UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL ESCUELA DE INGENIERÍA DE MINAS TERMODINÁMICA Y FISICO-QUÍMICA LABORATORIO INTEGRANTES: Barreno David Caiza Fernando Erique Fabricio Mensias Rafael Quishpe Byron Salinas Santiago
PROFESOR: Dr. Bolívar Enríquez
CURSO: Cuarto Semestre FECHA DE ELABORACIÓN: 2017-01-26 FECHA DE ENTREGA: 2017-01-30 INFORME N°: 06
TEMA: Calor de Combustión 1. OBJETIVOS: 1.1. OBJETIVO GENERAL
Determinar el calor de combustión de una muestra de Aceite Lubricante utilizando el calorímetro adiabático.
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Realizar una estadística con los resultados obtenidos en el calorímetro adiabático.
Analizar los resultados obtenidos.
2. MATERIALES Y REACTIVOS EQUIPO
Materiales 1. Balanza Analítica 2. Lubricante 3. Aceite Quemado 4. Calorímetro Adiabático
3. MARCO TEÓRICO CALOR DE COMBUSTIÓN Se define el calor específico de combustión como la cantidad de calor que cede la unidad de masa del cuerpo al quemarse totalmente. El calor específico de combustión se expresa en unidades de energía por unidades de masa y depende del tipo de combustible. Iguales masas de combustibles diferentes, desprenden diferentes cantidades de calor al quemarse totalmente. De otro modo, masas diferentes del mismo combustible desprenden, también, diferentes cantidades de calor. La cantidad de calor desprendida por cierta masa de combustible, al quemarse totalmente, puede ser calculada mediante la fórmula:
Q=Im Donde: Q: cantidad de calor I: calor especifico de combustión m: masa Unidades: Q = [J Kg] La cantidad de calor se define como la energía cedida o absorbida por un cuerpo de masa, cuando su temperatura varía en un número determinado de grados. La cantidad de calor está relacionada directamente con la naturaleza de la sustancia que compone el cuerpo. La dependencia de la cantidad de calor con la naturaleza de la sustancia que compone el cuerpo. La dependencia de la cantidad de calor con la naturaleza de la sustancia se caracteriza por una magnitud denominada calor específico de la sustancia. El calor específico de combustión generalmente se relaciona con los materiales considerados como combustibles tradicionales como: petróleo, carbón, alcohol, leña, etc, pero también puede ser asociado con los combustibles alternativos; por lo que es importante conocer las potencialidades combustibles de diferentes materiales que no se emplean con frecuencia en la combustión, mediante el conocimiento de sus calores específicos de combustión.
CALORIMETRÍA ADIABÁTICA En un calorímetro adiabático la temperatura del escudo se mantiene lo más cerca posible a la temperatura de la celda para evitar la transferencia de calor, es decir establecer condiciones adiabáticas.
El término adiabático se usa como una aproximación al modelo ideal, porque en la práctica un calorímetro no es adiabático, debido a la falta de control de los alrededores, el escudo y otras variables, que influyen al materializar el modelo. Un calorímetro adiabático se acercará al modelo ideal y por lo tanto mejorara la exactitud si se reduce el calor que se intercambia entre la celda y sus alrededores.
Un calorímetro adiabático se acercará al modelo ideal y por lo tanto mejorara la exactitud si se reduce el calor que se intercambia entre la celda y sus alrededores. Esto se puede hacer por:
3) Minimizar el tiempo para el intercambio de calor. La determinación de las pérdidas de energía por fugas de calor es el factor, que limita severamente la exactitud. Se debe elegir entre mantener una fuga de calor significante.
1) Minimizar la diferencia de temperatura entre el calorímetro y sus alrededores, 2) Minimizar los coeficientes de transferencia de calor (algunas veces llamado módulo de fugas),
Métodos de operación en calorimetría adiabática
METODO DE CALENTAMIENTO CONTINUO
METODO DE CALENTAMIENTO INTERMITENTE
En el “Método de calentamiento En el “Método de calentamiento intermitente” la temperatura de la celda continuo”el calorímetro y el escudo se y del escudo se mantiene a la misma calientan con energía constante y una vez temperatura bajo condiciones que alcanzan la temperatura deseada se adiabáticas. Cuando la temperatura de registran los valores. La energía se la celda alcanza el equilibrio, entonces determina de mediciones simultáneas de ésta se calienta con una cantidad de tiempo y potencia. La división de esta energía constante durante un intervalo energía por el incremento de temperatura de tiempo dado, para incrementar la da la capacidad calorífica del calorímetro temperatura. y la muestra; la capacidad calorífica de la muestra se obtiene al restar la capacidad calorífica del calorímetroMETODO vacío. DE CALENTAMIENTO INTERMITENTE
En el “ Método de calentamiento intermitente” la temperatura de la celda y del escudo se mantiene a la misma temperatura bajo condiciones adiabáticas. Cuando la temperatura de la celda alcanza el equilibrio, entonces ésta se calienta con una cantidad de energía constante durante un intervalo de tiempo dado, para incrementar la temperatura. Se apaga el calefactor entonces, la temperatura se mide otra vez cuando los efectos transitorios del calentamiento se vuelven despreciables. La capacidad calorífica se puede determinar a partir de :
Q es el calor suministrado,T es la diferencia de temperatura (antes y después del incremento) y m es la masa, I, V, y τ son la corriente eléctrica, la tensión eléctrica y el tiempo de duración del calentamiento respectivamente.
Tabla comparativa con los calores específicos de combustión
4. PROCEDIMIENTO
Pesar la muestra
Realizar el respectivo proceso en el Calorímetro Adiabático
Alcanzada la temperatura deseada se registra los respectivos valores.
