CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERIAS
LABORATORIO DE MAQUINAS TERMICAS I MAESTRO: LOPEZ ORNELAS,
ARMANDO JAIME ANTONIO RAYGOZA GODINEZ CDIGO: 091587467 SECCION: D07
Viernes 9am-11am Tema: Ciclo de Rankine No. de reporte: no.1 Fecha:
31/05/2011
Introduccin La planta de generacin de vapor ideal que aparece en
el esquema de la Figura 1 se puede analizar mediante el ciclo
Rankine, cuyos diagramas presin-volumen y temperatura entropa
aparecen en la Figura 2. El vapor saturado seco descargado por la
caldera a una presin P1 es suministrado a la turbina, en donde se
expande isoentrpicamente hasta la presin P2. En el condensador se
transforma el vapor hmedo, isobrica e isotrmicamente, en lquido
saturado mediante la remocin de calor. Puesto que la presin en el
condensador P2 = P3 es mucho menor que la presin del vapor en la
presin del vapor en la caldera P4 = P1, el lquido saturado se
bombea isoentrpicamente hasta alcanzar la presin P4. El lquido
comprimido es suministrado por la caldera, en donde se calienta
primero hasta la temperatura de saturacin correspondiente a la
presin P1, y luego se evapora hasta transformarse finalmente en
vapor saturado seco para terminar el ciclo termodinmico. La
eficiencia trmica de este ciclo Rankine ideal puede obtenerse
recurriendo a la primera ley de la termodinmica. En consecuencia:
La diferencia de entalpa en el proceso isoentrpico 3-4 puede
calcularse a travs de la expresin: El trabajo requerido por la
bomba es generalmente muy pequeo comparado con el trabajo
desarrollado por la turbina. De aqu que la expresin del rendimiento
generalmente se simplifique as: La eficiencia trmica del ciclo
puede incrementarse aumentando la entalpa del vapor suministrado a
la turbina. Dicha entalpa puede incrementarse aumentando la
temperatura del vapor en la caldera. Este calentamiento puede
lograrse mediante el empleo de un sobrecalentador, el cual permite
aumentar isobricamente la entalpa del vapor, transformndolo en
vapor sobrecalentado. La Figura 3 ilustra en forma esquemtica en
ciclo Rankine con sobrecalentamiento. El trabajo desarrollado por
el ciclo se incrementa por el rea x-1-2a-x, y el calor transferido
a la caldera por el rea x-1-2'-a'-x, aumentndose as la eficiencia
trmica del ciclo. Obsrvese que el ttulo del vapor descargado por la
turbina tambin se incrementa, o en otras palabras, la humedad
disminuye. La eficiencia trmica del ciclo Rankine tambin puede
incrementarse disminuyendo la entalpa del vapor a la descarga de la
turbina. Esta disminucin generalmente se logra disminuyendo la
presin de operacin de condensador. Sin embargo, una disminucin de
la presin de descarga trae como consecuencia un aumento en la
humedad del vapor descargado por la turbina. Esta consecuencia es
significativa si se considera que una humedad excesiva en los
ltimos pasos de la turbina origina una disminucin en el rendimiento
de sta, y puede dar origen a la erosin de los alabes.
Ciclo Rankine con Recalentamiento La eficiencia del ciclo
Rankine puede incrementarse tambin aumentando la presin de operacin
en la caldera. Sin embargo, un aumento en la presin de operacin de
la caldera origina un mayor grado de humedad en los ltimos pasos de
la turbina. Este problema puede solucionarse haciendo uso de
recalentamiento, en donde el vapor a alta presin procedente de la
caldera se expande solo parcialmente en una parte de la turbina,
para volver a ser recalentado en la caldera. Posteriormente, el
vapor retorna a la turbina, en donde se expande hasta la presin del
condensador. Un ciclo ideal con recalentamiento, y su
correspondiente diagrama temperatura-entropa aparece en la
siguiente figura. Obsrvese en esta figura que el ciclo Rankine con
sobrecalentamiento solamente, sera ms eficiente que el ciclo con
recalentamiento, si en el primero fuera posible calentar el vapor
hasta el estado 1' sin incurrir en problemas de materiales. El
ciclo Rankine con recalentamiento puede ayudar a elevar mnimamente
la eficiencia del ciclo, pero se usa para alargar el tiempo de vida
de la turbina. Idealmente podramos usar una cantidad infinita de
recalentamientos para continuar elevando la eficiencia pero en la
prctica solo se usan dos o tres, ya que la ganancia de trabajos es
muy pequea.
Ci l R
i
i
l con recalentamiento
Ci l Rankine con Regeneraci n. La eficiencia del ciclo Rankine
es menor que un ciclo de Carnot porque se aade calor distinto al de
la temperatura ms alta. Este defecto se puede compensar usando un
ciclo regenerati o. A continuaci n se presentan dos mtodos, aunque
el primero es muy imprctico. En la figura A l lquido se bombea
hacia unos serpentines en la turbina para lograr una transmisi n de
calor. As, podemos decir que el fluido sufre un incremento de
temperatura reversible de a hasta b, mientras que se expande y
enfra reversiblemente desde d hasta e. La eficiencia trmica de este
ciclo regenerativo es igual a la del ciclo de Carnot. La prueba es
que en el ciclo existen tres condiciones: El calor es aadido al
ciclo a una temperatura constante TA El calor es rechazado del
ciclo a otra temperatura constante TB. Todos los procesos son, o
los consideramos, reversibles.
Ahora, comparando con las condiciones del ciclo de Carnot, vemos
que son iguales. Aunque una turbina como la descrita anteriormente
se pudiera constru seria ir, daino para ella ya que aumentara
considerablemente la humedad por la disminuci n de temperatura.
Podemos sugerir un mtodo alternativo, el cual consiste en extraer
una pequea nte. porci n del vapor en la turbina, antes de que se
expanda completame Esta extracci n se mezcla con l lquido
proveniente de una primer bomba en un calentador "abierto" o "por
contacto". De esta forma podemos incrementar la temperatura del
fluido sin decrementar la calidad del vapor en la turbina. Si
tuviramos una can tidad infinita de puntos de extracci n a
diferentes temperaturas en el proceso de expansi n, la diferencia
de temperaturas entre el vapor extrado y l lquido proveniente de la
bomba seria mnima, lo mismo pasara con la irreversibilidad que se
produce al mezclar ambos fluidos. Para este sistema hipottico, el
calor se transfiere solamente en los puntos donde la temperatura es
mxima y mnima. Si tenemos un nmero finito de puntos de extracci n
la irreversibilidad de las mezclas hace que exista una prdi a de
energa. d Aunque estas prdidas se den, la eficiencia trmica de un
ciclo regenerativo irreversible puede ser mayor que un ciclo
Rankine reversible comn. Esto es posible gracias a que en un ciclo
regenerativo el calor se aade a una temperatura prome ms alta, y
por dio eso un mayor porcentaje de este calor puede ser convertido
en trabajo. Dado que la mayor prdida de energa de una planta de
potencia se presenta en el condensador, en donde se desecha calor
al medio enfriador, es pertinente considerar mtodos de reducir este
calor desechado y de mejorar la eficiencia del ciclo. El mtodo ms
deseable de calentamiento del condensador seria uno que fuera
reversible y continuo. Suponiendo que esto fuera posible el
diagrama T estara -S representado por la figura siguiente:
En este diagrama se considera que el vapor est saturado al
inicio de la expansi n. La curva 4-5 es paralela a la 3-6 puesto
que se postulo que el calentamiento es reversible. Se observara que
el incremento de Entropa durante e calentamiento es l igual a la
disminuci n durante la expansi n y enfriamiento del vapor, y que el
rea 4, 5, 6,3 es igual al rea 1, 2, 3, 6,7. En la prctica, este
ciclo ideal se obtiene de forma aproximada permitiendo que el
condensado de la bomba de alimentaci n se caliente en un calentador
o en calentadores separados por el vapor que se extrae de la
turbina despus que este se ha expandido en forma parcial y ha
realizado un trabajo. El vapor extrado de la turbina puede
mezclarse directamente con el condensado (como en un calentador
abierto) o bien intercambiar calor en forma directa y condensar
(como en un calentador cerrado)
En la figura se muestra un esquema de un ciclo prctico:
Se tienen dos tipos de calentadores: Abierto.- Donde se mezcla
el vapor de extracci n y el condensado logrando un liquido
saturado. Cerrado.- Es el ms comn donde se transmite la energa del
vapor extrado por convecci n al lquido saturado.
Calentador Abierto Calentador Cerrado Resumiendo esta secci n,
podemos decir que el rendimiento del ciclo RANKINE puede
incrementarse disminuyendo la presi n de salida, aumentando la
presi n durante la adici n de calor y sobrecalentado el vapor. La
calidad de vapor que sale de la turbina se incrementa por sobre el
recalentamiento del vapor y disminuye bajando la presi n de salida
y por el aumento de la presi n durante la adici n de calor.
CONCL
ONE
El objetivo central de este informe es dimensionar la capacidad
de generaci n de las centrales trmicas de vapor, sus ventajas y
desventajas, sus rendimientos tpicos y su relevancia en la generaci
n de potencia. En este documento aprendimos desde los inicios de la
turbina de vapor hasta los avances ms recientes en el rea, quienes
fueron los que promovieron el uso de las turbinas de vapor as de
cmo aprovecharlas para realizar un trabajo o conseguir energa de
ello, adems de los distintos tipos o mejoramientos de ciclos
rankine como es que trabajan cada uno de ellos y cules son sus
desventajas y ventajas, se incluyeron grficos e ilustraciones de
cmo trabajan en los distintos ciclos y que es el ciclo real de
rankine el que se utiliza en las centrales termoelctricas aparte de
algunos avances desarrollados en distintos pases con el finde
mejorar la eficiencia de las calderas y su forma de usar la
energa.
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ARMANDO JAIME ANTONIO RAYGOZA GODINEZ CDIGO: 091587467 SECCION: D07
Viernes 9am-11am Tema: Descripcin y manejo de la balanza analtica
No. de reporte: no.2 Fecha: 31/05/2011
BALANZA ANALITICA
Definicin de B LANZA: Dispositivo mecnico o electrnico empleado
en hogares, laboratorios, empresas e industrias para determinar el
peso o la masa (debido a la relacin que existe entre ambas
magnitudes) de un objeto o sustancia; tambin puede denominarse
bscula en algunos casos. El mecanismo para pesar ms sencillo es la
balanza de brazos iguales, empleada por primera vez por los
egipcios alrededor del 2500 a.C. BALANZA Y MTODOS DE PESADA Con las
balanzas se compara el peso o la masa de dos cuerpos, uno de ellos
patrn, dado por las pesas de la misma, y otro el cuerpo cuya masa
se desea determinar. En el laboratorio se suelen emplear balanzas
de precisin, como el granatario (con el que se pueden apreciar
centsimas de gramo -dos decimales-) y la balanza analtica (con la
que se aprecian diezmilsimas de gramo -cuatro decimales-). Las
balanzas pueden ser de dos platos o monoplato. Masa: propiedad
fsica intrnseca de un cuerpo, que mide su inercia, es decir, la
resistencia del cuerpo a cambiar su movimiento. La masa no es lo
mismo que el peso, que mide la atraccin que ejerce la Tierra sobre
una masa determinada. La masa inercial y la masa gravitacional son
idnticas. El peso vara segn la posicin de la masa en relacin con la
Tierra, pero es proporcional a la masa; dos masas iguales situadas
en el mismo punto de un campo gravitatorio tienen el mismo peso
CONDICIONES QUE DEBE CUMPLIR LA BALANZA:y y y y
y
Debe ser exacta: En equilibrio (fiel en el centro de la escala),
el peso de un cuerpo colocado en un platillo debe ser igual al del
cuerpo colocado en el otro. Debe ser fiel: Colocando la misma
cantidad varias veces indica siempre el mismo resultado. Debe ser
estable: La cruz debe volver a la posicin inicial despus de haber
oscilado. Debe ser sensible: Es tanto ms sensible, cuanto menor es
la diferencia mnima de peso que puede apreciar. Se fabrican con la
mnima friccin de las partes mviles. Debe tener un periodo de
oscilacin corto, por lo que se fabrican con brazos cortos y
materiales ligeros. Las automticas y electrnicas suelen tener un
sistema de amortiguacin para disminuir los tiempos de espera.
