trabajo final de maquinas termicas i de jaime antonio raygoza godinez

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERIAS

LABORATORIO DE MAQUINAS TERMICAS I MAESTRO: LOPEZ ORNELAS, ARMANDO JAIME ANTONIO RAYGOZA GODINEZ CDIGO: 091587467 SECCION: D07 Viernes 9am-11am Tema: Ciclo de Rankine No. de reporte: no.1 Fecha: 31/05/2011

Introduccin La planta de generacin de vapor ideal que aparece en el esquema de la Figura 1 se puede analizar mediante el ciclo Rankine, cuyos diagramas presin-volumen y temperatura entropa aparecen en la Figura 2. El vapor saturado seco descargado por la caldera a una presin P1 es suministrado a la turbina, en donde se expande isoentrpicamente hasta la presin P2. En el condensador se transforma el vapor hmedo, isobrica e isotrmicamente, en lquido saturado mediante la remocin de calor. Puesto que la presin en el condensador P2 = P3 es mucho menor que la presin del vapor en la presin del vapor en la caldera P4 = P1, el lquido saturado se bombea isoentrpicamente hasta alcanzar la presin P4. El lquido comprimido es suministrado por la caldera, en donde se calienta primero hasta la temperatura de saturacin correspondiente a la presin P1, y luego se evapora hasta transformarse finalmente en vapor saturado seco para terminar el ciclo termodinmico. La eficiencia trmica de este ciclo Rankine ideal puede obtenerse recurriendo a la primera ley de la termodinmica. En consecuencia: La diferencia de entalpa en el proceso isoentrpico 3-4 puede calcularse a travs de la expresin: El trabajo requerido por la bomba es generalmente muy pequeo comparado con el trabajo desarrollado por la turbina. De aqu que la expresin del rendimiento generalmente se simplifique as: La eficiencia trmica del ciclo puede incrementarse aumentando la entalpa del vapor suministrado a la turbina. Dicha entalpa puede incrementarse aumentando la temperatura del vapor en la caldera. Este calentamiento puede lograrse mediante el empleo de un sobrecalentador, el cual permite aumentar isobricamente la entalpa del vapor, transformndolo en vapor sobrecalentado. La Figura 3 ilustra en forma esquemtica en ciclo Rankine con sobrecalentamiento. El trabajo desarrollado por el ciclo se incrementa por el rea x-1-2a-x, y el calor transferido a la caldera por el rea x-1-2'-a'-x, aumentndose as la eficiencia trmica del ciclo. Obsrvese que el ttulo del vapor descargado por la turbina tambin se incrementa, o en otras palabras, la humedad disminuye. La eficiencia trmica del ciclo Rankine tambin puede incrementarse disminuyendo la entalpa del vapor a la descarga de la turbina. Esta disminucin generalmente se logra disminuyendo la presin de operacin de condensador. Sin embargo, una disminucin de la presin de descarga trae como consecuencia un aumento en la humedad del vapor descargado por la turbina. Esta consecuencia es significativa si se considera que una humedad excesiva en los ltimos pasos de la turbina origina una disminucin en el rendimiento de sta, y puede dar origen a la erosin de los alabes.

Ciclo Rankine con Recalentamiento La eficiencia del ciclo Rankine puede incrementarse tambin aumentando la presin de operacin en la caldera. Sin embargo, un aumento en la presin de operacin de la caldera origina un mayor grado de humedad en los ltimos pasos de la turbina. Este problema puede solucionarse haciendo uso de recalentamiento, en donde el vapor a alta presin procedente de la caldera se expande solo parcialmente en una parte de la turbina, para volver a ser recalentado en la caldera. Posteriormente, el vapor retorna a la turbina, en donde se expande hasta la presin del condensador. Un ciclo ideal con recalentamiento, y su correspondiente diagrama temperatura-entropa aparece en la siguiente figura. Obsrvese en esta figura que el ciclo Rankine con sobrecalentamiento solamente, sera ms eficiente que el ciclo con recalentamiento, si en el primero fuera posible calentar el vapor hasta el estado 1' sin incurrir en problemas de materiales. El ciclo Rankine con recalentamiento puede ayudar a elevar mnimamente la eficiencia del ciclo, pero se usa para alargar el tiempo de vida de la turbina. Idealmente podramos usar una cantidad infinita de recalentamientos para continuar elevando la eficiencia pero en la prctica solo se usan dos o tres, ya que la ganancia de trabajos es muy pequea.

