NORMA CHILENA OFICIAL
NCh51.Of60
Combustibles sólidos - Determinación del poder calorífico
Preámbulo El El Institu ns tituto to Nacional Naciona l de Normalizac Normalizaciión, INN INN, es el organismo orga nismo que qu e ti t iene a su s u cargo ca rgo el es tudio tu dio y prepara prep aración ción de las norma s té cni cn icas ca s a nivel nac n aciional. ona l. Es Es miembro de la IN INTER TERNATI ATIONAL ONAL ORGA ORGANI NIZA ZATI TION ON FOR FOR STAN STAND DARD ARDIZATI ATION (ISO) (ISO) y de la COMI COMISION SION PAN PANAME AMERICAN CANA DE NORM ORMAS TECN TECNIICAS CAS (COPA (COPAN NT), represe repre sent ntan ando do a Chil Chile ante ant e es os organismo orga nismoss . La La pres ente en te norma ha s ido es tudiada tu diada y prepara prep arada da por la Espec sp ecial ialiidad da d de "Combustibles" . El El Comitéestu es tuvo vo cons co nstitu tituiido por las s iguien iguiente tess perso pe rsona nas: s: Armad Armadaa Naci ac ional ona l, Dirección rec ción de Ingenierí nge nierí a Nava Navall Cement Ceme ntoo Cerro Blanco an co de Polpa Polpaiico Compañí Compa ñí a Carboní Carbon í fera Lota, ot a, Institu ns tituto to de Inge Ingenieros nieros Quí micos Compañí Compa ñí a Carboní Carbon í fera y de Fundici und ición ón Schw Sc hwag ager er Compañí Compa ñí a Chil Chilena en a de Electricidad ec tricidad Ltda. td a. Compañí Compa ñí a de Acero del de l Pacífico fico S.A., CAP CAP Compañí Compa ñí a de Gas de Sant Sa ntiago iago Compañí Compa ñí a Manufac anu factu turera rera de Papel Pape les y Cartones Carto nes Empre Empress a Naci ac ional ona l de Fundicione Fundicioness Ferrocarriles Ferrocarriles del de l Es tado ta do Ins Institu tituto to de Inves nve s t igaciones ga ciones de Materias at erias Primas Primas de la Universidad de Chil Chile Ins Institu tituto to de Inves nve s tigaciones tiga ciones y Ensaye ns ayess de Mat Material eriales es de la Universidad de Chile, Chile, IDIEM
J avier Le Fort Helmuth elmut h Rechme ec hmeiier Oscar Osc ar Nagel ag el C. Carlos Carlos Dí az Garcé s Walterio Watt Wat t Hé ctor ct or Canguil Cang uilhe hem m J aime Walker Walker Ricardo ca rdo Ornst ein Lain Diez Osval Osva ldo Ferreira Ferreira J uan ua n Knockae noc kaert rt Oscar Osc ar Pizarro Pizarro Alici Aliciaa Brünne r René en éFuentes Fuent es
I
NCh5 NCh511 Ins Institu tituto to Nacional de Inves nve s t igacione ga cioness Tecnológicas Tecn ológicas y Normal orma lizaci zac ión, INDITECN TECNOR OR Lava Lavande nderí rí a Coque y Carbón Oficina Oficina Termoté Termot é cnica Lota-Sch ot a-Schw w ager ag er Soc iedad ed ad Quí mica Naci ac ional, ona l, SOQUI SOQUINA
Alvaro Alvaro González Pablo Krass ras s a Carlos Carlos Krumm Carlos Carlos Mena en a Fri Fritz Blanckenho lancke nhorn rn Eduardo dua rdo Abuauad Abuaua d
El El Institu ns tituto to no ha recibido comen co menta tari rios os s obre la pres ente en te norma. norma . En En el es tudio tu dio de la pres ente en te norma s e han ha n tenido te nido a la vista , entre en tre otros ot ros docume doc ument ntos os,, los siguientes: AME AMERICAN CAN SOCIE SOCIETY FOR FOR TESTI TESTIN NG MATE ATERIALS, ALS, ASTM D 2 71 -4 8 , Laboratory Sampling and Analysis of Coal and Coke ASSOCIAT ASSOCIATIION FRAN FRANÇ ÇAISE AISE DE NOR NORM MALI ALISATION SATION,, AFN AFNOR M 0 3 -0 0 5, Combustibles solides. solides. Determina Determination du du pou pouvoir voir calorifique calorifique.. Methods for the A nal nalysis ys is and Testing T esting of BRITISH BR TISH STAND STANDARD ARDS INSTITU NSTITUTI TION ON BS 1 0 1 6 , Methods Coal and Coke.
