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Indice
1. INTRODUCCION 2
2. OBJETIVOS 2
3. MARCO TEORICO 3
4. ESQUEMA DE PRINCIPIO DEL EQUIPO 5
5. PROCEDIMIENTO 7
6. TABULACION DE DATOS 7
7. CALCULO 8
8. TABULACION DE RESULTADOS 9
9. DISCUSIONES 10 10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 11
11. BIBLIOGRAFIA 11
1. Introducción
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El presente informe, elaborado en base a la experiencia llevada a cabo en el
laboratorio de termodinámica tiene la intensión de ser una modesta contribución para
explicar la combustión de un gas (Propano) mediante el uso de la Bomba Calorimétrica
de Junker, que es un quipo que mide el calor de combustión a presión constante y de tal
manera poder calcular el Poder Calorífico del Combustible (Gas Propano).
En este informe el lector contará con el concepto y ecuaciones relacionadas con el
Poder Calorífico de un Combustible, además de los ya conocidos en la experiencia de
Análisis de Gases de Combustión.
Finalmente esperando que este informe cumpla con su objetivo y sea de valor
informativo al lector que la tenga en sus manos.
2. Objetivos
Dar a conocer la existencia de una propiedad importante que genera el combustible,
que es la de su Poder Calorífico.
Brindar los conocimientos teóricos acerca del Poder Calorífico de los Combustibles
y de tal manera hacer uso de estos para compararlos con los obtenidos
experimentalmente en el laboratorio.
ofrecer al alumno conocimientos y el manejo del equipo de la Bomba Calorimétrica
de Junker.
Determinar mediante un proceso experimental el valor o poder calorífico de un gas
(superior o inferior). Usando para ello una “Bomba CALORIMETRICA DE
JUNKER”
3. Marco Teórico
1 PODER CALORIFICO
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Se define como la cantidad de energia liberada cuando un combustible se quema por
completo y los productos vuelven al estado de los reactantes, es decir los productos se
enfrian hasta la temperatura de los reactantes. En otras palabras el Poder Calorífico de
un combustible es igual alcalor de combustión (entalpia de combustión).
El poder calorifico de los combustibles liquidos y solidos se determinan con una bomba
calorimetrica (volumen constante) en laboratorios. Para los combustibles gaseosos el
poder calorifico se determina en un calorimetro para gas.
Debido a que la mayoría de combustibles contiene Hidrógeno durante la combustión se
produce vapor de agua. Al enfriarse los productos, cierta cantidad de vapor de agua
condensada liberando calor.
El poder calorífico dependerá entonces de la cantidad de vapor condensado.
Se han determinado para los combustibles los siguientes poderes caloríficos:
El poder calorífico varía entre un valor inferior (neto) cuando no hay condensación
alguna y un valor superior (bruto) cuando hay condensación completa
3.1.1 PODER CALORIFICO SUPERIOR (PCS): Es el que se obtiene cuando el
vapor de agua formado durante la combustión condensa totalmente, al enfriar los
productos hasta la temperatura de los reactantes. Es el calor desprendido por todos los
componentes de una unidad de masa al reaccionar con el oxígeno.
Poder Calorífico Superior (H0)
Donde:
(Kg.) : masa de agua contenida en la probeta.
: Calor Específico del agua a P=const.
(ºC) : Temperatura de ingreso del agua.
(ºC) : Temperatura de salida del agua.
(m3) : Volumen de gas en el contador.
PODER CALORIFICO INFERIOR (PCI): Es el que se obtiene cuando el vapor de
agua no condensa, al enfriar los productos hasta la temperatura de los reactantes. Es el
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PCS, al que se le resta el calor producido por alguno de los componentes y que no puede
ser aprovechado en los sistemas normales; especialmente se refiere al calor latente de
condensación del vapor de agua que se produce en la combustión y que, por las
temperaturas normalmente utilizadas en calderas y motores, se expulsa en forma de
vapor. Se exceptúa el caso de las calderas de condensación.
Poder Calorífico Inferior (HU)
Calor por Evaporación de la masa de condensado
Donde:
(Kg.) : masa de agua condensada durante la combustión.
(KJ/Kg) : Entalpía de vaporización del agua, depende de la presión del agua en los gases de combustión.
: Volumen de gas. CALOR LATENTE: Se entiende por calor latente de condensación, la cantidad de
calor desprendida por la condensación de un kilogramo de vapor, en estado de
condensación lapso durante el cual la temperatura del cuerpo permanece constante. Este
calor representa el desprendimiento de una cierta cantidad de la energía interna que
posee el vapor, debido a que al pasar del estado de vapor al estado líquido, disminuye la
energía interna de sus moléculas y aumenta la cohesión molecular.
PODER CALORIFICO A VOLUMEN CONSTANTE: Se determina en un proceso
de combustión a volumen constante. Para el efecto se realiza un ensayo en una bomba
calorífica que en nuestro caso será una Bomba Calorífica Universal. Este método es
utilizado para combustibles líquidos y sólidos.
PODER CALORIFICO A PRESION CONSTANTE: Se determina en un proceso
de combustión a presión constante en un sistema o en un proceso de flujo y estado
estable. El ensayo se realiza en un calorímetro para gas del tipo de flujo continuo, en
nuestro caso usaremos una Bomba Calorífica de Junker.
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4. Esquema de Principio del Equipo
CALORIMETROS
Son aparatos que se utilizan en los laboratorios para la determinación de los poderes
caloríficos de los combustibles.
