Termodinámica II – Informe de laboratorio 2 Obtención del poder calorífico superior

Termodinámica II – Informe de laboratorio 2
Obtención del poder calorífico superior.
Cristian Espinoza, Nelson Villarroel.
Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento de Ingeniería Mecánica
4 de Diciembre, 2014

Resumen

En la experiencia realizada se determina experimentalmente el poder calorífico del petróleo diesel de ciudad. Para la realización de esta es necesario registrar 30 valores de temperatura del agua, en intervalos de tiempo determinados. En el informe se presenta el procedimiento experimental, tablas con resultados de las mediciones y la comparación con los valores teóricos.

Los resultados obtenidos presentan valores bajos al compararlos con su valor teórico, debido a que el sistema adiabático no es efectivo y se producen perdidas. Además de la producción de ácidos durante la combustión que no son considerados en el cálculo del poder calorífico superior.

Formulación teórica.

El poder calorífico el es la cantidad de calor liberado cuando se quema por completo una unidad de combustible y los productos de la combustión se enfrían a la temperatura ambiente. El poder calorífico expresa la energía máxima que puede liberar la unión química entre un combustible y el comburente, y es igual a la energía que mantenía unidos a los átomos de las moléculas, menos la energía utilizada en la formación de nuevas moléculas en las materias formadas por combustión.

El poder calorífico se denomina poder calorífico inferior o LHV (lower heating value) cuando el agua sale como vapor, y poder calorífico superior o HHV (higher heating value) cuando el agua en los gases de combustión se condensa por completo, de manera que también se recupera el calor de vaporización. La diferencia entre estos dos poderes caloríficos es igual al producto de la cantidad de agua y la entalpía de vaporización del agua a temperatura ambiente:

[pic 1]

El valor del poder calorífico superior se puede medir en un calorímetro, para esto, es necesaria la combustión de combustible con un exceso de aire dentro de la bomba, la cual se encuentra sumergida en agua dentro del calorímetro. Para la obtención de este valor se mide la temperatura del agua en intervalos de tiempo determinados. A partir de la siguiente ecuación se obtiene el poder calorífico superior:

[pic 2]

Con:

= Constante de la bomba (obtenida por tabla)= Diferencia de temperatura alcanzada corregida en °C.
= Calor suministrado a la combustión.
= Masa de la muestra de combustible.[pic 3][pic 4][pic 5][pic 6]

La diferencia de temperatura alcanzada corregida se obtiene a partir de:

[pic 7]

Donde:

= Temperatura máxima alcanzada por la combustión.
= Incremento de temperatura en el periodo final.
= Incremento de la temperatura en el periodo inicial.
= Duración del periodo principal (desde  hasta ).
= Factor constante de corrección de temperatura que depende del combustible.[pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12][pic 13][pic 14]

Se define:

[pic 15]

[pic 16]

[pic 17]

Con , temperatura en el instante n.[pic 18]

Procedimiento experimental

En el desarrollo de esta experiencia se debe colocar agua destilada en el vaso calorimétrico y pesarla según masa establecida, tal como se ve en la siguiente imagen.

Para determinar de manera practica la cantidad de combustible se debe pesar un pequeño vaso vacio y pesar el vaso con el combustible, la diferencia entre estos pesos será la masa de combustible, para esta experiencia la masa de muestra es de .[pic 19]

[pic 20]

Luego se pone el vasito en la horquilla de la bomba calorimétrica y colocar el alambre de niquelina de una manera tal que parte de este se encuentre dentro de la muestra anudándolo a los bornes de la horquilla, teniendo especial cuidado en que no toque los bordes del vasito.

Luego se debe colocar la bomba dentro del calorímetro.

[pic 21]

Con el uso de los instrumentos de la figura 3, se registra la temperatura del agua destilada a intervalos de tiempo establecidos en la tabla que se encuentra en el apéndice.

[pic 22]

Figura 3. Instrumentos para medir la temperatura en el calorímetro a intervalos determinados de tiempo.

Resultados

La longitud de la niquelina inicialmente es de
14 [cm], luego de la combustión se tiene que la longitud de la niquelina es de 3 [cm], obteniendo finalmente una diferencia de 11 [cm], a partir de esto se obtiene el calor aportado por la niquelina, considerando que el calor de combustión de la niquelina es  o . Se obtiene:[pic 23][pic 24]

[pic 25]

La temperatura máxima alcanzada en la combustión es:

[pic 26]

Temperatura del agua al momento de la combustión es:

[pic 27]

La diferencia de temperaturas:

[pic 28]

Diferencia de tiempo en que se registraron estas temperaturas:

[pic 29]

Se obtiene el incremento de temperatura en el periodo inicial:

[pic 30]

Y el incremento de temperatura en el periodo final:

[pic 31]

Realizando el análisis mencionado para la obtención de F:

[pic 32]

Aplicando la fórmula mencionada en la formulación teórica se obtiene:

[pic 33]

Finalmente se obtiene el valor del poder calorífico superior:

...