LABORATORIO TERMODINÁMICA III

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Para hallar un porcentaje de error entre los calores de combustión hallados experimentalmente y aquellos reportados teóricamente se realiza el siguiente cálculo:

[pic 19]

Determinación del calor de formación de las muestras problema

Posteriormente es posible calcular el calor de formación de cada una de las muestras a partir de su respectivo calor de combustión.

Se tiene que:

[pic 20]

El calor de combustión de conoce pues ya ha sido determinado y el calor de formación de los productos puede encontrarse en una tabla de propiedades termodinámicas.

Por lo tanto:

[pic 21]

Determinación del poder calorífico superior e inferior de las muestras problema

Finalmente una vez conocido el calor de combustión de las muestras problemas, es posible determinar el poder calorífico superior e inferior de cada una de ellas.

Se tiene para el calor de combustión obtenido que:

[pic 22]

Pero el calor de combustión de cada muestra ya fue dividido por su peso con el fin de expresarlo en términos de kJ/kg y poder realizarse una comparación con los valores reportados en la teoría.

De modo que el poder calorífico superior, que considera el agua en los productos en estado líquido, es igual a:

[pic 23]

Y el poder calorífico inferior, que considera el agua en los productos en estado vapor, es igual a:

[pic 24]

RESULTADOS

Mediante los datos de temperatura y tiempo tomados en cada uno de los ensayos es posible mirar la variación de estos gráficamente.

Ilustración 1 Temperatura Vs tiempo

[pic 25]

Mediante el modelo de cálculo descrito anteriormente se logró determinar la capacidad calórica de la bomba

Tabla 5 Capacidad Calorífica bomba

Capacidad calorífica bomba

Cv (kJ/kg.K)

10401,76296

Y con esta determinar el calor de combustión de la muestra

Tabla 6 Calor Combustión ACPM

Calor Combustión ACPM

ΔHACPM Teorico (kJ/kg)

-45000[1]

ΔHACPM (kJ/kg)

-36801,95076

% Error

18,2178872

Y con el calor de combustión determinar el calor de formación y el pode calorífico superior e inferior.

Tabla 7 Resultados ACPM

ACPM

ΔHform. ACPM (kJ/kmol)

-7971845,549

PCS (kJ/kgComb)

-36801,95076

PCSI(kJ/kgComb)

-33775.43723

ANÁLISIS DE RESULTADOS

En la práctica de laboratorio se determinó la capacidad calorífica de una bomba calorimétrica adiabática, el calor de combustión, el calor de formación, el poder calorífico superior e inferior de ACPM a volumen y presión constantes, mediante procesos de combustión; dichos resultados se encuentran tabulados en las Tablas 5, 6 y 7.

De la ilustración1, se observa una tendencia similar para las dos sustancias trabajadas, Ácido benzoico y ACPM, en donde al inicio de la combustión la temperatura sube abruptamente, pero a medida que aumenta el tiempo del proceso, la temperatura comienza a estabilizarse y su cambio con respecto al tiempo se hace cero, al trabajar a presión constante, alcanzando así un equilibrio termodinámico; es decir, se llegó a la máxima conversión posible para las condiciones de operación dadas. En el ACPM, se alcanzaron mayores temperaturas a un mismo tiempo transcurrido que para el Ácido Benzóico, debido a que su combustión es más efectiva y tiene una mayor contribución energética al sistema.

También se observa como el poder calorífico inferior es menor que el superior, ya que en éste último se tuvo en cuenta las moles de agua generadas por la reacción y su correspondiente calor de vaporización, puesto que considera que el agua en los productos está en estado líquido. Los valores negativos se deben al modelo de cálculo, pero a la hora de implementar los resultados se utiliza el valor absoluto de los mismos.

Si se compara el poder calorífico encontrado para el ACPM, con el reportado en tablas para otros combustibles, se observa que está en el promedio de los combustibles líquidos y por debajo de los combustibles gaseosos, siendo mucho menor que el Hidrógeno, que es el combustible con el mayor poder calorífico, el cual es cerca de 141000 kJ/kg[2].

Gran parte de la energía aportada por el combustible fue utilizada por el Nitrógeno (N2) para aumentar su energía interna (Calor Sensible), la cual es energía que se desperdicia ya que no puede ser aprovechada para realizar alguna clase de trabajo.

En porcentaje de error en el cual se incurrió en el cálculo del calor de combustión fue alrededor del 18%, aunque es un valor aceptado para ingeniería se debe decir que se debió a pequeños errores instrumentales como la medición de la longitud del alambre después de la ignición, la pérdida parcial de Ácido Nítrico durante el lavado de la bomba y la titulación debido a ciertas impurezas de la base.

Cuando se requiera aprovechar la energía liberada por un proceso de combustión, ya sea para generar calor o trabajo, es necesario comprender que la efectividad del proceso va a estar limitado por la energía suministrada al sistema por el combustible y comburente que viene dada en función de las composiciones