E970-Poder Calorifico (en PROCESO)d

TITULO DE LA EXPERIENCIA

PODER CALORIFICO

EXPERIENCIA N : E970 Grupo N 1 Fecha de la Experiencia: 18/05/15 Fecha de Entrega: 25/05/15

NOMBRE ASIGNATURA: Motores a combustin interna CODIGO: 15070-0-A-1

CARRERA: Ingeniera de ejecucin en Mecnica Modalidad (Diurna o Vespertina): Diurna

NOMBRE DEL ALUMNO: Pealoza Gutirrez Enrique Elas Apellido Paterno Apellido Materno Nombre

________________________ Firma del alumno

Fecha de Recepcin

Nota de Interrogacin ________________ Nombre del Profesor: Ivn Jerez F. Nota de Participacin ________________

Nota de Informe ____________________ _________________________________

Nota Final __________________ ______ ________________ Firma del Profesor

SE RECOMIENDA AL ESTUDIANTE MEJORAR EN SU INFORME LA MATERIA MARCADA CON UNA X

________ Presentacin ________ Clculos, resultados, grficos

________ Caractersticas Tcnicas ________ Discusin, conclusiones

________ Descripcin del Mtodo seguido _______ Apndice

OBSERVACIONES

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

FACULTAD DE INGENIERA Departamento de Ingeniera Mecnica

SANTIAGO

E970 Poder Calorfico

2

INDICE

1. RESUMEN DEL CONTENIDO DEL INFORME ................................................................................. 3

2. OBJETO DE LA EXPERIENCIA...................................................................................................... 3

2.1. OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................ 3

2.2. OBJETIVOS ESPECFICOS.................................................................................................... 3

3. CARACTERISTICAS TECNICAS DE EQUIPOS E INSTRUMENTOS EMPLEADOS ........................... 4

4. DESCRIPCION DEL METODO SEGUIDO ....................................................................................... 5

5. PRESENTACION DE LOS RESULTADOS ...................................................................................... 8

6. CONCLUSIONES Y COMENTARIOS ...................................................................................... 8

7. APENDICE ......................................................................................................................... 9

a) MARCO TEORICO ..................................................................................................................... 9

b) DESARROLLO DE LOS CALCULOS ......................................................................................... 14

c) TABLAS DE VALORES OBTENIDOS ........................................................................................ 16

d) ANEXOS ................................................................................................................................. 17

e) BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................ 18

f) TEMARIO DEL EXPERIMENTO ................................................................................................ 18


3

1. RESUMEN DEL CONTENIDO DEL INFORME

El informe tcnico presentado es resultado del estudio de la experiencia realizada de laboratorio Poder

Calorfico con cdigo E970, perteneciente a la asignatura de Sistemas Trmicos e Hidrulicos (15069-A-01)

de la carrera de Ingeniera de Ejecucin en Mecnica (Diurna) cursada en la Universidad de Santiago de Chile.

La experiencia fue desarrollada en las instalaciones de laboratorio del Departamento de Ingeniera Mecnica

de la Universidad de Santiago de Chile, ubicado en Av. Libertador Bernardo OHiggins #3363, comuna de

Estacin Central, Santiago, Chile; el da lunes 18 de mayo del 2015 a las 09:40 horas.

La introduccin terica de la experiencia y la gua en la ejecucin de esta, fueron desarrolladas por el profesor

Sr. Ivn Jerez F.

En el presente documento se ha determinado experimentalmente del poder calorfico del Petrleo, expresado

en cal/gr, con un Calormetro PARR, luego se compar con su smil terico y se clasifico en inferior o superior

segn correspondi. Para el caso en estudio, se obtuvo un poder calorfico experimental de 11203,05 cal/gr,

clasificndose como superior segn la bibliogrfica consultada.

En el desarrollo consecuente de este informe se detall el proceso completo para obtener esta cuantificacin,

presentando el mtodo experimental de la utilizacin del Calormetro PARR, los modelos matemticos que se

ocuparon, junto a los parmetros fsicos asociados.