Se determina las mediciones de Calor
5. TABLA DE DATOS
NUMERO DE MUESTRA
MASA DE MUESTRA
CALOR DE
TEMPERATURA
COMBUSTION (g)
(°C) (BTU/lb)
M1
0.5032
19423.822
6. CÁLCULOS Y RESULTADOS
∶ : =0.503 = 19423.822 BTU/ :
: =0.5032 = 19423.822/ :
=∗ 1055 2.2)∗(0.5032 1 ) =(19423.822 1000 =.
29.5933
7. OBSERVACIONES Las gráficas obtenidas en el calorímetro adiabático son completamente diferentes, pero logran llegar al equilibrio térmico en una parte del tiempo. El proceso en el calorímetro adiabático para la obtención de datos es mucho más eficaz en tiempo y en resultados.
8. CONCLUSIONES
La técnica que se utilizó para medir la capacidad calorífica de fluidos a presión atmosférica y temperatura ambiente es la calorimetría adiabática. Esta técnica presenta dificultades técnicas de realización, pero es la más adecuada para medir con las exactitudes requeridas en el orden del 1%. Se presentaron algunas de las técnicas calorimétricas, sin embargo hay algunas otras como calorimetría de combustión, de conducción de calor, de absorción, entre otras que no se incluyeron, debido a que no cumplen con los requisitos para seleccionar una técnica que permita medir capacidad calorífica en fluidos, con alta exactitud y que posea la característica para desarrollar un aparato primario de medición. El calorímetro adiabático se considera como el mejor aparato para medir la capacidad calorífica, debido a la simplicidad en la e valuación de dicha propiedad y a que se elimina la corrección por fugas de calor entre el calorímetro y sus alrededores. El calor de combustión es de gran importancia ya que a partir de esta técnica conocemos cual es el valor energético de cualquier fluido. El aumento de la temperatura a medida que se da la reacción tiende hacia un valor constante debido a que la energía calórica es consecuencia de la diferencia de temperatura entre los sistemas. Cuando se establece el equilibrio, dicha diferencia es igual a cero y la temperatura se mantiene constante.
9. RECOMENDACIONES
Asegurar de que se pese la masa adecuada de la muestra de estudio, calibrar los equipos para no cometer errores en los cálculos.
Es importante asegurarse que haya cantidad de oxígeno suficiente en la bomba para que se dé la combustión completa.
Verificar que al realizar cada medida el calorímetro esté limpio y completamente seco.
10. CUESTIONARIO a) ¿Qué valor de poder calorífico debe tener una muestra para ser considerado como combustible?
Aceites
9/10
El poder calorífico que debe tener está en un rango de 9 Mcal/kg a 10 Mcal/kg para ser considerado como una combustible.
b) ¿Qué aplicaciones tiene la Calorimetría Adiabática? La calorimetría adiabática tiene varias aplicaciones como las que se mencionan a continuación: Permite determinar propiedades como:
La entropía.
La temperatura de Debye.
La densidad electrónica de estados.
Permite caracterizar transiciones de fase.
EN EL MEDIO AMBIENTAL
INDUSTRIA PETROLERA
Pruebas de combustible Propulsor y pruebas de explosivos Estudios de compatibilidad principio activo/excipiente Estudios de seguridad y riesgo térmico de reacciones químicas industriales
Eliminación de desechos estudio de alimentos Estudios de reconocimiento molecular de compuestos orgánicos y biomoléculas Caracterización térmica de productos químicos, materiales y biopolímeros
c) Realizar un Balance de Masas con Ecuaciones El gas natural de un pozo tiene la siguiente composición molar: 60% de metano (CH 4), 16% de etano (C3H8) y 14% de butano (C 4H10). Calcule: a) b) c) d)
Composición en Fracción Molar Composición en Porcentaje en Peso Volumen que ocupan 100 kilogramos de gas a 21 °C y 0.97 atm de presión Densidad del gas a 21°C y 0.97 atm en g/L
ó 60 =. = 100 16 =. = 100 10 =. = 100 14 =. = 100 =.
ó = + =12+4=16 = + =2∗12+6=30 = + =3∗12+8=44 = + =4∗12+10=58 , =960 60 ∗ 16 =480 16 ∗ 30 = 440 10 ∗ 44 =812 14 ∗ 58 = ∗ % = 960 ∗ 100 = 34.66 % → ó = 0.36 2692 480 ∗ 100 = 17.83 % → ó = 0.18 2692 440 ∗ 100 = 16.34 % → ó = 0.16 2692
812 ∗ 100 = 30.16 % → ó = 0.30 2692 =%→. = =16∗0.6+30∗0.16+44∗0.10+58∗0.14=26.92 100000 = 3714.7 = 26.92 = ∗ 294.15 ° 3714. 7 ∗ 0. 0 82 = 0.97 = 92.3708 = 100000 = 92.3708 =1.08 11. BIBLIOGRAFÍA
Erich, M. (1991). “Termodinámica Básica”. Universidad SB. Segunda Edición.
Enríquez, B. (2014). “Guía de laboratorio Fisicoquímica”. FIGEMPA -Universidad Central dl Ecuador. Quito-Ecuador.
https://www.scribd.com/doc/124040619/Calorimetria-Adiabatica-y-SusAplicaciones
Cengel, Y. (2012). “Termodinámica”. McGraw-Hill Editorial. Séptima Edición.
Levine, I.(2002). “Fisicoquímica”. McGraw-Hill Editorial. Quinta Edición.
