Calor de combustión de Combustibles Líquidos de Hidrocarburos por Bomba Calorimétrica

Designación: D 240 – 02

Método de Ensayo Estándar para

Calor de combustión de Combustibles Líquidos de Hidrocarburos por Bomba Calorimétrica

Este método se emite bajo la designación fija D 240; el número que  inmediatamente sigue a la designación indica el año de adopción original o, en el caso de revisión,  el año de la última revisión. El número en paréntesis indica el año de la última reaprobación. El superíndice épsilon indica un cambio editorial desde la última revisión o reaprobación.

Este estándar ha sido aprobado para uso por las agencias del Departamento de Defensa.

1. Alcance

1. Este método de ensayo cubre la determinación del calor de combustión de combustibles líquidos de hidrocarburos que van en volatilidad desde destilados ligeros hasta combustibles residuales.

1. Bajo condiciones normales, este método de ensayo es directamente aplicable a combustibles tales como gasolinas, kerosenes, aceites combustibles Nos. 1 y 2, combustibles diesel Nos. 1-D y 2-D y combustibles de turbina de gas Nos. 0-GT, 1 –GT y 2-GT.

1. Este método de ensayo no es tan repetitivo ni reproducible como el Método de Ensayo D 4809.

1. Los valores dados en unidades SI han de ser considerados como estándar.

1. Esta norma no tiene el propósito de abordar todos los problemas de seguridad, si los hay, asociados con su uso. Es responsabilidad del usuario establecer las prácticas de seguridad e higiene apropiadas y determinar la aplicabilidad de limitaciones reguladoras previas a su uso. Para declaraciones específicas de peligro, ver las Secciones 7, 9 y A1.10, así como el Anexo A3.

1. Documentos de Referencia

1. Estándares ASTM:

D129 Método de Ensayo para Azufre en Productos de Petróleo (Método General de Bomba)2

D1018 Método de Ensayo para Hidrógeno en Fracciones de Petróleo2.

D 1266 Método de Ensayo para Azufre en Productos de Petróleo (Método Lamp)2.

D 2622 Método de Ensayo para Azufre en Productos de Petróleo mediante Espectroscopia de Fluorescencia de Rayos X de Dispersión por Longitud de Onda3.

D 3120 Método  de Ensayo para Cantidades Traza de Azufre en Hidrocarburos Ligeros Licuados de Petróleo mediante Microculombimetría Oxidativa3.

D 3701 Método de Ensayo para Contenido de Hidrógeno en Combustibles para turbinas de Aviación mediante Espectrometría de Resonancia Magnética Nuclear de Baja Resolución.

D 4294 Método de Ensayo para Azufre en Petróleo y Productos de Petróleo mediante Espectroscopia de Fluorescencia de Rayos X de Dispersión Energética3

D 4809 Método de Ensayo para el Calor de Combustión de Combustibles Líquidos de Hidrocarburos  mediante Bomba Calorimétrica (Método de Precisión)3.

D 5453 Método de Ensayo para la Determinación del Total de Azufre en Hidrocarburos Ligeros, Combustibles de Motor y Aceites mediante Fluorescencia Ultravioleta4.

E 1 Especificación para Termómetros ASTM5.

E 200 Práctica para la Preparación, Estandarización y Almacenamiento de la Norma y Soluciones de Reactivos para Análisis Químico6.

1. Terminología

1. Definiciones;

1. Calor de combustión bruto, Qg (MJ/kg) – la cantidad de energía liberada cuando una unidad masa de combustible es quemado en un volumen local constante, con los productos siendo gaseosos, distintos al agua que se condensa al estado líquido.

1. Discusión – El combustible puede ser tanto líquido como sólido y contener solo los elementos carbono, hidrógeno, nitrógeno y azufre. Los productos de combustión, en oxígeno, son dióxido de carbono gaseoso, óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre y agua líquida.  En este procedimiento, 25oC es la temperatura inicial del combustible y del oxígeno, y la temperatura final de los productos de combustión.

1. Calor de combustión neto, Qn (MJ/kg) – la cantidad de energía liberada cuando una unidad de masa de combustible es quemada a presión constante, con todos los productos, incluyendo agua, estando gaseosos.

1. Discusión – El combustible puede ser tanto líquido como solido, y contener solo los elementos carbono, hidrógeno, nitrógeno y azufre. Los productos de combustión, en oxígeno, son dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre y agua, todos en estado gaseoso. En este procedimiento, la combustión tiene lugar a una presión constante de 0.1012 MPa (1 atm), y 25oC es la temperatura inicial del combustible y del oxígeno, y la temperatura final de los productos de combustión.  

1. La siguiente relación puede ser usada para convertir a otras unidades (el factor de conversión es exacto solo para Btu):

1 cal (Tabla internacional de calorías) = 4.1868 J

1 Btu (Unidad Térmica Británica) = 1055.06 J y referida a factores no exactos

1 cal (I.T)/g = 0.0041868 MJ/kg

1 Btu/lb = 0.002326 MJ/kg

1. Definición de términos Específicos a Este Estándar

1. Equivalente de energía – (Capacidad calorífica efectiva o equivalente de agua) del calorímetro, es la energía requerida para elevar la temperatura 1o expresado en MJ/oC

1 MJ/kg = 1000 J/g                        (1)

En el SI, la unidad del calor de combustión tiene la dimensión J/kg, pero por uso práctico un múltiplo es más conveniente. MJ/kg es usado casualmente para la representación de los calores de combustión de combustibles de petróleo.

