2013b poder calorifico

8/16/2019 2013B Poder Calorifico

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Laboratorio de fuidos

PODER CALORÍFICOKaren Ariana Sanjuanelo Muñoz

Zayda Inés Sandoval Jerez1


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Poder Caloríf

• Introducción•

Conceptos claves• Poder Calorífco de combustibles típicos y

compuestos puros• Equivalencia energética• Determinación de poder calorífco• Norma A!" D#$%

– &b'etivos( importancia y uso de la norma) – Instrumentación( reactivos y equipo) – Descripción de procedimiento completo)

•

E'emplo de aplicación• Curvas típicas para productos como gasolina y ACP"• Conclusiones• *ibliogra+ía

Contenido

2


3/62

3

Introducción

Graco N°1: imágenes extraídas de: http://!expoer!es/combustib"e#comburente#energia!htm


4/62

C!C"P#S

C$A%"S

Poder Calorífco

$


5/62

Co&'usti'le

Co&'urente

Co&'ustión

I(nición

)


6/62

Co&'usti'les

Co&'usti'le

s

"stado*ísico

%&"idos

carb&n'"a madera )"a turba natu

ra"

Lí*uidos

gas&"eo'e" *ueroseno

o"a gaso"ina

Gaseosos

Gas

natura" o"os gases

"icuados depetr&"eo +GL

,-

ri(en

.&si"es )no &si"es

0arb&n )petr&"eo

Natura"es)

"aborados

adera )0arb&negeta"

4


7/62

#i+os de co&'ustión

0ombusti&n comp"eta:

0ombusti&n incomp"eta:

0ombusti&n con exceso de aire:

0ombusti&n con deecto de aire:

5


8/62

P,"-CA$-./IC ,"CM01S#I0$"S

#.PICS 2CMP1"S#S

P1-SPoder Calorífco

6


9/62

PoderCalorífco

del car'óny otrosco&'usti'

les solidos

Co&'usti

'le

PCI

3KJ4K(5

PCS

3KJ4K(5!urba #,-%% ##.%%

/ignito #0$%% #12%%

3ulla -%2%% -,$%%

Antracita -$-%% -$4%% Aglomerad

os decarbón

-,-%% -.2%%

Carbón de

madera

-,$%% --4%%

Coque #1-%% --4%%

Coque de petróleo

-$,%% -2.%%

7

8ab"a N° 1: .uente: http://onsager!unex!es/9puntes/8ermo/8ab"as# 8ema#3!pd


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Poder

Calorífcoco&'usti'les

lí6uidos

Co&'usti'le PCI 3KJ4K(5 PCS3KJ4K(5

Aceite deesquistos

5 -00-%

Alco6olcomercial

#-02% #24.%

Alquitr7n de6ulla

5 -4%#.

Alquitr7n de

madera

-2$#% 5

Etanol puro #241% #14#%

"etanol ,1#.% 5

8uel &il N9, $%2%% $#21.

8uel &il N9# -142. $,02%

:asóleo $##4. $-,,.

:asolina $-1.% $200.

Petróleo bruto $%01. $414%

;ueroseno $-$%% $2.%%

1 8ab"a N° 2: .uente: http://onsager!unex!es/9puntes/8ermo/8ab"as# 8ema#3!pd


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PoderCalorífco

deco&'usti'les

(aseosos

Co&'usti'le

PCI3KJ4K(5

PCS3KJ4K(5

:as

natural

-11%% $$%%%

:as de6ulla

5 $21%%

:as decoquería

-,$%% -.#.%

:as deaire

,%%%% ,#%%%

3idrogeno ,#%%,, ,$,0.-

:as deagua

,$%%% ,2%%%

:as deciudad

#2%%% #0%%%

:as deagua

carburado

#2$%% #4#%%

Pro ano $2-.% .%$.%11

8ab"a N° 3: .uente: http://onsager!unex!es/9puntes/8ermo/8ab"as#

8ema#3!pd


12/62

Co&'usti'le

PoderCalorífco3KJ4K(5

7 8( deco&'usti'le

alu&'rar9 una'o&'illa de

7::;durante<

1sos

"adera ,%$.%5,24%%

,6 -1min < #6-1min

Cale+acción

Carbón ,24%%5

-42%%

#6 -1min < .6

.0min

Cale+acción

Alco6ol #4,4% $6 ,1min !ransporteterrestre

:asóleo $-,2% 26 .,min !ransporteterrestre ymarítimo(

cale+acción:asolina

1.$-$4% 26 .$min !ransporte

terrestre

:asolina10

$$,%% 46 !ransporteterrestre

*utano $..2% 46 ,$min Cale+acción

8ab"a N° $: odicada de:

