TEMA: PODER CALORIFICO DE LOS COMBUSTIBLES 1. OBJETIVOS 1.1.OBJETIVO 1.1. OBJETIVO GENERAL -
Determinar del poder calorífico de combustibles.
1.2.OBJETIVOS 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS -
Medir la el poder calorífico de distintos combustibles y compararlos
-
Describir de forma breve y concisa la importancia de la determinación del poder calorífico
-
Adquirir conocimientos sobre el manejo de la bomba calorimétrica
2. MATERIALES Y REACTIVOS MATERIALES •
Equipo bomba de Parr
•
100 ml de muestras de combustibles comerciales
(crudo o petróleo y diesel).
3. ANTECEDENTES DEL TEMA MARCO TEÓRICO El poder calorífico es la cantidad de energía que la la unidad de masa de materia materia
puede
desprender al producirse una reacción química de oxidación (excluyendo las reacciones nucleares, no químicas, de fisión o fusión nuclear).El poder calorífico superior (PCS) se define considerando co nsiderando que hidrógeno
la totalidad del
está condensada,
y
libera
agua producida
calor cal or
al
por la
entorno,
y
combustión del
corresponde
al
calor
verdaderamente producido en la reacción de combustión. El vapor de agua que se condensa proviene de la humedad propia del combustible y del agua formada por la combustión del hidrógeno del combustible El poder calorífico inferior (PCI) a presión constante corresponde al calor entregado al entorno cuando una unidad de combustible en condición es de completamente, productos
en
estado
salen también
de
régimen permanente,
en condiciones de
referencia de
referencia y
tal la
se
manera totalidad
quema que
los
del agua
producida por la combustión del hidrógeno hidrógeno está está en estado de de vapor. Es decir, decir, no hay aporte aporte adicional de calor por condensación del vapor de agua, y sólo se dispondrá del calor de oxidación del combustible. Corresponde al c alor realmente aprovechable.
PODER CALORÍFICO El poder calorífico de un combustible queda definido por el número de unidades de calor liberadas por la unidad de masa o de volumen del combustible combustible, quemada en un calorímetro en condiciones previamente establecidas. Es decir: - Combustible sólidos y gaseosos por unidad de masa, se expresa en kcal/kg. - Combustibles gaseosos por unidad de volumen en condiciones normales (a 0ºC de temperatura y 760 mm de Hg), se expresa en kcal/ (n) m3 ó kcal/Nm3. Tipos de poder calorífico En realidad, el poder calorífico de cada combustible tiene siempre el mismo valor, sin embargo, en la práctica común se han definido dos valores para cada uno de ellos, valores que se llaman poder calorífico superior (abreviadamente, PCS) y poder calorífico inferior (abreviadamente, PCI). La mayoría de los combustibles usuales son compuestos de carbono e hidrógeno, que al arder se combinan con el oxígeno del aire formando dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) respectivamente. Cuando se investigó científicamente el proceso de la combustión, se consideró que para el buen funcionamiento de las calderas donde se producía, era necesario que los gases quemados salieran por el conducto de humos a una cierta temperatura mínima para generar el tiro térmico necesario para un buen funcionamiento. Esta temperatura está por encima de los 100 ºC, por lo que el agua producida no se condensa, y se pierde el calor latente o calor de cambio de estado, que para el agua es de 2261 kilojulios (540 kilocalorías) por kilogramo de agua, por lo que se definió el poder calorífico inferior, para que las calderas tuvieran, aparentemente, unos rendimientos más alentadores. Por ello, se usó la denominación poder calorífico superior para el calor verdaderamente producido en la reacción de combustión y poder calorífico inferior para el calor realmente aprovechable, el producido sin tener en cuenta la energía de la condensación del agua y otros procesos de pequeña importancia. Cuanto mayor sea la cantidad relativa de hidrógeno en la composición química del combustible, mayor diferencia (también relativa) habrá entre los dos calores definidos. La mayor parte de las calderas y los motores suelen expulsar el agua formada en forma de vapor, y sus rendimientos se evalúen a partir del PCI. Esta costumbre se debe a que la mayoría de los combustibles tenían trazas de azufre, que oxidado y combinado con el agua condensada forma ácidos corrosivos (sulfuroso y sulfúrico), cosa que se evita con temperaturas de los gases expulsados por encima de los 100º C. Actualmente existen calderas que aprovechan el calor de condensación, con rendimientos mucho más altos que las tradicionales; son superiores al 100% del PCI, pero, por supuesto, siempre inferiores al 100% del PCS. Sin embargo, para condensar el vapor, no pueden calentar el agua a más de a unos 70 ºC, lo que limita sus usos y además, solamente pueden usarse con combustibles totalmente libres de azufre (como la mayoría de los gases combustibles), para evitar condensaciones ácidas; por falta de temperatura suficiente y, por lo tanto, por falta de
tiro térmico, en estas calderas la evacuación de los gases debe hacerse por medio de un ventilador.
Poder calorífico superior Es la cantidad total de calor desprendido en la combustión completa de una unidad de masa de combustible cuando el vapor de agua originado en la combustión está condensado y, por consiguiente, se tiene en cuenta el calor desprendido en este cambio de f ase. El poder calorífico de una muestra de combustible se mide en una bomba calorimétrica. La muestra de combustible y un exceso de oxígeno se inflama en la bomba y tras la combustión, se mide la cantidad de calor. La bomba se enfría con este fin a temperatura ambiente. Durante dicho enfriamiento, el vapor de agua se condensa y este calor de condensación del agua está incluido en el calor resultante.