ADEMS LAS BALANZAS DEBEN CUMPLIR TAMBINy y y y y y y y y
La balanza debe estar bien nivelada, por lo que la burbuja de
nivel se vigilar para que est ajustada. Deben estar en un lugar
slido, sin vibraciones (mesa de balanzas). Deben estar en un lugar
apartado, protegidas de gases corrosivos, humedad, etc. (en sala de
balanzas con puerta cerrada). Deben protegerse de las altas
temperaturas, sol y de la electrosttica. Se deben mantener limpias
y con una sustancia higroscpica en su interior. No pesar objetos
calientes (y a ser posible tampoco hmedos). Si poseen vitrina con
puerta, esta debe estar cerrada (al efectuar la medicin final y
cuando no se utilice). En las balanzas provistas de disparador, el
plato o platillos deben estar sin disparar al poner o quitar
objetos o pesas. En las balanzas de dos platos que requieren
utilizar caja de pesas, estas deben cogerse con pinzas y nunca con
los dedos.
CALIBRACIN: y Usualmente la calibracin de una balanza electrnica
implica la pesada de una masa patrn de valor conocido y el ajuste
de la corriente de modo que el peso del patrn se indique
correctamente en el display. Otros modelos incluyen la masa patrn
dentro de la balanza, y el procedimiento de calibracin se lleva a
cabo automticamente. Objetos que se utilizan para pesar: Papel fil
ro, vi rio de reloj, pesafil ros y pesasustancias de formas
especiales o embudos de pesada. Utilizar siempre la esptula,
descargando mediante vibraciones por golpes del dedo ndice. T RAR
el recipiente donde se va a pesar (vidrio de reloj, pesafiltros,
vaso de precipitados, etc.)
y y y y
M TODOS DE PESADA y y Directa (se tara el pesafiltros o
equivalente). Por diferencia (se pesa el pesafiltros con la
sustancia, se saca esta y se vuelve a pesar el pesafiltros con lo
que pudiera quedar de sustancia, la diferencia es el peso de la
sustancia sacada) M TODOS DE PESADA EN BALANZAS DE DOS PLATOS: o
Pesada simple o Doble pesada de Gauss o Doble pesada de Borda o de
sustitucin.
y
ESQUEMA DE BALANZA ANALTICA MECNICA MONOBRAZO
ESQUEMA DE BALANZA ELECTRNICA
FORMAS DE LAS PESAS
y y
Las pesas pueden tener diferentes formas. Siempre tendrn una
muesca para facilitar su manipulacin con pinzas. Las pesas de menos
de 1 gramo son lminas con un extremo doblado hacia arriba para
facilitar su manipulacin con pinzas.
La balanza analtica es uno de los instrumentos de medida ms
usados en laboratorio y de la cual dependen bsicamente todos los
resultados analticos. Las balanzas analticas modernas, que pueden
ofrecer valores de precisin de lectura de 0,1 g a 0,1 mg, estn
bastante desarrolladas de manera que no es necesaria la utilizacin
de cuartos especiales para la medida del peso. An as, el simple
empleo de circuitos electrnicos no elimina las interacciones del
sistema con el ambiente. De estos, los efectos fsicos son los ms
importantes porque no pueden ser suprimidos. Las informaciones de
este texto tienen por objetivo indicar los puntos ms importantes a
considerar en las operaciones de medida del peso. La precisin y la
confianza de las medidas del peso estn directamente relacionadas a
la localizacin de la balanza analtica. Los principales puntos que
deben de ser considerados para su correcta posicin son:
Caractersticas de la sala de medida - Tener apenas una entrada. -
Tener el mnimo nmero de ventanas posible, para evitar la luz
directa del sol y corrientes de aire. - Ser poco susceptible a
choques y vibraciones. Las condiciones de la mesa para la balanza -
Quedar firmemente apoyada en el suelo o fija en la pared, de manera
a transmitir un mnimo de vibraciones posible.
- Ser rgida, no pudiendo ceder o inclinarse durante las
operaciones de medida. Se puede utilizar una de laboratorio bien
estable o una de piedra. - Localizarse en los sitios ms rgidos de
la construccin, generalmente en los rincones de la sala. - Ser
antimagntica (no contener metales o acero) y protegida de cargas
electrostticas (no contener plsticos o vidrios). Las condiciones
ambientales - Mantener la temperatura de la sala constante. -
Mantener la humedad entre 45% y 60% (debe de ser monitoreada
siempre que posible). - No permitir la incidencia de luz solar
directa. - No hacer las medidas cerca de irradiadores de calor. -
Instalar las luminarias lejos de la bancada, para evitar disturbios
por radiacin trmica. El uso de lmparas fluorescentes es menos
problemtico. - Evitar la medida cerca de aparatos que utilicen
ventiladores (ej.: aire acondicionado, ordenadores, etc.) o cerca
de la puerta. Cuidados bsicos - Verificar siempre la nivelacin de
la balanza. - Dejar siempre la balanza conectada a la toma y
prendida para mantener el equilibrio trmico de los circuitos
electrnicos. - Dejar siempre la balanza en el modo "stand by",
evitando la necesidad de nuevo tiempo de calentamiento ("warm up").
El frasco de medida - Usar siempre el menor frasco de medida
posible. - No usar frascos plsticos cuando la humedad est abajo del
30-40%. - La temperatura del frasco de medida y su contenido deben
de estar a la misma temperatura del ambiente de la cmara de medida.
- Nunca tocar los frascos directamente con los dedos al ponerlos o
sacarlos de la cmara de medida. El plato de medida - Poner el
frasco siempre en el centro del plato de medida. - Remover el
frasco del plato de medida luego que termine la operacin de medida
del peso. La lectura - Verificar si el mostrador indica exactamente
cero al empezar la operacin. Tare la balanza, si es necesario. -
Leer el resultado de la operacin luego que el detector automtico de
estabilidad desaparezca del mostrador. Calibracin - Calibrar la
balanza regularmente, ms todava cuando est siendo operada por vez
primera, si fue cambiada de sitio, despus de cualquier nivelacin y
despus de grandes variaciones de temperatura o de presin
atmosfrica. Mantenimiento - Mantener siempre la cmara de medida y
el plato limpios. - Usar apenas frascos de medida limpios y secos.
Cuando el mostrador de la balanza quede inestable, sea por variacin
continua de la lectura para ms o menos o simplemente si la lectura
est errada ATENCIN: Ud. debe estar observando influencias fsicas
indeseables sobre la operacin. Las ms comunes son: Temperatura
Efecto observado: el mostrador vara constantemente en una
direccin.
Motivo: La existencia de una diferencia de temperatura entre la
muestra y el ambiente de la cmara de medida causa corrientes de
aire. Esas corrientes de aire generan fuerzas sobre el plato de
medida haciendo con que la muestra parezca ms leve (conocida por
fluctuacin dinmica). Este efecto solo desaparece cuando el
equilibrio trmico es establecido. Adems, el filme de humedad que
cubre cualquier muestra, que vara con la temperatura, es encubierto
por la fluctuacin dinmica. Esto hace con que un objeto ms fro
parezca ms pesado, o un objeto ms caliente parezca ms leve.
Acciones correctivas: - Nunca pesar muestras retiradas directamente
de estufas, muflas o refrigeradores. - Dejar siempre que la muestra
alcance la misma temperatura del laboratorio o de la cmara de
medida. - Tratar siempre de manipular los frascos de medida o las
muestras con pinzas. No siendo posible, utilizar una banda de
papel. - No tocar con las manos la cmara de medida. - Usar frascos
de medida con la menor rea posible. Variacin de masa Efecto
observado: el mostrador indica lecturas que aumentan o disminuyen,
continua y lentamente. Motivo: aumento de masa debido a una muestra
higroscpica (aumento de humedad atmosfrica) o prdida de masa por
evaporacin de agua o de substancias voltiles. Acciones correctivas:
- Usar frascos limpios y secos y mantener el plato de medida
siempre libre de polvo, contaminantes o gotas de lquidos. - Usar
frascos de medida con cuello estrecho. - Usar tapas o corchos en
los frascos de medida. Electrosttica Efecto observado: El mostrador
de la balanza queda inestable e indica masas distintas a cada
medida de la misma muestra. La reproducibilidad de los resultados
queda comprometida. Motivo: El frasco de medida est cargado
electrostticamente. Estas cargas son formadas por friccin o durante
el transporte de los materiales, especialmente si son en grnulos o
en polvo. Si el aire est seco (humedad relativa menor que 40%)
estas cargas electrostticas quedan retenidas o son dispersas
lentamente. Los errores de medida ocurren por fuerzas de atraccin
electrosttica que actan entre la muestra y el ambiente. Si la
muestra y el ambiente estn bajo el mismo efecto de cargas elctricas
de misma seal [+ o -] hay repulsin, mientras que bajo el efecto de
cargas opuestas [+ y -] se observan atracciones. Acciones
correctivas: - Aumentar la humedad atmosfrica utilizando un
humidificador o por ajustes apropiados en el sistema de aire
acondicionado (humedad relativa ideal: 4560%). - Descargar las
fuerzas electrostticas, poniendo el frasco de medida en un
recipiente de metal, antes de la medida del peso. - Conectar la
balanza a un "cable tierra" eficiente. Magnetismo Efecto observado:
baja reproducibilidad. El resultado de la medida del peso de una
muestra metlica depende de su posicin sobre el plato de la
balanza.
Moti o: Si el material es magntico (ej.: hierro, acero, nquel,
etc.) puede estar ocurriendo atraccin mutua con el plato de la
balanza, y pueden estar siendo creadas fuerzas que originen una
medida falsa. Acciones correcti s: - Si posible, desmagnetizar las
muestras ferromagnticas. - Como las fuerzas magnticas disminuyen
con la distancia, separar la muestra del plato usando un soporte
no-magntico (ej.: un bquer bocabajo o un soporte de aluminio). -
Usar el gancho superior del plato de la balanza, cuando lo haya.
Gravitacin Efecto observado: el valor del peso vara de acuerdo con
la latitud. Cuanto ms cerca del ecuador, mayor la fuerza centrfuga
debida a la rotacin de la tierra, que se contrapone a la fuerza
gravitacional. As, la fuerza actuando sobre una masa es mayor en
los polos que en el ecuador. Las medidas dependen adems de la
altitud en relacin al nivel del mar (ms exactamente, en relacin al
centro de la tierra). Cuanto ms alto, menor la atraccin
gravitacional, que disminuye con el cuadrado de la distancia.