Ci l R

i

i

l con recalentamiento

Ci l Rankine con Regeneraci n. La eficiencia del ciclo Rankine es menor que un ciclo de Carnot porque se aade calor distinto al de la temperatura ms alta. Este defecto se puede compensar usando un ciclo regenerati o. A continuaci n se presentan dos mtodos, aunque el primero es muy imprctico. En la figura A l lquido se bombea hacia unos serpentines en la turbina para lograr una transmisi n de calor. As, podemos decir que el fluido sufre un incremento de temperatura reversible de a hasta b, mientras que se expande y enfra reversiblemente desde d hasta e. La eficiencia trmica de este ciclo regenerativo es igual a la del ciclo de Carnot. La prueba es que en el ciclo existen tres condiciones: El calor es aadido al ciclo a una temperatura constante TA El calor es rechazado del ciclo a otra temperatura constante TB. Todos los procesos son, o los consideramos, reversibles.

Ahora, comparando con las condiciones del ciclo de Carnot, vemos que son iguales. Aunque una turbina como la descrita anteriormente se pudiera constru seria ir, daino para ella ya que aumentara considerablemente la humedad por la disminuci n de temperatura. Podemos sugerir un mtodo alternativo, el cual consiste en extraer una pequea nte. porci n del vapor en la turbina, antes de que se expanda completame Esta extracci n se mezcla con l lquido proveniente de una primer bomba en un calentador "abierto" o "por contacto". De esta forma podemos incrementar la temperatura del fluido sin decrementar la calidad del vapor en la turbina. Si tuviramos una can tidad infinita de puntos de extracci n a diferentes temperaturas en el proceso de expansi n, la diferencia de temperaturas entre el vapor extrado y l lquido proveniente de la bomba seria mnima, lo mismo pasara con la irreversibilidad que se produce al mezclar ambos fluidos. Para este sistema hipottico, el calor se transfiere solamente en los puntos donde la temperatura es mxima y mnima. Si tenemos un nmero finito de puntos de extracci n la irreversibilidad de las mezclas hace que exista una prdi a de energa. d Aunque estas prdidas se den, la eficiencia trmica de un ciclo regenerativo irreversible puede ser mayor que un ciclo Rankine reversible comn. Esto es posible gracias a que en un ciclo regenerativo el calor se aade a una temperatura prome ms alta, y por dio eso un mayor porcentaje de este calor puede ser convertido en trabajo. Dado que la mayor prdida de energa de una planta de potencia se presenta en el condensador, en donde se desecha calor al medio enfriador, es pertinente considerar mtodos de reducir este calor desechado y de mejorar la eficiencia del ciclo. El mtodo ms deseable de calentamiento del condensador seria uno que fuera reversible y continuo. Suponiendo que esto fuera posible el diagrama T estara -S representado por la figura siguiente:

En este diagrama se considera que el vapor est saturado al inicio de la expansi n. La curva 4-5 es paralela a la 3-6 puesto que se postulo que el calentamiento es reversible. Se observara que el incremento de Entropa durante e calentamiento es l igual a la disminuci n durante la expansi n y enfriamiento del vapor, y que el rea 4, 5, 6,3 es igual al rea 1, 2, 3, 6,7. En la prctica, este ciclo ideal se obtiene de forma aproximada permitiendo que el condensado de la bomba de alimentaci n se caliente en un calentador o en calentadores separados por el vapor que se extrae de la turbina despus que este se ha expandido en forma parcial y ha realizado un trabajo. El vapor extrado de la turbina puede mezclarse directamente con el condensado (como en un calentador abierto) o bien intercambiar calor en forma directa y condensar (como en un calentador cerrado)

En la figura se muestra un esquema de un ciclo prctico:

Se tienen dos tipos de calentadores: Abierto.- Donde se mezcla el vapor de extracci n y el condensado logrando un liquido saturado. Cerrado.- Es el ms comn donde se transmite la energa del vapor extrado por convecci n al lquido saturado.

