Info Temperatura

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

Facultad de ingeniera mecnica

Laboratorio de Ingeniera Mecnica I

"Diversificacin Productiva y del Fortalecimiento de la Educacin"Profesor:

Ing. Mechan Rojas DanteCurso:Laboratorio de Ingeniera Mecnica I

Informe del Ensayo N 3

Medida del poder calorfico de un combustible y su punto de inflamacin

FECHA DE PRESENTACIN:1005/2015

Integrantes: Lint Teevin Csar 20092539C Huaman Nizama Christian 20132158E Vergaray de la Cruz Patricia 20147505H Solis Quispe Williams 20127021E Moncca Flores Jos 20120226K

IntroduccinI. Objetivo: - Esta experiencia tiene como objetivo principal, el usar los conocimientos de calorimetra, la cual est relacionada, entre otros, con la determinacin de cantidades energticas tales como entalpa, energa interna, calor especfico y poder calorfico.

Para tales efectos, y como objetivo terminal, se determinar experimentalmente, el poder calorfico de combustibles (en este caso combustible lquido). Conocer experimentalmente el proceso para hallar el punto de inflamacin de un combustibleII. Fundamento Terico:1. Tipos de combustibles:1.1 Solidos

Entre los cuales tenemos: lea, carbones naturales o artificiales, bagazo, etc. El carbn es el combustible representativo dentro de los agrupados en esta clasificacin. Los carbones se subdividen en:

Lignita

Sub-Bituminoso

Semi-Bituminoso

Semi-antracita

Antracita

Sub-divisin hecha en base a la antigedad de este tipo de combustible se hallan cifradas en el carbn y, principalmente, la antracita cuya explotacin a gran escala est en vas de desarrollo.

1.2 Lquidos

Generalmente son derivados del petrleo, cuya refinacin ha sido hecha en diferentes grados; algunos se encuentran ms concentrados que otras, o pueden ser craqueados sea, descompuestas en molculas ms simples, o pueden ser polimerizadas o son molculas simples asociadas con las ms pesadas.

Considerando que el petrleo est compuesto de tantos hidrocarburos no hay ensayo que permita decir su comportamiento exacto, pero hay ensayos comparativos normalizados, tales como de la ASTM.

1.3 Gaseosos

Combustibles que se encuentran en estado natural o artificial en forma de gas; algunos provienen de la extraccin natural tal como el gas natural, cuyo proceso de refinamiento da una serie de diferentes tipos; en cuanto al ms usado especialmente el de tipo domestico es el propano.

2. Poder calorfico en los combustibles

Durante un proceso de combustin la energa qumica de un combustible es transformada en energa molecular cintica o potencial de los productos.

El trmino ms comn relativo a la energa asociada con la combustin, es la mxima cantidad de calor que puede obtenerse de los productos de la combustin completa, si esos productos se enfran a la temperatura original de la mezcla de aire y combustible.

En el proceso de enfriamiento de los productos se condensa cierta cantidad de vapor de agua (ya que la mayora de los combustibles contienen hidrgeno), segn las condiciones en que se realice. Dado que esta condensacin libera cierta cantidad de calor, el valor calorfico de un combustible vara entre un valor mnimo, cuando no hay condensacin del vapor de agua, y un mximo cuando es completa.

Podemos definir lo que es Poder Calorfico de un combustible como:

La cantidad de calor producida, o generada, por la combustin completa de la unidad de combustible en cuestin, suponiendo que los productos de la combustin se enfran hasta la temperatura inicial.

El poder calorfico (N) se expresa, por lo tanto, en las siguientes unidades: Combustibles slidos y lquido en Cal/kg de combustible y para combustibles gaseosos en Cal/m3.

Podemos distinguir:a) Poder Calorfico SuperiorSe define como la cantidad de calor generado por la combustin completa de la unidad de volumen o masa del combustible, considerando en condiciones estndar, es decir:

Temperatura del combustible y del aire

=25C

Presin

=760 mm Hg.

Y cuando en los productos de la combustin se encuentra agua en estado lquido.b) Poder Calorfico InferiorEs la cantidad de calor generado en las mismas condiciones anteriores, pero ahora el agua formada en la reaccin se encuentra en estado gaseoso.