Acciones correctivas: - Medidas diferenciales o comparativas o de
precisin, hechas en distintas latitudes (ej.: en el piso bajo o en
otros pisos de un mismo edificio) deben de ser corregidas.
ms = masa medida al nivel del suelo rt = rayo de la Tierra (~
6370 km) h = altura donde se hizo la medida (m) mk = masa medida a
una altura (h), en relacin al nivel del suelo Empuje Efecto
observado: el resultado de una medida del peso hecha a presin
atmosfrica no es el mismo que al vaco. Motivo: este fenmeno es
explicado por el principio de Arqumedes, segn el cual "un cuerpo
sufre una prdida de peso igual al peso de la masa del medio que es
de slocado por l". Cuando se mide el peso de materiales muy densos
(ej.: Hg) o poco densos (ej.: agua), deben de ser hechas
correcciones, en favor de la precisin. Acciones correctivas: -
Medidas diferenciales o comparativas o de mucha precisin, efectuad
en das as distintos, deben siempre ser corregidas con relacin al
empuje, tenindose en cuenta la temperatura, la presin y la humedad
atmosfrica. Los trabajos corrientes de laboratorio normalmente
dispensan estas acciones.
CONCLUSIONES: En este informe aprendimos que existen diferentes
tipos de balanzas y con ellas podemos medir diferentes pesos y
adems de que existen diferentes mtodos para pesar un objeto, las
medidas que se tienen en cuenta antes de pesar cualquier objeto y
como desde hace siglos ha estado en la vida del ser humano; una de
las balanzas principales y ms usada en ingeniera es: La balanza
analtica es muy til ya que con esta podemos medir pesos de
cualquier objeto relativamente pequeos ya que es muy exacta
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Viernes 9am-11am Tema: Descripcin y manejo del calormetro adiabtico
Pruebas con combustibles slidos o lquidos en el calormetro
adiabtico
No. de reporte: no.3 Fecha: 31/05/2011CALORIMETRO ADIABATICO
QUE ES UN CALORIMETRO? Aparato utilizado para determinar el
calor especifico de un cuerpo, as como para medir las cantidades de
calor que liberan o absorben los cuerpos. CARACTERISTICAS Un
calormetro idealmente puede ser insensible a la distribucin
espacial de las fuentes de calor dentro de el. Si este objetivo es
alcanzado, entonces la potencia puede en principio ser medida a
cualquier frecuencia por disipacin en el calormetro y determinar la
correspondiente potencia dc que da la misma lectura que la potencia
no conocida. Por supuesto la tarea de disear un calormetro que sea
completamente insensible a la distribucin de calor, no es posible y
lo mejor que puede alcanzarse es construir un instrumento el cual
tenga un conocido factor de correccin, estos factores de correccin
son evaluados de una combinacin de mediciones y clculos, tenemos la
eficiencia efectiva: La eficiencia efectiva (e.e.) es un parmetro
relativamente estable para ms Instrumentos y siendo adimensional es
independiente del sistema de unidades usado. Para la mayor parte de
los calormetros la e.e. puede ser evaluada con una incertidumbre de
0.1% a 1 GHz, 0.2 % a 40 GHz y 0.5 % a 100 GHz Las correspondientes
incertidumbres en los valores de la potencia absorbida rf o de
microondas sern naturalmente un poco mayores que los dados, ya que
dependen por ejemplo de los conectores
Aunque el principio de medicin de potencia por medio de sus
efectos calorficos es uno de los viejos mtodos, los calormetros
actuales tienen sus orgenes en los desarrollos de los aos 40 y 50.
VENTAJAS Alta precisin Estabilidad de calibracin Desventajas Baja
velocidad de respuesta Muy voluminosos TIPOS DE CALORIMETROS
Estticos No estticos CALORIMETROS COMUNMENTE USADOS Dry load
calorimeter El microcalorimetro Calormetro de flujo OTROS TIPOS DE
CALORIMETROS Calormetro adiabtico Calormetro de cambio de estado
DRY LOAD CALORIMETER En comparacin con los instrumentos posteriores
la precisin era muy modesta con una incertidumbre de 2% para la
versin coaxial y uno a 2.5% para las versiones de gua de ondas. No
obstante, estos diseos establecieron la direccin general para los
siguientes instrumentos. Nueva precisin en cargas y conectores
desarrollados en los aos 60 llevaron a una nueva generacin de
calormetros coaxiales con mejor performance e incertidumbres debajo
de 0.5% para frecuencias arriba de los 8 GHz los calormetros operan
a niveles de potencia entre 100 mw y 10 w respectivamente. La carga
de un calormetro es un elemento crtico. Es deseable que esta pueda
ser acoplada elctricamente y que tenga un muy pequeo error de
equivalencia, que es igual a la rf disipada y a la potencia dc que
pueden producir la misma lectura de temperatura. COMPONENTES
ESENCIALES (DRY LOAD TYPE) - la carga donde la potencia es
disipada. - lnea de transmisin aislada isotrmicamente la cual
conecta la entrada a la carga - un sensor de temperatura
FUNCIONAMIENTO BASICO Muchos calormetros utilizan el principio
de carga dual, en el cual una absorbe mientras que la segunda acta
como temperatura de referencia. El sensor de temperatura registra
la diferencia entre las temperaturas de las 2 cargas. En teora los
efectos de las fluctuaciones de la temperatura externa se cancelan
debido a la simetra, sin embargo si los alrededores no tienen una
temperatura uniforme el gradiente de temperatura puede causar
error. El elemento de absorcin de la carga es usualmente un thin
film resistor, aunque dielctricos de bajas perdidas son usados para
las versiones de guas de ondas. El sensor de temperatura es montado
en el lado de afuera de la carga en una posicin donde no es
influenciado directamente por los campos electromagnticos. Siendo
esta una de las caractersticas distintivas de un calormetro y es
esencial para su alta precisin.
EFECTO PELTIER Consiste en que la circulacin de corriente en un
sentido produce un calentamiento y al circular en el otro sentido
produce un enfriamiento EL MICROCALORIMETRO Es el tipo de
calormetro ms usado. Estrictamente hablando, no es un medidor de
potencia pero es un instrumento para determinar la eficiencia
efectiva de un montaje bolometrico. Fue originalmente inventado
para la calibracin de metal wire bolometers, pero termistores y
pelculas bolometricas tambin pueden ser calibrados por este mtodo.
FUNCIONAMIENTO Antes de comenzar la medicin, el montaje bolometrico
es insertado dentro del calormetro, donde acta como la carga,
cuando la medicin es completada el bolmetro es removido y entonces
puede ser usado como una referencia calibrada. PROCEDIMIENTO DE
CALIBRACIN el puente suple una dc para mantener la resistencia del
elemento bolmetro a un valor especificado r. antes de comenzar la
medicin rf la sensibilidad g1 de la termopila es determinada(v/w)
notando la subida en voltaje de salida de la termopila cuando la dc
es aplicada.
cuando la potencia rf es aplicada, la potencia disipada en el
elemento es mantenida constante por el puente, pero la potencia es
disipada adicionalmente en las paredes y en cualquier otro lugar
del montaje. CALORIMETRO DE FLUJO La potencia es medida a travs del
calor de un fluido que fluye a travs de la carga. Una indicacin de
la potencia es dada por la subida en la temperatura del fluido
pasando del orificio de entrada al de salida. CARACTERISTICAS Las
versiones de guas de ondas utilizan como fluido de trabajo agua.
Mientras que el coaxial utiliza aceite y es construido para bajas
frecuencias. Aire tambin puede ser usado, pero el uso de gases crea
un problema adicional a causa del calor debido a la compresibilidad
Los calormetros de flujo pueden manejar mayores potencias que los
tipos estticos. Su principal aplicacin es para potencias de muchos
watts. Para medir las subidas de temperatura en un calormetro
usualmente se emplean termopilas, termmetros de resistencia y
algunas veces termistores CALORIMETRO DE CAMBIO DE ESTADO Este tipo
de calormetro no es muy usado. El calor a ser medido funde una
cantidad de slido o hierve una cantidad de lquido. El medio est en
equilibrio trmico y por eso todo el calor entrante es usado para
producir el Cambio de estado, la potencia p est dada por:
Figura 2. Celda calorimtrica. Calormetro isope riblico de
inmersin. Esta celda se usa en la determinacin de calores en
procesos que ocurren en solucin y en la determinacin de calores
COMBUSTIBLES
COMBUSTIN
Se entiende por combustin, la combinacin qumica violenta del
oxigeno (o comburente), con determinados cuerpos llamados
combustibles, que se produce con notable desprendimiento de calor.
Para que se produzca la combustin, las 3 condiciones ya nombradas
deben cumplirse, es decir que sea: una combinacin qumica, que sea
violenta y que produzca desprendimiento de calor. Analizaremos una
por una: 1) Debe haber combinacin qumica, los productos finales una
vez producida la combustin debe ser qumicamente distintos a los
productos iniciales. Ej. : Antes de producirse la combustin tenemos
combustible y oxigeno. Producida la combustin ya no tenemos
combustible y oxigeno mezclado, sino gases de combustin. 2) La
combinacin qumica debe producirse violenta e instantneamente. Ej. :
Una lamina de hierro colocada en la intemperie se va a oxidar
lentamente, luego de cierto
tiempo, al combinarse con el oxigeno del aire. Pero esto no es
combustin sino oxidacin, porque el desprendimiento de calor se
produce muy lentamente despus de un tiempo. 3) Debe haber un
desprendimiento de calor, se debe liberar cierta cantidad de calor.
Para que se produzca la combustin se necesita oxgeno, el cual se
encuentra en el aire, el que desperdiciando los gases que se
encuentran en pequea proporcin, est constituido por 23 % de oxgeno
y 77% de nitrgeno. Tambin es necesario que la temperatura en algn
punto de la mezcla de oxgeno y combustible, adquiera un determinado
valor. Una combustin se considera imperfecta, cuando parte del
combustible, qu e entra en reaccin, se oxida en grado inferior al
mximo, o no se oxida. La combustin es completa cuando el
combustible quema en su totalidad, ya sea perfecta o incompleta.
Todos los combustibles utilizados en los diversos procesos
industriales estn constituidos nicamente por dos sustancias
qumicas, el carbono y el hidrgeno los cuales estn unidos entre s,
formando los diversos combustibles utilizados. La propagacin de
calor debe cesar para un valor finito de la velocidad de
inflamacin. Por lo tanto, la buena combustin est comprendida dentro
de dos valores, lmites definidos de la velocidad de inflamacin de
la llama, y son los llamados lmites inferiores de inflamacin que se
produce cuando falta combustible, y lmite superior de inflamacin
que es cuando falta oxgeno. La forma de producirse la combustin
vara segn el estado del combustible, lo cual veremos a continuacin:
Los combustibles son elementos que se los utilizan en los procesos
industriales para la produccin de calor. Son formaciones de origen
orgnico, animal o vegetal, que sufrieron los efectos de los
movimientos y plegamientos terrestres. Estn constituidos
principalmente por carbono e hidrgeno, los que segn vimos al
combinarse con el oxgeno queman, desprendiendo calor. El carbono es
el elemento que constituye el mayor porcentaje volumtrico del
combustible, constituyendo el 80 a 90 % volumen del mismo. El
carbono no arde directamente, sino que es llevado al estado de
incandescencia por el hidrgeno. El hidrgeno constituye el 5 o 6 %
de los combustibles slidos y el 8 al 15 % de los lquidos. La
presencia del oxgeno en la molcula de combustible, le resta al
mismo poder calorfico, ya que, se va a combinar con parte del
hidrgeno que tiene, para formar agua.