Nota 1 – La unidad de energía de medida empleada en este método de ensayo es el Joule, con el calor de combustión reportado en megajoules por kilogramo.

1. Símbolos:

1. El calor neto de combustión está representado mediante el símbolo Qn y está relacionado con el calor de combustión bruto mediante la siguiente ecuación:

                        Qn (neto, 25oC) = Qg (bruto, 25oC) – 0.2122xH                (2)

Donde:

Qn (neto, 25oC)         = Calor de combustión neto a presión constante, MJ/kg,

Qg (bruto, 25oC)         = Calor de combustión bruto a volumen constante, MJ/kg

H                         = % masa de hidrógeno en la muestra.7

1. Resumen del Método de Ensayo

1. El calor de combustión es determinado en este método de ensayo quemando una muestra, previamente pesada, en una bomba calorimétrica de oxígeno bajo condiciones controladas. El calor de combustión está computado de observaciones de temperatura antes, durante y después de la combustión, con las apropiadas asignaciones para correcciones termoquímicas y de transferencia de calor. Se pueden emplear tanto chaquetas calorimétricas adiabáticas o isotérmicas.

1. La temperatura puede ser medida en grados Celsius.

1. La temperatura puede ser grabada en grados Farenheit, ohms u otras unidades cuando se utilizan termómetros eléctricos. Usar las mismas unidades en todos los cálculos, incluyendo estandarización.
2. El tiempo en los cálculos está expresado en minutos y fracciones decimales. Puede ser medido en minutos y segundos.
3. Las masas están medidas en gramos y no se aplican correcciones.

1. Significado y Uso

1. El calor de combustión es una medida de la energía disponible a partir de un combustible. El conocimiento de este valor es esencial cuando se consideran las eficiencias térmicas de equipos para producir ya sea calor o energía.

1. El calor de combustión, como determinado en este método de ensayo, esta designado como uno de los requerimientos químicos y físicos tanto para combustibles de turbinas y gasolinas para aviación tanto comerciales y militares.

1. El calor de combustión de masa, calor de combustión por unidad de masa de combustible, es una propiedad crítica de combustibles destinados a ser usados en embarcaciones de peso limitado tales como aeroplanos, vehículos terrestres efecto e hidroplanos. La gama de dichas embarcaciones entre el abastecimiento de combustible es una función directa del calor de combustión y de la densidad del combustible.

1. Aparatos

1. Sala de Prueba, bomba, Calorímetro, Chaqueta, Termómetros y Accesorios, como descrito en el Anexo A1.

1. Reactivos

1.  Ácido benzoico, Estándar8 – Ácido Benzoico en polvo debe ser comprimido a una tableta o pastilla antes de ser pesado. Pastillas de ácido benzoico  para los cuales el calor de combustión ha sido determinado por comparación con  una muestra de la Oficina Nacional de Estándares se pueden obtener comercialmente para aquellos laboratorios que no están equipados para pastillas de acido benzoico.
2. Capsulas de Gelatina
3. Indicador Naranja de metil o Rojo de Metil.
4. Aceite mineral
5. Oxígeno – Oxígeno comercial producido a partir de aire líquido puede ser usado sin purificación. Si la purificación es necesaria, ver A1.11 (Advertencia – El oxígeno acelera vigorosamente la combustión. Ver A3.2)
6. Cinta sensible a presión – Cinta de celofán de 38mm (1½ in), libre de cloro y azufre.

1. Solución Alcali, Estándar:

1. Solución de hidróxido de sodio (0.0886 mol/L) – Disolver 3.5g de hidróxido de sodio (NaOH) en agua y diluir a 1L. Estandarizar con ácido de potasio y ajustar a 0.0866 mol/L como descrito en la Práctica E 200 (Advertencia – Corrosivo. Puede causar severas quemaduras o ceguera. La evolución del calor produce una reacción violenta o erupción sobre una rápida mezcla con agua. Ver Anexo A3.1)
2. Solución de Carbonato de Sodio (0.03625 mol/L) – Disolver 3.84g de Na2CO3 en agua y diluir a 1L. Estandarizar con ftalato ácido de potasio y ajustar a 0.03625mol/L como descrito en la Práctica E 200.
3. 2,2,4 – Trimetilpentano (isooctano), Estándar9 – (Advertencia – Extremadamente inflamable. Dañino si se inhala. Los vapores pueden causar fuego destellante. Ver Anexo A3.3)

1. Estandarización

1. Determinar la Energía Equivalente del Calorímetro – Promediar no menos de 6 pruebas usando ácido benzoico estándar. 10 Estas pruebas deben de estar espaciado por no menos de 3 días. Usar no menos de 0.9g y no más de  1.1g de ácido benzoico estándar (C6H6COOH). Hacer cada determinación de acuerdo al procedimiento  descrito en la Sección 9 y computar el correcto aumento de temperatura, t, como descrito en 10.1 o 10.2. Determinar las correcciones para ácido nítrico (HNO3) y el alambre de cocción, como descrito en 10.3 y sustituir en la siguiente ecuación:

W = (Q x g + e1 +e2)/t                        (3)

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