Informe 1 sistemas termicos

ÍNDICE

Resumen del contenido del informe ____________________________________2

Objeto de la experiencia _____________________________________________2

Características técnicas de los equipos e instrumentos utilizados _____________3

Descripción del método seguido _______________________________________4

Presentación de los resultados ________________________________________5

Discusión de los resultados conclusiones y observaciones personales _________5

Apéndice _________________________________________________________6

• Teoría del experimento ________________________________________ 6
• Desarrollo de calculos ________________________________________ 11
• Valores calculados y obtenidos __________________________________12

Bibliografía _______________________________________________________ 14

RESUMEN DEL CONTENIDO DEL INFORME

        El presente informe trata sobre la experiencia realizada en las instalaciones de la Universidad de Santiago de Chile, llamada “Poder calorífico”, como su nombre lo indica la finalidad de esta experiencia es obtener de manera experimental el poder calorífico de un combustible líquido, en particular petróleo número 2. Dicha determinación se realiza con la ayuda de un calorímetro o bomba de PARR dando un valor de 11197,275 [cal/g] y obteniéndose condensado de agua al finalizar la experiencia, por lo que el valor obtenido representa al poder calorífico Superior.

OBJETO 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 un combustible líquido.

• Objetivos específicos:

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 líquido, por medio de un Calorímetro PARR, a volumen constante.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS EQUIPOS E INSTRUMENTOS EMPLEADOS

• Calorímetro de PARR:

• Marca: PARR INSTRUMENT COMPANY, INC.
• Origen: USA
• Masa equivalente de agua ^[1] : 427 [g]
• Componentes:

• Bomba de PARR:

• Presión máxima: 40 [Bar]

• Tiesto cilíndrico:

• Material: Acero inoxidable

• Crisol
• Unidad de ignición:

• Diferencia de potencial: 220 [V]
• Frecuencia: 50 [Hz]
• Intensidad de corriente: 2 [A]

• Termómetro digital con termocupla de inmersión:

• Marca: Fluke
• Modelo: 51-II
• Tipo de termocupla: K (Niquel/cromo, Niquel/aluminio)
• Rango: -180 [°C] a 1372 [°C]

• Balanza digital:

• Marca: Bel engineering
• Modelo: M6202
• Resolución: 0,01 [g]

• Probeta graduada de 2000 ml
• Regla para medir
• Cronometro digital
• Gotario
• Bidón de agua destilada:

• Capacidad: 5 [litros]

• Alambre fusible PARR:

• Calor en la combustión: 1400 [cal/g] o 2,3 [cal/cm]

• Tanque de oxígeno:

• Pureza: 99%
• Presión máxima disponible: 150 [Bar]
• Proveedor: Indura S.A.

DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO SEGUIDO

        Previo al comienzo de la experiencia, se asegura que cada una de las personas presentes tengan sus elementos de protección (cotona, pantalones largos, zapatos cerrados). Una vez esta todo en orden, se da inicio a la experiencia:

- Se inicia con una charla teórica en la cual se definen las variables a medir, la duración de la experiencia y algunos datos importantes del sistema a utilizar. Se define el tiempo total de la experiencia en 24 minutos, donde se registrarán datos cada 1 minuto para el intervalo desde el inicio hasta los 7 minutos, posterior a esto se registran cada 20 segundos hasta el minuto 17, finalmente se registran los valores cada 1 minuto nuevamente hasta los 24 minutos.

- Definido el tiempo y la toma de datos, se abre el calorímetro de PARR hasta llegar a la bomba de PARR, dentro hay un crisol que se masa y, una vez en la balanza, se tarar para así medir únicamente la masa del combustible. Con la ayuda de un gotero se introduce en el tiesto 0,8 [g] de combustible.

- Se corta un trozo de alambre de PARR para poder conectar las fases de positivo y negativo que presenta el sistema de ignición con el combustible. Es importante que el alambre no toque de ninguna manera el crisol para no generar un cortocircuito. El largo del alambre debe ser de 12 [cm].