Durante la realizacin de la experiencia, se midieron las condiciones de aumento de temperatura en C al

interior del Calormetro PARR y el tiempo en que se realiz cada medicin, expresado en minutos.

2. OBJETO DE LA EXPERIENCIA

2.1. OBJETIVO GENERAL:

2.1.1. Esta experiencia tiene como objetivo principal, el permitir a los alumnos la toma de contacto

con la calorimetra, la cual est relacionada, entre otros, con la determinacin de cantidades

energticas tales como entalpa, energa interna, calor especfico y poder calorfico.

2.1.2. Para tales efectos, y como objetivo Terminal, se determinar experimentalmente, el poder

calorfico de combustibles lquidos.

2.2. OBJETIVOS ESPECFICOS:

2.2.1. Visualizar y aplicar los conceptos de Poder Calorfico superior e inferior y su estandarizacin.

2.2.2. Conocer las formas y medios para determinar el poder calorfico de combustibles lquidos.

2.2.3. Determinar, experimentalmente, el poder calorfico de un combustible lquido, por medio de un

Calormetro PARR, a volumen constante.


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3. CARACTERISTICAS TECNICAS DE EQUIPOS E INSTRUMENTOS EMPLEADOS

EQUIPO FOTOGRAFA CARACTERSTICAS TCNICAS

CALORIMETRO PARR

CONJUNTO CALORIMETRO

Marca: PARR INSTRUMENT COMPANY, INC. Procedencia: EE.UU; Moline, Illinois. Modelo: 1341

BOMBA DE OXIGENO

Marca: PARR INSTRUMENT COMPANY, INC. Procedencia: EE.UU; Moline, Illinois. Modelo: 1108 Capacidad: 342 [ml] Capacidad mx. de caloras liberadas por carga: 8000 [cal] Presin mx. de oxigeno soportada: 40 [atm]

BALDE OVAL METALICO

Marca: PARR INSTRUMENT COMPANY, INC. Procedencia: EE.UU; Moline, Illinois. Material: No encontrado. Capacidad: No encontrada.

FUENTE DE PODER

(UNIDAD DE INGNICION)

Marca: PARR INSTRUMENT COMPANY, INC. Procedencia: EE.UU; Moline, Illinois. Voltaje: 220 [Va.c.] Frecuencia: 60 [Hz]

ALAMBRE FUSIBLE PARR

(PARA BOMBA DE OXIGENO)

Marca: PARR INSTRUMENT COMPANY, INC. Procedencia: EE.UU; Moline, Illinois. N Modelo: 45C10 Material: Aleacin de Ni (Niquel) Calor de Combustin: 1400 [cal/g] o 2,3 [cal/cm]

OXIGENO

TANQUE DE OXIGENO

Marca: AGA (Linde) Procedencia: Chile Contenido: Oxigeno (O2)

MANOMETRO (PRESION INTERIOR)

Marca: PARR INSTRUMENT COMPANY, INC. Procedencia: EE.UU; Moline, Illinois. Rango de Operacin: 0 a 200 [atm] / 0 a 3000 [psi] Resolucin: 5 [atm] / 100 [psi]

MANOMETRO (PRESION DE

SALIDA)

Marca: PARR INSTRUMENT COMPANY, INC. Procedencia: EE.UU; Moline, Illinois. Rango de Operacin: 0 a 55 [atm] Resolucin: 1 [atm]

TERMOMETRO DIGITAL

EQUIPO

Marca: FLUKE Procedencia: EE.UU. Modelo: 51 II Unidades de Medicin: F / C / K

TERMOCUPLA DE INMERSION

Marca: FLUKE Procedencia: EE.UU. Tipo: K Rango de medicin: -200 C a +1372 C

BALANZA DIGITAL

Marca: BEL Engineering Procedencia: Diseada en ITALIA / Fabricada en China Resolucin: 0.01 [gr] Rango de medicin: -200 C a +1372 C

CRONOMETRO

Marca: Casio Procedencia: China Resolucin: 0.01 [seg] Margen de Error: 0.005

PROBETA

Materia: Plstica Capacidad: 2000 [ml]

