dejar de pulsar palanca de purga para manguera de salida
de oxgeno.
xxiii. Desmontar conexin de manguera de salida de oxigeno desde
la vlvula de admisin de la bomba de
oxigeno PARR.
xxiv. Llevar con precaucin y sin movimientos bruscos, bomba de
oxigeno PARR a mesa de trabajo.
xxv. Purgar sistema de control del tanque de oxgeno, ayudado de
palanca correspondiente [Fig 2].
xxvi. Cerrar llave de paso principal superior del tanque de
oxgeno [Fig. 2].
Fig 2. Sistemas de control tanque de oxgeno.
xxvii. Montar con precaucin bomba de oxgeno en balde metlico
interior del calormetro de PARR.
xxviii. Conectar cables de alimentacin a bornes de electrodos de
bomba de oxigeno PARR.
xxix. Llenar con precaucin, balde metlico con 2 lts. de agua
destilada, ayudado de probeta.
xxx. Montar tapa de calormetro PARR.
xxxi. Conectar correa de goma, entre la polea del batidor
montado en la tapa y la polea del motor del
calormetro PARR.
xxxii. Introducir termocupla de inmersin a travs de agujero
correspondiente de la tapa del calormetro de
PARR, para que este en contacto con el agua destilada contenida
en el balde metlico.
xxxiii. Se da alimentacin elctrica a fuente de poder de la
unidad de ignicin, conectando su enchufe a toma
de corriente comn.
PALANCA DE PURGA
LLAVE DE PASO PRINCIPAL
LLAVE DE AJUSTE DE PRESION DE SALIDA
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E970 Poder Calorfico
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4.4.2. Procedimiento de ejecucin experimental:
i. Encender motor de calormetro de PARR para ejecutar giro del
batidor.
ii. Con termmetro digital, medir temperatura del agua hasta que
alcance un valor estable.
iii. Luego de que temperatura sea estable, controlar y registrar
mediciones de esta cada 1 minuto, por 7
minutos.
iv. Pulsar botn de ignicin de la unidad de ignicin por 5
segundos.
v. Controlar y registrar temperatura del agua cada 20 segundos,
por 10 minutos (desde el min. 7 al 17).
vi. Pasado los 10 minutos (min. 17), controlar y registrar la
temperatura del agua cada 1 minuto por 7
minutos (desde el min. 17 al 24).
4.4.3. Finalizacin de la experiencia:
i. Apagar motor del Calormetro PARR.
ii. Cortar alimentacin elctrica de fuente de poder de la unidad
de ignicin, desconectando su
enchufe desde la toma de corriente comn.
iii. Retirar correa de goma, entre la polea del batidor montado
en la tapa y la polea del motor del
calormetro PARR.
iv. Retirar tapa de Calormetro PARR.
v. Desconectar cables de alimentacin de bornes de electrodos de
bomba de oxigeno PARR.
vi. Retirar bomba de oxigeno PARR.
vii. Retirar balde metlico con agua destilada y vaciarla en
alcantarillado.
viii. Purgar bomba de oxigeno PARR, para eliminar presin de
oxigeno interior, hasta que no
exista flujo.
ix. Soltar y retirar manualmente, tapa-tuerca de bomba de
oxigeno PARR, para luego retirar arandela de
presin, o-ring, conjunto tapa (vlvulas/soporte de electrodos) y
crisol.
x. Retirar con cuidado alambre fusible PARR sobrante desde
electrodos, medir y registrar su longitud.
xi. Revisar estado interior de cilindro de presin de bomba de
oxigeno PARR.
xii. Limpiar y secar cada uno de los componentes de bomba de
oxigeno PARR.
xiii. Limpiar y secar balde metlico.
xiv. Armar manualmente bomba de oxigeno PARR, montando en el
orden de presentacin, conjunto tapa
(vlvulas/soporte de electrodos), o-ring, arandela de presin y
tapa-tuerca.
xv. Montar balde metlico al interior de calormetro PARR.
xvi. Montar bomba de oxigeno PARR en balde metlico.
xvii. Montar tapa Calormetro PARR.
xviii. Ordenar zona de trabajo.
xix. Ubicar conjunto Calormetro PARR en zona de almacenaje.
xx. Devolver instrumentos y equipos a paol.
4.5. Profesor da paso a los alumnos para que comiencen la
experiencia E970.
4.6. Realizada la experiencia, alumnos deben elaborar informe
tcnico respecto de la experiencia E970.