DE DEUTSCHE TSCHER NORM ORMENAUSS AUSSCH CHU USS: SS : DI DIN 7 0 8 , Prüfung fester Brennstoffe. Bestimmung der Verbrennugswärme u. des Heizwertes. S olid id Mineral Mineral IN INTER TERNATI ATIONAL ONAL ORGA ORGANI NIZA ZATI TION ON FOR FOR STAND STANDARD ARDIZATI ATION, ON, ISO/TC ISO/TC 2 7 , Sol Fuels. The Determination of the Calorific Value of Coal by the Calorific Bomb Method. KR K RASSA, PAB PABLO: Combus t ión y Combus tible.
PAR PARR, Manua an uall N°120, Oxygen Bomb Calorimetry and Oxygen Bomb Combustion Methods Methods of the Chem C hemis ists ts for the t he Sa S ampl mpling and A nal nalysis ys is UN UNITED TED STEE STEEL COR CORPORAT PORATIION, ON, Methods of C oal oal, C oke and and By Products. La La pres ente en te norma tiene relación con las siguient es normas norma s chi ch ilenas en as:: NCh3 NCh322 NCh4 NCh455 NCh4 NCh488 NCh4 NCh499
Tamices de ens en s ayo. ayo . Combus Combu s tibles sól só lidos – Terminologí Terminologí a Combus t ibles sóli só lidos dos - Anális Anális is inmediato nme diato.. Combus t ibles sól só lidos - Anális Anális is element eleme ntal al
Observaciones 1 Se ha h a emplea e mplea do en e n el e l cálculo cá lculo del de l pode po derr calorí ca lorí fico inferior, infe rior, partien pa rtiendo do del d el poder pod er calorí c alorí fico
superi su perior, or, el valor valor de 5 72 calorí as como calor de evaporac e vaporac ión por gramo g ramo de agua, agua , conforme co nforme a la norma ASTM 4 0 7 -4 4 . Este Est e valor res ulta toma to mando ndo en cuen cu enta ta que la dete de terminación rminación del de l poder pod er cal ca lorí fico fico en la bomba bomb a s e efect efe ctúú a a volumen cons con s tant ta nte, e, mientras mient ras en la combus co mbus tión al aire la pres ión es cons co nsta tant nte. e. La norma DIN 5 1 7 0 8 empl emp lea el valor de
II II
NCh51 585 calorí as por gramo y la diferencia en el cálculo correspondiente puede fácilmente ser del orden de 6 calorí as . 2 La norma DIN 51708 indica un mé todo volumé trico para la det erminación del ácido
sulfú rico producido en la combustión. Se admite su empleo, indicándos e en el certificado el origen del mé todo usado. Esta norma ha sido revisada y aceptada por el Direct or del Inst ituto Nacional de Investigaciones Tecnológicas y Normalización, INDITECNOR, Ing. Carlos Hö erning D. y aprobada por el H. Consejo de este Instituto en ses ión del 20 de Mayo de 1959 , que contó con la asistencia de los Consejeros señores: Krassa, Pablo; Montecinos , Arturo; Mori, Carlos; Pandolfi, Cayo; Pinochet, Manuel; Poblete, Hernán; Von Bennew itz, J orge y Zúñiga, Albino. Esta norma ha sido declarada Norma Chilena Oficial de la Repú blica, por Decreto N°865, de fecha 18 de Octubre de 1960, del Ministerio de Economí a, Foment o y Recons trucción. Esta norma es una " reedición sin modificaciones" de la Norma Chilena Oficial NCh51.Of60 , " Combustibles sólidos - Determinación del poder calorífico" , vigente por Decreto N°86 5, de fecha 18 de Octubre de 1 960, del Minist erio de Economí a, Fomento y Recons trucción.
III
NORMA CHILENA OFICIAL
NCh51.Of60
Combustibles sólidos - Determinación del poder calorífico
A) Definición de esta norma Artículo 1°
Esta norma establece el mé todo para la determinación del pode r calorí fico de los 1 combustibles sólidos. 2 El mé todo señala la determinación experimental del poder calorí fico superior a volumen
constante e indica la manera de calcular el poder calorí fico inferior a pres ión constant e1).
B) Campo de aplicación Artículo 2°
Las pres cripciones de la presente norma se aplican en el comercio y en el uso de los combus tibles sólidos y de algunos lí quidos.
C) Terminología Artículo 3° ° Equivalent e en agua de un cuerpo es la cantidad de agua de 15 C, medida en g, que absorbe el mismo nú mero de calorí as que ese cuerpo, al experimentar ambos idé ntico aumento de temperatura.
