Bomba Calorimétrica La Bomba Calorimétrica se usa para determinar el Poder Calorífico de un Combustible cuando se quema a volumen constante. A continuación se explica de manera resumida su funcionamiento. El combustible cuyo Poder Calorífico se desea determinar se coloca en un crisol para combustible (si el combustible es sólido, deberá colocarse en forma de pastilla) dentro de la bomba calorimétrica. Adicionalmente se agrega el oxígeno necesario para la combustión. La bomba calorimétrica se rodea de una camisa de agua que absorberá el calor liberado por el combustible. Todo esto se realiza dentro de una camisa adiabática para evitar fuga de calor que afecte el proceso. Sin embargo, el calor que absorbe el agua no es el poder calorífico del combustible, debido a diversos factores, entre los cuales pueden nombrarse: absorción de calor por la propia bomba, liberación de calor del alambre que provoca el encendido del combustible, liberación de calor por la formación de ácido nítrico y sulfúrico, entre otros. Bombona de Oxígeno
Recipiente para el Agua
Bomba Calorimétrica
Camisa Adiabática
Al aplicar la ecuación de Primera Ley al proceso de combustión a volumen constante, tomando en cuenta todos los factores nombrados con anterioridad, se obtiene la siguiente ecuación:
H
MS Cv S ΔT e1 e 2 MC e2 = m∙h
donde MS es la masa de la bomba calorimétrica, sus accesorios y el agua utilizada (masa del sistema); CvS es el calor específico promedio de la bomba calorimétrica, sus accesorios y el agua utilizada (calor específico del sistema); ΔT es el cambio
de temperatura registrado durante la experiencia; H es el poder calorífico del combustible; e1 es la corrección por el calor que libera la formación de ácidos de nitrógeno y azufre (puede despreciarse en esta experiencia); e 2 es la corrección por el calor generado por la combustión del filamento de ignición; m es la masa o longitud del filamento de ignición; h es el poder calorífico del filamento por unidad de masa o longitud; MC es la masa de combustible. Debido a que los gases producidos durante la combustión al final se encuentran a temperaturas bastante bajas y a que el ensayo se lleva a cabo a alta presión, la mayor parte del agua presente en los productos condensa, por lo cual el poder calorífico que se estará determinando en esta experiencia es el superior. Como no se puede medir en el laboratorio la cantidad de agua presente después de la combustión, es imposible el cálculo del poder calorífico inferior del combustible. La bomba propiamente dicha está constituida por un obús de acero inoxidable, de forma exterior cilíndrica e interior cilíndrico- cóncava, provista de una rosca mediante la que se atornilla la tapadera del mismo material. Esta cubierta posee una válvula de entrada del O2 procedente de una botella a través de un tubo de cobre provisto de manómetro y de una llave de paso. Además, sobre la misma tapadera existe otra válvula para la salida de gases. En la cara inferior de la cubierta existe un hilo grueso, situado verticalmente y terminado en un aro sobre el que se coloca una cápsula de acero o de cuarzo. En esta misma tapa penetra otro grueso hilo terminado, como el anterior, en una clavija de conexión eléctrica. La muestra en forma de comprimido exactamente pesado, si es sólida, o de volumen y densidad conocidos, si es líquida, se coloca en la cápsula y se conectan sendos hilos de hierro para establecer el adecuado circuito eléctrico. En el fondo del obús se adiciona un volumen conocido de agua para la posterior disolución de los gases producidos en la combustión. Una vez purgada de aire la bomba y llena de O2 a la presión deseada, se sitúa en el fondo de uno de los vasos del calorímetro propiamente dicho. Este último está integrado por una gran vasija de dobles paredes, aislada térmicamente del exterior y dotada de una tapadera que da paso a un agitador, a un termómetro diferencial o metastático y a los cables de conexión eléctrica. Seguidamente se adiciona una cantidad de agua conocida de manera que se cubre el obús un poco por encima de su superficie. Se cierra el sistema mediante dos semicírculos que ajustan convenientemente. Tras estas operaciones, y una vez alcanzado el equilibrio térmico mediante la agitación permanente, se procede a la combustión de la sustancia por accionamiento de un conector manual, anotándose sucesivamente las indicaciones termométricas. Se pueden seguir varios procedimientos, por anotación o gráficamente, para conocer el desnivel térmico alcanzado tras la combustión.
Los datos utilizables para el cálculo del calor de combustión de la muestra, son la masa de ésta, la masa del hilo de hierro que hizo de contactor, la masa del agua del calorímetro, el desnivel térmico observado tras la combustión, el calor de combustión del hierro y el denominado equivalente en agua del sistema. Esta última cantidad representa el valor teórico de la masa de agua que hubiera de experimentar un desnivel térmico análogo al experimentado por todo el conjunto de las piezas, y se investiga mediante una experiencia paralela, efectuada en igualdad de condiciones, con una sustancia estándar de calor de combustión conocido. El calor de combustión que se origina se refiere a una variación de energía a volumen constante, y ha de ser corregido para conocer el correspondiente valor a presión constante. Todos los cálculos se realizan de manera que se satisfaga la expresión que iguala la cantidad de calor liberado con la del absorbido, entendiéndose por la primera a la suma del calor producido por la sustancia al quemarse en atmósfera de oxígeno y el originado por el hilo de hierro. La segunda representa la suma de calores absorbidos por el agua del calorímetro y por su entorno. Con este instrumento se han determinado, durante muchos años, magnitudes de combustión en alimentos, carbones y lignitos de la región y datos relativos a muestras industriales de interés farmacéutico. El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos. El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro. Si se conoce la capacidad calorífica del calorímetro (que también puede medirse utilizando una fuente corriente de calor), la cantidad de energía liberada puede calcularse fácilmente. Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura conocida, el calor específico y el calor latente pueden ir midiéndose según se va enfriando el objeto. El calor latente, que no está relacionado con un cambio de temperatura, es la energía térmica desprendida o absorbida por una sustancia al cambiar de un estado a otro, como en el caso de líquido a sólido o viceversa. Cuando la fuente de calor es una reacción química, como sucede al quemar un combustible, las sustancias reactivas se colocan en un envase de acero pesado llamado bomba. Esta bomba se introduce en el calorímetro y la reacción se provoca por ignición, con ayuda de una chispa eléctrica. Los calorímetros suelen incluir su equivalente, para facilitar cálculos. El equivalente en agua del calorímetro es la masa de agua que se comportaría igual que el calorímetro y que perdería igual calor en las mismas circunstancias. De esta forma, sólo hay que sumar al agua la cantidad de equivalentes.
Calorímetro de flujo La potencia es medida a través del calor de un fluido que fluye a través de la carga. Una indicación de la potencia es dada por la subida en la temperatura del fluido pasando del orificio de entrada al de salida.
Características Las versiones de guías de ondas utilizan como fluido de trabajo agua. Mientras que el coaxial utiliza aceite y es construido para bajas frecuencias. Aire también puede ser usado, pero el uso de gases crea un problema adicional a causa del calor debido a la compresibilidad. Los calorímetros de flujo pueden manejar mayores potencias que los tipos estáticos. Su principal aplicación es para potencias de muchos watts. Para medir las subidas de temperatura en un calorímetro usualmente se emplean termopilas, termómetros de resistencia y algunas veces termistores..