Poder Calorfico Observado

En el determinado experimentalmente en un calormetro, y puede ser expresado por las siguientes expresiones, en funcin de los datos obtenidos:

-Tericamente

Por medio de la llamada Entalpia de Formacin () y que se define como la cantidad de energa necesaria para formar un compuesto, a partir de sus elementos constitutivos. Se considera que la formacin ocurre a 25C y 7620 mm Hg.Los valores de aparecen en tablas termodinmicas-Empricamente

A travs de algunas expresiones que considerar la composicin del combustible.

Una expresin muy conocida, es la frmula de DULONG, que permite determinar la potencia calorfica de un combustible (carbn) basada en las proporciones, en peso, del carbono total, hidrgeno til y azufre:

Kcal/kg = 8.148 C + 34.720 (H-O/8) + 2.268 S

En donde: C, H, O y S son, respectivamente, los pesos de carbono, hidrgeno, oxgeno y azufre, por kilogramo de combustible.

Esta frmula da un valor aproximado del poder calorfico superior de un combustible y existe una gran concordancia con los valores obtenidos por medio de un calormetro.

Se puede calcular, aproximadamente, el poder calorfico de los combustibles derivados del petrleo, partiendo de la densidad del mismo, referida a 15 C. Esto se funda en que cuanto menor es la densidad del combustible lquido, mayor es la proporcin de hidrgeno y viceversa.

-Experimentalmente

Por medio de calormetros, para combustibles slidos, lquidos y gaseosos.

Cmo medir?: Transfiriendo la energa calrica que genera el combustible, a otro elemento (agua, alcohol, aceite, etc.).

Aprovechando la variacin de sus propiedades, principalmente, la Temperatura, ha sido ms cmodo y general, usar agua, como elemento que recibe el calor generado. Por tal razn, en todos los calormetros, se debe medir el t.3. Calormetros para combustibles slidos y lquidos

Se utiliza la llamada bomba calorimtrica, cuando se quema combustible.

Existen varios tipos de bombas calorimtricas tales como la Atwater, Davis, emerson, Mahler, Parr, Peters y Williams. Una de estas bombas, el calormetro no adiabtico de Emerson, est ilustrada en la figura 1.

Figura 1.

El combustible, cuyo valor calorfico se desea determinar, se coloca en un crisol. La bomba carga con oxgeno a presin. Cuando pasa una corriente elctrica por el alambre, el combustible se enciende. La bomba est rodeada por una camisa de agua a fin de absorber el calor desarrollado por la combustin. La bomba tiene tambin una camisa exterior y un espacio de aire alrededor del recipiente, o camisa de agua central, para minimizar las prdidas de calor al ambiente. Aunque el agua del recipiente interior absorbe la mayor porcin del calor, este calor no es el valor calorfico del combustible, por las siguientes razones:

La bomba en s absorbe cierto calor.

Hay intercambio de calor con la camisa externa.

EL alambre de ignicin libera cierta energa.

Los productos de la combustin no se enfran a la temperatura original.

Debido a que la combustin se produce en oxgeno, se alcanza alta temperaturas, lo que resulta en la formacin de cidos ntrico y sulfrico.

Por tales razones, se hace necesario efectuar varias correcciones: por radiacin, por cidos, etc.

El calormetro PARR, de camisa isotrmica y bomba de doble vlvula, que se ilustra en las figuras siguientes, funciona tal como la bomba de Emerson y es la que ser usada en esta experiencia.

Figura 2.

