Calculo de poder calorifico de petroleo N°5

Índice

Resumen del contenido del informe        

Objetivos de la experiencia        

Objetivo general        

Objetivo específico        

Características Técnicas de los equipos e instrumentos empleados        

Descripción del método seguido        

Presentación de los resultados        

Conclusión        

Apéndice        

Teoría del Experimento        

Poder Calorífico Superior        

Poder Calorífico Inferior        

Obtener  poder calorífico Experimentalmente        

Desarrollo de los cálculos        

Tablas y Gráficos Utilizados        

Bibliografía        

Resumen del contenido del informe

A través de siguiente informe conoceremos el proceso realizado para conocer el Poder Calorífico de un combustible, en este caso un combustible líquido (Petróleo N° 5). Para ellos realizaremos un ensayo utilizando un calorímetro de PARR, mediante el cual podremos realizar la ignición del combustible y observar la energía que este le transfiere a un líquido (agua destilada). Posteriormente realizaremos un análisis de los datos obtenidos hasta obtener el valor del poder calorífico para el combustible ensayado.

Objetivos de la experiencia        

Objetivo general

Esta experiencia tiene como objetivo principal, el permitir a los alumnos la toma de contacto con la calorimetría, la cual está relacionada, entre otros, con la determinación de cantidades energéticas tales como entalpía, energía interna, calor específico y poder calorífico.

Para tales efectos, y como objetivo Terminal, se determinará experimentalmente, el poder calorífico de combustibles gaseosos y sólidos.

Objetivo específico

• Visualizar y aplicar los conceptos de Poder Calorífico superior e inferior y su estandarización.
• Conocer las formas y medios para determinar el poder calorífico de combustibles gaseosos, líquidos y sólidos.
• Determinar, experimentalmente, el poder calorífico de un combustible sólido, por medio de un Calorímetro PARR, a volumen constante.

Características Técnicas de los equipos e instrumentos empleados

• Bomba de oxigeno Parr
  Máximas calorías por carga: 8000
  Presión máxima: 40 [atm]
  contiene el comburente y el combustible además de portar el alambre fusible.

Factor de corrección de masa de agua por pérdidas de calor desde el calorímetro al medio: +427 [𝑔𝑟].

• Calorímetro Parr:
  Marca: PARR Instrument Company
  Motor Agitador: Parr Stripper 220 V / 50 Hz
  Unidad de Ignición: 220 V / 60 Ciclos AC

• Termómetro Digital

Marca:         Fluke
Modelo: Fluke 52 II (doble entrada)
Escala de temperatura:  ITS-90
Unidades de medición:
Rango de escala:  a
División de escala:  [pic 1][pic 2][pic 3][pic 4]

• Termocupla de inmersión tipo K

• Alambre fusible para bomba de oxigeno Parr:

Material: Níquel.
Calor de combustión: 2,3 [cal/cm] o 1400 [cal/gr].
Marca: PARR instrument company inc.
Origen: USA, Moline Illinois

• Cilindro de gas presurizado:

Gas: Oxigeno.
Manómetro del tanque: 0 - 200 [PSI]; 0 - 3000 [Atm].
Manómetro de trabajo: 0 – 55 [Atm]

• Balanza Digital:
  Marca: Bel engineering.
  Capacidad máxima: 6.200 [𝑔𝑟] 
  Resolución: 0,01 [𝑔𝑟]

• Agua Destilada

• Probeta graduada

Capacidad máxima: 2.000 [𝑚𝑙]

Resolución: 10 [𝑚𝑙]

• Petróleo N°5 (Diésel)
• Gotario
• Cronometro Casio

Descripción del método seguido

En una primera instancia se reconocen los componentes que conforman el calorímetro de PARR, procedemos a pesar el crisol en la balanza, posteriormente taramos la balanza y añadimos 0,8 gramos de petróleo utilizando un gotero. Posteriormente instalamos el alambre de PARR en los contactos contenidos en la tapa de la bomba del calorímetro, procurando utilizar 10 cm de alambre.  Al posicionar el crisol sobre este dispositivo debemos introducir el alambre y que este haga contacto con el combustible, y procurando que no haga contacto con las paredes del crisol, este alambre será el encargado de realizar la ignición del combustible. Procedemos a cerrar la bomba roscando la tapa, procurando mantener siempre la bomba vertical para evitar el derramamiento del combustible en el crisol. Luego se debe ingresar el oxígeno en la bomba calorimétrica, para ello conectamos el aire desde el cilindro de oxigeno hacia la bomba y abrimos la válvula, además de abrir la válvula de escape en la bomba calorimétrica, dejamos unos segundos que se purgue el aire al interior y quede solo oxígeno puro. Cerramos la válvula de salida de la bomba calorimétrica e ingresamos oxigeno hasta una presión de 25 atm. Antes de retirar la manguera que comunica el cilindro debemos purgar esta para evitar accidentes.

