Labo 2. Bomba Calorimetrica de Junker- FIME UNAC

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA - ENERGIA

BOMBA CALORIMETRICA DE JUNKER

1. INTRODUCCION Son muchos los dispositivos equipos que para operar utilizan como fuente de energía un combustible. La máxima cantidad de energía que puede obtenerse de un comb combus usti tibl ble e cuan cuando do se quem quema a es cono conoci cida da como como Pode Poderr calo calorí rífi fico co del del combustible. Cada combustible tiene entonces un poder calorífico característico; sin embargo embargo estos estos valores valores pueden pueden cambiar cambiar depend dependiend iendo o de diversos diversos factore factores s como el proceso de producci!n del combustible la materia prima usada para obtenerlos entre otros. "ebido a esto son mu# importantes las mediciones del poder calorífico de los combustibles para lo cual puede usarse una $omba Calorim%trica. 2. OBJETIVOS &

'bte 'bten ner conocimi cimie ento # apren render el man mane(o e(o del equip uipo de la bomba

&

calorim%trica de )un*er. "eter "etermin minar ar experim experimen ental talmen mente te el valor valor o pode poderr calorí calorífic fico o +supe +superio riorr o inferior inferior,, de un gas haciendo uso de la $omba Calorim%trica "e )un*er.

3. MARCO TEORICO: El Poder Calorífico: -l poder calorífico de un combustible es la máxima cantidad de calor que puede obtenerse de los productos en una combusti!n completa si estos productos se enfrían a la temperatura original en la mezcla de aire # combustible.

-ntre los productos de la combusti!n está presente el vapor de agua el cual dependiendo de la temperatura de los productos puede permanecer como vapor puede condensarse parcialmente o completamente. Como el vapor al condensar libera calor mientras más condensado se forme ma#or calor se estará obteniendo del combustible.

LABORATORIO DE TERMODINAMICA II


-sto permite diferenciar entre el Poder calorífico nferior +o neto, # Poder calorífico Superior+o bruto,. -l Poder calorífico nferior indica la cantidad de calor que puede proporcionar el combustible cuando toda el agua en los productos permanece como vapor mientras el poder calorífico superior indica el calor que puede liberar el combustible cuando toda el agua en los productos se condensa. Poder calorífico de un Combustible Gaseoso Se determina por medio de un calorímetro para gas que es de tipo continuo el gas se quema en un mechero de $unsen # los productos de la combusti!n pasan por tubos que están rodeados por agua circulante. Se mide el caudal en volumen de gas calorímetro la circulaci!n del agua se a(usta de modo que al enfriar los productos de combusti!n a la temperatura de entrada del aire se mide el caudal del agua a trav%s del calorímetro # se determinar su aumento de temperatura el calor recibido por el agua es igual al valor calorífico del gas. Poder calorífico Superior ( Ho):

Poder Calorífico Inferior ( Hu ) LABORATORIO DE TERMODINAMICA II


4. ESQUEMA GENERAL DEL EQUIPO/

-

Contador de Gas/ Llamado tambi%n medidor de tipo h0medo mide el caudal del gas.

-

Humificador de Aire/ 1ecipiente cilíndrico que va conectado antes del intercambiador # nos permite que el aire saturado entre al intercambiador.

-

Intercambiador de Calor / 1ecipiente metálico donde se produce la transferencia de energía entre el gas analizado # el agua.

-

Regulador de Presin/ 2iempo de diafragma controla la presi!n del gas que ingresa al calorímetro.

-

!ec"ero de #unsen/ 2ipo cilíndrico produce el encendido del gas.

-

#aln de Gas Propano/ 1ecipiente metálico con 34 lb. "e masa de 5as Propano.

-

Probeta/ 1ecipiente de vidrio graduado hasta 3666cc recibe la cantidad de agua que entra en el proceso durante un tiempo t.



7demás del -quipo de -nsa#o se hizo uso de los siguientes materiales/ -

$ermmetros/ Se usaron para tomar la lectura de la temperatura de entrada del agua # la temperatura de salida del agua respectivamente.

-

Cronometro/ Se us! para medir el tiempo de ensa#o # con este poder tomar los datos que se presentan luego en la tabulaci!n de datos.

Figura 1 Bomba Calorimétrica Junker



5. PROCEDIMIENTO:

& & & & & & & & & & & &

Conectar la manguera del bot!n de gas al regulador de presi!n. Conectar la manguera del regulador de presi!n al contador de gas. Conectar la manguera del contador al mechero. Conectar la manguera del agua al ingreso del contador. Conectar la manguera del contador al intercambiador de calor. Conectar la manguera de descarga en la válvula de dos vías. Conectar el humidificador de aire. Conectar los term!metros # la probeta de 3666cc. 1egular el nivel del contador de gas. "e(ar circular agua por el contador # el intercambiador. -ncender el mechero regulando la llama al intercambiador. Se medira durante cierta cantidad de tiempo la cantidad de agua que circula

-

por el contador de gas # el intercambiador de calor. 2omar las lecturas de las temperaturas de entrada # salida del agua.