GOTARIO - -

OTROS AGUA DESTILADA -

Formula Qumica: H20 (Purificada mediante destilacin) Cantidad: 2 [lts]

PETROLEO - Formula Qumica: Cantidad: 0.8 [gr]

Tabla N1. Equipos e Instrumentos empleados


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4. DESCRIPCION DEL METODO SEGUIDO

4.1. Realizacin de introduccin terica para la Experiencia E970 dictada por el profesor a los alumnos

(Donde se deben abarcaran los tpicos presentados en el apndice (Seccin 7) de este documento

en la seccin e) referida a Temario de la experiencia).

4.2. Profesor instruye a los alumnos sobre lo que observaran en el laboratorio y los parmetros a

determinar tras realizada la experiencia para cumplir con los objetivos planteados.

4.3. Profesor explica de forma didctica el principio de funcionamiento del Calormetro PARR y de los

equipos auxiliares a utilizar para los ensayos.

4.4. Profesor instruye sobre procedimiento de montaje y ejecucin experimental a efectuar por los alumnos

para realizar de forma ptima la experiencia E970, presentndose a continuacin:

Nota: Los puntos marcados con este smbolo , son etapas que se deben realizar de forma obligatoria, su no realizacin puede

poner en riesgo la integridad del ejecutor del procedimiento y del grupo de curso.

4.4.1. Procedimiento de montaje experimental:

i. Retirar tapa principal del Calormetro PARR.

ii. Desde interior del Calormetro PARR, retirar bomba de oxigeno PARR.

iii. Por seguridad, purgar bomba de oxigeno PARR abriendo su vlvula de escape de gases

[Fig. 1], esto es por si se encontrasen gases residuales en su interior.

Fig.1: Bomba de Oxigeno

iv. Abrir, de forma manual, bomba de oxigeno PARR, soltando y retirando su tapa-tuerca.

v. Extraer desde bomba de oxigeno PARR, en orden de presentacin, arandela de presin, o-ring,

conjunto tapa (vlvulas/soporte de electrodos) y crisol.

vi. Limpiar interior cilindro de presin de bomba PARR, con un pao limpio, por si se encontrasen residuos

de ensayos anteriores.

vii. Cortar 10 cm de alambre fusible PARR, ayudado de alicate.

viii. Instalar alambre fusible PARR entre los electrodos del conjunto tapa de la bomba de oxigeno PARR,

teniendo precaucin de la las uniones a los electrodos queden ajustadas.

ix. Calibrar balanza.

x. Masar crisol vaco y tarar balanza a cero.

xi. Depositar en crisol 0,8 gr de Petrleo ayudado de gotario.


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xii. Instalar crisol con petrleo en electrodo correspondiente (electrodo con soporte circular), teniendo

cuidado de que el alambre fusible PARR haga contacto con el petrleo (sumergido en el petrleo),

pero que no tenga contacto con el crisol.

xiii. Montar, en cilindro de presin de bomba PARR, el conjunto tapa junto al crisol con petrleo. Este

proceso debe realizarse con precaucin, para no derramar petrleo al interior del cilindro.

xiv. Montar con precaucin, en orden de mencin, o-ring y arandela de presin.

xv. Montar y ajustar con precaucin y de forma manual, tapa-tuerca de bomba de oxigeno PARR.

xvi. Purgar bomba de oxigeno PARR, abriendo su vlvula de escape de gases, para evacuar presin de

aire atmosfrico.

xvii. Cerrar vlvula de escape de gases.

xviii. Reservar bomba de oxigeno PARR.

xix. Dirigirse a tanque de oxgeno y ajustar, ayudado de llave de ajuste y manmetro montado, una presin

de salida de 25 [atm], manteniendo sin flujo de oxigeno manguera de salida.

xx. Conectar manguera de salida de oxgeno en vlvula de admisin de bomba de oxigeno PARR.

xxi. Abrir pulsar palanca de purga y presurizar con precaucin sin movimientos bruscos, bomba de oxigeno

PARR, cargando en ella oxgeno a 25 [atm].

xxii. Dejar de pulsar palanca de purga para manguera de salida de oxgeno.

xxiii. Desmontar conexin de manguera de salida de oxigeno desde la vlvula de admisin de la bomba de

oxigeno PARR.

xxiv. Llevar con precaucin y sin movimientos bruscos, bomba de oxigeno PARR a mesa de trabajo.

xxv. Purgar sistema de control del tanque de oxgeno, ayudado de palanca correspondiente [Fig 2].

xxvi. Cerrar llave de paso principal superior del tanque de oxgeno [Fig. 2].