Calentador Abierto Calentador Cerrado Resumiendo esta secci n, podemos decir que el rendimiento del ciclo RANKINE puede incrementarse disminuyendo la presi n de salida, aumentando la presi n durante la adici n de calor y sobrecalentado el vapor. La calidad de vapor que sale de la turbina se incrementa por sobre el recalentamiento del vapor y disminuye bajando la presi n de salida y por el aumento de la presi n durante la adici n de calor.

CONCL

ONE

El objetivo central de este informe es dimensionar la capacidad de generaci n de las centrales trmicas de vapor, sus ventajas y desventajas, sus rendimientos tpicos y su relevancia en la generaci n de potencia. En este documento aprendimos desde los inicios de la turbina de vapor hasta los avances ms recientes en el rea, quienes fueron los que promovieron el uso de las turbinas de vapor as de cmo aprovecharlas para realizar un trabajo o conseguir energa de ello, adems de los distintos tipos o mejoramientos de ciclos rankine como es que trabajan cada uno de ellos y cules son sus desventajas y ventajas, se incluyeron grficos e ilustraciones de cmo trabajan en los distintos ciclos y que es el ciclo real de rankine el que se utiliza en las centrales termoelctricas aparte de algunos avances desarrollados en distintos pases con el finde mejorar la eficiencia de las calderas y su forma de usar la energa.


LABORATORIO DE MAQUINAS TERMICAS I MAESTRO: LOPEZ ORNELAS, ARMANDO JAIME ANTONIO RAYGOZA GODINEZ CDIGO: 091587467 SECCION: D07 Viernes 9am-11am Tema: Descripcin y manejo de la balanza analtica No. de reporte: no.2 Fecha: 31/05/2011

BALANZA ANALITICA

Definicin de B LANZA: Dispositivo mecnico o electrnico empleado en hogares, laboratorios, empresas e industrias para determinar el peso o la masa (debido a la relacin que existe entre ambas magnitudes) de un objeto o sustancia; tambin puede denominarse bscula en algunos casos. El mecanismo para pesar ms sencillo es la balanza de brazos iguales, empleada por primera vez por los egipcios alrededor del 2500 a.C. BALANZA Y MTODOS DE PESADA Con las balanzas se compara el peso o la masa de dos cuerpos, uno de ellos patrn, dado por las pesas de la misma, y otro el cuerpo cuya masa se desea determinar. En el laboratorio se suelen emplear balanzas de precisin, como el granatario (con el que se pueden apreciar centsimas de gramo -dos decimales-) y la balanza analtica (con la que se aprecian diezmilsimas de gramo -cuatro decimales-). Las balanzas pueden ser de dos platos o monoplato. Masa: propiedad fsica intrnseca de un cuerpo, que mide su inercia, es decir, la resistencia del cuerpo a cambiar su movimiento. La masa no es lo mismo que el peso, que mide la atraccin que ejerce la Tierra sobre una masa determinada. La masa inercial y la masa gravitacional son idnticas. El peso vara segn la posicin de la masa en relacin con la Tierra, pero es proporcional a la masa; dos masas iguales situadas en el mismo punto de un campo gravitatorio tienen el mismo peso

CONDICIONES QUE DEBE CUMPLIR LA BALANZA:y y y y

y

Debe ser exacta: En equilibrio (fiel en el centro de la escala), el peso de un cuerpo colocado en un platillo debe ser igual al del cuerpo colocado en el otro. Debe ser fiel: Colocando la misma cantidad varias veces indica siempre el mismo resultado. Debe ser estable: La cruz debe volver a la posicin inicial despus de haber oscilado. Debe ser sensible: Es tanto ms sensible, cuanto menor es la diferencia mnima de peso que puede apreciar. Se fabrican con la mnima friccin de las partes mviles. Debe tener un periodo de oscilacin corto, por lo que se fabrican con brazos cortos y materiales ligeros. Las automticas y electrnicas suelen tener un sistema de amortiguacin para disminuir los tiempos de espera.