1
) El mé todo tambié n es aplicable a combustibles lí quidos cuya t ens ión de vapor a la temperat ura ordinaria es relativamente baja (Artí culo 7 , inciso 2).
1
NCh51 D) Prescripciones I Determinación del poder calorífico superior a volumen constante A Equipo necesario Artículo 4°
Se dispondrá de los siguient es aparatos y mat eriales : 1 Un recipiente cilíndrico para alta pres ión con su tapa hermé tica (bomba calorimé trica) de
un material resistente a los ácidos (acero inoxidable) o cuya superficie interior es tá cubierta del tal material (platino, oro) con un volumen de 300 ml a 400 ml. La tapa debe estar provista de una o dos válvulas para la entrada y salida del oxí geno y tener en su parte inferior un soporte para colocar el crisol con el combus tible y dos elect rodos para la conducción de la corriente elé ctrica. Uno de estos elect rodos debe quedar completament e aislado elé ctricamente del resto de la tapa. 2 Un recipiente en el cual se puede s umergir completamente la bomba calorimé trica en
una cantidad de 2 L de agua aproximadamente, provisto de un agitador que asegura una temperatura uniforme del agua. El agitador no debe causar por su movimiento un exces o de calor. 2) 3 Una camisa aislante para el recipiente .
4 Un termómetro dividido en centé simas de grado y que permite apreciar los milé simos
mediante el empleo de un lente apropiado. Debe usarse termómetro con certificado oficial y en las lecturas deben considerarse las correcciones correspondientes . 5 Un cilindro con oxígeno, exent o de hidrógeno, bajo la presión de por lo menos 30
atmós feras. No se necesita oxí geno completamente exento de nitrógeno. 6 Alambre de una aleación de fierro, ní quel y cromo o de platino para la ignición de la
muestra. El de aleación de fierro debe tener un diámet ro de 0,19 mm (N°34 B y S); el de platino 0,08 mm. Por cada g del alambre de aleación de fierro quemado debe descont arse del calor total producido la cantidad de 1 600 calorí as. 7 Hilo de algodón desecado a 11 C. 0° Por cada g de este hilo usado debe hacerse una
corrección de 4 180 calorí as . 8 Crisoles de cuarzo o de acero inoxidable o platino de un diámetro de 25 mm y de
16 mm de altura aproximadament e con las perforaciones necesarias para colocarlos en el soporte. 9 Una fuente de corriente eléctrica de 4 a 1 2 Voltios con s u interruptor y la resistencia
para regular la intensidad de la corriente. 2
2
) En vez de calorí met ro isoté rmico indicado en los incisos 2 y 3 se podrá usar t ambié n un calorí met ro adiabát ico.
NCh51 3)
10 Una prensa para preparar briquetas de los combust ibles sólidos. B Reactivos Artículo 5° 1 Acido benzoico, naftalina o sacarosa, quí micamente puros, especialmente preparados 4) para la det erminación del equivalente de agua de los calorí metros .
2 Solución décimo normal de carbonato de sodio valorada. 3 Solución décimo normal de ácido clorhídrico valorada. 4 Solución de naranja de metilo 1 a 100. 5 Solución de cloruro de bario BaCl O) 1 a 10 . ( 2 ⋅ 2H 2 C Determinación del equivalente en agua del calorímetro Artículo 6° 1 Para determinar el equivalente en agua del calorí metro se quema una cantidad
determinada de uno de los reactivos mencionados en el Artículo 5°, inciso 1 en la misma forma como se describe a continuación para la determinación del poder calorí fico de carbones. La cantidad de reactivo usado debe ser tal que se obtenga una elevación de la ° a 3 ° temperatura de 2 C C. 2 Al determinar el equivalente de agua hay que cons iderar como positiva la totalidad del
calor producido, es decir: al calor que produce la substancia quemada hay que agregar los que se obt ienen por la combus tión del alambre, del hilo de algodón, y del nitrógeno que contiene el oxí geno usado. 3 Para determinar el equivalente de agua del calorí metro debe tomarse el té rmino medio
de los valores obtenidos en un mí nimo de 5 ens ayos que no deben diferir entre ellos en 5) más del 0,3% de su valor (más o menos 7 g) .
3
) Se consigue el conjunto de los aparatos mencionados en el comercio bajo los nombres de calorí metro Berthelot Mahler, Parr, Pete rs, Atwater, Emerson Davis, Williams , etc.
4
) Deben usarse después de dese carlas previamente a t emperaturas a las cuales no sufran descomposición. El ácido benzoico se seca a una te mperatura superior en 5 C a su te mperatura de fusión (121 C). Se usa des pué s de haberlo fundido en el crisol. Tambié n las otras subst ancias pueden secarse en el mismo crisol en que se queman, ant es de pes arlas.