Fig 2. Sistemas de control tanque de oxgeno.

xxvii. Montar con precaucin bomba de oxgeno en balde metlico interior del calormetro de PARR.

xxviii. Conectar cables de alimentacin a bornes de electrodos de bomba de oxigeno PARR.

xxix. Llenar con precaucin, balde metlico con 2 lts. de agua destilada, ayudado de probeta.

xxx. Montar tapa de calormetro PARR.

xxxi. Conectar correa de goma, entre la polea del batidor montado en la tapa y la polea del motor del

calormetro PARR.

xxxii. Introducir termocupla de inmersin a travs de agujero correspondiente de la tapa del calormetro de

PARR, para que este en contacto con el agua destilada contenida en el balde metlico.

xxxiii. Se da alimentacin elctrica a fuente de poder de la unidad de ignicin, conectando su enchufe a toma

de corriente comn.

PALANCA DE PURGA

LLAVE DE PASO PRINCIPAL

LLAVE DE AJUSTE DE PRESION DE SALIDA


7

4.4.2. Procedimiento de ejecucin experimental:

i. Encender motor de calormetro de PARR para ejecutar giro del batidor.

ii. Con termmetro digital, medir temperatura del agua hasta que alcance un valor estable.

iii. Luego de que temperatura sea estable, controlar y registrar mediciones de esta cada 1 minuto, por 7

minutos.

iv. Pulsar botn de ignicin de la unidad de ignicin por 5 segundos.

v. Controlar y registrar temperatura del agua cada 20 segundos, por 10 minutos (desde el min. 7 al 17).

vi. Pasado los 10 minutos (min. 17), controlar y registrar la temperatura del agua cada 1 minuto por 7

minutos (desde el min. 17 al 24).

4.4.3. Finalizacin de la experiencia:

i. Apagar motor del Calormetro PARR.

ii. Cortar alimentacin elctrica de fuente de poder de la unidad de ignicin, desconectando su

enchufe desde la toma de corriente comn.

iii. Retirar correa de goma, entre la polea del batidor montado en la tapa y la polea del motor del

calormetro PARR.

iv. Retirar tapa de Calormetro PARR.

v. Desconectar cables de alimentacin de bornes de electrodos de bomba de oxigeno PARR.

vi. Retirar bomba de oxigeno PARR.

vii. Retirar balde metlico con agua destilada y vaciarla en alcantarillado.

viii. Purgar bomba de oxigeno PARR, para eliminar presin de oxigeno interior, hasta que no

exista flujo.

ix. Soltar y retirar manualmente, tapa-tuerca de bomba de oxigeno PARR, para luego retirar arandela de

presin, o-ring, conjunto tapa (vlvulas/soporte de electrodos) y crisol.

x. Retirar con cuidado alambre fusible PARR sobrante desde electrodos, medir y registrar su longitud.

xi. Revisar estado interior de cilindro de presin de bomba de oxigeno PARR.

xii. Limpiar y secar cada uno de los componentes de bomba de oxigeno PARR.

xiii. Limpiar y secar balde metlico.

xiv. Armar manualmente bomba de oxigeno PARR, montando en el orden de presentacin, conjunto tapa

(vlvulas/soporte de electrodos), o-ring, arandela de presin y tapa-tuerca.

xv. Montar balde metlico al interior de calormetro PARR.

xvi. Montar bomba de oxigeno PARR en balde metlico.

xvii. Montar tapa Calormetro PARR.

xviii. Ordenar zona de trabajo.

xix. Ubicar conjunto Calormetro PARR en zona de almacenaje.

xx. Devolver instrumentos y equipos a paol.