ADEMS LAS BALANZAS DEBEN CUMPLIR TAMBINy y y y y y y y y

La balanza debe estar bien nivelada, por lo que la burbuja de nivel se vigilar para que est ajustada. Deben estar en un lugar slido, sin vibraciones (mesa de balanzas). Deben estar en un lugar apartado, protegidas de gases corrosivos, humedad, etc. (en sala de balanzas con puerta cerrada). Deben protegerse de las altas temperaturas, sol y de la electrosttica. Se deben mantener limpias y con una sustancia higroscpica en su interior. No pesar objetos calientes (y a ser posible tampoco hmedos). Si poseen vitrina con puerta, esta debe estar cerrada (al efectuar la medicin final y cuando no se utilice). En las balanzas provistas de disparador, el plato o platillos deben estar sin disparar al poner o quitar objetos o pesas. En las balanzas de dos platos que requieren utilizar caja de pesas, estas deben cogerse con pinzas y nunca con los dedos.

CALIBRACIN: y Usualmente la calibracin de una balanza electrnica implica la pesada de una masa patrn de valor conocido y el ajuste de la corriente de modo que el peso del patrn se indique correctamente en el display. Otros modelos incluyen la masa patrn dentro de la balanza, y el procedimiento de calibracin se lleva a cabo automticamente. Objetos que se utilizan para pesar: Papel fil ro, vi rio de reloj, pesafil ros y pesasustancias de formas especiales o embudos de pesada. Utilizar siempre la esptula, descargando mediante vibraciones por golpes del dedo ndice. T RAR el recipiente donde se va a pesar (vidrio de reloj, pesafiltros, vaso de precipitados, etc.)

y y y y

M TODOS DE PESADA y y Directa (se tara el pesafiltros o equivalente). Por diferencia (se pesa el pesafiltros con la sustancia, se saca esta y se vuelve a pesar el pesafiltros con lo que pudiera quedar de sustancia, la diferencia es el peso de la sustancia sacada) M TODOS DE PESADA EN BALANZAS DE DOS PLATOS: o Pesada simple o Doble pesada de Gauss o Doble pesada de Borda o de sustitucin.

y

ESQUEMA DE BALANZA ANALTICA MECNICA MONOBRAZO

ESQUEMA DE BALANZA ELECTRNICA

FORMAS DE LAS PESAS

y y

Las pesas pueden tener diferentes formas. Siempre tendrn una muesca para facilitar su manipulacin con pinzas. Las pesas de menos de 1 gramo son lminas con un extremo doblado hacia arriba para facilitar su manipulacin con pinzas.

La balanza analtica es uno de los instrumentos de medida ms usados en laboratorio y de la cual dependen bsicamente todos los resultados analticos. Las balanzas analticas modernas, que pueden ofrecer valores de precisin de lectura de 0,1 g a 0,1 mg, estn bastante desarrolladas de manera que no es necesaria la utilizacin de cuartos especiales para la medida del peso. An as, el simple empleo de circuitos electrnicos no elimina las interacciones del sistema con el ambiente. De estos, los efectos fsicos son los ms importantes porque no pueden ser suprimidos. Las informaciones de este texto tienen por objetivo indicar los puntos ms importantes a considerar en las operaciones de medida del peso. La precisin y la confianza de las medidas del peso estn directamente relacionadas a la localizacin de la balanza analtica. Los principales puntos que deben de ser considerados para su correcta posicin son: Caractersticas de la sala de medida - Tener apenas una entrada. - Tener el mnimo nmero de ventanas posible, para evitar la luz directa del sol y corrientes de aire. - Ser poco susceptible a choques y vibraciones. Las condiciones de la mesa para la balanza - Quedar firmemente apoyada en el suelo o fija en la pared, de manera a transmitir un mnimo de vibraciones posible.