5
)
Considerando el equivalente de agua más e l agua que se ha colocado en le recipiente.
3
NCh51 D Procedimiento Preparación de la muestra Artículo 7° 1 Para carbón y coque s e pesa al dé cimo de mg aproximadament e 1 g de la muest ra
desecada al aire y molida hast a que pase í ntegramente por el tamiz N°-9 con abertura nominal de 0,210 mm (NCh32 ). Carbón que no tiene la tendencia de chisporrotear y coque pueden quemars e en forma de polvo. De los carbones que chisporrotean se preparan briquetas. Por otra parte, en el caso de carbón o coque ricos en ceniza y de difí cil combus tibilidad conviene recubrir el crisol en su interior con una capa delgada de asbesto previamente calcinado, capa sobre la cual se esparce el combus tible uniformement e. 2 Combust ibles lí quidos pes ados , como petróleos combust ibles, se queman como los
carbones; los que se volatizan más fácilmente y los carbones con un alto porcentaje de mat erias volátiles se pueden quemar en cápsulas de gelatina pesadas, cuyo peso y poder calorí fico ha sido determinado previamente. El calor producido por la combus tión de la cápsula de gelatina debe descontarse del total del calor producido. Se introducen en la cápsula por medio de una jeringa y a travé s de los agujeros de la cápsula de gelatina se introduce el alambre de ignición. 3 La cantidad de combust ible usado debe calcularse de tal manera que se obte nga un ° a 3 ° del agua del calorí aumento de la temperatura de 2 C C metro.
Preparación del aparato para el ensayo Artículo 8° 1 Se coloca el crisol con el combus tible en el soporte. El alambre de ignición, cuya
longitud debe ser medida, (una longitud de 10 cm es conveniente) se ajusta de tal manera entre los dos electrodos que quede en contacto í ntimo con la muestra. En caso de usarse un crisol metálico se coloca el alambre encima del crisol y separado de é ste y se amarra en é l un trozo de algodón, cuya longitud se ha medido previamente y cuyo extremo libre toque el combus tible. Se puede prescindir del uso del hilo de algodón si se dobla el alambre en tal forma que no toque el crisol, quedando, no obs tante, en contacto con el combust ible. 2 Se coloca una cantidad det erminada de agua destilada (0,5 ml a 5 ml) igual a la que se
empleó en la determinación del equivalent e de agua en la bomba y é sta se cierra. 3 Se conecta la válvula de entrada de oxí geno con el cilindro que contiene este gas y se
deja entrar lentamente el oxí geno hast a llegar a una pres ión de 25 a 30 atmósferas. La cantidad de oxí geno debe ser por lo menos de 5 g por cada g de combus tible. Se cierra la válvula de entrada del oxí geno y se desconecta la bomba.
4
NCh51 4 El recipient e (Art í culo °4, inciso 2 ) se llena con una cantidad suficiente de agua
(preferentemente agua destilada) para que la bomba sumergida en ella quede completamente cubierta. El agua debe te ner una temperat ura inferior en más o menos ° 2 C a la del ambiente y debe medirse o pesarse con la precisión del 0,03% . En seguida se coloca el recipiente en s u camisa aislante. 5 Se s umerge la bomba en el recipiente, se conectan los bornes de los electrodos con el
circuito de ignición, se coloca el termómetro, y se pone el agitador en marcha. Debe asegurarse que el cierre de la bomba estébien hermé tico, es decir que no aparezcan burbujas de oxí geno.
Modo de operar Artículo 9° 1 Se mant iene la agitación durante 5 min antes de empezar con las lecturas de la
temperatura. Enseguida se lee el termómetro cada 60 s y se anot an las temperaturas hasta los milé simos durante ot ros 5 min por lo menos . Antes de cada lectura debe sacudirse ligeramente el termómetro para evitar que el mercurio quede pegado. Si dentro de es tos 5 min los incrementos de temperatura no son regulares, debe continuarse es te perí odo preliminar hasta alcanzar valores de incrementos prácticamente iguales entre dos lecturas. 2 Al fin de e ste perí odo preliminar se cierra el circuito de ignición durante no más de 2 s
empezando as íel perí odo principal y se anota la temperatura en el momento de ignición (T i). Enseguida se hace la lectura y anota ción de las temperaturas e n los s iguientes momentos: -
45 s despué s de la ignición;
-
1 min despué s de la ignición;
-
1 min, 15 s despué s de la ignición;
-
1 min, 30 s despué s de la ignición;
-
1 min, 45 s despué s de la ignición;
-
2 min despué s de la ignición;
-
3 min despué s de la ignición.
