BOMBA CALORIMETRICA DE JUNKER

1) INTRODUCCIÓN:

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 combustible cuando se quema es conocida como Poder Calorífico del combustible. Cada combustible tiene entonces un poder calorífico característico; sin embargo, estos valores pueden cambiar dependiendo de diversos factores como el proceso de producción del combustible, la materia prima usada para obtenerlos, entre otros.Debido a esto son muy importantes las mediciones del poder calorífico de los combustibles, para lo cual puede usarse una Bomba Calorimétrica.

2) OBJETIVOS:

- Obtener conocimientos y aprender el manejo del equipo de la bomba calorimétrica de Junker.

- Determinar experimentalmente el valor o poder calorífico (superior o inferior) de un gas, haciendo uso de la Bomba Calorimétrica De Junker.

3) MARCO TEÓRICO:

El Poder Calorífico:

El poder calorífico de un combustible es la máxima cantidad de calor que puede obtenerse de lo productos en una combustión completa, si estos productos se enfrían a la temperatura original en la mezcla de aire y combustible. Entre los productos de la combustión está presente el vapor de agua, el cual, dependiendo de la temperatura de los productos, puede permanecer como vapor, puede condensa parcialmente o completamente. Como el vapor al condensar libera calor, mientras más condensado se forme, mayor calor se estará obteniendo del combustible.Esto permite diferenciar entre el Poder Calorífico Inferior (o neto) y Poder Calorífico Superior (o bruto).El Poder calorífico Inferior 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 condensa.

Poder Calorífico de un Combustible Gaseoso:

Se determina por medio de un calorímetro para gas que es de tipo flujo continuo, el gas se quema en un mechero de Bunsen y los productos de la combustión pasan por tubos que están rodeados por agua circulante.

Se mide el caudal en volumen de gas calorímetro, la circulación del agua se ajusta de modo que, al enfriar los productos de combustión a la temperatura de entrada del aire se mide el caudal del agua a través del calorímetro y se determina su aumento de temperatura, el calor recibido por el agua es igual al valor calorífico del gas.

Poder Calorífico Superior (H 0):

Donde:

Te: Temperatura de ingreso del agua (ºC)Ts: Temperatura de salida del agua (ºC)

: Ts – Te (ºC)

: Masa de Agua contenida en la Probeta (Kg)

Vg: Volumen de gas en el contador (m3)

: Calor especifico del agua a presión constante = 4,816 KJ / (KgxºC)

Poder Calorífico Inferior (H U):

Donde:

r: Calor de evaporación de la cantidad de condensado por m3 de gas quemado.

Donde:mk: Masa de agua condensada durante la combustión (Kg)hfg: Entalpía de vaporización del agua, depende de la presión del agua en los gases de combustión (KJ/Kg)Vg: Volumen de gas= 0,06 m3

4) ESQUEMA GENERAL DEL EQUIPO:

Contador de Gas: Llamado también medidor rotativo de tipo húmedo, mide el caudal del gas.

Humificador de Aire: Recipiente cilíndrico, que va conectado antes del intercambiador y nos permite que el aire entre saturado al intercambiador.

Intercambiador de Calor: Recipiente metálico donde se produce la transferencia de energía entre el gas analizado y el agua.

Regulador de Presión: Tipo de diafragma, controla la presión del gas que ingresa al calorímetro.

Mechero de Bunsen: Tipo cilíndrico, produce el encendido del gas.

Balón de Gas Propano: Recipiente metálico con 24 lb. de masa de Gas Propano.

Probeta: Recipiente de vidrio graduado hasta 2000cc, recibe la cantidad de agua que entra en el proceso, durante un tiempo t.

Además del Equipo de Ensayo, se hizo uso de los siguientes materiales:

Termómetros: Se usaron para tomar la lectura de la temperatura de entrada del agua y la temperatura de salida del agua respectivamente.

Cronómetro: Se usó para medir el tiempo de ensayo y con este poder tomar los datos que se presentan luego en la tabulación de datos.

5) PROCEDIMIENTO:

- Conectar la manguera del botón de gas al regulador de presión.

- Conectar la manguera del regulador de presión 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 del aire.

- Conectar los termómetros y la probeta de 2000cc.

- Regular el nivel del contador de gas.

- Dejar circular agua por el contador y el intercambiador.

- Encender el mechero regulando la llama al intercambiador.

- Se medirá durante 60s la cantidad de agua que circula por el contador de gas y el intercambiador de calor.

- Tomar las lecturas de las temperaturas de entrada y salida del agua.

6) DATOS OBTENIDOS:

Pto.(l) (Pax10) (ºC) (ºC) (ºC) (cc)

T(s)

0 4,05 5 20 20 38 1020 601 4 5 20 20 39 1020 602 3,95 5 20 19,5 39 980 603 4 5 20 20 38,5 1000 604 3,95 5 20 20 38 1000 605 4 5 20 20 38 990 606 3,9 5 20 20 38,5 1000 60

7) MÉTODOS DE CÁLCULO:

A continuación se detallan los cálculos con los primeros datos obtenidos

Calculo del Poder Calorífico Superior:

Con el volumen del Agua y la densidad de esta se obtiene la masa:

Reemplazando en la Ecuación (1):

Calculo del Poder Calorífico Inferior:

En la ecuación de combustión para el Propano (C3H8):

Haciendo el Balance de la Ecuación:

Además:

Calculo de la masa condensada (mk):

Se obtiene hfg para la presión parcial mediante interpolación:

Luego, en la ecuación:

Finalmente en la ecuación (2):

8) TABULACION DE RESULTADOS:

Poder Calorífico Superior(KJ/m3)

Poder Calorífico Inferior(KJ/m3)

18976,533 12632,7820281,17 13858,12

20251,762 13747,40719360,25 12937,2

19075,443 12571,08818648,63 12225,5819856,67 13268,9254

9) CONCLUSIONES:

- Con el desarrollo de esta experiencia se pudo conocer el funcionamiento y manejo de la Bomba calorimétrica de Junker.

- Se determino experimentalmente los valores de Poder Calorífico Superior e Inferior para el combustible ensayado.

10) OBSERVACIONES:

11)RECOMENDACIONES:

- Antes de iniciar la experiencia se debe verificar el correcto funcionamiento del equipo y de los materiales a usar, también se debe tener cuidado en el encendido del combustible.

12)BIBLIOGRAFIA:

- Guía de Laboratorio

- Laboratorio del Ingeniero Mecánico – Jesé Seymour

- http://alumno.us.es/a/amaluqsen/termo2.pdf