En el combustible tambin se puede encontrar el azufre desde 0.5
% en combustible lquidos hasta 1 o 1.5 % en carbones, y el nitrgeno
(en carbones) de 0.7 hasta 9.3 %. PODER CALORFICO La unidad que se
emplea para medir la cantidad de calor desarrollada en la combustin
se la denomina poder calorfico. Se entiende por poder calorfico de
un combustible, la cantidad de calor producida por la combustin
completa de un kilogramo de esa sustancia. Tal unidad se la mide en
cal/kg de combustible. Si la cantidad de combustible que se quema
en un mol, el calor desprendido recibe el nombre de efecto trmico
(poco usado). De la diferencia entre el poder calorfico superior
(NS) y el poder calorfico inferior (NI) se obtendra uno u otro segn
el estado de agregacin que forma parte de los productos de
combustin. Si la temperatura de los productos finales de combustin
es tal que el vapor de agua que se ha formado continu en ese
estado, tendremos el poder calorfico inferior del combustible (NI).
En cambio, si la temperatura de los productos finales es
suficientemente baja como para que aquella se condense, tendremos
el poder calorfico superior del combustible (NS). La diferencia
entre ellos ser igual el calor desprendido por la condensacin del
agua.
Clasificacin de los combustibles Combustibles slidos
Combustibles slidos El proceso de combustin de estos combustibles
difiere bastante con respecto a los combustibles lquidos y los
gaseosos. La buena o mala combustin del slido depende de la
facilidad del acceso del aire ala diversas partculas del
combustible. Estas deben estar distribuidas
uniformemente sobre la superficie de combustin, no se debe
encontrar amontonado o agolpado. El proceso de combustin de un
slido est dividido en cuatro perodos o fases a saber:
a) secado del combustible Al comenzar a recibir calor, el
combustible se seca, evaporando la humedad que posee, convirtindose
en vapor de agua. b) la destilacin: Comienza cuando se ha evaporado
toda la humedad del combustible. Este se compone de hidrocarburos
ms simples, comenzando a quemar los ms voltiles (requieren menor
temperatura de inflamacin. C) Al aumentar la temperatura debido a
la combustin de los primeros hidrocarburos que queman se alcanzan
las condiciones para que se quemen los hidrocarburos menos
voltiles, casi todos los componentes activos del combustible. D)
Quemadas todas las sustancias voltiles, la llama se apaga. Quedando
las cenizas del slido, considerndose la escoria y los componentes
inactivos. Entre ellos podemos encontrar: Maderas: utilizados como
combustibles en bosques o en estufas hogareas (poder calorfico
hasta 4500 cal / Kg. secos). Carbones fsiles: cuantos ms antiguos
son los restos orgnicos y mayores presiones soportan, mayor es la
cantidad del carbn. Antracita: son los carbones ms antiguos. Tienen
gran contenido de carbono y pocos materiales voltiles y oxgeno. (NS
= 7800 a 8600 cal /kg). Hulla: son los carbones ms utilizados en la
industria, se distingue tres tipos: hulla seca, hulla grasa y la
hulla magra. Hulla seca: hornos de arrabio y en la produccin de
coque metalrgico. (NS = 7500 cal / kg.) Hulla grasa: en la
produccin de gas alumbrado y coque. (NS = 8300 a 8600 cal / kg.)
Hulla magra: desprende pocas materias voltiles. (NS = 7900 a 8370
cal / kg.). Todas las hullas son de color negro o gris oscuro.
Lignito: son combustibles que proceden de la carbonizacin
natural de la madera. Al quemarse desprende el azufre provocando
mal olor y daos en metales y estructu ras. Hay dos tipos distintos:
Lignitos perfectos: ms antiguos (poder calorfico = 6000 cal / Kg.)
Lignitos leosos: ms jvenes. (Poder calorfico = 5000 a 5700 cal
/Kg.) Turba: son carbones de menor calidad. De 3200 a 4000 cal /
Kg. = NS. Residuos orgnicos: son restos muy grasos comprendidos
entre los carbones y el petrleo. Prcticamente no se utilizan. Carbn
vegetal o de lea: provienen de la carbonizacin de la madera. NS =
6000 a 7000 cal / Kg., no contiene azufre. Combustibles lquidos Al
calentarse un combustible lquido, existe un perodo de destilacin en
el cual el lquido se descompone en diversos componentes voltiles.
Se cebe distinguir dos casos segn la forma en que se queman. Si son
suficientemente voltiles para que al calentarse emitan vapores en
suficiente cantidad como para continuar ardiendo, se comporta como
un combustible gaseoso En cambio, en los lquidos menos voltiles no
es necesario efectuar una vaporizacin para que se produzca la
combustin. En tal caso se forma una mezcla de aire combustible,
conservndose este ltimo en estado lquido todava, aunque finalmente
pulverizado, constituyendo una mezcla carbnica. Por ejemplo esta
mezcla se produce en un carburador de un motor a explosin. El punto
de inflamacin es aquel para el cual el lquido desprende materias
voltiles inflamables. Cuando la temperatura y la presin alcanza
determinado valor la propagacin del frente de combustin se hace ms
rpida que en condiciones normales. Los combustibles lquidos
presentan, en general, mejores condiciones que los slidos para
entrar en combustin. Los combustibles lquidos son sustancias que se
las obtienen por destilacin, ya sea del petrleo crudo o de la
hulla. Sometindolos a procesos trmicos se puede obtener mayor
diversidad de productos derivados.
El punto de inflamacin es la temperatura a la cual el
combustible, al ser calentado y producirse la inflamacin por un
foco exterior, comienza a presentar por primera vez una llama
corta. El punto de combustin, que se produce por encima del punto
de inflamacin, es la temperatura a la cual el combustible es capaz
de proseguir por si solo la combustin, una vez que este se ha
iniciado en un punto de su masa. El punto de inflamacin espontneo,
se produce a aquella temperatura a la cual el combustible es capaz
de entrar por si solo en combustin, sin necesidad de un foco
exterior que la produzca. Este punto depende de la presin a la que
se halle sometido el lquido. Si la presin es mayor, menor ser la
temperatura de inflamacin. Combustibles lquidos artificiales
Petrleo
El petrleo, llamado tambin oro negro, se ha formado en pocas muy
remotas. Su origen responde a restos fsiles, depositados en las
profundidades. Los petrleos estn constituidos por distintos
hidrocarburos, de distintos grados de densidad y volatilidad. La
diversidad en las proporciones en los elementos que los componen,
hacen que difieran fundamentalmente las caractersticas del petrleo
obtenido en lugar con respecto al obtenido en otro sitio. Los
diversos subproductos obtenidos, tanto en la dilatacin primaria
como en la secundaria, son sometidos a procesos de refinacin, con
el objeto de eliminar los componentes indeseables y nocivos que
puede contener los mismos. El petrleo en estado crudo tiene muy
poco uso como combustible, pues desprende vapores sumamente
inflamables. Si la destilacin primaria y secundaria a la que se
somete el petrleo se obtiene una gran diversidad de subproductos,
los principales de los cuales se indican en el cuadro siguiente
conjuntamente con el uso al que se los destina. Nafta Kerosene Gas
oil
Diesel oil Fuel oil Alquitrn de hulla Alquitrn de lignito
Alcohol Nafta: Es un combustible altamente voltil, muy inflamable y
es utilizado, sobre todo, como combustible para motores a explosin.
Su poder calor fico es 11000 cal / Kg. Kerosene: Constituye un
derivado menos voltil e inflamable que la nafta. Su poder calorfico
es de 10500 cal / Kg. Se utiliza en calefaccin y en las turbohlices
y reactores de las turbina de gas de los motores de aviacin. Gas
oil: es denso, menos voltil que el petrleo. Su poder calorfico es
igual a 10250 cal / Kg. Se lo utiliza mucho en calefaccin y para
hornos industriales y metalrgicos. Diesel oil: es un subproducto
obtenido de los derivados ms pesados del petrleo. Se quema ms
lentamente que el gas oil. Se utiliza slo en motores Diesel lentos
en los cuales el combustible dispone ms tiempo para quemar. Su
poder calorfico es de 11000 cal / Kg. Fuel oil: es un subproducto
obtenido de los derivados ms pesados del petrleo. Se quema con
dificultad. Su poder calorfico es igual a 10000 cal / Kg. Alquitrn
de hulla: es un subproducto obtenido de la fabricacin del coque.
Puede quemar directamente pero se lo utiliza poco como combustible,
usndolo slo en hogares especiales para este, que puedan vencer la
viscosidad del mismo. Su poder calorfico es de 9100 cal /Kg.
Alquitrn de lignito: se lo obtiene de la destilacin del lignito. Su
poder calorfico es 9600 cal / Kg. Es muy similar al gas oil, pero
al utilizarlo en motores diesel, su comportamiento es muy inferior
del de los derivados del petrleo. Alcoholes: pueden quemar muy
fcilmente. Tienen diversos orgenes (derivaciones de: petrleo, vino,
papas, etc.). Los alcoholes puros, como combustibles tienen muy
poco uso. Su mayor empleo est en la fabricacin de mezclas con
benzol, bencina o naftas con objeto de mejorar la calidad de las
mismas. Combustibles gaseosos El estado gaseoso de los combustibles
es que mayor facilidad brinda para que se produzca una eficiente
combustin, la cual recibe el nombre de explosin. La facilidad de
acceso del aire a las diversas partculas del combustible, hace que
la propagacin se efectu en forma rpida. Si la presin o la
temperatura, alcanza un valor por arriba de un lmite determinado,
la propagacin adquiere valores muy grandes y deja de ser una
explosin para ser una detonacin, en la cual la velocidad de la
reaccin qumica que se produce sea mucho mayor.
La velocidad de propagacin en una onda detonante, para una
combustin de hidrgeno y oxgeno puro alcanza un valor 2000 m/seg. El
punto de inflamacin de una mezcla esta dado por la temperatura:
Para el acetileno 425 C Para el metano 700 C Para el hidrgeno 585 C
Para el xido de carbono 650 C Los combustibles gaseosos son los que
mejores condiciones tienen para entrar en combustin. Gas natural
Gas de alumbrado Acetileno Gas de agua Gas de aire Gas pobre o
mixto Gas de alto horno Gas natural: Es el gas que se obtiene
directamente de los yacimientos petrolferos. Este gas es el
encargado de empujar al petrleo a la superficie. Su uso es muy
utilizado en los alrededores de los yacimientos. Su poder calorfico
es de 9500 cal / m3. Gas de alumbrado: Se lo denomina tambin gas de
hulla. Se lo obtiene de la combustin incompleta de la hulla. Por
cada 100 Kg. de carbn que se carbonizan, se obtienen unos 30 35
metros cbicos de gas de alumbrado. Es un excelente combustible,
usado principalmente para usos domsticos y para pequeos hornos
industriales. Su precio es elevado. Su poder calorfico es de entre
4380 y 5120 cal / m3. Acetileno: Se obtiene del tratamiento del
carburo de calcio del agua. Es un excelente combustible. Su poder
calorfico es superior a 18000 cal / m3. Gas de agua: Se obtiene
haciendo pasar vapor de agua a travs de una masa de carbn de coque
incandescente. Su poder calorfico es de 2420 cal / m3. Gas de aire:
Se lo obtiene haciendo pasar aire por un manto de hulla o lignito
incandescente de gran espesor. Su poder calorfico es de 1080 cal /
m3. Gas pobre o mixto: se lo obtiene haciendo pasar una corriente
de aire hmedo, es decir, una mezcla de aire y vapor de agua a travs
de una masa de gran espesor de hulla o lignito incandescente. La
mezcla de vapor de agua y aire, quema parcialmente, produciendo
cantidades variables de oxido de carbono e hidrgeno, estas
sustancias van a constituir los
elementos activos del gas mixto. Tiene un poder calorfico de
entre 1200 y 1500 cal / m3. Gas de altos hornos: Se obtiene de los
hornos de fundicin. Al cargar un alto horno con mineral para
obtener lingotes de hierro, se desprende una serie de gases que
salen parcialmente quemados y pueden ser posteriormente utilizados
en la misma planta industrial como combustible. Se los utiliza
principalmente para la calefaccin o para la produccin de fuerza
motriz. Su poder calorfico es de 900 cal / m3. Gasgenos Los
gasgenos son hornos que se los utiliza para la transformacin de
combustibles slidos en gaseosos, obtenindose en algunos casos de la
misma combustin parcial que se produce, el calor necesario para
realizar dicho proceso. El manto de carbn que se coloca en los
hornos de los gasgenos es de grueso espesor, ya que al penetrar el
aire por la parte inferior del manto de carbn, quema totalmente
produciendo anhdrido carbnico, el que luego, al atravesar las capas
superiores, que se hallan tambin incandescentes, se reduce a oxido
de carbono. Calormetros Son aparatos que se los utilizan en los
laboratorios para la determinacin de los poderes calorficos de los
combustibles.