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E970 Poder Calorfico
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5. PRESENTACION DE LOS RESULTADOS
Finalizada la experiencia E970 y realizados los clculos
correspondientes (*), se presentan los resultados
obtenidos correspondientes al Poder Calorfico (Experimental) del
Petrleo en estudio, junto a su
clasificacin y error porcentual respecto de su smil terico (**).
Sobre estos valores se realizara el anlisis
pertinente.
Tabla 2. Resumen de Resultados
PETROLEO
Poder Calorfico
(Experimental)
Poder Calorfico
(Terico)
Error
Porcentual Clasificacin PC
11203.025 [cal/gr] 11406 [cal/gr] -1.7795% Poder Calorfico
Superior
(*): Desarrollo de clculos en Seccin b del apndice.
(**): Para para obtener el Poder Calorfico (Terico) y poder
clasificar el poder calorfico experimental se utiliz la Tabla
4.
Propiedades de los Hidrocarburos (anexos apndice: Seccin d)
obtenida de bibliografa Ref.[2], considerando el Petrleo en
estudio, como un disel comn (fuel oil) el cual est conformado
por un docedecano (C12H26), segn referencia [7], siendo este
una buena homologacin para realizar una caracterizacin terica de
la combustin.
6. CONCLUSIONES Y COMENTARIOS
El poder calorfico calculado (experimental) para el petrleo
homologado como un disel comn (fuel oil) de
docedecano (C12H26), se present respecto de su smiles tericos,
ms cercano a la clasificacin de Poder
Calorfico superior (11416 [cal/gr]) con una diferencia de
202,975 [cal/gr] respecto de este ltimo. Lo anterior
expuesto se respalda experimentalmente, ya que al terminar el
ensayo y revisar el cilindro de presin de la
bomba de oxigeno PARR, se observ la presencia de gotas de
condensacin de vapor de agua, lo que indica
segn la teora que estamos en presencia de un valor calorfico
mximo ya que la combustin del combustible
fue completa, existiendo como producto de esta, agua en estado
lquido (pequeas gotas condensacin),
indicando que el poder calorfico del Petrleo en anlisis es
superior.
La diferencia presentada entre el valor experimental y el terico
del poder calorfico del Petrleo, puede deberse
principalmente a que el agua contenida en el balde metlico no
absorbe la totalidad del calor liberado por la
bomba de oxgeno, ya que una parte de este calor es perdida hacia
el medio ambiente desde el balde y otra
absorbida por el conjunto de la bomba de oxgeno. Tambin puede
deberse a que en algn momento se
derramo petrleo desde el crisol hacia el cilindro de presin de
la bomba de oxgeno, disminuyendo la masa de
combustible que se iba a combustionar.
Por otra parte, si el poder calorfico experimental hubiese
sobrepasado al terico, esto sera por que el alambre
fusible, al momento de consumirse, libera cierta energa calrica
por s mismo lo que puede aumentar el valor
del poder calorfico del combustible.
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E970 Poder Calorfico
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7. APENDICE:
a) MARCO TEORICO:
Durante un proceso de combustin la energa qumica de un
combustible es transformada en energa molecular cintica o potencial
de los productos. El trmino ms comn relativo a la energa asociada
con la combustin, es la mxima cantidad de calor que puede obtenerse
de los productos de la combustin completa, si esos productos se
enfran a la temperatura original de la mezcla de aire y
combustible. En el proceso de enfriamiento de los productos se
condensa cierta cantidad de vapor de agua (ya que la mayora de los
combustibles contienen hidrgeno), segn las condiciones en que se
realice. Dado que esta condensacin libera cierta cantidad de calor,
el valor calorfico de un combustible vara entre un valor mnimo,
cuando no hay condensacin del vapor de agua, y un mximo cuando es
completa. Podemos definir lo que es Poder Calorfico de un
combustible como: La cantidad de calor producida, o generada, por
la combustin completa de la unidad de combustible en cuestin,
suponiendo que los productos de la combustin se enfran hasta la
temperatura inicial. El poder calorfico (N) se expresa, por lo
tanto, en las siguientes unidades: Combustibles slidos y lquido en
Cal/kg de combustible y para combustibles gaseosos en Cal/m3.