y enseguida en intervalos de 1 min hasta que se haya llegado al valor máximo de la temperatura (T ). Debido a la variación rápida de las temperaturas en los primeros minutos f las lecturas en estos intervalos sólo se pueden apreciar con la exactitud de 0,01 C. ° 3 Alcanzada la temperatura máxima f (T) se siguen anotando las temperaturas ahora
decrecientes durante otros 5 min para determinar el ré gimen de enfriamient o en es te 6) perí odo pos terior . 6
) En cas o de us arse un c alorí metro adiabát ico bas ta anota r las tempe raturas iniciales y finales del perí odo principal. Por lo demás deben seguirse las indicaciones del folleto que acompaña este calorí met ro.
5
NCh51 4 Terminada la operación se saca la bomba y se espera durante unos 5 min. Enseguida se
deja escapar lentamente el oxí geno. Se abre la bomba y se le revisa cuidadosamente para cerciorarse de que no queden partí culas de combustible sin quemar. En caso de haberlas se descarta el ensaye. 5 Se vacia el agua de la bomba e n un vaso de precipitado y se la enjuaga cuidadosamente
con agua destilada tibia, que contiene por litro 1 ml de solución de naranja de metilo, cuidando de lavar bien la tapa con la válvula y el crisol. Se agregan al agua en el vaso de precipitado 50 ml de s olución de carbonato de sodio 0,1 n. Se hierve para eliminar anhí drido carbónico disuelto hasta reducir el volumen a unos 10 ml, se enfrí a, se diluye con agua destilada y se valora el exces o de carbonato de sodio con solución 0,1 n de ácido clorhí drico. Si en esta valoración se han gas tado "a" ml de s olución de ácido clorhí drico 0,1 n, la cantidad de (50 -a) ml corresponde a los ácidos sulfú ricos y ní trico 0,1 n formados. 6 Terminada la valoración se acidula con 1 ml de ácido clorhí drico concentrado. Se filtra,
si fuere necesario, se calienta a ebullición y se agregan 1 0 ml de la solución de cloruro de bario hirviente. Se deja pos ar durante 30 min por lo menos y se filtra por un papel filtro fino o un crisol filtrant e de cuarzo. Se lava hasta que en las agua de lavado desaparezca el ion cloro y el residuo se calcina. Se calcula el azufre (S) multiplicando el peso del sulfato de bario por el factor 0,1373 y el resultado se expresa en miligramos. El pes o del azufre en miligramos multiplicado por 0,625 indica los mililitros de ácido sulfúrico 0,1 n correspondientes. Se obtiene por lo tanto la cantidad de mililitros de ácido ní trico 0,1 n por la fórmula siguient e: ml ácido ní trico 0,1 n = (50-a) -0,625 S en que: a
=
los ml de solución de ácido clorhí drico 0,1 n gastados en la valoración;
S
=
los miligramos de azufre (0,1 373 ⋅ peso del sulfato de bario en mg).
Cálculo del poder calorífico superior de la muestra tal como se sometió al ensayo (PCSexp)
(muestra des ecada al aire, vé as e Artí culo 7 °, inciso 1 ). Artículo 10° 1 El calor producido en la combustión se calcula multiplicando la diferencia de las
temperaturas (T ) corregidas conforme a las indicaciones del certificado del f - iT termómetro, por la suma del equivalente en agua y la cantidad de agua colocada en el recipiente. (1) Calor producido = (T - T) (E f i A + A)
6
NCh51 en que: E A =
equivalente en agua;
A
cantidad de agua en el recipiente.
=
2 No obstante, debido a las variaciones de temperatura durante el ensayo cuando s e usa
el calorí met ro isotermal y a otros factores, deben hacerse una serie de correcciones para calcular el poder calorí fico.