6. CALCULOS Sabemos que el poder calorífico de un combustible es la máxima cantidad de calor que se obtiene por combusti!n completa en los productos al enfriarse a la temperatura inicial de los reactantes +combustible # aire,. Por ello de la experiencia de laboratorio se recogieron los siguientes datos. Me!"!#$ N%

AGUA

GAS

∀ agua

& )+e*

∀ gas

Te$&'(( )%"*

T+(,!( )%"*

8

39

:3

8:

8:.:6

8

3

39

:9

9<6

8=.:>

8

9

39

:9

:=6

8:.:

8

4

39

:9.:

>36

8=.3:

8

:

39

:8.<

<<6

8:.>3

8

=

39

:8.:

8646

8:.93

8

>

39

4.>

8366

8:.93

8

),*

)L*

2abla ?@8. Aalores experimentales del agua # gas propano nacional.

Por otra parte la bomba calorim%trica nos arro(a la siguiente composici!n volum%trica de los gases producto/ BC'3  83

BC'  6.3

B' 3  =

7l final del proceso de combusti!n se esper! por casi un día para determinar la cantidad de agua condensada la cual fue/ m*  masa de agua condensada  6 gr



-ntonces comenzamos con la obtenci!n del /0e' "(,0'!"0 +/e'!0' ) 0* con la siguiente f!rmula obtenida por calorimetría/

H o=

( )

m H O ×Ce H O × ∆ T KJ 2

2

∀ gas

m

3

"onde el calor específico del agua

m H O=1000 2

Me!"!#

Kg 3

m

Ce H O =4.186 2

KJ Kg. ° c  además la

× ∀ agua

3

∀ agua ( m

)

m H O ( kg ) 2

∆ T ( ° c )=T s −

∀ gas ( m

3

)

$ N%

H o

( ) KJ 3

m

8

6.8: x86&9

6.8:

3

8 x86 &9

39=>8.<9

3

6.9<6 x86&9

6.9<6

96

8 x86 &9

4>>36.4

9

6.:=6 x86&9

6.:=6

96

8 x86 &9

>6934.<

4

6.>36 x86&9

6.>36

96.:

8 x86 &9

834.:=

:

6.<<6 x86&9

6.<<6

3<.<

8 x86 &9

86=6<.<

=

8.646 x86&9

8.646

3<.:

8 x86 &9

8346>9.64

>

8.366 x86&9

8.366

3=.>

8 x86 &9

89488.44

2abla ?@3. Poder calorífico superior del 5LP a distintas mediciones.

Luego para obtener el /0e' "(,0'!"0 !$e'!0' ) * haremos uso del balance de combusti!n real del 5LP inclu#endo el análisis volum%trico mencionado anteriormente pues este combustible se us! en la experiencia con la bomba calorim%trica de )un*er.

H u= H o −r

( ) KJ 3

m



La e"("!#$ 'e(, e "0+&!#$ e, GLP $("!0$(, es/ a+6.4:C 9D<+g, E 6.::C4D86+g,, E b+'3 E 9.>=? 3,

83C'3 E 6.3C' E =' 3 E cD3'+g, E d?3



C/ a+6.4:x9 E 6.::x4,83 E 6.3 ...... a  9.44 D/ a+6.4:x< E 6.::x86,3c FFF... c  8:.=: '/ 3b83x3 E 6.3 E =x3 E c FFF. b  3:.3: ?/ 9.>=x3b3d FFFFFFFFF. d  >.4< -ntonces la ecuaci!n real es/ 9.44+6.4:C 9D<+g, E 6.::C4D86+g,, E 3:.3:+' 3 E 9.>=? 3,

83C'3 E 6.3C' E =' 3 E



8:.=:D3'+g, E >.4
"espu%s calculamos la /'e+!#$ /('"!(, e, (/0' e (( presente en los productos.

f H O= 2

n H O 2

nT

Pv = PT ×

P v

=

H 2 O

PT

n H O

H 2O

2

nT

"onde P 2 es la presi!n total de 8 bar +866 GPa,. -sta expresi!n corresponde a la Le# de 7magat para una mezcla de gases a presi!n constante.

Pv =100 × H 2O

15.65 131.33

Pv =11.9165 KPa H 2O



"e las tablas de termodinámica para agua saturada obtenemos la entalpia específica de vaporizaci!n del agua a una presi!n de 88.8=: GPa. $A#%A &E PRESI'ES / P +GPa, 86.6 88.8=: 8:.6

h fg 393.< H 39>9.8

nterpolando/ H  h fg  39<:.3: G)IGg -l "(,0' /0' e(/0'("!#$ en el condensador por m 9 de gas quemado +r, deberá ser de la siguiente manera/

r=

m k .h fg V e

"onde A e  6.6= m 9 +Aolumen de gas para el agua de condensaci!n, Pero habíamos mencionado anteriormente que la masa de agua condensada m *  6 grs por lo que r  6 G)Im 9. -ntonces para cada medici!n/

∴

Du  Do



-s decir el poder calorífico inferior será igual al superior porque &0( e, (( /'e+e$&e e$ ,0+ /'0"&0+ +e e(/0'# # el calor por evaporaci!n es cero durante el enfriamiento así que el agua que se form! se qued! en un estado de (/0' +(&'(0.

>. TABULACION DE RESULTADOS/

Me!"!#$ N%

H u

( ) KJ m

3

8

39=>8.<9

3

4>>36.4

9

>6934.<

4

834.:=

:

86=6<.<

=

8346>9.64

>

89488.44

2abla ?@9. Poder calorífico inferior del 5LP a distintas mediciones.


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