Presentacin de PowerPoint

CLAUDIA TAVERACRISTIAN JIMENEZANGEL SIERRAROBERTO SILVA

PODER CALORFICO (ISO 6976)Cantidad de calor que se libera por la combustin completa en el aire de una cantidad especfica de gas, de tal manera que la presin P1 bajo la cual la reaccin se lleva a cabo permanece constante, y todos los productos de combustin son retornados a la misma temperatura T1 de los reactivos. Todos estos productos estn en estado gaseoso excepto el agua formada por la combustin.

DETERMINACIN DEL PODER CALORFICOCALORIMETRA DE GASESMTODOS ANALTICOSMTODOS CORRELATIVOSMTODOS ESTEQUIOMTRICOSRECONSTRUCCIN DE ESTADOCALORIMETRA DE GASES

BOMBA CALORIMTRICA

COMBUSTIN DE UN GAS EN LLAMA ABIERTAHay varios mtodos calorimtricos para muestras de gas con llama abierta:

Primeros calormetros de gas: Harley (1882), Boys, Hyde-Saville y Fairweather.

En Alemania hay cuatro tipos de calormetros de gas, estos son: Junkers, Thomas-Cambridge, Reineke, y el de Cutler-Hammer. Todos cuatro tienen el mismo principio bsico.

COMBUSTIN DE UN GAS EN LLAMA ABIERTAEste principio es que todo el gas que ingresa es quemado. Mediante un intercambiador de calor, el calor de combustin liberado por el quemador es transferido a un fluido absorbente de calor (agua o aire) el cual se mide.

Esto hace que la temperatura del fluido aumente y este incremento es por tanto una medida del poder calorfico.

COMBUSTIN DE UN GAS EN UNA LLAMA ABIERTALas calibraciones de los calormetros se realizan utilizando gases con poderes calorficos conocidos o calculando los factores de calibracin a partir de volmenes conocidos del gas medido, del fluido absorbente de calor y de su capacidad calorfica.Los calormetros de gas Thomas-Cambridge y Cutler-Hammer son del tipo de trabajo continuo .

The Thomas Cambridge calorimeter

Principle of the Thomas-Cambridge calorimeterCOMBUSTIN DE UN GAS EN LLAMA ABIERTAUn dispositivo mecnico mantiene constante la relacin de caudal de gas/aire.

El medidor de gas hmedo es accionado con un motor elctrico acoplado mecnicamente. El mecanismo completo esta localizado en un bao de agua para mantener la temperatura constante. Acorde con la definicin del poder calorfico en la ISO 6976, los gases deben alimentarse en el quemador a la misma temperatura de referencia y mantenerse constantes.

COMBUSTIN DE UN GAS EN LLAMA ABIERTALos gases de combustin se retornan a la misma temperatura especificada como los reactantes. La mayora del vapor de agua producido en la combustin se condensa.

Se mide el incremento de temperatura en el aire absorbente caliente mediante dos termmetros de referencia y sus seales son el input al transductor de medicin que da la diferencia de temperatura.

COMBUSTIN DE UN GAS EN LLAMA ABIERTAEl estado del gas y del aire absorbente de calor viene dado por la temperatura del agua de la tina y la presin ambiente. Estos estados son para todos los efectos los mismos.

Cualquier cambio en las condiciones de los estados afectan ambos gases por igual, por lo que la relacin entre ambos se mantiene casi constante. De esta manera, el poder calorfico puede ser indicado directamente.

COMBUSTIN DE UN GAS EN LLAMA ABIERTAEn los calormetros de gas de Junkers y de Reineke se utiliza agua como fluido absorbente de calor.

En el caso del calormetro de Junkers se tiene que un medidor de gas hmedo y un medidor de agua miden la cantidad de gas quemndose y la cantidad de calor absorbido por el fluido. El incremento de la temperatura en el agua en el intercambiador de calor se convierte por una termopila en voltaje y se registra.

COMBUSTIN DE UN GAS EN LLAMA ABIERTAComo el gas es medido bajo condiciones operativas y el poder calorfico se define por el estado de referencia, se inserta un corrector entre la termopila y el lpiz registrador.

Este corrector toma en cuenta no solamente los cambios en la presin atmosfrica sino tambin las variaciones en la temperatura.

COMBUSTIN DE UN GAS EN LLAMA ABIERTAEl calormetro de Reineke trabaja intermitentemente. Utiliza un par de tubos de medicin para el gas y el agua absorbente de calor.

El par de tubos de medicin son peridicamente llenados y vaciados usando un dispositivo de bombeo.

Desplazando el gas medido hacia el quemador, localizado en el interior del intercambiador de calor, el calor absorbido por el agua simultneamente fluye a travs del tubo medidor y el agua incrementa su temperatura.

Principle of the Reineke calorimeterAl final del ciclo de medicin cuando la temperatura en el intercambiador de calor es casi constante, la seal de la termopila se mide y se despliega hasta que la siguiente medicin tenga lugar.