Podemos distinguir:
Poder Calorfico Superior:
Se define como la cantidad de calor generado por la combustin
completa de la unidad de volumen o masa del combustible,
considerando en condiciones estndar, es decir:
Temperatura del combustible y del aire = 25C Presin = 760 [mm
Hg]
y cuando en los productos de la combustin se encuentra agua en
estado lquido.
Poder Calorfico Inferior:
Es la cantidad de calor generado en las mismas condiciones
anteriores, pero ahora el agua formada en la reaccin se encuentra
en estado gaseoso.
Poder Calorfico Observado:
En el determinado experimentalmente en un calormetro, y puede
ser expresado por las siguientes expresiones, en funcin de los
datos obtenidos:
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E970 Poder Calorfico
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COMBUSTIBLES SLIDOS:
c
sm
AtEN
*
Donde:
Ns = Poder calorfico superior. E = Constante o capacidad calrica
del calormetro. t = Incremento de temperatura del agua de
refrigeracin. A = Calor, total, aportado por el alambre fusible. mc
= Masa de combustible.
Segn sea el tipo de combustible empleado y debido a las
variaciones de temperatura durante el ensayo, cuando se usa el
calormetro isotrmico, se tendr que corregir el t, segn:
ccc titft
Donde:
tic = Temperatura inicial corregida. tfc = Temperatura final
corregida.
FORMAS Y MEDIOS PARA DETERMINAR EL PODER CALORFICO:
TERICAMENTE:
Por medio de la llamada Entalpia de Formacin ( fh ) y que se
define como la cantidad de energa necesaria
para formar un compuesto, a partir de sus elementos
constitutivos. Se considera que la formacin ocurre a 25C y 7620 mm
Hg.
Los valores de fh aparecen en la tabla 12.3 (Cap. 12) y Tablas
A.11 (Apndice) del libro fundamentos de
Termodinmica de G. J. Van Wylen.
EMPRICAMENTE: A travs de algunas expresiones que considerar la
composicin del combustible. Una expresin muy conocida, es la frmula
de DULONG, que permite determinar la potencia calorfica de un
combustible (carbn) basada en las proporciones, en peso, del
carbono total, hidrgeno til y azufre:
Kcal/kg = 8.148 C + 34.720 (H-O/8) + 2.268 S
En donde: C, H, O y S son, respectivamente, los pesos de
carbono, hidrgeno, oxgeno y azufre, por kilogramo de combustible.
Esta frmula da un valor aproximado del poder calorfico superior de
un combustible y existe una gran concordancia con los valores
obtenidos por medio de un calormetro.
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E970 Poder Calorfico
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Se puede calcular, aproximadamente, el poder calorfico de los
combustibles derivados del petrleo, partiendo de la densidad del
mismo, referida a 15 C. Esto se funda en que cuanto menor es la
densidad del combustible lquido, mayor es la proporcin de hidrgeno
y viceversa.
EXPERIMENTALMENTE: Por medio de calormetros, para combustibles
slidos, lquidos y gaseosos. Cmo medir?: Transfiriendo la energa
calrica que genera el combustible, a otro elemento (agua, alcohol,
aceite, etc.). Aprovechando la variacin de sus propiedades,
principalmente, la Temperatura, ha sido ms cmodo y general, usar
agua, como elemento que recibe el calor generado. Por tal razn, en
todos los calormetros, se debe medir el t. As, tenemos: Calormetros
para combustibles slidos y lquidos Se utiliza la llamada bomba
calorimtrica, cuando se quema combustible. Existen varios tipos de
bombas calorimtricas tales como la Atwater, Davis, emerson, Mahler,
Parr, Peters y Williams. Una de estas bombas, el calormetro no
adiabtico de Emerson, est ilustrada en la figura 1.
Fig. 3. Calormetro no adiabtico de Emerson
El combustible, cuyo valor calorfico se desea determinar, se
coloca en un crisol. La bomba carga con oxgeno a presin. Cuando
pasa una corriente elctrica por el alambre, el combustible se
enciende. La bomba est rodeada por una camisa de agua a fin de
absorber el calor desarrollado por la combustin.
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E970 Poder Calorfico
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La bomba tiene tambin una camisa exterior y un espacio de aire
alrededor del recipiente, o camisa de agua central, para minimizar
las prdidas de calor al ambiente. Aunque el agua del recipiente
interior absorbe la mayor porcin del calor, este calor no es el
valor calorfico del combustible, por las siguientes razones:
La bomba en s absorbe cierto calor.
Hay intercambio de calor con la camisa externa.