!;a"ipedia!com12


13/62

P,"- CA$-./IC

El poder calorífco =PC> de un combustible es lacantidad de energía desprendida en la reacciónde combustión( re+erida a la unidad empleada decombustible) us unidades son? @cal@gB @calm- B*!lbB *!+t -)

13


14/62

#IPS ," P,"-CA$-./IC

1$

Parámetr

o

Poder Calorífco

Superior

Poder

CalorífcoInerior

ConceptoCantidad de calor liberado por unidadde masa o de volumen del combustible(cuando el material se quemacompletamente)

tilidadCalor Producido en

la CombustiónCalor

erdaderamente Aprovec6able

Agua e Contabilia No se contabiliaCambio de

8asei No

Calor

Asociado

/atente ensible 8ab"a N° 2 de" 25


15/62

C4=> !>4>

C>4!>4 =>

? CA$- ?calor

Calor deo@idación delco&'usti'le

Calor decondensacióde va+or de

a(ua

Poder calorífcoin*erior

Poder calorífcosu+erior

ti+osde +oder calorífco

Co&'usti'le

aire

ases de co&'ustión

"l va+or de a(uacontenido en los (ases de

co&'ustión no condensa

"l va+or de a(uacontenido en los (ases de

co&'ustión condensa1<


16/62

El barril equivalente de petróleo (BEP) es una

unidad de energía equivalente a la energía liberadadurante la quema de un barril aproFimadamente=$# galones estadounidenses o ,.0(104- litros>de petróleo crudo)

"6uivalencia ener(ética

7 0"P se(BnServicios de

I&+uestosInternos de ""11es e6uivalente a)D E 7:F 0#1H

7 0P e6uivale aF77DF> E

7: J o7H:: KilovatiosL

oraH

7 0"P N )JH

1n 0"P

e6uivalea+ro@H a )HD::*t de (asnaturalH

14


17/62

El poder calorífco de una mecla gaseosa(

como lo es el gas natural( se puede calcularconociendo previamente la composición ylos poderes calorífcos de los componentesindividuales)EFisten varios procedimientos paradeterminar el poder calorífco de unaustancia?

5 !eóricamente 5Analíticamente5EFperimentalmente

e er& nac n e +o ercalorífco

15


18/62

MO#,#"-IC PA-A

,"#"-MI!A-"$ P,"-CA$-./IC

Poder Calorífco

16


19/62

?9L@,=@9! nergía en "a natura"eAa +en "ínea- http://bo!;a"ipedia!com/;a"ipedia!com +0itado en1 de 9gosto de 27-!

Método teórico

•

Por medio de la entalpia de+ormación)

17


20/62

!omado de? CEN:E/ Hunus'

8ermodinámica' %extadici&n' c Gra Bi""

,eter&inación de lasental+ias+or &ediode ta'las

Sustancia "ntal+iasKJ4K&ol

Acetileno ##2(4-%

Agua 5#0.(0-%

Alco6ol etílico 5#44(21% Amoniaco 5$2(,1%

*enceno 0#(1-%

n5*utano 5,#2(,.%

Etano 50$(20%3idrogeno #,0(%%%

3idroFilo -1($2%

"etano 54$(0.%

"onóFido de Carbono 5,,%(.-%

Nitrógeno $4#(2.%

n5&ctano 5#$1(1.%

&Figeno #$1(,1%

Propano 5,%-(0.%

Propileno #%($,% 8ab"a N° 4: !omado de? CEN:E/ Hunus' 8ermodinámica' %extadici&n' c Gra Bi""


