Bombacalorimetrica

PRACTICA No. 2

BOMBA CALORIMÉTRICA

1. Contenido Teórico

Generalidades

Son muchos los dispositivos y 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. En la literatura relacionada puede ubicarse información referente a los Poderes Caloríficos de diversos combustibles; 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. Así, es posible que la gasolina que usó un auto ayer no tenga el mismo Poder Calorífico que la que usa hoy, o el carbón extraído de una mina no tenga el mismo Poder Calorífico que el extraído en otra. Debido a esto, son muy importantes las mediciones del Poder Calorífico de los combustibles, para lo cual puede usarse un equipo conocido como Bomba Calorimétrica.

Poder Calorífico de un Combustible

El Poder Calorífico de un combustible es la máxima cantidad de calor que se puede obtener de él cuando se quema en forma completa y sus productos son enfriados hasta la temperatura original de la mezcla aire-combustible. Entre los productos de la combustión está presente vapor de agua, el cual, dependiendo de la temperatura de los productos, puede permanecer como vapor, puede condensar parcialmente o condensar completamente. Como el vapor al condensar libera calor, mientras más condensado se forme mayor calor se estará obteniendo del combustible. Esto permite diferenciar entre Poder Calorífico Inferior y Poder Calorífico Superior. 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 Superior refleja el calor que puede liberar el combustible cuando toda el agua en los productos condensa.

Bomba Calorimétrica

La Bomba Calorimétrica se usa para determinar el Poder Calorífico de un Combustible cuando se quema a volumen constante. A continuación se explica de manera resumida su funcionamiento. El combustible cuyo Poder Calorífico se desea determinar se coloca en un crisol para combustible (si el combustible es sólido, deberá colocarse en forma de pastilla) dentro de la bomba calorimétrica. Adicionalmente se agrega el oxígeno necesario para la combustión. La bomba calorimétrica se rodea de una camisa de agua que absorberá el calor liberado por el combustible. Todo esto se realiza dentro de una camisa adiabática para evitar fuga de calor que afecte el proceso. Sin embargo, el calor que absorbe el agua no es el poder calorífico del combustible, debido a diversos factores, entre los cuales pueden nombrarse: absorción de calor por la propia bomba, liberación de calor del alambre que provoca el encendido del combustible, liberación de calor por la formación de ácido nítrico y sulfúrico, entre otros.

Al aplicar la ecuación de Primera Ley al proceso de combustión a volumen constante, tomando en cuenta todos los factores nombrados con anterioridad, se obtiene la siguiente ecuación:

e2 = m∙h

donde MS es la masa de la bomba calorimétrica, sus accesorios y el agua utilizada (masa del sistema); CvS es el calor específico promedio de la bomba calorimétrica, sus accesorios y el agua utilizada (calor específico del sistema); ΔT es el cambio de temperatura registrado durante la experiencia; H es el poder calorífico del combustible; e1 es la corrección por el calor que libera la formación de ácidos de nitrógeno y azufre (puede despreciarse en esta experiencia); e2 es la corrección por el calor generado por la combustión del filamento de ignición; m es la masa o longitud del filamento de ignición; h es el poder calorífico del filamento por unidad de masa o longitud; MC es la masa de combustible.

Debido a que los gases producidos durante la combustión al final se encuentran a temperaturas bastante bajas y a que el ensayo se lleva a cabo a alta presión, la mayor parte del agua presente en los productos condensa, por lo cual el poder calorífico que se estará determinando en esta experiencia es el superior. Como no se puede medir en el laboratorio la cantidad de agua presente después de la combustión, es imposible el cálculo del poder

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