4.5. Profesor da paso a los alumnos para que comiencen la experiencia E970.

4.6. Realizada la experiencia, alumnos deben elaborar informe tcnico respecto de la experiencia E970.


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5. PRESENTACION DE LOS RESULTADOS

Finalizada la experiencia E970 y realizados los clculos correspondientes (*), se presentan los resultados

obtenidos correspondientes al Poder Calorfico (Experimental) del Petrleo en estudio, junto a su

clasificacin y error porcentual respecto de su smil terico (**). Sobre estos valores se realizara el anlisis

pertinente.

Tabla 2. Resumen de Resultados

PETROLEO

Poder Calorfico

(Experimental)

Poder Calorfico

(Terico)

Error

Porcentual Clasificacin PC

11203.025 [cal/gr] 11406 [cal/gr] -1.7795% Poder Calorfico Superior

(*): Desarrollo de clculos en Seccin b del apndice.

(**): Para para obtener el Poder Calorfico (Terico) y poder clasificar el poder calorfico experimental se utiliz la Tabla 4.

Propiedades de los Hidrocarburos (anexos apndice: Seccin d) obtenida de bibliografa Ref.[2], considerando el Petrleo en

estudio, como un disel comn (fuel oil) el cual est conformado por un docedecano (C12H26), segn referencia [7], siendo este

una buena homologacin para realizar una caracterizacin terica de la combustin.

6. CONCLUSIONES Y COMENTARIOS

El poder calorfico calculado (experimental) para el petrleo homologado como un disel comn (fuel oil) de

docedecano (C12H26), se present respecto de su smiles tericos, ms cercano a la clasificacin de Poder

Calorfico superior (11416 [cal/gr]) con una diferencia de 202,975 [cal/gr] respecto de este ltimo. Lo anterior

expuesto se respalda experimentalmente, ya que al terminar el ensayo y revisar el cilindro de presin de la

bomba de oxigeno PARR, se observ la presencia de gotas de condensacin de vapor de agua, lo que indica

segn la teora que estamos en presencia de un valor calorfico mximo ya que la combustin del combustible

fue completa, existiendo como producto de esta, agua en estado lquido (pequeas gotas condensacin),

indicando que el poder calorfico del Petrleo en anlisis es superior.

La diferencia presentada entre el valor experimental y el terico del poder calorfico del Petrleo, puede deberse

principalmente a que el agua contenida en el balde metlico no absorbe la totalidad del calor liberado por la

bomba de oxgeno, ya que una parte de este calor es perdida hacia el medio ambiente desde el balde y otra

absorbida por el conjunto de la bomba de oxgeno. Tambin puede deberse a que en algn momento se

derramo petrleo desde el crisol hacia el cilindro de presin de la bomba de oxgeno, disminuyendo la masa de

combustible que se iba a combustionar.

Por otra parte, si el poder calorfico experimental hubiese sobrepasado al terico, esto sera por que el alambre

fusible, al momento de consumirse, libera cierta energa calrica por s mismo lo que puede aumentar el valor

del poder calorfico del combustible.


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7. APENDICE:

a) MARCO TEORICO:

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:

Poder Calorfico Superior:

Se 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.

Poder Calorfico Inferior:

Es 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:


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COMBUSTIBLES SLIDOS:

c

sm

AtEN

*

Donde:

Ns = Poder calorfico superior. E = Constante o capacidad calrica del calormetro. t = Incremento de temperatura del agua de refrigeracin. A = Calor, total, aportado por el alambre fusible. mc = Masa de combustible.

Segn sea el tipo de combustible empleado y debido a las variaciones de temperatura durante el ensayo, cuando se usa el calormetro isotrmico, se tendr que corregir el t, segn:

ccc titft

Donde:

tic = Temperatura inicial corregida. tfc = Temperatura final corregida.