Calormetro de Junkers Se lo usa para determinar el poder
calorfico de los combustibles lquidos o gaseosos. La transmisin
entre los gases de combustin y el agua, se hace por medio del
principio de contracorriente, existiendo circulacin permanente
mientras dure la experiencia. Consta de dos cilindros coaxiales a y
b, de paredes delgadas. En la parte inferior del cilindro interior
se coloca un mechero con el combustible cuyo poder calorfico se
quiere determinar. Los productos de combustin siguen el camino
indicado, saliendo al exterior por un tubo d cuya vlvula V1 fija la
velocidad de salida de dichos gases, indicando To la temperatura de
los mismos. El agua de condensacin se junta en e y sale por f al
exterior donde se recoge en una probeta graduada de un litro
aproximadamente. (NS =
poder calorfico superior; M = cantidad de agua en circulacin,
que recogemos mientras quemamos los G gramos de combustible; G =
masa del combustible que quemamos; t2 = temperatura de salida del
agua y t1 = temperatura de entrada del agua.)NS * G = M (t2 t1) "
NS = M / G (t2 t1) Calor latente Se entiende por calor latente de
condensacin, la cantidad de calor desprendida por la condensacin de
un kilogramo de vapor, en estado de condensacin lapso durante el
cual la temperatura del cuerpo permanece constante. Este calor
representa el desprendimiento de una cierta cantidad de la energ a
interna que posee el vapor, debido a que al pasar del estado de
vapor al estado l quido, disminuye la energ a interna de sus
molculas y aumenta la cohesin molecular.
Combustin del carbono En el proceso de la combustin completa,
con el oxigeno qu micamente necesario, el carbono se combina con
esta sustancia produciendo anh drido carbnico. C + O2 (g)! CO2 (g)
+ calor 1M 1M 1M 12Kg 32Kg 44Kg 22.4m3 22.4m3 Esto significa que un
mol1 de carbono se combina con un mol de oxigeno produciendo 1 mol
de anh drido carbnico. Conocidos los pesos molares de estas
sustancias resulta que 12kg de carbono, al reaccionar con 32kg de
oxigeno, producen 44kg de anh drido carbnico. Como se ve, se cumple
aqu la ley de la conservacin del peso, es decir, la suma de los
pesos de las sustancias antes de reaccionar es igual al peso de los
productos de la reaccin. En esta combustin, la cantidad de oxigeno
presente es, exactamente, la necesaria para que todo el carbono
queme produciendo, nicamente, anh drido carbnico; se la llama
cantidad m nima o terica de oxigeno. COMBUSTIBLES LIQUIDOS
Caractersticas ms importantes de los combustibles lquidos Como
derivados que son del petrleo crudo, los combustibles l quidos estn
formados bsicamente por compuestos hidrocarbonados. Pueden
contener, adems, O2, S, N,..
Las principales caractersticas que caracterizan a un combustible
lquido sern: poder calorfico, densidad especfica, viscosidad,
volatilidad, punto de inflamacin, punto de enturbiamiento y
congelacin, contenido de azufre, punto de anilina y presin vapor
Reid. 1) Poder Calorfico: Es el calor de combustin: energa liberada
cua ndo se somete el combustible a un proceso de oxidacin rpido, de
manera que el combustible se oxida totalmente y que desprende una
gran cantidad de calor que es aprovechable a nivel industrial. Se
tratar de evaluar el rendimiento del combustible en una instalacin
industrial. Hay que recordar la diferencia entre PCS y PCI: En uno
consideramos la formacin de agua en estado lquido y en otro en
estado vapor. As, la diferencia entre ambos ser el calor de
vaporizacin del H2O (540 Kcal/kg) 2) Densidad especfica o relativa:
Fue la primera que se utiliz para catalogar los combustibles
lquidos. Los combustibles se comercializan en volumen, por ello es
importante saber la densidad que tienen a temperatura ambiente. Se
define la densidad especfica como:
Densidad especfica o relativa = La escala ms comnmente utiliza
es la escala en grados API (a 15C) API defini sus densmetros
perfectamente, estableciendo sus caractersticas y dimensiones en
las especificaciones. Las densidad especficas o relativas de los
combustibles lquidos varan, pero los ms ligeros sern los que tengan
menor contenido en tomos de carbono. De este modo, las gasolinas
sern las que tengan menor densidad especfica, mientras que los
fuelleos sern los que mayor densidad especfica tengan. Esto se
comprueba con los siguientes datos: Gasolinas: 0,60/0,70 Gasleos:
0,825/ 0,860 Fuelleos: 0,92/1 Es importante conocer la densidad
especfica y la temperatura a la que se midi, porque los
combustibles lquidos, como ya dijimos, se comercializan midiendo su
volumen, el cual va a variar con la temperatura. Hay ecuaciones que
correlacionan la variacin de densidad con la variacin de la
temperatura (tablas ASTM) 3) Viscosidad: Mide la resistencia
interna que presenta un fluido al desplazamiento de sus molculas.
Esta resistencia viene del rozamiento de unas molculas con otras.
Puede ser absoluta o dinmica, o bien relativa o cinemtica.
La fluidez es la inversa de la viscosidad. Por ello la medida de
la viscosidad es importante porque nos va a dar una idea de la
fluidez del combustible; permite apreciar la posibilidad del bombeo
de un producto en una canalizacin y de este modo nos permite saber
si podemos tener un suministro regular. La viscosidad es muy
importante en el caso de los fuel-oils, ya que stos se clasifican
siguiendo criterios de viscosidad a una determinada temperaturas.
La unidad de la viscosidad es el Poise: g.cm-1.s-1 La viscosidad
cinemtica se define como: Viscosidad cinemtica= La viscosidad
relativa se define como: Viscosidad relativa = Para medir la
viscosidad en combustibles lquidos se emplean viscosmetro de
vidrio. Es muy importante decir la temperatura a la cual se ha
evaluado la densidad. Existen diversas escalas para expresar la
viscosidad de un producto petrolfero y existen tambin ecuaciones de
correlacin entre ellas. El hecho de que un combustible (o un lquido
en general) tenga la viscosidad muy alta quiere decir que es poco
fluido. 4) Volatilidad. Curva de destilacin: La volatilidad se
determina con la curva de destilacin. Un combustible lquido es una
fraccin de la destilacin del crudo de petrleo. Tendremos una u otra
cosa dependiendo de donde cortemos en la destilacin, es decir, de
las temperaturas donde recojamos en el intervalo de destilacin. No
tendremos una temperatura nica, sino que a medida que el volumen
recogido va aumentando va variando la temperatura. La temperatura
va a ascendiendo porque tenemos otros compuestos con ms tomos de C
en la cadena que se van evaporando poco a poco. Despus de condensan
al ponerse en contacto con las paredes fras y se recogen. As,
cuanto mayor sea la temperatura, se evaporarn los ms pesados, los
de mayor nmero de tomos de carbono en la cadena
Parmetros de la destilaci n Dependern del combustible a
destilar. Son: Punto inicial de destilacin: IBP: Temperatura a la
que cae la primera gota de destilado Punto final de destilacin: EBP
Volumen de prdida (P) Volumen de residuos (r) Volumen de recogido
(R) Si ponemos inicialmente 100 ml, las prdidas sern 100-(R r)
Los residuos son los que no son capaces de pasar a fase vapor
Todo lo dicho es referido a una presin de 760 mm Hg Como la presin
del ensayo no va a ser esa, se mide la presin del ensayo y despus
se hacen las correcciones para que las temperaturas medidas estn
referidas a 760 mm Hg Este ensayo de volatilidad se aplica a
gasolinas, naftas y querosenos, combustibles de turborreactores y
gasleos. El ensayo para los combustibles ms pesados habra que
hacerlo a presin reducida, no a la atmosfrica, y es por ello que no
se hace a los fuel-oils. 5) Punto de Inflamacin: Se define como la
mnima temperatura a la cual los vapores originados en el
calentamiento a una cierta velocidad de una muestra de combustible
se inflaman cuando se ponen en contacto con una llama piloto de una
forma determinada. Esto en lo que se refiere a un combustible
lquido. El punto de inflamacin nos da una idea de la cantidad de
compuestos voltiles o muy voltiles que puede tener un combustible.
Teniendo en cuenta el punto de inflamacin podremos estimar cuales
van a ser las condiciones de almacenamiento de ese combustible.
Segn como vayan a ser las condiciones de almacenamiento, el punto
de inflamacin se determinar en vaso abierto Cleveland o en vaso
cerrado Perski-Maters 6) Punto de enturbiamiento y congelacin:
Todas las caractersticas que se han mencionado se refieren al nmero
de tomos de carbono en las cadenas. El punto de enturbiamiento slo
se aplica a los gasleos, y es la temperatura mnima a la que
sometiendo el combustible a un enfriamiento controlado se forman en
el seno del mismo los primeros cristales de parafina (de cadenas
carbonadas lineales, alcanos. Son los de mayor punto de congelacin
y los ms pesados. Los componentes ms pesados son los que
cristalizan y solidifican antes, son los de ms alto punto de
congelacin (lo hacen con ms calor). Esto va a dificultar el fluir
del combustible. Esta caracterstica se suele sustituir hoy en da
por el punto de obstruccin del punto en fro (PDF), y que consiste
en una prueba anloga a la anterior (se observa la formacin de los
primeros cristales de parafina), pero que se realiza de un modo
distinto Punto de congelacin: La diferencia con el punto de
enturbiamiento est en el termmetro utilizado. Se aplica a gasleos y
a fuel-oils. En el punto de enturbiamiento el termmetro toca el
fondo del tubo de ensayo; en la prueba del punto de congelacin, no
se toca el fondo del tubo de ensayo, ya que aqu se mide la
temperatura a la cual se ha solidificado toda la muestra. En el de
enturbiamiento vemos cuando solidifican los primeros cristales (es
decir, los de punto de congelacin ms alto). En el de congelacin ya
ha solidificado toda la muestra. Si ponemos el tubo horizontal, la
muestra no debe moverse en 3 segundos Prueba de enturbiamiento:
Vemos cristales de compuestos parafnicos, que son los que tienen el
punto de congelacin ms alto Punto de congelacin
Hay un mayor nmero de compuestos hidrocarbonados solidificados.
A esta temperatura el producto no puede fluir por la canalizacin en
la que se encuentra. Hay que tener que no se alcance este punto en
la operacin del combustible porque podra acarrear graves problemas.