- Ser rgida, no pudiendo ceder o inclinarse durante las operaciones de medida. Se puede utilizar una de laboratorio bien estable o una de piedra. - Localizarse en los sitios ms rgidos de la construccin, generalmente en los rincones de la sala. - Ser antimagntica (no contener metales o acero) y protegida de cargas electrostticas (no contener plsticos o vidrios). Las condiciones ambientales - Mantener la temperatura de la sala constante. - Mantener la humedad entre 45% y 60% (debe de ser monitoreada siempre que posible). - No permitir la incidencia de luz solar directa. - No hacer las medidas cerca de irradiadores de calor. - Instalar las luminarias lejos de la bancada, para evitar disturbios por radiacin trmica. El uso de lmparas fluorescentes es menos problemtico. - Evitar la medida cerca de aparatos que utilicen ventiladores (ej.: aire acondicionado, ordenadores, etc.) o cerca de la puerta. Cuidados bsicos - Verificar siempre la nivelacin de la balanza. - Dejar siempre la balanza conectada a la toma y prendida para mantener el equilibrio trmico de los circuitos electrnicos. - Dejar siempre la balanza en el modo "stand by", evitando la necesidad de nuevo tiempo de calentamiento ("warm up"). El frasco de medida - Usar siempre el menor frasco de medida posible. - No usar frascos plsticos cuando la humedad est abajo del 30-40%. - La temperatura del frasco de medida y su contenido deben de estar a la misma temperatura del ambiente de la cmara de medida. - Nunca tocar los frascos directamente con los dedos al ponerlos o sacarlos de la cmara de medida. El plato de medida - Poner el frasco siempre en el centro del plato de medida. - Remover el frasco del plato de medida luego que termine la operacin de medida del peso. La lectura - Verificar si el mostrador indica exactamente cero al empezar la operacin. Tare la balanza, si es necesario. - Leer el resultado de la operacin luego que el detector automtico de estabilidad desaparezca del mostrador. Calibracin - Calibrar la balanza regularmente, ms todava cuando est siendo operada por vez primera, si fue cambiada de sitio, despus de cualquier nivelacin y despus de grandes variaciones de temperatura o de presin atmosfrica. Mantenimiento - Mantener siempre la cmara de medida y el plato limpios. - Usar apenas frascos de medida limpios y secos. Cuando el mostrador de la balanza quede inestable, sea por variacin continua de la lectura para ms o menos o simplemente si la lectura est errada ATENCIN: Ud. debe estar observando influencias fsicas indeseables sobre la operacin. Las ms comunes son: Temperatura Efecto observado: el mostrador vara constantemente en una direccin.

Motivo: La existencia de una diferencia de temperatura entre la muestra y el ambiente de la cmara de medida causa corrientes de aire. Esas corrientes de aire generan fuerzas sobre el plato de medida haciendo con que la muestra parezca ms leve (conocida por fluctuacin dinmica). Este efecto solo desaparece cuando el equilibrio trmico es establecido. Adems, el filme de humedad que cubre cualquier muestra, que vara con la temperatura, es encubierto por la fluctuacin dinmica. Esto hace con que un objeto ms fro parezca ms pesado, o un objeto ms caliente parezca ms leve. Acciones correctivas: - Nunca pesar muestras retiradas directamente de estufas, muflas o refrigeradores. - Dejar siempre que la muestra alcance la misma temperatura del laboratorio o de la cmara de medida. - Tratar siempre de manipular los frascos de medida o las muestras con pinzas. No siendo posible, utilizar una banda de papel. - No tocar con las manos la cmara de medida. - Usar frascos de medida con la menor rea posible. Variacin de masa Efecto observado: el mostrador indica lecturas que aumentan o disminuyen, continua y lentamente. Motivo: aumento de masa debido a una muestra higroscpica (aumento de humedad atmosfrica) o prdida de masa por evaporacin de agua o de substancias voltiles. Acciones correctivas: - Usar frascos limpios y secos y mantener el plato de medida siempre libre de polvo, contaminantes o gotas de lquidos. - Usar frascos de medida con cuello estrecho. - Usar tapas o corchos en los frascos de medida. Electrosttica Efecto observado: El mostrador de la balanza queda inestable e indica masas distintas a cada medida de la misma muestra. La reproducibilidad de los resultados queda comprometida. Motivo: El frasco de medida est cargado electrostticamente. Estas cargas son formadas por friccin o durante el transporte de los materiales, especialmente si son en grnulos o en polvo. Si el aire est seco (humedad relativa menor que 40%) estas cargas electrostticas quedan retenidas o son dispersas lentamente. Los errores de medida ocurren por fuerzas de atraccin electrosttica que actan entre la muestra y el ambiente. Si la muestra y el ambiente estn bajo el mismo efecto de cargas elctricas de misma seal [+ o -] hay repulsin, mientras que bajo el efecto de cargas opuestas [+ y -] se observan atracciones. Acciones correctivas: - Aumentar la humedad atmosfrica utilizando un humidificador o por ajustes apropiados en el sistema de aire acondicionado (humedad relativa ideal: 4560%). - Descargar las fuerzas electrostticas, poniendo el frasco de medida en un recipiente de metal, antes de la medida del peso. - Conectar la balanza a un "cable tierra" eficiente. Magnetismo Efecto observado: baja reproducibilidad. El resultado de la medida del peso de una muestra metlica depende de su posicin sobre el plato de la balanza.