21/62

MO#,A!A$.#IC PA-A

,"#"-MI!A-"$ P,"-CA$-./IC

Poder Calorífco

21


22/62

JEl poder calorífco deun cuerpo compuestoes igual a la suma de

los poderes calorífcosde los elementos simplesque lo +orman( multiplicados por lacantidad centesimal en que intervienen(

descontando de la cantidad de 6idrogenototal del combustible la que se encuentra ya combinada con el oFigeno del mismoK)

Princi+io de conservación de la ener(ía

22

,ara "aap"icaci&n

de estemCtodo

debemosdetermina

r:

0D

B2D

E2D

%D

BumedadD

P d C l íf d l


23/62

Poder Calorífco delCar'ono

23

i el carbono se combina con sufcientecantidad de oFigeno =combustióncompleta> +orma an6ídrido carbónico condesprendimiento de calor( segLn la

reacción?

i el oFígeno disponible para lacombustión no +uera sufciente( el carbonose oFida +ormando monóFido de carbonocon liberación de calor en muc6o menoscantidad( segLn la reacción?

? > C> ? D7Q: Kcal48( de car'on

:H) > C ? >QQ: Kcal48( de car'

P d C l íf d l


24/62

Poder Calorífco delidro(eno

2$

! Poder Calorífco Superior"El 3idrogeno se combina con el oFigeno en+orma total( dando como resultado agua

con desprendimiento de calor)

Este valor incluye el calor cedido por la

condensación del vapor de agua +ormadoen la combustión)

> ? :H) > => ? QQ:: Kcal48( de

P d C l íf d l


25/62

2<

#! Poder Calorífco Inerior"En el caso de que no se pueda aprovec6ar esecalor de condensación( al calor liberado en laoFidación del 3idrogeno 6abr7 que descontarle

el calor que pierde al no condensar el vapor deagua( con el cual se obtendría el podercalorífco in+erior del 3idrogeno)

Considerando que no eFiste 6umedad en elcombustible( eFistir7 solo , @g de 3idrogeno)Mesultando?

Poder Calorífco delidro(eno

PCIN PCS R F:: @ 3= ? =>5

PCIN >::: Kcal4 8( de =idro(en

P d C l íf d l


26/62

24

El au+re es un contaminante delcombustible y su presencia es indeseable(no obstante cuando éste elemento est7

presente y se oFida libera calor deacuerdo a la siguiente reacción química?

Poder Calorífco delAzu*re

? > S> ? >>>: Kcal48( de Azu*re


27/62

•

Poder calorífco $uperior de uncombu$tible $eco( solido o liquido( quecontenga carbono( 6idrogeno y au+re ensu composición?

25

/or&ula de ,ulon(

CSN D7Q:C ? QQ:: 3=L 5 ? >>>:

Donde?C? Cantidad centesimal de Carbono en peso por @g decombustible)3? Cantidad centesimal de 3idrogeno en peso por @g decombustible)

&? Cantidad centesimal de &Figeno en peso por @g decombustible)? Cantidad centesimal de Au+re en peso por @g de combustible)

&0? Cantidad centesimal de 3idrogeno en peso que se encuentra

combinado con el &Figeno del mismo combustible dando JaguaK


28/62

•

Poder calorífco inerior de uncombu$tible $eco( solido o liquido( quecontenga carbono( 6idrogeno y au+re ensu composición?

26

/or&ula de ,ulon(

CSN D7Q:C ? >::: 3=L 5 ? >>>:





l d l


29/62

•

Poder calorífco inerior de uncombu$tible %&medo( solido o liquido(que contenga carbono( 6idrogeno y au+reen su composición?