7) Contenido en azufre: El azufre que se encuentra en un
combustible lquido deriva del crudo de petrleo del que procede el
combustible y a veces puede derivar de algn proceso al que ha sido
sometido en el fraccionamiento. Nos interesar que el contenido en
azufre sea el menor posible, ya que la legislacin marca unos
lmites. Los problemas que nos pueden provocar el azufre contenido
en un combustible lquido son: - Corrosiones en los equipos en los
que se quema el combustible, en equipos auxiliares (chimeneas),
precalentadores de aire,... - Contaminacin ambiental, que se debe
evitar - Influye sobre el poder calorfico del combustible, pudiendo
hacer que sea menor. Puede variarlo bastante - Si estamos
utilizando el combustible en una planta donde se van a utilizar los
gases de combustin, puede traer problemas al entrar en contacto
directo con lo que se est produciendo en la planta. 8) Punto de
anilina: El punto de anilina es la temperatura mnima a la cual una
mezcla de anilina y muestra al 50% en volumen son miscibles (la
anilina es una fenil-amina) dibujo. Se trata pues de la temperatura
de solubilidad de la anilina y la muestra. Este punto caracteriza
muy bien a los productos petrolferos, pues tanto stos como la
anilina son compuestos aromticos, y como lo semejante disuelve a lo
semejante, resulta que si el punto de anilina es bajo, el contenido
de aromticos es mayor, y si es alto, el contenido de parafinas ser
entonces mayor. De este modo podemos determinar si un petrleo tiene
un carcter ms parafnico o ms aromtico. El ensayo para determinar el
punto de la anilina consiste en meter la muestra en un bao de
calentamiento. A temperatura ambiente son miscibles. Se aumenta la
temperatura hasta que se mezclan, que ser cuando la mezcla se
vuelve transparente (aqu es cuando se ve el filamento de la
bombilla, que est situada detrs del tubo, sujeta a la placa metlica
que sostiene el tubo) 9) Presin de vapor de Reid: Aunque esta no
sea una medida exacta de la volatilidad, nos mide la tendencia que
presenta el combustible a pasar a fase vapor. Para determinarla se
mide la presin de vapor formado en el calentamiento de una muestra
de un combustible lquido a 37.8C (ASTM-D323)
Esta prueba se emplea para saber qu ocurrir en el almacenamiento
de los productos en la refinera. Este ensayo no es una medida de la
presin de vapor real, porque el aire que contiene la cmara va a
estar en contacto con los vapores que se producen en el ensayo. Los
s es una medida indirecta de elementos ligeros o muy voltiles que
contiene el combustible a ensayar. De esto deduciremos las
conclusiones necesarias de cara al almacenamiento y transporte del
combustible. Para hacer esta ensayo hay que tener cuidado de no
perder materia voltil de la muestra en su manipulacin. Se leer la
presin en el manmetro, siendo sta una medida indirecta de las
materias voltiles que contiene. CONCLUSION: En esta investigacin
encontramos informacin acerca de los calormetros y de combustibles,
en los calormetros se pueden determinar el calor especifico de
cualquier elemento y se vio los tipos de calormetros k existen
adems de cmo se utilizan y el proceso para determinar el calor
especifico En los combustibles aprendimos que existen combustibles
slidos, lquidos y gaseosos y cul es su poder calorfico y sus
caractersticas ms importantes, adems de donde provienen todos los
combustibles que es el petrleo.
CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERIAS
LABORATORIO DE MAQUINAS TERMICAS I MAESTRO: LOPEZ ORNELAS,
ARMANDO JAIME ANTONIO RAYGOZA GODINEZ CDIGO: 091587467 SECCION: D07
Viernes 9am-11am Tema: Descripcin, manejo y pruebas en la copa
cerrada para punto de inflamacin No. de reporte: no.4 Fecha:
31/05/2011PUNTO DE INFLAMACION
1. METODO 1.1. INTRODUCCION Es conveniente disponer de datos
preliminares sobre la inflamabilidad de la sustancia antes de
proceder al ensayo. Este procedimiento es aplicable a las
sustancias lquidas cuyos vapores pueden ser inflamados por fuentes
de ignicin. Los mtodos de ensayo descritos en el presente documento
slo son vlidos para los intervalos de punto de infamacin
especificados en cada uno de los distintos mtodos. A la hora de
seleccionar el mtodo hay que tener en cuenta las posibles
reacciones qumicas entre la sustancia y el soporte de la muestra.
1.2. DEFINICIONES Y UNIDADES El punto de inflamacin es la
temperatura mnima, corregida a una presin de 101,325 kPa, a la cual
un lquido desprende vapores, en las condiciones definidas en el
mtodo de ensayo, en una cantidad tal que se produzca una mezcla
vapor/aire inflamable en el recipiente de ensayo.
Unidad: C t = T - 273,15 (t en C y T en K) 1.3. SUSTANCIAS DE
REFERENCIA No es necesario utilizar sustancias de referencia cada
vez que se examina una nueva sustancia. Su principal funcin es la
de servir para comprobar las caractersticas
del mtodo de vez en cuando y comprobar con los resultados
obtenidos segn otros mtodos. 1.4. PRINCIPIO DEL METODO Se coloca la
sustancia en un recipiente de ensayo y de calienta o se enfra hasta
la temperatura de ensayo segn el procedimiento descrito en cada
mtodo concreto. Se hacen pruebas de ignicin para observar si la
muestra se inflama o no a la temperatura de ensayo. 1.5. CRITERIOS
DE CALIDAD 1.5.1. REPETIBILIDAD La repetibilidad depende del
intervalo del punto de inflamacin y del mtodo de ensayo utilizado;
mximo 2 C. 1.5.2. Sensibilidad La sensibilidad depende del mtodo de
ensayo utilizado. 1.5.3. Especificidad La especificidad de ciertos
mtodos de ensayo se limita a algunos intervalos de punto de
inflamacin y depende de las caractersticas de la sustancia (por
ejemplo, alta viscosidad). 1.6. DESCRIPCION DEL METODO 1.6.1.
Preparacin Se coloca una muestra de la sustancia problema en un
aparato de ensayo, de conformidad con los puntos 1.6.3.1. y/o
1.6.3.2. Por seguridad, se recomienda para sustancias energticas o
txicas segur un mtodo que exija una muestra pequea, alrededor de 2
cm . 1.6.2. Condiciones de ensayo Se debe instalar el aparato lejos
de corrientes de aire, siempre que esto no suponga ningn problema
de seguridad. 1.6.3. Desarrollo del ensayo 1.6.3.1. Mtodo de
equilibrio Vanse las normas ISO 1516, ISO 3680, ISO 1523 e ISO
3679. 1.6.3.2. Mtodos de no equilibrio
Vanse las normas BS 2000, parte 170, NF M07-011 y NF T66-009.
Aparato Abel-Pensky: Vanse las normas EN 57, DIN 51755 primera
parte (para temperaturas de 5 a 65 C). DIN 51755 segunda parte
(para temperaturas inferiores a 5 C) y NF M07-036. Aparato Tag:
Vase la norma ASTM D-56. Aparato Pensky-Martens:
Vanse las normas ISO 2719, EN 11, DIN 51758, ASTM D 93, BS
2000-34 y NF M07019. Observaciones: Cuando el punto de inflamacin
determinado por un mtodo de no equilibrio del punto 1.6.3.2, tiene
los siguientes valores: 0 2 C, 21 2 C o 55 2 C, es conveniente
confirmarlo mediante un mtodo de equilibrio utilizando el mismo
aparato. nicamente se pueden utilizar para la notificacin los
mtodos que puedan dar la temperatura del punto de inflamacin. Para
determinar en punto de inflamacin de lquidos viscosos (pinturas,
gomas, etc.) que contengan disolventes, slo se pueden utilizar los
aparatos y mtodos de ensayo que permitan determinar en punto de
inflamacin de los lquidos viscosos. Vanse las normas ISO 3679, ISO
3680, ISO 1523 y DIN 53213 primera parte. INFORME El informe de
ensayo incluir, a ser posible, la siguiente informacin:
- Especificacin precisa de la sustancia (identificacin e
impurezas). - Descripcin del mtodo utilizado, as como cualquier
desviacin. - Los resultados y cualquier otra informacin u
observacin que puedas ser til para la interpretacin de los
resultados.
CONCLUSIONES: Esta investigacin trata de saber cul es el punto
de inflamacin de sustancias, para esto se coloca cierta sustancia
inflamable dentro de una copa cerrada y se le incrementa la
temperatura asta observar que la sustancia empieza a incinerarse
sin necesidad de la flama aplicada y as entender mas el uso de
cierta sustancia inflamable para utilizarla en maquinas de
combustin interna.
CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERIAS
LABORATORIO DE MAQUINAS TERMICAS I MAESTRO: LOPEZ ORNELAS,
ARMANDO JAIME ANTONIO RAYGOZA GODINEZ CDIGO: 091587467 SECCION: D07
Viernes 9am-11am Tema: Descripcin y manejo de analizador de gases
de combustin No. de reporte: no.5 Fecha: 31/05/2011
ANALISIS DE LOS GASES DE ESCAPE DE LOS MOTORES DE COMBUSTION
INTERNA.
Del resultado del proceso de combustin del motor se obtienen
diversos gases y productos, entre ellos los ms importantes son el
CO ( monxido de carbono ), el CO2 ( dixido de carbono ), el O2 (
Oxigeno ) , Hidrocarburos no quemados ( HC ), Nitrgeno , Agua y
bajo ciertas condiciones Nox ( xidos de Nitrgeno). Un correcto
anlisis de las proporciones de los gases puede dar lugar a
diagnsticos muy importantes del funcionamiento del motor. El
analizador de gases de escape analiza la qumica de estos gases y
nos dice en que proporciones se encuentran los mismos. Todos estos
productos se obtienen a partir del aire y del combustible que
ingresa al motor, el aire tiene un 80 % de Nitrgeno y un 20 % de
Oxigeno (aproximadamente). Podemos entonces escribir lo siguiente:
AIRE + COMBUSTIBLE ====== > CO + CO2 + O2 + HC + H2O + N2 + Nox
(bajo carga) Una combustin completa, donde el combustible y el
oxigeno se queman por completo solo produce CO2 (dixido de carbono)
y H2O (agua). Este proceso de una combustin completa y a fondo muy
pocas veces se lleva a cabo y entonces surge el CO (monxido de
carbono) y consiguientemente aparece O2 (Oxigeno) y HC
(Hidrocarburos), tengamos en cuenta que la aparicin de los mismos
es porque al no completarse la combustin "siempre queda algo sin
quemar." Los valores normales que se obtienen a partir de la
lectura de un analizador de gases conectado a un motor de un
vehculo de Inyeccin Electrnica son los siguientes: CO < 2 % O2
< 2% CO2 > 12% HC < 400 ppm.
El nitrgeno normalmente as como entra en el motor, sale del
mismo y en la medida que el motor no est bajo una carga importante
no forma xidos de Nitrgeno. CO (monxido de carbono): El Monxido es
resultado del proceso de combustin y se forma siempre que la
combustin es incompleta, es un gas toxico, incoloro e incoloro.
Valores altos del CO, indican una mezcla rica o una combustin
incompleta. Normalmente el valor correcto est comprendido entre 0,5
y 2 %, siendo la unidad de medida el porcentaje en volumen. CO2
(Dixido de Carbono): El dixido de Carbono es tambin resultado del
proceso de combustin, no es toxico a bajos niveles, es el gas de la
soda, el anudrido carbnico. El motor funciona correctamente cuando
el CO2 est a su nivel ms alto, este valor porcentual se ubica entre
el 12 al 15 %. Es un excelente indicador de la eficiencia de la
combustin. Como regla general, lecturas bajas son indicativas de un
proceso de combustin malo, que representa una mala mezcla o un
encendido defectuoso. HC (Hidrocarburos no quemados): Este
compuesto representa los hidrocarburos que salen del motor sin
quemar. La unidad de medida es el ppm, partes por milln de partes,
recordemos que el porcentaje representa partes por cien partes y el
ppm, partes por milln de partes. La conversin seria 1%=10000 ppm.