Corrección de temperatura Artículo 11° 1 Durante la primera parte del perí odo principal el agua del recipiente es más frí a que el
ambiente. Por lo tanto se sigue calentando, absorbiendo calor del ambiente y el aumento de temperatura correspondiente debe descontarse del aumento tot al de la temperatura. Durante la ú ltima parte del perí odo principal el agua del recipiente es más caliente que el ambiente y por lo tanto pierde calor. Para calcular las influencias de estos cambios de calor sobre las verdaderas temperaturas iniciales y finales se han propues to varias fórmulas. A continuación se indica un mé todo simplificado que prácticamente da resultados exactos, siempre que se haya tomado la precaución prescrita de llenar el recipiente con agua cuya temperatura quede unos 2° debajo de la del ambiente y que se queme tal cantidad de la muestra que el aumento total de la temperatura sea del orden de ° 3 C. 2 El cálculo se basa en la supos ición comprobada e xperiment almente que la transición del
perí odo en que se absorbe calor a aquel en que se pierde calor se efectú a cuando el aumento de la temperatura ha alcanzado el 60% del aumento total. Hay que determinar por lo tanto, por interpolación ent re las lecturas efectuadas en intervalor de 15 s (Artí culo 9 °, inciso 2 ) el momento en que se ha producido este 60 % del aumento de la temperatura. Des ignando con: - i t el tiempo en el momento de ignición; - b t el tiempo en el momento en que se ha producido un 60% del aumento; -
t el tiempo en el momento en que s e ha alcanzado la temperat ura máxima, hay que aplicar para el perí odo b (t i - )t la corrección de temperatura del perí odo inicial y para el perí odo f (t - b t ) la corrección de temperatura del perí odo posterior. La corrección de la temperatura ∆ por T lo tanto será: f
∆ i ∆ f ∆ = - b T (t i - )t T + f (t b - t) T
en que:
7
NCh51 =
el aumento de temperatura por min en el perí odo preliminar;
∆ f = T
el descenso de temperatura por min en el perí odo pos terior;
∆ i T
b i
(t
- )t
=
el tiempo en min entre el momento en que se ha alcanzado el 60% del aumento total de la temperatura y el momento de ignición;
(t
- t)
=
el tiempo en min entre el momento en que se ha alcanzado la temperatura máxima y el momento en que se ha llegado al 60% del aumento total de la temperatura.
f b
El valor de esta corrección debe agregarse a la diferencia (T ) de la fórmula (1) f - iT (Artí culo 10 °) obtenié ndose as íla fórmula (2): (2) Calor producido corregido = (T -T f + i
∆T ) (E A
+ A)
Corrección por el calor de combustión del alambre y del algodón Artículo 12° 1 Debe des cont arse del calor calculado segú n la fórmula (2) Artí ° el calor culo 11
producido por la combus tión del alambre de fierro (1 600 cal por g). Debe usarse siempre la misma longitud de alambre (10 cm) y medirse los trozos que no se han quemado y que quedan conectados con los electrodos. 2 Si se ha usado hilo de algodón para la ignición t ambié n debe des contarse el calor
producido por su combus tión (4 180 cal por g). Corrección por el calor de formación de ácido sulfúrico Artículo 13°
Esta corrección corresponde a la diferencia de calor que se debe a la formación de ácido sulfúrico en el experimento y la producción de anhí drido sulfuroso en la combustión al aire libre. Por mg de azufre determinado segú n Artículo 9°, inciso 6 la corrección es de 3,6 cal. Corrección por el calor de formación de ácido nítrico Artículo 14°
Por cada ml de ácido ní trico dé cimo-normal cuya cantidad se determina segú n el Artículo 9 °, inciso 6 , la corrección es de 1 ,43 cal.
8
NCh51 Tolerancias Artículo 15°
Dos determinaciones del poder calorí fico no deben diferir en más de: -
0,3% si se efectú an en el mismo laboratorio;
-
0,5% si se efectúan en laboratorios distintos.
Cálculos: del poder calorífico superior referido a la muestra seca, a la muestra original y al carbón puro Artículo 16° 1 El poder calorí fico determinado s egú n las pres cripciones de los artí culos anteriores se
refiere a la muestra desecada al aire (Artí culo 7°). 2 El poder calorí fico superior del combust ible seco (exento de humedad), s e calcula s egú n
la fórmula: 100
PCS sec = PCS exp ⋅
100 - A h
en que: PCS exp
= significa el poder calorí fico superior del carbón tal como se ha s ometido al ensayo (desecado al aire);
PCS sec = Ah
significa el poder calorí fico superior del carbón completamente desecado;
= significa la humedad Artículos 5 ° a 19°.
higroscópica
det erminada segú n NCh48 ,
3 El poder calorí fico del combus tible original (PCS orig) se calcula s egú n la fórmula: PCS orig = PCS sec ⋅
100 - At 100
en que: At =
significa la humedad total.
4 El poder calorí fico superior del carbón puro (libre de ceniza y humedad) se calcula segú n
la fórmula: PCS puro = PCS sec
100 ⋅
100 - C sec
9
NCh51 en que: C s = ec
significa la ceniza del carbón seco (NCh48).