Poder calorífico inferior Es la cantidad total de calor desprendido en la combustión completa de una unidad de masa de combustible1 sin contar la parte correspondiente al calor latente del vapor de agua generado en la combustión, ya que no se produce cambio de fase, y se expulsa como vapor. Es el valor que interesa en los usos industriales, por ejemplo hornos o turbinas, en los que los gases de combustión que salen por la chimenea o escape están a temperaturas elevadas, y el agua en fase vapor no condensa.
Poder calorífico superior (P.C.S.) Es la cantidad total de calor de un combustible, incluyendo el calor latente del agua formada por la combustión del hidrógeno contenido en dicho combustible.
Poder calorífico inferior (P.C.I.) Es la cantidad de calor que resulta al restar del poder calorífico superior el calor latente del agua formada por la combustión del hidrógeno contenido en el combustible.
Poder calorífico según se quema (P.C.Q.) Es la cantidad de calor correspondiente al peso del combustible seco contenido en 1 kg de producto combustible, expresado en PCI en las condiciones en que se introduce en el hogar de combustión.
Poder calorífico útil (P.C.U.) Es la cantidad de calor que resulta al restar del poder calorífico inferior el valor necesario para evaporar, en la combustión, la humedad del combustible según se quema. Evaluación del poder calorífico [editar] Puede evaluarse de varios modos: energía/masa de combustible (kJ/kg)
energía/volumen de combustible (kJ/m3) energía/mol de combustible (kJ/mol)
COMBUSTIÓN
4. PROCEDIMIENTO 1. Se coloca la muestra de ácido benzoico en un dispositivo para aplastar y dar forma de “pastillas”.
2. Se pesa la muestra en una balanza. 3. Se coloca la muestra en un pequeño crisol y se pone en contacto con un alambre conductor dentro de la bomba calorimétrica. Debe cuidarse que la bomba esté bien cerrada, de manera que no haya pérdidas. 4. Se introduce la bomba dentro del calorímetro. 5. Se coloca el agitador y el termómetro cuidadosamente.-Se introduce oxígeno a la bomba abriendo la válvula y dejando que aumente la presión hasta aproximadamente 30 bar. Luego se cierra la válvula
6. Se conecta y se enciende el equipo. 7. Se anota las temperaturas mínima y máxima, controlando el termómetro en todo momento 8. Cuando se observa que la temperatura alcanza un máximo y comienza a disminuir, se puede apagar el equipo y desmontar la bomba. 9. Se calcula la constante de la bomba. 10. Se repiten los pasos anteriores para las muestras de fueloil y aserrín de pino y se calcula el poder calorífico de cada uno de ellos, utilizando la constante de la bomba calculada anteriormente
5. TABLA DE DATOS
Referencia Símbolo Unidad Masa pesada M [g] Temperatura inicial Ti [°C] Temperatura final To [°C] Constante de la bomba calorimétrica CB [KJ/°C] Potencia Calorífica [KJ/kg]
6. CÁLCULOS El cálculo teórico del PCS (poder calorífico superior) se obtiene mediante la conocida ecuación: m*PCS = EE. (T2 − T1) Dónde: EE: energía equivalente del calorímetro, en cal/ºC m: masa de la muestra, en g. PCS: calor específico del sólido, en cal/g T2: temperatura final del sistema, en ºC. T1: temperatura inicial del sistema, en ºC.
Cálculo del poder calorífico según análisis químico (LÍQUIDOS O SÓLIDOS) P.C.S. = 8.000 x (C) + 34.160 x (H) + 2.500 x (S) kcal/kg P.C.I. = P.C.S. - 5.400 x (H) kcal/kg P.C.Q. = P.C.I. x (1-w) kcal/kg de producto c ombustible * P.C.U. = P.C.Q. - 600 x w kcal/kg de producto combustible. (*) w tanto por uno de humedad en kg/kg.
7. RESULTADOS
8. BIBLIOGRAFÍA
https://www.buenastareas.com/join.php?redirectUrl=%2Fensayos%2FPracticaDeterminacion-Poder-Calorifico%2F26256038.html&from=essay
Ing. Fernández, Jorge Félix. “Poder calorífico de combustibles industriales”.
http://www.edutecne.utn.edu.ar/maquinas_termicas/01-poder_calorifico.pdf -Luque Sendra, Amalia. “Determinación del poder calorífico superior de una sustancia con una bomba calorimétrica adiabática”.
http://alumno.us.es/a/amaluqsen/termo2.pdf
9. CUESTIONARIO 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
¿Qué es el poder calorífico? ¿Que indica el poder calorífico superior e inferior? ¿En qué unidades se evalúa el poder calorífico e indique la razón? ¿Qué es el poder calorífico de un combustible? ¿Ponga 3 ejemplos de poder calorífico de combustión en los sólidos? ¿Ponga 3 ejemplos de poder calorífico de combustión de líquido? ¿Ponga ejemplos de poder calorífico de combustión en los gases? ¿indique la razón de variación del poder calorífico en los diferentes estados de la materia? Cuál es la importancia del poder calorífico en la industria petrolera
ANEXOS Su determinación se realiza por la Norma ASTM D 240, Test Method for Heat of Combustión of Liquid Hidrocarbon Fuels, por Bomba calorimétrica.
Grupo 1 crudo o petróleo Grupo 2 crudo o petróleo Grupo 3 diesel Grupo 4 diesel Grupo 5 mezcla 50/50 petróleo/diesel Grupo 6 mezcla 50/50 petróleo/diesel Grupo 7 mezcla 50/50 petróleo/diesel