Se utiliza el ppm, porque la concentracin de HC en el gas de escape
es muy pequea. Una indicacin alta de HC indica: Mezcla rica, el CO
tambin da un valor alto. Mala combustin de mezcla pobre. Escape o
aceite contaminado. El valor normal est comprendido entre 100 y 400
ppm. O2 (Oxigeno): Este compuesto es el oxigeno del aire que sobro
del proceso de combustin. Un valor alto de Oxigeno puede deberse a
mezcla pobre, combustiones que no se producen o un escape roto.
Un valor de 0% significa que se ha agotado todo el oxigeno, si
el Co es alto es indicativo de un mezcla rica. Normalmente el
Oxigeno debe ubicarse debajo del 2 %. Nox (xidos de Nitrgeno): Los
xidos de Nitrgeno se simbolizan genricamente como Nox, siendo la
"x" el coeficiente correspondiente a la cantidad de tomos de
Nitrgeno, puede ser 1, 2,3 etc. Estos xidos son perjudiciales para
los seres vivos y su emisin en muchos lugares del mundo se
encuentra reglamentada. Los xidos de Nitrgeno surgen de la
combinacin entre s del oxigeno y el nitrgeno del aire, y se forman
a altas temperaturas y bajo presin. Este fenmeno se lleva a cabo
cuando el motor se encuentra bajo carga, y con el objetivo de
disminuir dicha emisin de gases, los motores incorporan el sistema
EGR (recirculacin de gas de escape). El EGR est constituido por una
vlvula, de accionamiento neumtico o elctrico, que permite que
partes de los gases de escape pasen a la admisin del motor, y de
esta forma se encarezca la mezcla. Si bien el motor pierde
potencia, la temperatura de combustin baja y ello lleva aparejado
una disminucin en la emisin de Nox. Tenemos que destacar que la
vlvula EGR, se abre en motores naftenos slo bajo condiciones de
carga y su apertura es proporcional a la misma. El sistema EGR
disminuye las emisiones de xidos de nitrgenos, por una baja
significativa en la temperatura de la cmara de combustin, como
consecuencia del ingreso del gas de escape a la misma. Relacin
Lambda: Se define a la relacin Lambda como Rel. Lambda = R. Real /
14.7 Siendo R.Real la relacin en peso aire- combustible real que
tiene el motor en ese momento. La relacin ideal aire-combustible es
de 14.7 gr. de aire y 1 gr. de nafta. Supongamos que el motor est
funcionando con una mezcla un poco rica, por ejemplo con una
relacin 13.8:1, entonces la relacin lambda ser R. Lambda= 13.8/14.7
Vemos que este valor ser 0.9. En resumen una relacin lambda menor
que 1, significa que la mezcla aire combustible se est produciendo
en una condicin de riqueza. Una relacin lambda mayor que 1,
significa que la relacin aire combustible se est efectuando en una
condicin de pobreza. Tengamos presente algo muy importante: Una
relacin lambda=1, significa que el aire y el combustible han sido
mezclados en la proporcin exacta, lo que no implica que el motor
despus queme bien esos productos.
Esto puede interpretarse como que a pesar que la mezcla es
correcta, el motor puede tener deficiencias y quemar mal esa
mezcla. Este concepto es importante porque nos puede indicar
problemas en el motor, como una mala puesta a punto de la
distribucin, un encendido defectuoso, combustiones desparejas por
inyectores sucios, etc. Analizadores de Gases Infrarrojos
Funcionamiento y principios bsicos: Actualmente existen diversos
tipos de sistemas para anlisis de gases de escape. Trataremos a
continuacin la teora y explicacin del funcionamiento de los
analizadores de gases de escape infrarrojos. La energa infrarroja
IR es una forma de luz. La longitud de onda de esta energa es ms
larga que la de la luz que nosotros podemos llegar a ver, de todas
maneras el ser humano no puede ver la energa infrarroja
directamente desde sus ojos. De hecho existen algunos dispositivos
que pueden detectar la presencia de ondas de luz infrarroja. Muchos
gases tienen la propiedad de absorber ondas de luz especficas. Los
gases principales en el campo de trabajo automotriz como lo son:
monxido de carbono, hidrocarburos, dixido de carbono, etc. tienden
a absorber las bandas estrechas de longitudes de ondas infrarrojas
5 6 veces ms largas que la luz visible. La absorcin del ancho de
las bandas de cada uno de los componentes de un gas es
relativamente estrecha. Afortunadamente hay un muy pequeo lapso de
absorcin de bandas en varios gases presentes en una corriente de
gases. Es posible detectar la presencia de un gas, por medicin del
equivalente de la luz infrarroja absorbida en una onda particular
de energa infrarroja que pasa a travs de las clulas contenidas en
la mezcla de un gas. Si un gas absorbe un espectro de luz
infrarroja, y este espectro es caracterstico y especfico de dicho
gas, entonces la indicacin de esta absorcin puede ser usada como
indicacin de la concentracin de dicho gas. La concentracin de un
gas que se quiere medir puede ser expresada porcentualmente de
acuerdo a la absorcin de IR que pasa a travs de una celda que
contenga ese gas en una mezcla de gases. El mtodo frecuentemente
usado en analizadores de gases de escape para poder medir la
concentracin de los gases presentes en la mezcla, consiste en hacer
pasar luz infrarroja por una celda que contiene el gas, y detectar
la energa absorbida por cada uno de los gases con detectores
apropiados. Estos detectores consisten en un filtro ptico formando
por un lente que permite solo pasar las longitudes de onda del
espectro infrarrojo correspondientes al gas cuya concentracin se
quiere medir.
Luego de este filtro, la luz es sensada por un sensor ptico
electrnico (fotodiodo o fototransistor). Esquemticamente:
Entre la celda de medicin y el emisor de infrarrojo existe un
disco ranurado que deja pasar la luz infrarroja en intervalos
irregulares (CHOPPER), en el caso el analizador de gases sea de dos
gases existe un filtro para cada uno de estos gases, la celda de
medicin es tambin sometida a una leve temperatura que es controlada
por un dispositivo. Los sensores pticos, as constituidos envan
seales elctricas a circuitos electrnicos amplificadores, los cuales
terminan marcando en un display los valores de cada uno de los
gases que son sensados por estos dispositivos. RESUMEN: Motores sin
catalizador CO 1-2 % CO2 > 13% O2 < 2% HC < 300ppm Nox,
depende de la condicin de carga del motor. En motores con
catalizador se busca disminuir las concentraciones de monxido de
carbono, Hidrocarburos y xidos de nitrgenos. Los catalizadores
pueden tener varias vas, y se denomina va, a la posibilidad de
disminuir cada uno de los gases. Por ejemplo un catalizador de 2
vas, disminuye las emisiones de CO y HC. Uno de 3 vas, las
emisiones de CO, HC y Nox. El sensor lambda, ubicado antes del
catalizador, le asegura al mismo una concentracin mnima de oxigeno
a los efectos de que pueda trabajar. Tengamos presente que para
cada uno de los procesos qumicos que se llevan a cabo en un
catalizador, siempre hace falta Oxigeno. Cuando el motor se
encuentra fro, el oxigeno resulta insuficiente, ya que la mezcla es
rica, a los efectos de garantizar oxigeno aun en esas condiciones,
los motores mas ecolgicos incorporan la bomba de aire (bombea aire
al sistema de escape), para que el convertidor (o catalizador)
pueda trabajar.
CONCLUSIONES: Aqu analizamos el uso del el analizador de gases y
con los datos que nos proporciona podemos dar un diagnostico
certero acerca del motor que estamos analizando ya que cada gas
analizado arroja informacin que nos ayuda a entender la situacin
del motor en prueba, adems aprendimos que algunos gases son ms
nocivos que otros y tenemos que tener cuidado con estos gases
peligrosos y cuidar de nuestro medio ambiente.
CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERIAS
LABORATORIO DE MAQUINAS TERMICAS I
MAESTRO: LOPEZ ORNELAS, ARMANDO JAIME ANTONIO RAYGOZA GODINEZ
CDIGO: 091587467 SECCION: D07 Viernes 9am-11am Tema: Unidad de la
combustin Calormetro de estrangulacin Diagrama de Mollier No. de
reporte: no.6 Fecha: 31/05/2011
C492 Unidad de Combustin para Laboratorio Permite el estudio de
muchos aspectos de la combustin y de la operacin del mechero (o
quemador) usando los mecheros opcionales o cualquier mechero
comercial de petrleo o de gas de hasta 150kW. Las cuatro ventanas
amplias de observacin en el armazn de la cmara de combustin
enfriada por agua proporcionan una excelente facilidad para la
demostracin de la llama. Su instrumentacin completa y
caractersticas de seguridad permiten la operacin del estudiante
bajo supervisin sobre un margen amplio de relaciones de aire/
combustible y de combustibles distintos. Un analizador de gas de
combustin y paquete de instalacin de gases de combustin opcionales
complementan la unidad de prueba de combustin que puede instalarse
en casi cualquier laboratorio. .
BALANCE RMICO DE UNA CALDERA Laboratorio de Operaciones
Unitarias INTRODUCCION Al disearse una caldera, se debe tener en
cuenta que tenga una superficie lo suficientemente grande, como
para permitir una buena transferencia decalor para que la combustin
se realice de la forma ms eficiente posible y tambin de un modo
tal, que las perdidas en calor sean lo ms pequeas, para as, obtener
el mximo rendimiento. Estas se clasifican, atendiendo a la posicin
relativa de los gases calientes y del agua, en acuotubulares y
pirotubulares. En las calderas acuotubulares, por el interior de
los tubos pasa agua o vapor, y los gases calientes se hallan en
contacto con la superficie externa. Una caldera se puede elegir
para un servicio dete rminado depende del combustible de que se
disponga, tipo de servicio, capacidad de produccin de vapor
requerida, duracin probable de la instalacin, y de otros factores
de carcter econmico. Con respecto a la operacin de la caldera, es
importante reali ar el Balance Trmico, el z cual consiste en saber
la distribucin del calor resultante de la combustin del
combustible, el balance trmico consiste en la confeccin de una
tabla con el calor absorbido por el generador de vapor y con las
varias perdidas ca lorficas concurrentes en la combustin. En la
presente experiencia se utiliza una caldera del tipo acuotubular
para realizar el balance trmico de la misma.