II Cálculo del poder calorífico inferior a presión constante Artículo 17° 1 Para calcular el pode r calorí fico inferior a presión cons tante exp PCI de la muest ra, tal
como se sometió al ens ayo se emplea la fórmula siguient e: PCI exp = PCS exp - 5,72 (H - 9)
en la cua l H significa el % de hidrógeno total del combus tible, incluyendo el de la humedad de la muestra que se usó para determinar el poder calorí fico superior y PCS exp el poder calorí fico superior de la misma muestra desecada al aire. 2 La det erminación de es te porcentaje de hidrógeno de be hacerse por medio del análisis 7) elemental del carbón . No obsta nte s e puede obtener este valor aunque no en forma tan exacta en el mismo ens ayo del poder calorí fico procediendo de la manera que se describe a continuación.
Determinación del agua total, presente en el combustible y formada en la combustión Artículo 18° 1 Al preparar el aparato para el ensayo (Artí culo °8) no se coloca agua en la bomba sino
é st a, como tambié n la tapa, se secan completamente. 2 Terminada la combus tión se coloca la bomba calorimé trica en un baño de aceite. Se
conecta la válvula de ent rada de oxí geno con un dispositivo para des ecar el aire que consiste en un frasco lavador con ácido sulfúrico y una torre llena de cloruro de calcio o de otra substancia que abs orba el agua, como dehydrita, drierita o anhidrona. La válvula de es cape de oxí geno se conecta con dos tubos U, llenos con la misma substancia para absorber agua, pesados con anterioridad. Al final se coloca un frasco lavador con ácido sulfú rico concentrado (ver figura 1).
7
)
10
NCh49 Combustibles s ólidos - Análisis elemental.
NCh51
1 a r u g i F
11
NCh51 3 Se abre la válvula de escape del oxí geno controlando la ve locidad del oxí geno (2 a 5
burbujas por s aproximadamente) por las burbujas que pas an por el frasco lavador. 4 Terminado el esc ape de oxí geno se conecta el frasco lavador con una bomba de vací o,
se abre la válvula de ent rada de oxí geno de la bomba y se deja pas ar una corriente lenta de aire (2 a 5 burbujas por s aproximadamente) a travé s del aparato, obs ervando nuevamente el nú mero de burbujas que pasan por segundo a travé s del frasco lavador. Al mismo tiempo se calienta el baño de aceite a la temperatura de 110 C. ° 5 Despué s de 2 h a 3 h s e corta la corriente de aire, s e desconectan los tubos U que
contienen la substancia desecadora y se pesan. 6 Se vuelven a colocar los t ubos U en su pos ición y se sigue pasa ndo aire durante otra
hora. 7 Se desconectan nuevamente los tubos U y se vuelven a pesar. La absorción se
considera como terminada si el peso de los tubos no ha variado en más de 5 mg. 8 Con el aumento de peso de los tubos s e calcula el productoH x 9. Artículo 19°
El certificado deberá especificar el mé todo que se ha empleado para la determinación del valor del hidrógeno total (H ) es de cir, el del análisis elemental o el de la determinación en la bomba.
Cálculo del poder calorífico inferior referido a la muestra seca, a la muestra original y al carbón puro Artículo 20° 1 El poder calorí ° se refiere a la fico inferior calculado s egú n la prescripción del artículo 17
muestra desecada al aire (PCI exp ). 2
El poder calorí fico inferior del combustible seco (PCI sec ) (exento de humedad) se calcula segú n la fórmula: PCI sec
=
PCI exp
100 100
− Ah
+
5,72 Ah
en que: Ah =
12
humedad higrosc ópica de la muest ra desecada al aire.
NCh51 3 El poder calorí fico inferior del combustible original (PCI orig) se calcula s egú n la fórmula: PCI orig
=
PCI sec
100
− At
100
−
5,72 At
en que: At =
humedad total de la muest ra.
4 El poder calorí fico inferior del carbón puro se calcula s egú n la fórmula: PCI cp
=
PCI sec
100 100
−
C sec
en que: = C sec
significa la ceniza del carbón seco.
13
NCh51 E) Anexo Ejemplo (1)
Para el cálculo del poder calorí fico superior (Artí culos 10° al 14°). Equivalent e de agua del calorí metro
: A E = 550 g.
Agua colocada
: 2 000 g
Peso del carbón quemado
: 1,053 5 g.
Peso del sulfato de bario:
: 38,6 mg Azufre (S ) = 5,3 mg
ml HCl 0,1 n gastados
: 30 ml.