27

/or&ula de ,ulon(

N D7Q:C ? >::: 3=L 5 ? >>>:S R F::





l d


30/62

•

Poder calorífco inerior de uncombu$tible %&medo"

3

/or&ula de =utte

N D7::C ? >::: 3=L 5 ? >)::S R F::






31/62

• Poder calorífco inerior de uncombu$tible %&medo"

31

Asociación de

In(enieros Ale&anesN D:D:C ? >::: 3=L 5 ? >)::S R F::






32/62

32

MO#,"TP"-IM"!#A$

PA-A ,"#"-MI!A-"$ P,"-CA$-./IC

Poder Calorífco

to o e@+er &enta U


33/62

El poder calorífco sedetermina por medio de laquema de una muestra enuna bomba calorimétrica

de oFígeno ba'ocondiciones controladas)Durante la prueba se leela ! en 98 antes( durante ydespués de la combustión)e eFpresa el tiempo enminutos y segundos) emiden las masas engramos)

to o e@+er &enta Unor&a

AS#M ,>Q: L :

33

once+ o


34/62

C'*I+E,*-'" Cienciaque mide la cantidad de energíagenerada en procesos deintercambio de calor( cuandoocurre la combustión)

C'*-+E,*" Instrumentoque sirve para medir las cantidadesde calor suministradas o recibidas

por los cuerpos( aplicando presión yoFígeno( para realiar lacombustión)

.uente: http://"ap"ace!us!es/i;i/index!php/0a"orF)Fca"orimetrD03D9=a

once+ os

3$

í


35/62

#i+os de calorí&etros

.iguras ! 0a"orímetros! .uente: ! J"aquinas motricesK de Ham&n .resno!d! Librería itre

• Método adia'9ticoU

*usca aislar el sistemadel eFterior( es decir(mantener iguales latemperatura delrecubrimiento y lainterna del calorímetro)Pueden usarse lossiguientes equipos?

! Bomba de +a%ler!#) Calorímetro de 8ery)-) Calorímetro de /eis5

!6omson)

• Método

isotér&ico

mantiene constante latemperatura delsistema)Pueden usarse lossiguientes equipos?,) Calorímetro de

Oun@ers)

#) Calorímetro deEmerson)

-) Calorímetro de Parr)

3<


36/62

"6ui+os

34

*omba de&Fígeno

Calorímetro

Mecubrimientos

!ermómetros

lcali

cido*enoico

Indicadores Naran'a de"etilo o Mo'o de "etilo

&Fígeno#(#($5

!rimetilpentano=Iso5octano>

-eactivos

í


37/62

Calorí&etro

35

AI#A,-

T."!


38/62


39/62

"ner(ía e6uivalentedel calorí&etro

Donde?Q R energía equivalente del calorímetro( "OSC; R calor de combustión del 7cido benoico("Og( calculado de un valor certifcado)

g R peso de la muestra de 7cido benoico( =%)1< ,), g> ! R incremento de temperatura corregida e, R corrección del calor de +ormación de 7cido

nítrico( "O e R corrección del calor de combustión de los37


40/62

Procedi&iento de la+rue'a

Pesar la muestracon una

precisión de %(,mg)

i se conoce elcalor de

combustión de lamuestra se

puede calcular el peso requerido)

gR#2)$.$;s

Adicionar ,(%ml de agua en

la bombausando una

pipeta) Cargar labomba conoFígeno a

-(% "pa) /a presión no

debe

eFceder los$)% "pa)

$


41/62


A'ustar latemperatura

del aguadesioniada

delcalorímetro)

"étodoIsotérmico?

-(% a -(. S8)"étodo

adiab7tico?

#(% a #(. S8)

Introducirla bomba

en el

calorímetro( cerrar latapa y

encenderel agitador)

Conectarlosalambres

deignición yactivarlos

)

e lee latemperaturaregistrada en

el termómetro y se toma latemperaturafnal del agua

delcalorímetro)

$1


42/62

$2

/a !emperatura del agua del calorímetro

se debe a'ustar de la siguiente manera?• /a temperatura del

calorímetro -(% 8 a-(. 8=,(2C a #(%C >

por deba'o de latemperatura delrecubrimiento)

M"#,IS#"-MI

C

• !emperatura del

calorímetro #(% 8a#(.8 =,(%C a ,($ C>

por deba'o de latemperaturaambiente)

M"#,A,IA0A#IC


Procedi&iento


43/62

Igualar la ! delrecubrimiento con la

del calorímetro ymantenerla durante -minutos) Precisión de

%(%# S8)