Figura 3.4. Temperatura de inflamacinEs la temperatura mnima a la cual un lquido inflamable desprende suficiente vapor para formar una mezcla inflamable con el aire que rodea la superficie del lquido o en el interior del recipiente empleado. En los ensayos para determinar ese punto se suele emplear una pequea llama como foco de ignicin. El lquido se calienta lentamente desde una temperatura supuestamente inferior y a incrementos crecientes de temperatura se aplica una llama de prueba a la cmara de vapor. El punto de inflamacin es la temperatura a la cual se observa un destello (flash) al aplicarse la llama o fuente de ignicin. Los ensayos estn normalizados en vaso cerrado y en vaso abierto. Los de vaso cerrado pueden hervir como referencia de peligro para aquellos procesos realizados dentro de recipientes y los de vaso abierto para operaciones de manipulacin, trasvases con recipientes abiertos, derrames, etc. La temperatura de inflamacin en vaso abierto es un poco superior a la de vaso cerrado. La temperatura de inflamacin o destello de un lquido inflamable o combustible se suele encontrar en manuales especializados sobre incendios o explosiones o sobre caractersticas de peligrosidad de productos. En caso de no disponer de la temperatura de inflamacin ti de hidrocarburos en vaso cerrado, se puede estimar de forma orientativa a partir del punto de ebullicin te mediante la siguiente frmula: ti = 0,683 te -71,7 siendo: ti = temperatura de inflamacin, C te = temperatura de ebullicin inicial, CLa temperatura de inflamacin o destello de un lquido inflamable es una propiedad fundamental en relacin con el peligro de incendio y explosin. Si la temperatura de un lquido est por debajo de su punto de inflamacin, no puede existir suficiente concentracin de vapor inflamable para que pueda ocurrir la ignicin. Sin embargo debe observarse que en el caso de formarse nieblas de lquidos inflamables, pueden inflamarse al entrar en contacto con una fuente de ignicin, por debajo de su punto de inflamacin. Estas nieblas se pueden originar por enfriamiento de vapores o por medios mecnicos como en pulverizaciones o rociados. Se conoce un caso de accidente con lesiones de quemaduras, al encender un cigarrillo mientras se realizaba una operacin de rociado de herbicida mediante una bomba de pulverizacin en una maana fra de invierno. A pesar de que la temperatura ambiente era inferior al punto de inflamacin del lquido, la llama de la cerilla gener la suficiente energa calorfica para crear una mezcla inflamable de vapor a partir de las minsculas gotculas de la niebla pulverizada. Lo mismo puede ocurrir con espumas aunque estn por debajo de su punto de inflamacin.III. Elementos a utilizar:

Poder calorfico

a) Bomba Calorimtrica de Emerson

b) Balanza

c) 1gr de Combustible

d) Oxgeno puro ( O2) ,a 300 PSI

e) Alambre de una aleacin de Micrn

f) Cronmetro

g) Termmetro

h) Fuente de alimentacin

i) 1900 gramos de agua

j) Agitador

IV. Procedimiento:

Poder calorfico

1. Se desarmar la bomba calorimtrica con la finalidad de sacar el pequeo recipiente o mejor dicho el crisol contenido en su interior. Una vez hecho esto agregaremos dentro del crisol 1 gr aproximadamente de nuestra muestra de combustible (petrleo).2. Pesar un gramo de combustible

3. En la tapa de la bomba calorimtrica se colocar un pequeo filamento de tungsteno, el cual se va encargar de proporcionar la chispa para que la muestra de combustible.4. Luego se colocar con cuidado el pequeo crisol con su contenido de combustible y se acomodar en el anillo que est en la tapa de la bomba, despus se acercar el filamento al combustible pero sin que lleguen a tocarse (aproximadamente a 1mm de separacin).

5. Despus se proceder a ensamblar la bomba calorimtrica y se ajustar la tapa, siempre evitando el hacer movimientos bruscos como sacudirlo o golpearlo, los cuales pueden derramar el contenido del interior.

6. La bomba calorimtrica ser llenada con oxgeno a presin, esto se realiza a una presin NO RECUERDO CUANTO FUE atmsferas, con la ayuda de un tanque de oxgeno. 7. Se llenar con 1.9 litros de agua el recipiente que absorber el calor liberado por el combustible.8. Despus de haber realizado el llenado de la bomba con oxgeno haremos las conexiones de ste con un aparato elctrico el cual nos suministrar la intensidad de corriente til para la produccin de la chispa necesaria para la combustin. 9. La bomba calorimtrica se toma con cuidado y con ayuda de una especie de gancho es puesta dentro de un recipiente el cual contiene agua tapando ligeramente la superficie de la bomba. Despus todo este recipiente y su contenido es llevado a otro de mayor tamao que viene a ser conocido como la camiseta de agua10. En estas condiciones instalamos el agitador elctrico (motor).11. En estos momentos oprimimos la llave de encendido para iniciar el proceso de combustin, notaremos que la luz roja se enciende e instantes despus se apagara donde se iniciar la toma de lecturas de temperatura12. Despus se registrar la temperatura cada 30 segundos hasta que se alcance la mxima temperatura. El observador del termmetro debe estar bien alerta porque el aumento de la temperatura es muy grande inmediatamente despus del encendido13. Una vez alcanzada la temperatura mxima esta comenzara a descender y deber ser medida cada minuto hasta llegar a la temperatura ambiente.Punto de inflamacinAparatos utilizados