Moti o: Si el material es magntico (ej.: hierro, acero, nquel, etc.) puede estar ocurriendo atraccin mutua con el plato de la balanza, y pueden estar siendo creadas fuerzas que originen una medida falsa. Acciones correcti s: - Si posible, desmagnetizar las muestras ferromagnticas. - Como las fuerzas magnticas disminuyen con la distancia, separar la muestra del plato usando un soporte no-magntico (ej.: un bquer bocabajo o un soporte de aluminio). - Usar el gancho superior del plato de la balanza, cuando lo haya. Gravitacin Efecto observado: el valor del peso vara de acuerdo con la latitud. Cuanto ms cerca del ecuador, mayor la fuerza centrfuga debida a la rotacin de la tierra, que se contrapone a la fuerza gravitacional. As, la fuerza actuando sobre una masa es mayor en los polos que en el ecuador. Las medidas dependen adems de la altitud en relacin al nivel del mar (ms exactamente, en relacin al centro de la tierra). Cuanto ms alto, menor la atraccin gravitacional, que disminuye con el cuadrado de la distancia. Acciones correctivas: - Medidas diferenciales o comparativas o de precisin, hechas en distintas latitudes (ej.: en el piso bajo o en otros pisos de un mismo edificio) deben de ser corregidas.

ms = masa medida al nivel del suelo rt = rayo de la Tierra (~ 6370 km) h = altura donde se hizo la medida (m) mk = masa medida a una altura (h), en relacin al nivel del suelo Empuje Efecto observado: el resultado de una medida del peso hecha a presin atmosfrica no es el mismo que al vaco. Motivo: este fenmeno es explicado por el principio de Arqumedes, segn el cual "un cuerpo sufre una prdida de peso igual al peso de la masa del medio que es de slocado por l". Cuando se mide el peso de materiales muy densos (ej.: Hg) o poco densos (ej.: agua), deben de ser hechas correcciones, en favor de la precisin. Acciones correctivas: - Medidas diferenciales o comparativas o de mucha precisin, efectuad en das as distintos, deben siempre ser corregidas con relacin al empuje, tenindose en cuenta la temperatura, la presin y la humedad atmosfrica. Los trabajos corrientes de laboratorio normalmente dispensan estas acciones.

CONCLUSIONES: En este informe aprendimos que existen diferentes tipos de balanzas y con ellas podemos medir diferentes pesos y adems de que existen diferentes mtodos para pesar un objeto, las medidas que se tienen en cuenta antes de pesar cualquier objeto y como desde hace siglos ha estado en la vida del ser humano; una de las balanzas principales y ms usada en ingeniera es: La balanza analtica es muy til ya que con esta podemos medir pesos de cualquier objeto relativamente pequeos ya que es muy exacta


LABORATORIO DE MAQUINAS TERMICAS I MAESTRO: LOPEZ ORNELAS, ARMANDO JAIME ANTONIO RAYGOZA GODINEZ CDIGO: 091587467 SECCION: D07 Viernes 9am-11am Tema: Descripcin y manejo del calormetro adiabtico Pruebas con combustibles slidos o lquidos en el calormetro adiabtico