Para la transformacin del gas medido en su estado operacional, se coloca un corrector entre la termopila y el lpiz registrador.

Este calormetro de gas es usualmente usado por los suministradores de gas.COMBUSTIN DE UN GAS EN LLAMA ABIERTA

Existen tcnicas adicionales que usan la llama abierta. En los inicios de 1931, Rossini presento un calormetro de gas discontinuo basado en una avanzada bomba calorimtrica diseado para muestras lquidas y slidas.

Este consiste de un quemador con un intercambiador de calor para los gases de combustin. Ambos estn dentro de la tina de agua.

El calor liberado por el proceso de combustin genera un incremento de temperatura en la tina de agua.

COMBUSTIN DE UN GAS EN LLAMA ABIERTA

El agua almacenada y contenida en una tina de metal est separada por una capa de aire desde una camisa adicional de agua. Cuando la temperatura de la camisa de agua exterior se mantenga constante, todo el conjunto constituye un calormetro isoperiblico*.

Este tipo de calormetro se lo calibra quemando un gas de poder calorfico conocido o mediante un calentador elctrico.

*Un calormetro isoperiblico mantiene constante la temperatura de los alrededores mediante el uso de un termostato, mientras que la temperatura del sistema de medida puede variar con el tiempo.

COMBUSTIN DE UN GAS EN LLAMA ABIERTA

La siguiente figura muestra un esquema de la disposicin de este tipo de calormetros.Existe una resistencia trmica RT, de magnitud definida entre los alrededores y la celda donde se realiza la medida, de tal forma que el intercambio de calor depende de la diferencia de temperatura entre estos (TA es igual a la temperatura de los alrededores y TC igual a la temperatura de la celda y sistema de medida); como TA es constante entonces el flujo de calor es una funcin de TC. Si la generacin de calor dentro de la celda se termina, la temperatura TC se aproxima a la temperatura de los alrededores TA.

Con el calormetro de Rossini, se pueden hacer mediciones mas precisas.

La desventaja de este equipo es el gran esfuerzo experimental. Esto se debe a que no se utiliza para rutinas de trabajo sino para mediciones especiales.

Debido al modo de operacin del calormetro de Rossini, la temperatura del agua circundante al quemador se incrementa y asi, como se espera, la temperatura de los gases de combustin se incrementa y esto es un efecto que debe ser corregido en los clculos.COMBUSTIN DE UN GAS EN LLAMA ABIERTA

Sin embargo, de acuerdo con la definicin de poder calorfico, el gas de combustin debe salir a la temperatura de ingreso del gas.

Una implementacin de la definicin ISO genera un calormetro isotrmico. El calor liberado por el proceso de combustin tiene que ser intercambiado con los alrededores a temperatura constante.COMBUSTIN DE UN GAS EN LLAMA ABIERTA

Como resultado, los gases de combustin son enfriados hacia la temperatura de ingreso del gas.

El calormetro de gas de Aleksandrov, el cual es tambin presentado en este artculo, cumple casi todos estos requisitos. Este consiste de un quemador rodeado por un intercambiador de calor. Ambos equipos estn localizados en un tubo caliente. COMBUSTIN DE UN GAS EN LLAMA ABIERTA

El calor del quemador y de un calentador elctrico al final del tubo caliente es transferido al fluido de trabajo en el tope.

Hay un sistema Peltier asegurando un enfriamiento constante.

Debido al control de lazo cerrado, el incremento en la potencia del quemador es compensada por un decremento en la potencia del calentador elctrico.COMBUSTIN DE UN GAS EN LLAMA ABIERTA

En otras palabras, se realiza un balance trmico.

Usando este principio, la energa trmica de la reaccin de combustin es trazable a cantidades elctricas.COMBUSTIN DE UN GAS EN LLAMA ABIERTA

OXIDACIN DE UN GAS POR COMBUSTIN CATALTICA

El gas y el aire se conducen a travs de un lecho de relleno hecho de grnulos de catalizador. Durante este proceso, el gas se oxida y el calor liberado de la combustin conduce a un aumento en la temperatura del lecho de catalizador.

El aumento de la temperatura del lecho de catalizador puede ser tomado como una medida del poder calorfico. CLCULO DEL PODER CALORFICO USANDO MTODOS ANALTICOS

CLCULO DEL PODER CALORFICO USANDO MTODOS ANALTICOS

Los mtodos analticos se basan en el principio de que cada componente del gas hace una contribucin al poder calorfico de acuerdo a su composicin en el gas. Con este principio, es posible calcular el poder calorfico molar de la mezcla de gas.

El poder calorfico basado en el volumen de una mezcla de gas se puede calcular teniendo en cuenta el comportamiento real P-V-T.