El alambre de ignicin libera cierta energa.
Los productos de la combustin no se enfran a la temperatura
original.
Debido a que la combustin se produce en oxgeno, se alcanza alta
temperaturas, lo que resulta en la formacin de cidos ntrico y
sulfrico.
Por tales razones, se hace necesario efectuar varias
correcciones: por radiacin, por cidos, etc. El calormetro PARR, de
camisa isotrmica y bomba de doble vlvula, que se ilustra en las
figuras siguientes, funciona tal como la bomba de Emerson y es la
que ser usada en esta experiencia.
Fig 4. Calormetro PARR
Fig 5. Corte de la tapa de la bomba
A = Caja aisladora B = Vasija del agua (Cap. 2 lts) C = Bomba
(otro tipo de casa PARR) D = Borne positivo E = Borne negativo F =
Fijadores de posicin de B G = Hlice para agitacin del agua H =
Termmetro I = Lente de aumento
J = Porta termmetro
A
E G
F
J H
I
D
C B
A = Entrada de oxgeno B = Salida de gases C = Terminal de masa D
= Tuerca E = Cuerpo
F = Anillo de caucho
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E970 Poder Calorfico
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MONTAJE DEL CALORMETRO
Fig 6. Vista de los componentes del calormetro PARR, de bomba de
oxgeno, Modelo C, con camisa isotrmica de Baquelota y bomba de
Illium, de vlvula sencilla.
Fig 7. Bomba calorimtrica de doble vlvula.
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E970 Poder Calorfico
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b) DESARROLLO DE LOS CALCULOS
Se presenta el desarrollo de los clculos necesarios para
determinar la magnitud del Poder Calorfico del
petrleo en estudio.
PODER CALORFICO (Experimental):
Para determinar el Poder Calorfico (Experimental) del petrleo en
estudio se ocupara el siguiente modelo
matemtico:
=(+)()
(1)
Dnde:
+= Masa agua en balde metlico de Calormetro PARR + Coef. de
correccin Calormetro PARR, en [gr]
= Calor especifico del Agua = 1 [cal/grC]
= Diferencia de temperatura inicial/final medidas en Calormetro
PARR, en [C] = Largo alambre conductor consumido en Calormetro
PARR, en [cm] = Calor de combustin del alambre conductor Calormetro
PARR = 2,3 [cal/cm] = Masa de combustible combustionado = 0,8
[gr]
o Masa de Agua: 20
La masa de agua contenida en el balde metlico del Calormetro
PARR se determin a partir del modelo
matemtico del parmetro de densidad []:
=
(1)
De la ecuacin (1) se despeja el parmetro de masa de agua [2],
teniendo:
= (1.1)
La densidad del agua corresponde a 2 = 1 [
3] y el volumen que ser vaciado en el balde metlico del
Calormetro PARR es de = 2000 [3], por lo cual valor calculado de
masa de agua [20] es el
siguiente:
20 = 1 [
3] 2000 [3] = 2000[]
Al valor calculado de masa de agua se le debe sumar un
coeficiente de correccin dado por el fabricante el
cual corresponde a 427 [gr] de agua, quedando finalmente la
magnitud de masa de agua en contenida en el
balde del calormetro PARR como sigue:
+ = 2000 [] + 427 [] = []
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E970 Poder Calorfico
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o Diferencia de temperatura inicial/final medidas en Calormetro
PARR, en [C]:
La diferencia de temperatura inicial/final medidas en el
Calormetro PARR con el termmetro digital se determin
a partir del siguiente modelo matemtico:
= (2)
La temperatura inicial [] presentada para los clculos fue de
18,2 [C] correspondiente a la medicin
N9 medida en el Calormetro PARR a los 7,0 [min] de comenzado el
ensayo.
La temperatura final [] presentada para los clculos fue de 21,9
[C] correspondiente a la medicin
N45 medida en el Calormetro PARR a los 24,0 [min] de comenzado
el ensayo.
Quedando con (2) la diferencia de temperatura inicial/final,
como sigue:
= 21,9[] 18,2[] = , []
o Largo alambre conductor consumido en Calormetro PARR, en
[cm]:
El largo de alambre consumido al interior de la bomba de oxigeno
del Calormetro PARR se calcul de la
siguiente forma:
= (3)
El largo inicial de alambre conductor colocado, al comienzo del
ensayo, entre las varillas negativa y positiva
de las bomba de oxigeno del Calormetro PARR fue de 10 [cm].