1. Vaso cerrado PENSKY-MARTENS

2.Combustible

Procedimiento

1. Llenar la taza de ensayo con el volumen necesario de muestra (indicado con una marca en el interior de la taza) y colocarla en la posicin de ensayo sobre el bloque de calentamiento. La temperatura de la muestra a ensayar debe ser al menos 18C 32F menor que el punto de inflamacin esperado.2. Ajustar la tapa de la copa de ensayo a esta ltima, asegurndose de que quede en posicin correcta.3. Comprobar que el termmetro a emplear en la determinacin es el adecuado para el ensayo que se va a llevar a cabo. 4. Conectar la tapa de la taza de ensayo al rotor adecuado de acuerdo a la velocidad de agitacin necesaria (Procedimiento A, 60-120 rpm).5. Comprobar el paso de gas y ajustar el tamao de las llamas piloto y test a un dimetro aproximado de 4 mm, comprobando mediante la aplicacin manual de llama que esta no se apaga con el movimiento derivado de dicha aplicacin.

6. Aplicar la calefaccin necesaria para conseguir una velocidad de calentamiento de entre 5- 6C/min (9-11F/min).7. Comenzar a realizar aplicaciones de llama (detener la agitacin para llevar a cabo la aplicacin de llama) sobre la muestra a una temperatura 23 5C 41 9F por debajo del punto de inflamacin esperado cuando se ensayen muestras con punto de inflamacin esperado inferior a 110C 230F.8. Realizar aplicaciones de llama a intervalos de temperatura de 1C 2F. El tiempo de exposicin de la llama no debe ser superior a 1s.9. Anotar la temperatura a la que se observa la inflamacin, con una precisin de 0,5C bien 1F.

V. Clculos y Resultados:

Tiempo (s)Temperatura (C)

022.6

3024

6029.8

9033.6

12036

15037

18037.2

21036

24035.2

27034.4

30033.8

33032.4

36031.8

Datos de LaboratorioHallando la grfica

Bomba calorimtrica en un sistema adiabtico el q = 0

Por lo tanto:

Reemplazando se obtiene:

Clculo dela cantidad de calor absorbido por el agua:

Para poder calcular elcalor absorbido por la bomba calormetrica, necesitamos conocer:

La masa de la bomba El calor especfico del material con el que est fabrica. En muchos casos como la masa de la bomba es constante el fabricante proporciona la capacidad calorficaClculo de la cantidad de calor absorbido por la bomba calorimtrica:Si se conoce, lacapacidad calorfica del materialde la bomba (la masa de la bomba y el calor especfico del material del que est hecha, permanecen constantes), podemos decir:

Conociendo el calor absorbido por el agua y por la bomba, podemos determinar el calor liberado por la reaccin, que en el ejemplo es de combustin. Tengan en cuenta que el calor determinado es respecto a la muestra que se ha quemado. Porejemplo, si colocamos 1,5 g de una sustancia y determinamos el calor de combustin,este ser el calor liberado por 1,5 g de la sustancia en cuestin.Cuando se trabaja siempre con la misma bomba calormetrica:

la masa de agua y de la bomba son constantes.

el calor especfico del agua y del material tambien son constantes.

Recuerden que en unabomba calormetrica se mide el calor a volumen constante.Por lo tanto:

.La variacin del calor de reaccin medido a volumen constante, nos proporciona el valor de la variacin de energa interna.

En un proceso isbarico la variacin de la energa interna se expresa:

Si el sistema lo forman gases ideales,

PV= nRTLo que nos lleva a:

Pc=ProblemaEn una bomba calorimtrica a volumen constante se quema 1,435 g de naftaleno (C10H8), un slido de olor penetrante, repelente de las polillas, conocido por nosotros como naftalina.

Como consecuencia de la combustin del naftaleno, la temperatura en el interior de la bomba calorimtrica, se eleva de 20,17C hasta 25,84C.

Nos informan que la masa de agua que rodea la bomba es de 2000 g y la capacidad calorfica de la bomba es de 1,80 kJ/C. Calcula:

Calor liberado en la reaccin.

Calor liberado por mol de naftaleno.