No. de reporte: no.3 Fecha: 31/05/2011CALORIMETRO ADIABATICO

QUE ES UN CALORIMETRO? Aparato utilizado para determinar el calor especifico de un cuerpo, as como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos. CARACTERISTICAS Un calormetro idealmente puede ser insensible a la distribucin espacial de las fuentes de calor dentro de el. Si este objetivo es alcanzado, entonces la potencia puede en principio ser medida a cualquier frecuencia por disipacin en el calormetro y determinar la correspondiente potencia dc que da la misma lectura que la potencia no conocida. Por supuesto la tarea de disear un calormetro que sea completamente insensible a la distribucin de calor, no es posible y lo mejor que puede alcanzarse es construir un instrumento el cual tenga un conocido factor de correccin, estos factores de correccin son evaluados de una combinacin de mediciones y clculos, tenemos la eficiencia efectiva: La eficiencia efectiva (e.e.) es un parmetro relativamente estable para ms Instrumentos y siendo adimensional es independiente del sistema de unidades usado. Para la mayor parte de los calormetros la e.e. puede ser evaluada con una incertidumbre de 0.1% a 1 GHz, 0.2 % a 40 GHz y 0.5 % a 100 GHz Las correspondientes incertidumbres en los valores de la potencia absorbida rf o de microondas sern naturalmente un poco mayores que los dados, ya que dependen por ejemplo de los conectores

Aunque el principio de medicin de potencia por medio de sus efectos calorficos es uno de los viejos mtodos, los calormetros actuales tienen sus orgenes en los desarrollos de los aos 40 y 50. VENTAJAS Alta precisin Estabilidad de calibracin Desventajas Baja velocidad de respuesta Muy voluminosos TIPOS DE CALORIMETROS Estticos No estticos CALORIMETROS COMUNMENTE USADOS Dry load calorimeter El microcalorimetro Calormetro de flujo OTROS TIPOS DE CALORIMETROS Calormetro adiabtico Calormetro de cambio de estado DRY LOAD CALORIMETER En comparacin con los instrumentos posteriores la precisin era muy modesta con una incertidumbre de 2% para la versin coaxial y uno a 2.5% para las versiones de gua de ondas. No obstante, estos diseos establecieron la direccin general para los siguientes instrumentos. Nueva precisin en cargas y conectores desarrollados en los aos 60 llevaron a una nueva generacin de calormetros coaxiales con mejor performance e incertidumbres debajo de 0.5% para frecuencias arriba de los 8 GHz los calormetros operan a niveles de potencia entre 100 mw y 10 w respectivamente. La carga de un calormetro es un elemento crtico. Es deseable que esta pueda ser acoplada elctricamente y que tenga un muy pequeo error de equivalencia, que es igual a la rf disipada y a la potencia dc que pueden producir la misma lectura de temperatura. COMPONENTES ESENCIALES (DRY LOAD TYPE) - la carga donde la potencia es disipada. - lnea de transmisin aislada isotrmicamente la cual conecta la entrada a la carga - un sensor de temperatura

FUNCIONAMIENTO BASICO Muchos calormetros utilizan el principio de carga dual, en el cual una absorbe mientras que la segunda acta como temperatura de referencia. El sensor de temperatura registra la diferencia entre las temperaturas de las 2 cargas. En teora los efectos de las fluctuaciones de la temperatura externa se cancelan debido a la simetra, sin embargo si los alrededores no tienen una temperatura uniforme el gradiente de temperatura puede causar error. El elemento de absorcin de la carga es usualmente un thin film resistor, aunque dielctricos de bajas perdidas son usados para las versiones de guas de ondas. El sensor de temperatura es montado en el lado de afuera de la carga en una posicin donde no es influenciado directamente por los campos electromagnticos. Siendo esta una de las caractersticas distintivas de un calormetro y es esencial para su alta precisin.