HNO3 0,1 n = (50 - 30 ) - 0,625⋅ 5,3 = 16,69 ml Min
s
0 1 Perí odo preliminar
Perí odo principal
Perí odo pos terior
14
2 3 4 5 5 6 6 6 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
°C (corregidos)
15,244 15,250 0,028
45 00 15 30 45
15,255 ∆ T i = = 0,0056 5 15,261 15,266 15,272 Ignición: iT = 15,272 C ° 16,50 16,85 17,15 17,42 17,67 17,82 18,41 18,485 18,500 Temperatura final: f T = 18,500 C ° 18,498 18,496 0,009
= 0,0018 18,494 ∆ T f = 5 18,493 ° 18,491 (T - T) = 3,228 C f i 06 ⋅ f (T - iT) = 3,228 ⋅ 0,6 = 1,937 C °
NCh51 Temperatura a la cual el aumento es igual al 60% del total = 1 5,272 + ° 1,937 C = 1 7,209 ° Temperatura al tiempo 6 min 15 s . . . 1 7,15 C Temperatura al tiempo 6 min 30 s . . . 1 7,42 C C ° Aument o de temperat ura/s = 0 ,018 °
El tiempo trans currido en segundos des de 6 min 15 s has ta el momento en que la ° se calcula segú n la fórmula: temperatura alcanza 17,209 C 17,209 - 17,15 0,018
= 3,3 s
Res ulta b t = 6 min 15 s + 3 s = 6 min 18 s
(Momento en el cual la temperatura alcanzó a 60% del aumento total)
Por lo tanto debe aplicarse la corrección de temperatura conforme al perí odo preliminar durante el tiempo de (6 min 18 s - 5 min) = 1 ,30 min y la corrección conforme al perí odo pos terior durante (10 min - 6 min 18 s) = 3 min 42 s = 3 ,70 min. Resulta T = - 1,3 ⋅ 0,0056 + 3,7⋅ 0,0018 = - 0,0007 T - corregido T = 3 ,228 - 0,0007 = 3 ,2273 f i Calor total producido : 3,2273 ⋅ 2 5 50 = 8 2 30 calorí as Corrección por alambre quemado: 6 cm equivalent e a 11,7 mg a 1,6 cal por mg, 18,7 cal Corrección por azufre: 5,3 mg a 3,6 cal
19,1 cal
Corrección por ácido ní trico formado: 16,69 ml de ácido ní trico dé cimo-normal a 1,43 cal
23,9 cal
Total a descontar:
61,7 cal
Calor producido por la combustión de la muestra: Poder calorí fico superior =
8 168,3 1,0535
= 7 753 cal/ g
8 168,3 cal
8)
Ejemplo (2)
Para el cálculo de los valores del poder calorí fico superior referido a la muest ra completamente seca, a la muest ra original y al carbón puro. PCS fico superior experiment al exp Poder calorí A Humedad higroscópica (NCh48, Artí culos 5° a 19°) h A Humedad total de la muest ra tal como se recibió t Csec Ceniza del carbón 8
= = = =
7 753 3,6% 8,7% 4,3%
) En el ejemplo se ha supuest o que el termómetro no tiene errores de calibración. En caso de que los hubiese, hay que corregir las te mperaturas de ignición y final conforme al c ertificado oficial del termómet ro.
15
NCh51 Resulta: PCS sec = 7 753
100 100 - 3,6
= 8 050 cal/g
100 - 8,7 = 7 350 cal/g 100
PCS orig = 8 050
100
PCS cp = 8 050
= 8 400 cal/g
100 - 4,3
Ejemplo (3)
Para el cálculo de los valores del poder calorí fico inferior de la muest ra desecada al aire, de la muestra completamente seca, de la muestra original y del carbón puro. Poder calorí fico superior de la muestra tal como se ensayó (PCS 7 753 exp) = H = % de hidrógeno total del combustible tal como se ensayó = 5,2
(Se supone que H se compone de 4,8 % de hidrógeno combinado y de hidrógeno de la humedad higroscópica). A h
=
3,6%
A t
=
8,7%
Csec
=
4,3%
Resulta: PCI exp = 7 753 - 5,72 (5,2 9) = 7 485 cal/g ⋅
PCI sec = 7 485
PCI sec
=
7784
PCI cp = 7 784
16
100 100 - 3,6
100 ⋅ 8,7 100 100
100 - 4,3
+ 5,72 3,6 = 7 784 cal/g ⋅
− 5,72 ⋅ 8,7 =
= 8 133 cal/g
7058 cal / g
3,6 9
= 0,4%
de
NORMA CHILENA OFICIAL I N S T I T U T O
NACIONAL
DE
N O R M A LI Z A C I O N
NCh !
51.Of60
I N N - C H I L E
Combustibles sólidos - Determinación del poder calorífico S olid fuels - Determination of calorific power (heating power)
Primera edición : 19 60 Reimpresión : 19 99
Descriptores:
combustibles, combustibles s ólidos, valor calórico, ensayos, ensayos de calor
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