Entalpa de l a reaccin, en kJ/mol.

Pasos a seguir:

Realiza un diagrama de la bomba calorimetrica, este paso te permite visualizar el problema.

Establece que si se quema la muestra, est producir calor, luego elqliberado, es el calor que se genera al quemarse 1,435 g de C10H8 El calor liberado por la combusitn de naftaleno, lo absorbe el agua de la bomba y el material de la misma, luegoqabsorbido, sera la sumatoria del calor que abosrbe los 2 000 g de H2O y la bomba.

Por ltimo recuerda que la bomba calormetrica es un sistema adiabtico, q =0

VI. Observaciones y Conclusiones:

a) Conclusiones La bomba calorimtrica un instrumento que utiliza una transferencia de calor como principio de funcionamiento y se utiliza para determinar el calor de combustin cuando se quema a volumen constante. Para una mayor exactitud en hallar el valor de poder calorfico se debe tomar en cuenta correccin por el calor que libera la formacin de cidos de nitrgeno y azufre (aunque se pueden despreciar en algunos casos) y la correccin por el calor generado por la combustin del filamento de ignicin. El calor que absorbe el agua no es el poder calorfico del combustible debido a diversos factores:a) Absorcin de calor por la propia bombab) Liberacin de calor del alambre k provoca el encendido del combustiblec) Liberacin de calor del por la formacin de cido ntrico y sulfrico entre otros Debido a que los gases producidos durante la combustin al final se encuentran a temperaturas bajas, ya que el ensayo se lleva a cabo baja presin la mayor parte del agua presente en los productos se condensan por lo cual el poder calorfico es el superior como no se puede medir en el laboratorio la cantidad de agua presente despus de la combustin es imposible hallar el poder calorfico inferior del combustible. En el momento de hallar el punto de inflamacin y de combustin del lubricante o combustibles son una medida de la volatilidad inicial ms no de una verdadera inflamabilidad.

b) Recomendaciones

Se recomienda antes de comenzar a realizar el laboratorio repasar los paso del mtodo en equipo para lograr que el equipo este cohesionado en lo que se va realizar Se hace hincapi en la limpieza del equipo(aparato) ya que de eso depende que el resultado del ensayo que se realiza sea de forma correcta y tener mucho cuidado al verter el espcimen a la copa ya que si se derrama tendrn que limpiar todo el equipo de nuevo; no olvidar que si se quiere repetir una experiencia se debe cambiar de espcimen, limpiar el equipo y esperar a que este se en fre Tener cuidado de que el alambre conductor este bien sujeto y que su posicin respecto al combustible sea la ptima para que apenas choque con este.

Estar atentos de llenar exactamente con 1.9 lit. de agua el envase de la bomba calorimtrica de Emerson para que llene hasta el tope deseado y no rebalse y se mezcle con los contactos de los polos de la fuente de corriente originndose un corto circuito.

Tener buena presicion al medir las temperaturas tanto de ascenso como de descenso.

VII. Bibliografa:

-EL LABORATORIO DEL INGENIERO MECANICO AUTOR: JESSE SEYMOUR DOOLITTLE (1962)

-MANUAL DE LABORATORIO DE INGENIERO MECANICO TOMO I, UNI http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/NTP/Ficheros/301a400/ntp_379.pdf

Lima Per

2015

I

D

E

C

H

J

F

B

G

A

A = Caja aisladora

B = Vasija del agua (Cap. 2 lts)

C = Bomba (otro tipo de casa PARR)

D = Borne positivo

E = Borne negativo

F = Fijadores de posicin de B

G = Hlice para agitacin del agua

H = Termmetro

I = Lente de aumento

J = Porta termmetro

Corte de la tapa de la bomba

A = Entrada de oxgeno

B = Salida de gases

C = Terminal de masa

D = Tuerca

E = Cuerpo

F = Anillo de caucho

_1495029600.unknown

_1495175789.xlsGrfico1

22.6

24

29.8

33.6

36

37

37.2

36

35.2

34.4

33.8

32.4

31.8

Tiempo (s)

Temperatura (C)

Hoja1

Tiempo (s)Temperatura (C)

022.6

3024

6029.8

9033.6

12036

15037

18037.2

21036

24035.2

27034.4

30033.8

33032.4

36031.8

Hoja1

Tiempo (s)

Temperatura (C)

_1495029599.unknown