BOMBA CALORIMETRICA DE JUNKER
Se lo usa para determinar el poder calorífico de los combustibles gaseosos, es un
equipo que no tiene mucha exactitud. Todo el proceso se lleva a cabo a presión
constante (P=const.). La transmisión entre los gases de combustión y el agua, se hace
por medio del principio de contracorriente, existiendo circulación permanente mientras
dure la experiencia.
COMPONENTES:
Balón de Gas Propano.- Recipiente metálico de 24 lb. de masa de Gas Propano.
Regulador de Presión.- Tipo de diafragma, controla la presión del gas que
ingresa al calorímetro.
Contador de Volumétrico de Gas.- Llamado también medidor rotativo de tipo
húmedo, mide el caudal del gas.
Mechero de Bunsen.- Tipo cilíndrico, produce el encendido del gas.
Humificador de Aire.- Recipiente cilíndrico, que va conectado antes del
intercambiador y nos permite que el aire entre saturado al intercambiador.
Intercambiador de Calor.- Recipiente metálico donde se produce la transferencia
de energía entre el gas analizado y el agua.
Probeta graduada de 2000 cc.- Recipiente de vidrio graduado, recibe la cantidad
de agua que entra en el proceso, durante un tiempo t.
Termómetros de 10-40ºC y 0-100ºC.- Se usará para medir la lectura de la
temperatura de entrada del agua (T. ambiente) y la temperatura de salida del
agua respectivamente.
Cronómetro.- Se usará para medir en un intervalo de tiempo dado, la cantidad de
agua que circula por el contador de gas y el intercambiador de calor
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5. Procedimiento
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El valor calorífico de los combustibles gaseosos, se determina por medio de un
calorímetro para gas que es de tipo flujo continuo, el gas se quema en un mechero de
Bunsen y los productos de la combustión pasan por tubos que están rodeados por agua
circulante.
Se mide el caudal en volumen de gas a través del calorímetro, la circulación del agua se
ajusta de modo de enfriar los productos de combustión a la temperatura de entrada del
aire, se mide el caudal del agua a través del calorímetro y se determina su aumento de
temperatura, el calor recibido por el agua es igual al valor calorífico del gas.
Los pasos a seguir para realizar el ensayo son los siguientes:
conectar la manguera del balón de gas al regulador de presión.
conectar la manguera del regulador de presión al contador de gas.
conectar la manguera del contador al mechero.
conectar la manguera del agua al ingreso del contador.
conectar la manguera del contador al intercambiador de calor.
conectar la manguera de descarga en la válvula de dos vías.
conectar el humificador de aire.
Colocar los termómetros y la probeta de 2000 cc.
Proceder a regular el nivel de contador de gas.
Dejar circular agua por el contador y el intercambiador.
Encender el mechero, regulando la llama al intercambiador
Se medirán sobre un intervalo de tiempo dado, la cantidad de agua que circula
por el contador de gas y el intercambiador de calor.
Deberán leerse las temperaturas de entrada y salida del agua.
6. Tabulación de Datos
volumen de gas
volumen de agua
T. de entrada T. de salida tiempo
1L 260ml 21 42 171L 360ml 21 42 171L 320ml 21 42 191L 300ml 21 42 18
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7. Cálculo
PRUEBA Nº 1 PODER CALORIFICO SUPERIOR (H0)
PODER CALORIFICO INFERIOR (HU)
Combustión Incompleta-Real
Balance:
N : q = 86.104
Fracción Molar de Agua
Presión Parcial de Agua
De la tabla de presiones sacamos
hfg = 2395.928
CALCULO DE LA ENTALPIA ESPECIFICA DEL PROPANO C3H8
Ł = mk x hfg / 0.06
Mk = 10gr
8
Ł = 397.66
Finalmente:
PODER CALORIFICO INFERIOR
HU = H0 – τ
HU = 22190.9
PRUEBA Nº 2
PODER CALORIFICO SUPERIOR (H0)
PODER CALORIFICO INFERIOR (HU)
PRUEBA Nº 3
PODER CALORIFICO SUPERIOR (H0)
PODER CALORIFICO INFERIOR (HU)
Ç
PRUEBA Nº 3
PODER CALORIFICO SUPERIOR (H0)
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PODER CALORIFICO INFERIOR (HU)
8. Tabulación de Resultados
ENSAYOP.C. SUPERIOR
P.C INFERIOR
1 22588.56 22190.92 31646.16 31248.53 28129.92 27732.264 26371.8 25974.14
9. Discusiones
El uso de la Bomba Calorimétrica es necesario para mejorar el proceso de enseñanza en el campo de los Combustibles, debido a que éste aparato serviría como un instrumento didáctico de apoyo al docente y de gran ayuda al alumno. Será el respaldo fundamental para el mejor entendimiento de los objetivos de elección y uso de los Combustibles.
Haciendo la comparación entre las Bombas Calorimétricas de Junker y Universal se concluye que este último es de más precisión y su uso es de gran importancia en el Laboratorio de Máquinas Térmicas, así como también en el área de Motores de Combustión Interna (MCI).
10. Conclusiones y Recomendaciones
Los procesos de combustión liberan energía, casi siempre en forma de calor. La
máxima cantidad de calor obtenida de los productos que se puede medir gracias
a las Bombas Calorimétricas, recibe el nombre de Poder Calorífico del
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Combustible, y gracias a que lo podemos calcular podemos realizar ensayos para
determinar que combustible nos brinda mejores beneficios y de tal manera hacer
uso de este.
La Bomba Calorimétrica de Junker no es un instrumento de mucha precisión. En
efecto, hay que tomar muchas precauciones para obtener resultados
satisfactorios para fines de ingeniería.
11. Bibliografía
“GUIA DE LABORATORIO DE TERMODINÁMICA II”
INTERNET: www.google.com
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