Megistrar la ! inicial yencender la carga)

A'ustar temperaturas

de recubrimiento ycalorímetro durante elincremento r7pido y al

aproFimarse la ! deequilibrio fnal)

!omar !min 6asta

que la misma ! seaobservada en -

lecturas sucesivas) eregistra como ! fnal

Procedi&iento&étodo adia'9tico

$3

Calc lo de


44/62

$$

Donde?!? Aumento de la temperatura corregido)! a? !emperatura a la cual la carga +ue

encendida( corregida para el error deltermómetro)

! + ? !emperatura fnal de equilibrio(corregida para el error del termómetro)

Calculo dete&+eratura +ara el

recu'ri&ientoadia'9tico

Procedi&iento


45/62

$<

e ensambla el calorímetro en el recubrimiento yse enciende el agitador)

De'ar . minutos para que el sistema entre en

equilibrio y luego se registra la temperatura enintervalos de un minuto por . minutos)

Encender la carga y registrar temperatura) Agregar a esta ! el 2%T del incrementoesperado y registrar el tiempo al cual se alcana

este porcenta'e)

e registra !min) En el tiempo en el cual ladi+erencia entre las lecturas sucesivas 6aya sidoconstante durante . min)

Procedi&iento&étodo isotér&ico

Calculo de


46/62

Donde?, R incremento de temperatura corregido( SC),c R temperatura en el tiempo JcK( corregida segLn elerror del termómetro),a R temperatura al iniciar la combustión( corregida segLnel error del termómetro)r R tasa =temperatura por minuto> a la cual la temperaturacrece durante los . minutos antes de la combustión)

b R tiempo =cerca de %), min> donde el incremento detemperatura alcana el 2%T del total)a R tiempo de combustión( min)r #R tasa a la cual crece la temperatura durante los .minutos después del tiempo c) i la temperatura decrece r #

es negativo y la cantidad es positiva

Calculo dete&+eratura +ara el

recu'ri&ientoisotér&ico

$4

Calc lo +oder


47/62

a

b

c

8a

8b

8c

8+°0-

ta tc t+min-tb

r1

r 2

Calculo +odercalorífcoU &étodo

isotér&ico

$5

Calculo +oder


48/62

"je&+lo Calculo +odercalorífcoU Isotér&icoPaso ,? calcular

!b I

+a-

+c-

Memplaamos los valores de!c y !a? 2'2Q: L :>

Paso #? calcular tb

Calculo +odercalorífcoU &étodo

isotér&ico

$6

Calculo +oder


49/62

"je&+lo Calculo +odercalorífcoU Isotér&ico

+a-

+c-

Paso $? calcular el incremento detemperatura

8J8c > 8a > r1+b > a- > r2+c # b-

!R4(,%.5#(#.45=%(%%$$>=4(4-52>5=5%(%4.0>=,$54(

,./012

Método e@+eri&entalU!or&a AS#M ,>Q: L :>

Paso -? calcular las tasas de temperatura r ,

Calculo +odercalorífcoU

&étodo isotér&ico

$7

!or&a AS#M , >Q:U


50/62

!or&a AS#M , >Q:UProcedi&iento (eneralH

ue3o de reali4ar la prueba"

/avar con agua desmineraliada todas lassuperfcies internas de la bomba calorimétrica(recogiendo los lavados en un vaso de precipitados de #.% ml)

En las aguas de lavado obtenidas( se determinael 7cido nítrico y el 7cido sul+Lrico resultantesde la combustión)

Por cada ml de 3N&- +ormado se descontar7n

,($- cal y por cada ml de 3#&$( -(2 cal) /asuma de las calorías da la corrección total por+ormación de 7cidos)

Correcciones por el 6ilo +usible

Q:U


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Correccionester&o6uí&icas +or la

*or&ación de 9cidos

,) 3ervir las aguas de lavado obtenidas anteriormente( paraeliminar el C( aUadir +enol+taleína como indicador y valorar

los 7cidos +ormados con disolución de 6idróFido b7rico %(, N) Así se obtiene la acide total)