El largo final de alambre conductor medido, al finalizar el
ensayo, fue de 2,3 [cm].
Quedando con (3) el largo de alambre conductor consumido en
bomba de oxigeno del Calormetro PARR,
como sigue:
= 10[] 2,4[] = , []
Con los valores anteriores presentados, finalmente se determina
el Poder Calorfico (experimental) del
Petrleo (1) en estudio, quedando como sigue:
=(2427[] 1[
] 3,7[]) (7,6[] 2,3[
])
0,8 []=
(8979,9[]) (17,48[])
0,8 []= , [
]
-
E970 Poder Calorfico
16
c) TABLAS DE VALORES OBTENIDOS
Mediciones de constantes realizadas al Calormetro PARR durante
la ejecucin de la experiencia
E970, a partir de las cuales se obtuvieron los resultados
expresados en la Tabla 2. y se trabajaron las
etapas consecuentes del informe, para as cumplir con los
objetivos propuestos.
Tabla 3. Constantes medidas en el Calormetro PARR durante la
realizacin de la experiencia.
N de Medicin t [min] T[C]
1 0,0 18,2
2 1,0 18,2
3 2,0 18,2
4 3,0 18,2
5 4,0 18,2
6 5,0 18,2
7 6,0 18,2
8 7,0 18,2
9 7,2 18,2
10 7,4 19,0
11 8,0 20,3
12 8,2 20,8
13 8,4 21,0
14 9,0 21,3
15 9,2 21,5
16 9,4 21,7
17 10,0 21,7
18 10,2 21,8
19 10,4 21,8
20 11,0 21,8
21 11,2 21,9
22 11,4 21,9
23 12,0 21,9
24 12,2 21,9
25 12,4 21,9
26 13,0 21,9
27 13,2 21,9
28 13,4 21,9
29 14,0 21,9
30 14,2 21,9
31 14,4 21,9
32 15,0 21,9
33 15,2 21,9
34 15,4 21,9
35 16,0 21,9
36 16,2 21,9
37 16,4 21,9
38 17,0 21,9
39 18,0 21,9
40 19,0 21,9
41 20,0 21,9
42 21,0 21,9
43 22,0 21,9
44 23,0 21,9
45 24,0 21,9
-
E970 Poder Calorfico
17
d) ANEXOS
Tabla 4. Propiedades de los Hidrocarburos. (Ref
-
E970 Poder Calorfico
18
e) BIBLIOGRAFIA:
[1] Departamento de Ing. Mecnica. Poder Calorfico (E970),
Universidad de Santiago de Chile,
http://www.dimecusach.cl/index.php?option=com_docman&task=cat_view&gid=39&Itemid=239.
[2] Severns, William H.; La Produccion de Energa mediante Vapor,
Aire o Gas, Revert, 2da edicon, 2007;
Tabla V: Propiedades de los Hidrocarburos, Cap. V, pg. 100
[3] Holman, J.P.; Transferencia de Calor, CECSA, 10a. edicin,
1999; Relaciones Empricas y Practicas para
Transferencia de Calor por Conveccin Forzada Cap.6, pg. 253-270;
Sistemas de Conveccin Natural
Cap.7, pg. 299-316
[4]BEL Enginieering, Balanza;
http://www.belengineering.com/dettaglio_prodotto.asp?id_prodotto=60&id_categoria=28
[5] Parr Instrument Company. Recipientes de Combustin de Oxigeno
Modelo 1108;
http://www.parrinst.com/es/products/sample-preparation/oxygen-combustion-bombs/oxygen-combustion-
bomb-model-1108/
[6] Fluke Instruments, Termometros: Fluke 50 Serie II;
http://www.fluke.com/fluke/cles/instrumentos-de-
medida-electricos/termometros-digitales/fluke-50-series-ii.htm?PID=56085/
[7] Restrepo E.; Tibaquir J.; Carranza Y, Anlisis de la
influencia de la relacin de equivalencia y el
precalentamiento del aire en la composicin y propiedades de los
productos de combustin, Revista Scientia
et Technica, pg 157-161, Ao X, N24, 2004.
f) TEMARIO DEL EXPERIMENTO:
i. Combustin de un combustible. ii. Energa qumica de un
combustible. iii. Poder Calorfico. iv. Poder Calorfico Superior. v.
Poder Calorfico Inferior. vi. Calormetro