FORMAS Y MEDIOS PARA DETERMINAR EL PODER CALORFICO:

TERICAMENTE:

Por medio de la llamada Entalpia de Formacin ( fh ) 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 fh aparecen en la tabla 12.3 (Cap. 12) y Tablas A.11 (Apndice) del libro fundamentos de

Termodinmica de G. J. Van Wylen.

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.


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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. As, tenemos: 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.

Fig. 3. Calormetro no adiabtico de Emerson

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.


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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.

Fig 4. Calormetro PARR

Fig 5. Corte de la tapa de la bomba

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

A

E G

F

J H

I

D

C B

A = Entrada de oxgeno B = Salida de gases C = Terminal de masa D = Tuerca E = Cuerpo

F = Anillo de caucho


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MONTAJE DEL CALORMETRO

Fig 6. Vista de los componentes del calormetro PARR, de bomba de oxgeno, Modelo C, con camisa isotrmica de Baquelota y bomba de Illium, de vlvula sencilla.

Fig 7. Bomba calorimtrica de doble vlvula.


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b) DESARROLLO DE LOS CALCULOS

Se presenta el desarrollo de los clculos necesarios para determinar la magnitud del Poder Calorfico del

petrleo en estudio.

PODER CALORFICO (Experimental):

Para determinar el Poder Calorfico (Experimental) del petrleo en estudio se ocupara el siguiente modelo

matemtico:

=(+)()

(1)

Dnde:

+= Masa agua en balde metlico de Calormetro PARR + Coef. de correccin Calormetro PARR, en [gr]

= Calor especifico del Agua = 1 [cal/grC]

= Diferencia de temperatura inicial/final medidas en Calormetro PARR, en [C] = Largo alambre conductor consumido en Calormetro PARR, en [cm] = Calor de combustin del alambre conductor Calormetro PARR = 2,3 [cal/cm] = Masa de combustible combustionado = 0,8 [gr]

o Masa de Agua: 20

La masa de agua contenida en el balde metlico del Calormetro PARR se determin a partir del modelo

matemtico del parmetro de densidad []:

=

(1)

De la ecuacin (1) se despeja el parmetro de masa de agua [2], teniendo:

= (1.1)

La densidad del agua corresponde a 2 = 1 [

3] y el volumen que ser vaciado en el balde metlico del

Calormetro PARR es de = 2000 [3], por lo cual valor calculado de masa de agua [20] es el

siguiente:

20 = 1 [

3] 2000 [3] = 2000[]

Al valor calculado de masa de agua se le debe sumar un coeficiente de correccin dado por el fabricante el

cual corresponde a 427 [gr] de agua, quedando finalmente la magnitud de masa de agua en contenida en el

balde del calormetro PARR como sigue:

+ = 2000 [] + 427 [] = []


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o Diferencia de temperatura inicial/final medidas en Calormetro PARR, en [C]:

La diferencia de temperatura inicial/final medidas en el Calormetro PARR con el termmetro digital se determin

a partir del siguiente modelo matemtico:

= (2)

La temperatura inicial [] presentada para los clculos fue de 18,2 [C] correspondiente a la medicin

N9 medida en el Calormetro PARR a los 7,0 [min] de comenzado el ensayo.

La temperatura final [] presentada para los clculos fue de 21,9 [C] correspondiente a la medicin

N45 medida en el Calormetro PARR a los 24,0 [min] de comenzado el ensayo.

Quedando con (2) la diferencia de temperatura inicial/final, como sigue:

= 21,9[] 18,2[] = , []

o Largo alambre conductor consumido en Calormetro PARR, en [cm]:

El largo de alambre consumido al interior de la bomba de oxigeno del Calormetro PARR se calcul de la

siguiente forma:

= (3)

El largo inicial de alambre conductor colocado, al comienzo del ensayo, entre las varillas negativa y positiva

de las bomba de oxigeno del Calormetro PARR fue de 10 [cm].

El largo final de alambre conductor medido, al finalizar el ensayo, fue de 2,3 [cm].