Procedemos a pesar el conjunto de la bomba con el oxígeno y el combustible en su interior, luego de esto ingresamos la bomba al interior del calorímetro con los cables eléctricos conectados, y procedemos a verter el agua destilada dentro del recipiente que además contiene la bomba calorimétrica. Cerramos el calorímetro y conectamos el motor que acciona el agitador, posicionamos la Termocupla en su respectivo agujero y comenzamos a registrar la temperatura en intervalos de tiempo definidos, a los 7 minutos accionamos la ignición provocando la combustión del petróleo, luego de transcurridos 24 minutos y observando que la temperatura se estabilizo luego de subir se detiene el agitador y no se realizan más mediciones.

Para finalizar desconectamos el calorímetro y retiramos la bomba, procedemos a secarla utilizando papel absorbente para posteriormente llevarla a la balanza y registrar su peso. Al abrir la bomba damos cuenta de que contiene líquido condensado en sus paredes. Por ultimo debemos registrar la cantidad de alambre fusible se quemó para calcular el calor aportado por esta combustión.

Presentación de los resultados

Resultados obtenidos a partir del análisis de una muestra de combustible líquido Petróleo N° 5.

Poder Calorífico Superior

[pic 5]

Poder Calorífico Inferior

[pic 6]

Grafico Temperatura versus tiempo durante el ensayo.

[pic 7]Grafico 1. Temperatura en el tiempo durante el ensayo.

Conclusión  

Se observó en la experiencia que luego de la combustión quedaron restos de líquido condensado al interior de la bomba calorimétrica, esto nos indica que podremos calcular el PCS (Poder Calorífico Superior), se le llama superior debido a que en su magnitud contiene el calor aportado por la condensación del líquido presente en sus paredes, este al cambiar de fase gaseosa a liquida entrega calor al medio aportando al aumento de la temperatura del agua en el calorímetro. Es por ello que descontando este calor aportado por la condensación podemos obtener el PCI (poder calorífico inferior), el cual representa el calor aportado únicamente por el combustible.

Cabe destacar que dentro de los cálculos se descontó el calor aportado por el alambre fusible al producirse la combustión (9 calorías), debido a que este también entrega algo de energía al medio producto de su combustión.

Se observa en la tabla adjunta y en el grafico que luego de provocar la ignición en el minuto 7, solamente transcurre 4 minutos con 40 segundos, hasta alcanzar la temperatura máxima en el líquido (agua destilada) que rodea a la bomba calorimétrica. Temperatura que se mantiene hasta el minuto 24, dejando en claro que el equipo Calorímetro de PARR posee una buena aislación térmica con el medio no pudiéndose registrar disminuciones de temperatura en el fluido en los 12 minutos posteriores a alcanzar la temperatura máxima y dar por finalizada la experiencia.

Al observar los valores obtenidos, el PCS=46949,205 [KJ/Kg] y el PCI=43554,142 [KJ/Kg], entre ellos existe un delta= 3395.063[KJ/Kg] que corresponden a la energía liberada en el proceso de la condensación al interior de la bomba calorimétrica producto del cambio de fase.

Al comparar los valores obtenidos para el PCS y el PCI en el ensayo con valores promedio de Poder calorífico para combustible N°5, observamos que ambos valores obtenido experimentalmente son superiores a los valores promedio, en el caso del PCS tenemos una diferencia positiva del 6,7 %. En el caso del PCI tenemos una diferencia del 5% con respecto a los valores promedio.  Estas diferencias en el poder calorífico de los combustibles son esperadas y pueden ser producto de muchas variables como la refinación y composición del combustible utilizado, es de esperar que los valores de Poder calorífico varíen en los combustibles, es por ello que es de suma importancia realizar análisis de estos parámetros antes de utilizar o calcular el calor aportado por el combustible en alguna aplicación de ingeniería ya que a gran escala esto podría significar una diferencia importante en la cantidad de combustible a utilizar o el calor liberado por el mismo.

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