CLCULO DEL PODER CALORFICO USANDO MTODOS ANALTICOS

Principle of a process gas chromatograph CROMATOGRAFA DE GASES

CLCULO DEL PODER CALORFICO USANDO MTODOS ANALTICOS

CROMATOGRAFA

Las fracciones molares de cada componente individual pueden ser evaluados utilizando los coeficientes de calibracin.

El poder calorfico se puede calcular a partir de la composicin usando una ecuacin adecuada de estado.

CLCULO DEL PODER CALORFICO USANDO MTODOS ANALTICOS

ESPECTROFOTOMETRA

Un anlisis detallado del espectro de absorcin se puede realizar para obtener las fracciones molares de los diferentes constituyentes de la mezcla de gas.

La ventaja de este mtodo consiste en las mediciones se pueden realizar incluso a altas presiones y medir los espectros de absorcin directamente en la tubera.

DETERMINACIN DEL PODER CALORFICO DE GASES UTILIZANDO CORRELACIONES

CLCULO DEL PODER CALORFICO UTILIZANDO CORRELACIONES

Para calcular el poder calorfico de un gas combustible es necesario conocer las propiedades fsicas individuales de los componentes de la mezcla de gas y correlacionarlas.

Las propiedades fsicas relevantes y los poderes calorficos de diferentes gases combustibles deben ser medidos para tal efecto. Las propiedades fsicas son por ejemplo: la permitividad relativa, la conductividad trmica o la velocidad del sonido.

COMBUSTIN ESTEQUIOMTRICA

Es la combustin que se realiza con la cantidad terica de oxgeno estrictamente necesaria para producir la oxidacin total del combustible sin que se produzcan inquemados. En consecuencia, no se encuentra O2 en los humos, ya que este consumi totalmente durante la combustin.

Cuando una muestra de gas natural es quemada, hay una relacin lineal entre consumo de aire y el poder calorfico.

COMBUSTIN ESTEQUIOMTRICA

COMBUSTIN ESTEQUIOMTRICA

Un gas es quemado despus de ser mezclado con un flujo constante de aire. Este flujo de aire es inyectado con una boquilla snica.

El flujo volumtrico de gas es ajustado por medio de un regulador de flujo de tal manera que se alcanza la mxima temperatura de flama posible para el gas de estudio.

Cuando el gas combustible o el aire est disponible en exceso, la temperatura de la llama disminuye en la medida de las cantidades de las sustancias a ser quemadas.

COMBUSTIN ESTEQUIOMTRICA

La calibracin puede ser realizada quemando gases combustibles de poderes calorficos conocidos.

De esta manera la razn estequiomtrica gas/aire puede usarse como una medida directa del poder calorfico.COMBUSTIN ESTEQUIOMTRICA

COMBUSTIN ESTEQUIOMTRICA

El gas natural y el aire son mezclados a una razn constante y entonces son quemados.

La combustin total se dar debido a que el aire siempre estar disponible en exceso.

El contenido de oxigeno en el gas de combustin es medido usando una sonda lambda.

En comparacin con la medicin de la mayor temperatura de llama posible este mtodo aventaja al anterior debido a la posibilidad de alcanzar la completa combustin.

RECONSTRUCCIN DE ESTADO

Reconstruccin de estado significa el clculo en "fro" de todas las presiones relevantes y los caudales de flujo en una tubera real o red de una topologa completa.

Se plantea un modelo matemtico dinmico apropiado y a partir de esta informacin, el valor calorfico en cualquier punto de la red puede ser calculado.

El objetivo de la reconstruccin de estado es obtener informacin precisa acerca del estado real del flujo en una red de tuberas.

En este caso, la operacin de un sistema de medicin de la calidad del gas debe ser controlado por las medidas de calidad adicional en lugares apropiados de la tubera.

Los problemas surgen principalmente en lo que se denomina las zonas oscilantes. En estas zonas el caudal de gas oscila debido a la entrada y salida de flujo.

Los valores calorficos tambin son calculados en cualquier lugar de la red de tubera.

RECONSTRUCCIN DE ESTADO

Los datos de entrada (topologa, valores calorficos, flujos, presiones y temperaturas) no pueden ser verificados.

En algunos casos son valores asumidos.

Los resultados no son fiables, y por tal motivo son inapropiados para ser usando con fines de facturacin.

RECONSTRUCCIN DE ESTADO

CONCLUSIONES

Los mtodos para la determinacin de los poderes calorficos de los gases descritos aqu difieren enormemente. Sus aplicaciones dependen de las circunstancias, el precio para los instrumentos y los costos operativos son factores decisivos.

Otros factores decisivos para la seleccin de la determinacin de los poderes calorficos son la incertidumbre de los equipos, el rango de medicin y el sitio de instalacin, por ej. el uso en el campo.

Durante los ltimos 50 aos, en el caso de los calormetros de gas, pocos equipos se han desarrollado, excepto como el calormetro de Aleksandrov.