OBJETIVOS Determinar cuantitativamente y en forma experimental,
la distribucin del calor contenido por el combustible, para un
generador de vapor. EQUIPO USADOy Caldera Para la realizacin de la
experiencia se utiliz una caldera de las siguientes caractersticas:
Marca y ao de fabricacin: BROSSE-1968 150 Kg Capacidad
vapor/hora
Superficie Tipo Presin nominal
6.85 m2 Acuotubular 8 atmsferas (relativas)
y Calormetro de mezcla Los calormetros del tipo de mezcla,
utilizan la mezcla de un lquido con entalpa conocida, que se mezcla
con el lquido del cual se desea saber la entalpa. A travs, de los
valores de temperatura y masa inicial y final, se puede determinar
el valor de l a entalpa. y Calormetro de estrangulacin Los
calormetros del tipo de estrangulacin se fundan en que si el vapor
se estrangula y a continuacin se expansiona sin realizar trabajo o
sin prdida de calor, la energa total del vapor permanece
invariable. . El vapor entra por una tobera de toma de muestra y
expansiona al pasar por un orificio. y Analizador de Orsat Mediante
el Analizador de Orsat puede efectuarse un anlisis de los productos
de escape a partir del cual es posible calcular la relacin
aire/combustin. Tambin puede determinarse el grado de efectividad
de la combustin, este dato es de vital importancia para el
funcionamiento de una caldera. Las partes fundamentales de un
analizador de Orsat tpico son: La bureta de medida, el frasco
nivelador, el filtro de gas y las pipetas de absorcin, las cuales
se conectan entre s mediante las llaves. Cada una de las pipetas de
absorcin va provista de un pequeo nmero de tubos de vidrio, con el
fin de exponer una gran cantidad de superficie, mojada por los
reactivos absorbentes, al gas sometido a anlisis. La bureta de
medida est rodeada de una camisa de agua, para evitar las
variaciones de temperatura y densidad del gas. El anhdrido carbnico
es absorbido en una pipeta, la cual est llena de potasa custica
KOH; en otra pipeta queda retenido el oxigeno, dicha pipeta
contiene una disolucin alcalina de cido piroglico; finalmente, el
xido de carbono es absorbido por una solucin cida de cloruro
cuproso en otra otras pipetas. Estas pipetas deben contener algo de
cobre metlico, con el fin de mantener la solucin activada. Las
absorciones deben realizarse en el orden indicado, obtenindose el
nitrgeno por
diferencia. Deben utilizarse reactivos recin preparados, y han
de mantenerse protegidos del aire. Las conexiones existentes entre
las diversas partes del aparato no deben presentar fugas. Indicador
de consumo de combustible En la caldera existe un elemento que nos
indica cantidad de combustible (en este caso un litro), para
determinar el gasto de combustible se toma el tiempo que demora en
consumirse esta cantidad (un litro).
CALORIMETRIA, CAMBIOS DE FASE y LEY GENERAL DE LOS GASES
INTRODUCCIN Calorimetra significa medicin de calor. Calor es la
transferencia de energa durante los cambios de temperatura. El
calor tambin interviene en los cambios de fase, como la fusin del
hielo o la ebullicin del agua, sin embargo, en este proceso la
energa se emplea en otro cambio importante a nivel molecular del
cuerpo. El estudio, ser medir estas transferencias, considerando
las variables que intervienen y que podemos controlar, nos permitir
predecir o anticipar lo que ocurrir en los cuerpos. Se estudiara la
termodinmica en sus variables macroscpicas, por de pronto, es
importante comprender que es distinto un gas real de uno ideal,
como tambin en qu relacin estn las variables de presin, volumen y
temperatura. La ley de los gases es la que nos permite relacionar
las variables de presin, volumen y temperatura, sta surge de
diversos descubrimientos entre los cuales podemos sealar a Robert
Boyle (ingls), Jacques Charles (francs), Joseph Gay Lussac, quienes
con su contribu cin se pudo determinar la ley de los gases
ideales.
Calorimetra y cambios de fase Algunas definiciones de conceptos
importantes a considerar en esta unidad: 1) Calor es la energa en
trnsito (en movimiento) entre 2 cuerpos o sistemas, proveniente de
la existencia de una diferencia de temperatura entre ellos. 2)
Unidades de Cantidad de Calor (Q) Las unidades de cantidad de calor
(Q) son las mismas unidades de trabajo (W). Sistema Tcnico
Kilogrmetro (Kgm) Sistema Internacional (S.I.) o M.K.S. Joule (J)
Sistema C.G.S. Ergio (erg) Hay otras unidades que usan para medir
el calor: Calora (cal), Kilocalora (Kcal) = 1000 cal British Termal
Unit (BTU). Calora: es la cantidad de calor necesaria para aumentar
la temperatura de 1 gramo de agua, en 1C, (de 14,5 C a 15,5 C) a la
presin de 1 atmsfera (Presin normal). Relacin entre unidades 1
Calora (cal) = 4,186 Joules 1 Kilo caloras = 1x10 cal 1 BTU = 252
cal 1 Joule (J) = 1x107 erg 3) Calor de combustin: Es la razn entre
la cantidad de calor (Q) que es suministrada por una determinada
masa (m) de un combustible al ser quemada: Qc= calor de combustin
en cal/gr mQQc= 4) Capacidad trmica de un cuerpo C: Es la relacin
entre la cantidad de calor (Q) recibida por un cuerpo y la variacin
de temperatura ( t) que ste experimenta. Adems, la capacidad trmica
es una caracterstica de cada cuerpo y representa su capacidad de
recibir o ceder calor variando su energa trmica. C= capacidad
trmica en cal/C 5) Calor especfico de un cuerpo: Es la razn o
cociente entre la capacidad trmica (C) de un cuerpo y la masa (m)
de dicho cuerpo. Adems, en el calor especfico se debe notar que es
una caracterstica propia de las sustancias que constituye el
cuerpo, en tanto que la capacidad trmica (C) depende de la masa (m)
y de la sustancia que constituye el cuerpo:3
Tambin, debemos notar que el calor especfico de una sustancia
vara con la temperatura, aumentando cuando est aumenta; pero en
nuestra unidad consideraremos que no vara, es decir permanecer
constante. El calor especfico del agua es la excepcin a esta regla,
pues disminuye cuando la temperatura aumenta en el intervalo de 0 C
a 35 C y crece cuando la temperatura es superior a 35 C. En este
caso consideraremos el calor especfico (c) del agua constante en el
intervalo de 0 C a 100 C y es igual a 1 Cgrcal Tabla del calor
especfico de algunas sustancias Material Agua Hielo Aire Aluminio
Plomo Hierro Latn Mercurio Cobre Plata Calor especfico en Cal/grC 1
0.5 0.24 0.217 0.03 0.114 0.094 0.033 0.092 0.056
Calor cedido o absorbido (recibido) de un cuerpo: Es la cantidad
de calor recibido o cedido por un cuerpo al sufrir una variacin de
temperatura ( T) sin que haya cambio de estado fsico (slido, lquido
o gaseoso) La expresin matemtica es la ecuacin fundamental de la
calorimetra. 2 Principio: La cantidad de calor recibida por un
sistema durante una transformacin es igual a la cantidad de calor
cedida por l en la transformacin inversa. Puntos de Ebullicin y de
Fusin En el lenguaje cotidiano solemos confundir los trminos calor
y temperatura. As, cuando hablamos del calor que hace en el verano
o lo mal que saben los refrescos calientes, realmente nos referimos
a la temperatura, a la mayor o menor temperatura del aire o los
refrescos. La temperatura es una magnitud fsica que nos permite
definir el estado de una sustancia, lo mismo que cuando decimos que
un coche circula a 90 km/h o que una casa tiene 5 m de alto. Cuando
se ponen en contacto dos sustancias a distinta temperatura,
evolucionan de forma que el cuerpo a mayor temperatura la disminuye
y el que tena menor temperatura la aumenta hasta que al final los
dos tienen la misma temperatura, igual que al echar un cubito de
hielo a un refresco, que el refresco se enfra y el cubito de hielo
sedo
calienta y termina convirtindose en agua. Decimos que la
sustancia a mayor temperatura ha cedido calor a la sustancia que
tena menor temperatura. Sin embargo, el calor no es algo que est
almacenado en el cuerpo ms caliente y que pasa al cuerpo ms fro.
Tanto uno como otro poseen energa, que depende de la masa del
cuerpo, de su temperatura, de su ubicacin, etc. y recibe el nombre
de energa interna. Cuando esta energa interna pasa de una sustancia
a otra a causa de la diferencia de temperatura entre ellas la
llamamos calor. Una catarata es agua que pasa de un sitio a otro
porque estn a distinta altura, de forma similar el calor es la
energa que pasa de un cuerpo a otro porque estn a distinta
temperatura. Punto de ebullicin: Si ponemos al fuego un recipiente
con agua, como el fuego est a mayor temperatura que el agua, le
cede calor y la temperatura del agua va aumentando, lo que podemos
comprobar si ponemos un termmetro en el agua. Cuando el agua llega
a 100 C, empieza a hervir, convirtindose en vapor de agua, y deja
de aumentar su temperatura, pese a que el fuego sigue
suministrndole calor: al pasar de agua a vapor de agua todo el
calor se usa en cambiar de lquido a gas, sin variar la
temperatura.
La temperatura a la que una sustancia cambia de lquido a gas se
llama punto de ebullicin y es una propiedad caracterstica de cada
sustancia, as, el punto de ebullicin del agua es de 100 C, el del
alcohol de 78 C y el hierro hierve a 2750 C. Punto de fusin: Si
sacas unos cubitos de hielo del congelador y los colocas en un vaso
con un termmetro vers que toman calor del aire de la cocina y
aumentan su temperatura. En un principio su temperatura estar
cercana a -20 C (depende del tipo de congelador) y ascender
rpidamente hasta 0 C, se empezar a formar agua lquida y la
temperatura que permanecer constante hasta que todo el hielo
desaparezca. Igual que en el punto de ebullicin, se produce un
cambio de estado, el agua pasa del estado slido (hielo) al estado
lquido (agua) y todo el calor se invierte en ese cambio de estado,
no variando la temperatura, que recibe el nombre de punto de fusin.
Se trata de una temperatura caracterstica de cada sustancia: el
punto de fusin del agua por ejemplo es de 0 C, el alcohol funde a
-117 C y el hierro a 1539 C. r Otro dato importante son los puntos
de ebullicin y de fusin de distintas sustancias. A continuacin una
tabla en relacin a esto:
Sustancia Agua Alcohol Hierro Cobre Aluminio Plomo Mercurio
Punto de fusin Punto de (C) ebullicin (C) 0 100 -117 78 1539
2750 1083 2600 660 2400 328 1750 -39 357
TABLA DE VALORES DE CALOR ESPECFICO, FUSIN Y DE VAPORIZACIN
Material Kcal/kg.C Especfico (Ce) kJ/kg.K kJ/kg Fusin (L f)
Vaporizaci n (Lv)
kJ/kg
Aceite de Oliva Acero Agua Alcohol Alpaca Aluminio Antimonio
Azufre Bronce Cadmio Carbn Mineral Carbn Vegetal Cinc Cobalto Cobre
Cromo Estao ter etlico Fenol Glicerina Hierro Ladrillo Refractario
Latn Manganeso Mercurio Mica Naftalina Nquel Oro Parafina Plata
Platino Plomo Potasio Tolueno Vidrio
0,400 0,110 1,000 0,600 0,095 0,217 0,050 0,179 0,086 0,056
0,310 0,201 0,093 0,104 0,093 0,108 0,060 0,540 0,580 0,113 0,210
0,094 0,110 0,033 0,210 0,110 0,031 0,778 0,056 0,031 0,031 0,019
0,380 0,200
1,675 0,460 4,183 2,513 0,398 0,909 0,210 0,750 0,360 0,234
1,300 0,840 0,389 0,435 0,389 0,452 0,250 2,261 2,430 0,473 0,880
0,394 0,460 0,138 0,880 0,461 0,130 3,260 0,235 0,130 0,130 0,080
1,590 0,838
205 335 377 164 38 46 117 243 172 59 113 113 109 176 168 155
11,7 151 234 67 147 109 113 23 59 -
2250 880 281 365 -
Diagrama de Mollier: En este acpite abordaremos el estudio del
Diagrama de Mollier. Como tal se ha estructurado el acpite de la
siguiente forma: o Aspectos generales de diagrama de Mollier:
representacin H-S, zonas principales en el diagrama, rectas de
condensacin. o Uso prctico de diagrama de Mollier: como utilizar el
diagrama en el caso de las evoluciones ms usuales. Aspectos
Generales del Diagrama de Mollier:
En la siguiente figura se visualiza el diagrama H-S para el
agu