- Sumergido el cable en el combustible, se tapa la bomba de PARR y se lleva al lugar donde está el tanque de oxígeno. Con la ayuda de una llave reguladora de paso se controla la presión que entrega el tanque de oxígeno, previo al ingreso total de oxigeno se purga la bomba de PARR del aire atmosférico presente, una vez purgado se hacer ingreso de oxigeno puro al interior. Alcanzada la presión de 25 [atm] se cierra la llave de paso y se purga el sistema que entrega oxigeno desde el tanque.

- Con precaución se lleva la bomba de PARR hasta el tiesto ovalado donde se introduce para luego conectar los bornes del sistema de ignición eléctrico. Cabe destacar que la bomba de PARR presenta unas cavidades en su superficie inferior que calzan con el tiesto ovalado en solamente una posición.

- Conectado los bornes se rellena el tiesto ovalado con los 2000 ml de agua destilada y se tapa el sistema, dicha tapa posee una guía por lo que solamente calza en una posición. Tapado el sistema se introduce la termocupla de inmersión para medir la temperatura del agua, además se conecta un o-ring a un agitador para lograr temperatura homogénea en el agua.

- Se da marcha al sistema y se inician las mediciones. Las primeras 7 mediciones son para lograr una estabilidad en la temperatura del agua, hasta dicho punto no existe ignición del combustible, a los 7 minutos se debe accionar un botón presente en el sistema de ignición para que así exista la combustión del petróleo. Después de pulsar el botón se toman mediciones cada 20 segundos, la temperatura máxima debe estar dentro de este rango (7-17 minutos), para comprobar lo anterior, se realizan mediciones desde los 17 hasta los 24 minutos cada 1 minuto, en caso de que la temperatura máxima en dicho rango sea mayor a la mayor en el rango anterior, se debe realizar toda la experiencia nuevamente.

- Finalizadas las mediciones, se quita la tapa y se extrae la bomba de PARR. Se purga de manera paulatina debido a la alta presión interna que esta posee y se quita la tapa, se verifica si en su interior existen residuos de alambre no quemados, restos de petróleo o si existe condensación de agua.

- En caso de que el alambre no fuera totalmente consumido en la ignición, se mide dichos trozos restantes para estimar el calor del alambre consumido.

- En caso de que existiese condensado en el interior de la bomba de PARR se debe masar nuevamente para así registrar la masa de condensado

PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS

Tabla número 1 –“Tabla de valores calculados y obtenidos en bibliografía”

DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES PERSONALES

        Se logran los objetivos de la experiencia, mediante la utilización del calorímetro de PARR se calcula de manera experimental el poder calorífico de un combustible líquido, en este caso en particular, petróleo número 2.

El valor obtenido de manera experimental es muy cercano al teórico, en concreto variando solo un 1,63% respecto al encontrado en bibliografías, este error es bastante aceptable lo que indica que la experiencia fue un éxito al menos en ese aspecto. Cabe destacar que este valor es solamente para el poder calorífico superior siendo el inferior imposible de obtener debido a la no medición de la masa de condensado en la experiencia.

Es importante seguir el método experimental al pie de la letra ya que, analizando el grafico número 1 presente en el apéndice, se logra ver que durante los primeros 7 minutos la temperatura del agua tiende a subir debido a la agitación de la misma y al posible intercambio de calor con el medio, un inicio apresurado a la experiencia (dando la chispa de inmediato, por ejemplo) llevaría a errores en la determinación del poder calorífico del combustible. Así mismo es fundamental el acortar el tiempo de medición una vez detonado el combustible, esto debido a que, como también se logra apreciar en el grafico número 1, el aumento de la temperatura es muy rápido, por lo que se debe llevar un registro más estricto respecto a esta. Finalmente, se deben realizar mediciones finales con el objetivo de verificar que la temperatura máxima no se presente en un intervalo de tiempo muy lejano al de detonación ya que esto podría significar un error en la medición o el montaje experimental lo que traería como consecuencia la anulación de dicho ensayo y la realización de todo el proceso desde cero.

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