#) Después( se aUaden ,. ml de disolución de carbonato sódico%(, N y se calienta a ebullición) En+riar y enrasar con aguadesmineraliada 6asta #.% ml en un matra a+orado)

3omogeneiar y fltrar)

-) De la cantidad fltrada tomar #%% ml en un matra a+orado(aUadir unas gotas de anaran'ado de metilo y valorar condisolución de clor6ídrico %(, N)

$) /a di+erencia entre los ,. ml de la disolución de carbonatosódico %(, N aUadidos anteriormente y el consumo declor6ídrico %(, N( multiplicado por ,(#. =#.%#%%> nos da los mlde N&-3 %(, N) /a cantidad de &$3# se calcula restando de laacide total( la debida al N&-3)


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C9lculo del calor deco&'ustión

;g? calor neto de combustión( "O@g)

! ? incremento de temperatura corregido( SC)

g? peso de la muestra( g)

Q? energía equivalente del calorímetro dada en

"OSC)

e,? corrección para el calor de +ormación de

3N&-)

e#? corrección para el calor de +ormación de


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culo del +oder calorífcoUrecciones ter&o6uí&icas

Donde?e, R Corrección por el calor de +ormación del acidonítrico =3N&- >e# R Corrección por el calor de +ormación del acidosul+Lrico =3#&$ >

e- R Corrección por el calor de combustión en el


55/62

-e+orte deresultados

El calor de combustión neto es la cantidadrequerida en las aplicaciones pr7cticas) Elcalor neto debe ser reportado lo m7s cercade %(%%. "O@g)

Para obtener el calor neto de combustión enotras unidades( se utilian las siguientesrelaciones?


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AP$ICACI!"SEsta propiedad defne el contenido energético

del crudo por unidad de masa en la combustión)Esta propiedad se determino a 0 muestras delcampo Colorado)

8ab"a N° 6: .uente: procedimientos metodo"&gicos para "a caracteriAaci&n de campos maduros! 9p"icaci&n a "os fuidos de" campoco"orado! 8%@% K@% 26


57/62


58/62


59/62

C!C$1SI!"S

• /a norma A!" D #$%5# resume que el

calor que una sustancia pierde( es ganado por otro( al cual se le puedo realiar lamedición correspondiente de podercalorífco)

• El método eFperimental adiab7tico resultamuc6o m7s efciente en comparación con elisotérmico( ya que se tiene un mayorcontrol de la temperatura)

• El método isotérmico se acerca a la realidadconsiderando la trans+erencia de energíaentre el sistema y sus alrededores)

41

C!C$1SI!"S


60/62

• na característica que gobierna la calidad

del petróleo y sus derivados es su podercalorífco( el cual permite que seanutiliables como +uentes de energía) Este

par7metro varía en +unción de la densidad y por lo tanto de la composición química)

• El Poder calorífco es un par7metro muyimportante a la 6ora de comercialiarcombustibles( puesto que este es el

principal indicativo del valor comercial quedic6o combustible tendr7 en el mercado)

• En un mismo combustible se puede

observar di+erentes poderes calorífcos y

C!C$1SI!"S

42

0i'lio(ra*ía


61/62

•

Norma 9%8 = 2$ > 7 %tandard 8est ethod or Beat o0ombustion o Li*uid B)drocarbon .ue"s b) Momb0a"orimeter#0op)right 9%8 @nternationa"

• =eterminaci&n de" poder ca"oríco por e" mCtodo ana"ítico'disponib"e en:

!edutecne!utn!edu!ar/ma*uinasFtermicas/1#poderFca"orico!pd

• 0H@%89N0BE OL9%0E' =iana arce"a ) BEPE% HE9N Qorgeario' procedimientos metodo"&gicos para "a caracteriAaci&n

de campos maduros! 9p"icaci&n a "os fuidos de" campoco"orado! 8esis de grado! K@% 26

• studiantes de Laboratorio de fuidos' xposiciones ,E=H09LEH@.@0ER' Kniersidad @ndustria" de %antander' periodo212 #213!

41

0i'lio(ra*ía


62/62

¿Cuál es el mensaje

Gracias por su atención

2013b poder calorifico

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