Fisicoquímica - Determinación de calor de combustión.

UNIVERSIDAD  CATÓLICA  BOLIVIANA                      DEPARTAMENTO DE CIENCIAS EXACTAS

Laboratorio:   Fisicoquímica

Código:            LQU-285

Docente:         Ing. Gabriela Chirobocea

Gestión:           II / 2014

Practica Nº6

                                                 Determinación de calor de combustión

I-INTRODUCCIÓN

La entalpía de combustión o valor calorífico de una substancia combustible se define como la cantidad de calor liberado por unidad de masa cuando la substancia se oxida con oxígeno a presión constante. Esta cantidad se expresa en kJ/mol o kJ/Kg de substancia. La combustión de una substancia orgánica produce esencialmente CO2, H2O y el comburente en exceso, como productos de la combustión. Cuando el agua en los gases de combustión se halla al estado vapor, el calor liberado por la reacción recibe el nombre de valor calorífico inferior (qI), esto debido a que no se recupera el calor de condensación del agua que se produce en la reacción de combustión. Cuando el agua de los gases se condensa, se tiene el valor calorífico superior (qSU). La relación entre estas dos cantidades está dada por:

Donde: mag/mc es la relación entre la masa de agua formada por unidad de masa de combustible.[pic 1][pic 2]

La determinación práctica de la entalpía de combustión de un combustible es de gran utilidad práctica para la determinación de cantidades de combustible requeridas, cálculo de eficiencias en equipos y determinación de costos y balances de energía.

En la presente práctica se determinará la entalpía de combustión de un combustible líquido que podría ser: alcohol, diesel, queroseno, petróleo, etc.

La técnica a utilizar será la del calorímetro de llama a presión constante. En este equipo, se quema el combustible con aire u oxígeno en una cámara que se mantiene a presión constante y se mide el calor producido por el aumento de temperatura del sistema que rodea a la llama.

II-OBJETIVO

• Determinar la entalpía de combustión de un combustible líquido, utilizando una bomba de combustión.
• Comparar el valor obtenido con el valor de las tablas y calcular el % de error de la determinación

III-MATERIALES (1 grupo)

• Calorímetro de llama a presión constante.
• Alcohol u otro combustible líquido.
• Balanza de precisión.
• Fuente DC 12V, 6 A.
• Multímetro.
• Cables de conexión (4 x 20 cm)
• Termómetro.
• Mechero o crisol con combustible
• Cronómetro
• Resistencia
• Tripode

III-PROCEDIMIENTO

III-1 Determinación de la capacidad calorífica del calorímetro

Inicialmente se tiene que determinar la capacidad calorífica del calorímetro. Para esto proceder de la siguiente manera:

1. Pesar el calorímetro vacío y el calorímetro con agua
2. Medir la temperatura inicial del agua
3. Armar el equipo según las instrucciones del ayudante.
4. Conectar la resistencia de 1.8 Ω e imponer una corriente de 5.5 A mediante una fuente de corriente continua. Regular la corriente mediante el voltaje aplicado; medir el voltaje aplicado. Atención: no pasar de 6 A, riesgo de quemar la fuente.
5. Agitar constantemente el agua del calorímetro y medir la temperatura del sistema y el tiempo por el que se aplica la corriente hasta que la temperatura aumente de 7ºC.
6. Calcular el calor producido por la resistencia eléctrica.
7. Calcular la capacidad térmica del calorímetro.

III-2 Determinación de la entalpía de combustión

1. Llenar el crisol de cerámica hasta un 90% de su volumen con el combustible (etanol) y pesarlo en una balanza de precisión.
2. Colocar el crisol en el calorímetro, encender el combustible y cubrir el crisol con el calorímetro.
3. Dejar la combustión hasta que la temperatura del calorímetro aumente en  10ºC. Detener la combustión suprimiendo el flujo de aire. Dejar que la temperatura se estabilice y medir el aumento de temperatura del calorímetro.
4. Pesar nuevamente el crisol con el combustible restante y determinar la cantidad de combustible consumido.
5. Calcular el calor producido por la combustión.

IV-CÁLCULOS Y RESULTADOS

• Determinar la entalpía de combustión del  combustible en kJ/Kg
• Calcular el costo  específico de la energía térmica de este combustible en Bs/kJ

V-CUESTIONARIO

1. Escriba la reacción de combustión del etanol.
2. El valor de la entalpía de combustión determinada corresponde al valor calorífico inferior o al valor calorífico superior?.
3. Determine el valor calorífico que falta.
4. Qué fuentes de error pueden ser importantes en la metodología utilizada para la medida del valor calorífico a presión constante?
5. Cuál sería el costo de producir 100 Kg de vapor de agua a 2 bar, partiendo de agua a 20ºC (1 bar), utilizando este combustible?

VI-COMENTARIOS Y RECOMENDACIONES

VII-BIBLIOGRAFÍA

• Termodinámica, Kenneth Wark, McGraw-Hill 5ª Edición.
• Fisicoquímica, P. Atkins, Oxford University Press, 3ª Edición.

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