Quedando con (3) el largo de alambre conductor consumido en bomba de oxigeno del Calormetro PARR,

como sigue:

= 10[] 2,4[] = , []

Con los valores anteriores presentados, finalmente se determina el Poder Calorfico (experimental) del

Petrleo (1) en estudio, quedando como sigue:

=(2427[] 1[

] 3,7[]) (7,6[] 2,3[

])

0,8 []=

(8979,9[]) (17,48[])

0,8 []= , [

]


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c) TABLAS DE VALORES OBTENIDOS

Mediciones de constantes realizadas al Calormetro PARR durante la ejecucin de la experiencia

E970, a partir de las cuales se obtuvieron los resultados expresados en la Tabla 2. y se trabajaron las

etapas consecuentes del informe, para as cumplir con los objetivos propuestos.

Tabla 3. Constantes medidas en el Calormetro PARR durante la realizacin de la experiencia.

N de Medicin t [min] T[C]

1 0,0 18,2

2 1,0 18,2

3 2,0 18,2

4 3,0 18,2

5 4,0 18,2

6 5,0 18,2

7 6,0 18,2

8 7,0 18,2

9 7,2 18,2

10 7,4 19,0

11 8,0 20,3

12 8,2 20,8

13 8,4 21,0

14 9,0 21,3

15 9,2 21,5

16 9,4 21,7

17 10,0 21,7

18 10,2 21,8

19 10,4 21,8

20 11,0 21,8

21 11,2 21,9

22 11,4 21,9

23 12,0 21,9

24 12,2 21,9

25 12,4 21,9

26 13,0 21,9

27 13,2 21,9

28 13,4 21,9

29 14,0 21,9

30 14,2 21,9

31 14,4 21,9

32 15,0 21,9

33 15,2 21,9

34 15,4 21,9

35 16,0 21,9

36 16,2 21,9

37 16,4 21,9

38 17,0 21,9

39 18,0 21,9

40 19,0 21,9

41 20,0 21,9

42 21,0 21,9

43 22,0 21,9

44 23,0 21,9

45 24,0 21,9


17

d) ANEXOS

Tabla 4. Propiedades de los Hidrocarburos. (Ref


18

e) BIBLIOGRAFIA:

[1] Departamento de Ing. Mecnica. Poder Calorfico (E970), Universidad de Santiago de Chile,

http://www.dimecusach.cl/index.php?option=com_docman&task=cat_view&gid=39&Itemid=239.

[2] Severns, William H.; La Produccion de Energa mediante Vapor, Aire o Gas, Revert, 2da edicon, 2007;

Tabla V: Propiedades de los Hidrocarburos, Cap. V, pg. 100

[3] Holman, J.P.; Transferencia de Calor, CECSA, 10a. edicin, 1999; Relaciones Empricas y Practicas para

Transferencia de Calor por Conveccin Forzada Cap.6, pg. 253-270; Sistemas de Conveccin Natural

Cap.7, pg. 299-316

[4]BEL Enginieering, Balanza;

http://www.belengineering.com/dettaglio_prodotto.asp?id_prodotto=60&id_categoria=28

[5] Parr Instrument Company. Recipientes de Combustin de Oxigeno Modelo 1108;

http://www.parrinst.com/es/products/sample-preparation/oxygen-combustion-bombs/oxygen-combustion-

bomb-model-1108/

[6] Fluke Instruments, Termometros: Fluke 50 Serie II; http://www.fluke.com/fluke/cles/instrumentos-de-

medida-electricos/termometros-digitales/fluke-50-series-ii.htm?PID=56085/

[7] Restrepo E.; Tibaquir J.; Carranza Y, Anlisis de la influencia de la relacin de equivalencia y el

precalentamiento del aire en la composicin y propiedades de los productos de combustin, Revista Scientia

et Technica, pg 157-161, Ao X, N24, 2004.

f) TEMARIO DEL EXPERIMENTO:

i. Combustin de un combustible. ii. Energa qumica de un combustible. iii. Poder Calorfico. iv. Poder Calorfico Superior. v. Poder Calorfico Inferior. vi. Calormetro

E970-Poder Calorifico (en PROCESO)d

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