Lab 2 Termo Aplicada 2018-2.docx

Universidad del Bio-Bio Depto. Ingeniería Mecánica

Laboratorio n° 2 ‘’Poder calorífico’’

Nombre: Profesor: Bernardo Coloma Ayudante: Matias Neira Fecha: 08/10/2018

Introducción El poder calorífico nos permite observar la cantidad total de calor liberada en la combustión y así diferenciar los combustibles según la engería que liberan por unidad de masa. Por esto mediremos el poder calorífico de un combustible sólido, en este caso, carbón, a través de una bomba calorimétrica la cual nos entregara los datos necesarios, como temperatura, para determinar el PCS de nuestro combustible.

Objetivo  Medir mediante una Bomba Calorimétrica el Poder Calorífico de un combustible sólido, a definir en Laboratorio.

Marco teórico  Combustible: Sustancias capaces de ser quemadas o que son propensas a quemarse, este material al ser quemado produce calor o energía. Los materiales sólidos, sufren una destrucción de su estructura molecular cuando se eleva la temperatura, formando vapores que se oxidan durante el proceso de combustión.  Combustión: Una combustión es toda reacción creada entre el material combustible y el comburente, activados por una cierta cantidad de energía, creando y desprendiendo calor, llamado reacción exotérmica.  Poder calorífico: como nombramos anteriormente, el PC es la cantidad de energía desprendida en la reacción de combustión, referida a la unidad de masa de combustible. Se puede expresar como el valor absoluto de la entalpia de combustión.

o Poder calorífico inferior: Es la cantidad de calor generado en las mismas condiciones anteriores, pero ahora el agua formada en la reacción se encuentra en estado gaseoso. Formulas a considerar para obtener el calor específico:  Equivalente en agua de la bomba 𝑚𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 𝐶𝑝𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 𝐶𝑝ℎ2𝑜 o Poder calorífico superior: Se define como la cantidad de calor generado por la combustión completa de la unidad de volumen o masa del combustible, considerando en condiciones estándar, es decir:  temperatura del combustible y del aire= 25ºC 𝐸𝐴𝐵 =

 presión= 760 mm Hg.

y cuando en los productos de la combustión se encuentra agua en estado líquido.

Se calcula con la siguiente formula: 𝑃𝐶𝑆 =

(𝑚ℎ2𝑜 + 𝐸𝐴𝐵 )𝐶𝑝ℎ20 ∆𝑇 − (𝐶𝐴𝑙 + 𝐶𝐴𝑛 + 𝐶𝐴𝑠 ) 𝑚𝑐𝑜𝑚𝑏

Donde: Mh2o = masa de agua EAB = equivalente en agua de la bomba Cph2o = calor especifico del agua DeltaT = variación de temperatura mcomb= masa de combustible sólido ensayado

 El PCS del carbón esta entre 5000 y 7000 kcal/kg

 Variación de temperatura ∆𝑇 = (𝑡𝑒𝑚𝑝. 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 − 𝑡𝑒𝑚𝑝. 𝑒𝑛𝑐𝑒𝑛𝑑𝑖𝑑𝑜) + 𝑅2 − 𝑅1 (°C) Donde: R1= corrección por calentamiento R2= corrección por enfriamiento  Corrección por enfriamiento 𝑅2 =

T°f−T°mt 2

(°C)

Donde: T°f= temperatura final del ensayo T°mt= temperatura máxima alcanzada  Corrección por el alambre de ignición 𝐶𝐴𝑙 =

Donde:

(𝐿𝑖 − 𝐿𝑓 ) × 𝐶1 1000

C1=2,3 cal/cm Li= longitud inicial de alambre Lf=longitud final del alambre  Corrección por ácido sulfúrico Cas= 0,015 kcal

Desarrollo Tabla de datos obtenido:

Medición 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Temperatura (°C) 25.60 25.75 26.60 27.20 27.50 27.73 27.88 27.96 28.01 28.04 28.07 28.08 28.08 28.08 28.08 28.08 28.08 28.08 28.06 28.05 28.03

 De la tabla podemos obtener: Temperatura máxima: 28.08°C Temperatura de encendido: 25.60°C Temperatura final de ensayo: 28.03°C  Datos previamente obtenidos:

Tiempo (s) 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 450 510 570 630 690 750 810

Largo inicial del alambre: 10cm Largo final del alambre: 0 Masa de agua: 1.9kg Masa de la bomba: 2.975kg Calor especifico del agua: 1 kcal/kg°C Calor especifico de la bomba: 0.114 kcal/kg°C Masa del combustible: 0.001kg

Memoria de cálculo A continuación desarrollaremos las formulas anteriormente mencionadas de igual forma, con los datos obtenidos previamente y los obtenidos de forma experimental. 1. Equivalente en agua de la bomba 𝐸𝐴𝐵 =

2.975 ∗ 0.114 1

EAB = 0.339kg

2. Corrección por enfriamiento

𝑅2 =

28.03 − 28.08 2

R2= -0-025°C 3. Variación de temperatura

∆𝑇 = (28.08 − 25.60) − 0.025 − 0

Variación de T° = 2.46°C

4. Corrección del alambre de ignición

𝐶𝐴𝑙 =

(10 − 0) × 2.3 1000

CAl = 0.023kcal

5. Poder calorífico superior

𝑃𝐶𝑆 =

(1.9 + 0.339 )1 ∗ 2.46 − (0.023 + 0.01 + 0.015 ) 0.001

Así finalmente el poder calorífico superior es de 5459.94 kcal/kg.

Conclusión Logramos obtener el poder calorífico superior experimentalmente, lo que nos demostró que está dentro del rango teórico que establecimos desde un principio. Los procesos de combustión liberan energía, casi siempre en forma de calor. Gracias a las bombas calorimétricas lograos medir la máxima cantidad de calor obtenida de los productos y esta es el PD del combustible. Con los cálculos obtenidos en este informe y con los datos que sacamos experimentalmente nos puede ayudar, a comprar y determinar que combustible nos brinda mejor beneficios.