termodinamica

Termodinámica II – Informe de laboratorio
“Medición Calorimétrica del Poder Calorífico de un Combustible”
Alumnos: Richard Jerez, Miguel Fagalde, Israel Briceño.
Profesor: Carlos Rosales.
Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad Técnica Federico Santa Mara, Valparaíso, Chile.

Enero, 2014



Resumen: En este ensayo se determinará experimentalmente el poder calorífico superiorde una muestra de combustible, en esta oportunidad se utilizará la cáscara de nuez. El valor obtenido en el laboratorio se comparará con el valor típico, reportado en la literatura.

En el ensayo se determinó la masa de combustible, a la cual se realizará la medición del poder calorífico superior; se utilizará una bomba calorimétrica, un calorímetro y un vaso calorimétrico. El uso de alambre deniquelina facilitará la ignición. El poder calorífico superior se determina midiendo el cambio de temperatura en el agua del vaso calorimétrico, ya que la energía producida en la combustión es transmitida al agua; se asume un sistema adiabático.
Se presentan los procedimientos de medición y los resultados obtenidos para asegurar que la experiencia sea reproducible. Se encontró un error no muysignificativo con el valor que se puede encontrar en diferentes textos, debido a que el supuesto de sistema adiabático no es aplicado a la experiencia y aun offset en el datalogger que registraba la señal desde las termocuplas.
La experiencia se realizó en el laboratorio de termodinámica de la UTFSM.

1) Introducción a la teoría

El objetivo de este trabajo es determinar el poder caloríficosuperior de un material combustible. En esta experiencia se consideró al calorimétrico como un sistema adiabático. Para esto se utilizó la siguiente ecuación:


Donde representa el poder calorífico en j/kg, la capacidad calorífica del calorímetro en
J/º C, la masa del agua del vaso calorimétrico en gr, el calor especifico del agua del vaso calorimétrico a la temperatura inicial en J/grºC,estos valores se aproximaran a la constante K=11962 (J/°C), el incremento de la temperatura del agua del vaso calorimétrico por efecto de la combustión en ºC, el calor generado por el alambre de niquelina quemado y la formación de ácidos en Joules y la masa del combustible quemado en gr.

Obtenemos como sigue:



Donde:
R: resto alambre de niquelina
2,3 (Cal/cm)
4,186 (J/Cal)

Dado queel sistema no es completamente adiabático, la temperatura del agua tiende a igualarse con la del ambiente; se produce una serie de datos falsos. Con un modelo matemático calculamos el incremento de temperatura,



Donde:
: Diferencia de temperatura alcanzada °C
: Temperatura máxima alcanzada por el combustible °C
: Temperatura del agua en el momento de la ignición (minuto 5) °C
:Incremento de temperatura en el periodo final °C
: Incremento de temperatura en el periodo inicial °C
: Duracion del periodo principal ( desde a ) min
: Factor constante de corrección de temperatura que depende del combustible.
Para efectos prácticos:
=1 si
=1,25 si
=1,5 si
: Incremento de temperatura entre el minuto 5 y el minuto 6
: Incremento de temperatura entre elminuto 6 y el minuto 7

: Temperatura del agua en el minuto 5
: Temperatura del agua en el minuto 6
: Temperatura del agua en el minuto 7

De esta manera logramos determinar experimental mente el poder calorífico superior del combustible.

2) Procedimiento Experimental.
Desarrollo de la experiencia.
El primer paso será calibrar la balanza analítica, en este caso balanza marca Mettler H20rango: 0 - 160 (gr), res: 0,01 [mgr]), (figura 1). Luego se masa la nave (contenedor), (figura 2), en la cual se dispondrá la muestra para la experiencia, la cascara de nuez.
Ya realizada la medición de la masa de la nave, se introduce la muestra, con el alambre de níquel en forma de bobina, de 15 [cm], que actúa como bujía para realizar la combustión.
Se procede a la conexión de la niquelina...