EFECTO PELTIER Consiste en que la circulacin de corriente en un sentido produce un calentamiento y al circular en el otro sentido produce un enfriamiento EL MICROCALORIMETRO Es el tipo de calormetro ms usado. Estrictamente hablando, no es un medidor de potencia pero es un instrumento para determinar la eficiencia efectiva de un montaje bolometrico. Fue originalmente inventado para la calibracin de metal wire bolometers, pero termistores y pelculas bolometricas tambin pueden ser calibrados por este mtodo. FUNCIONAMIENTO Antes de comenzar la medicin, el montaje bolometrico es insertado dentro del calormetro, donde acta como la carga, cuando la medicin es completada el bolmetro es removido y entonces puede ser usado como una referencia calibrada. PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIN el puente suple una dc para mantener la resistencia del elemento bolmetro a un valor especificado r. antes de comenzar la medicin rf la sensibilidad g1 de la termopila es determinada(v/w) notando la subida en voltaje de salida de la termopila cuando la dc es aplicada.

cuando la potencia rf es aplicada, la potencia disipada en el elemento es mantenida constante por el puente, pero la potencia es disipada adicionalmente en las paredes y en cualquier otro lugar del montaje. CALORIMETRO DE FLUJO La potencia es medida a travs del calor de un fluido que fluye a travs de la carga. Una indicacin de la potencia es dada por la subida en la temperatura del fluido pasando del orificio de entrada al de salida. CARACTERISTICAS Las versiones de guas de ondas utilizan como fluido de trabajo agua. Mientras que el coaxial utiliza aceite y es construido para bajas frecuencias. Aire tambin puede ser usado, pero el uso de gases crea un problema adicional a causa del calor debido a la compresibilidad Los calormetros de flujo pueden manejar mayores potencias que los tipos estticos. Su principal aplicacin es para potencias de muchos watts. Para medir las subidas de temperatura en un calormetro usualmente se emplean termopilas, termmetros de resistencia y algunas veces termistores CALORIMETRO DE CAMBIO DE ESTADO Este tipo de calormetro no es muy usado. El calor a ser medido funde una cantidad de slido o hierve una cantidad de lquido. El medio est en equilibrio trmico y por eso todo el calor entrante es usado para producir el Cambio de estado, la potencia p est dada por:

Figura 2. Celda calorimtrica. Calormetro isope riblico de inmersin. Esta celda se usa en la determinacin de calores en procesos que ocurren en solucin y en la determinacin de calores

COMBUSTIBLES

COMBUSTIN

Se entiende por combustin, la combinacin qumica violenta del oxigeno (o comburente), con determinados cuerpos llamados combustibles, que se produce con notable desprendimiento de calor. Para que se produzca la combustin, las 3 condiciones ya nombradas deben cumplirse, es decir que sea: una combinacin qumica, que sea violenta y que produzca desprendimiento de calor. Analizaremos una por una: 1) Debe haber combinacin qumica, los productos finales una vez producida la combustin debe ser qumicamente distintos a los productos iniciales. Ej. : Antes de producirse la combustin tenemos combustible y oxigeno. Producida la combustin ya no tenemos combustible y oxigeno mezclado, sino gases de combustin. 2) La combinacin qumica debe producirse violenta e instantneamente. Ej. : Una lamina de hierro colocada en la intemperie se va a oxidar lentamente, luego de cierto

tiempo, al combinarse con el oxigeno del aire. Pero esto no es combustin sino oxidacin, porque el desprendimiento de calor se produce muy lentamente despus de un tiempo. 3) Debe haber un desprendimiento de calor, se debe liberar cierta cantidad de calor. Para que se produzca la combustin se necesita oxgeno, el cual se encuentra en el aire, el que desperdiciando los gases que se encuentran en pequea proporcin, est constituido por 23 % de oxgeno y 77% de nitrgeno. Tambin es necesario que la temperatura en algn punto de la mezcla de oxgeno y combustible, adquiera un determinado valor. Una combustin se considera imperfecta, cuando parte del combustible, qu e entra en reaccin, se oxida en grado inferior al mximo, o no se oxida. La combustin es completa cuando el combustible quema en su totalidad, ya sea perfecta o incompleta. Todos los combustibles utilizados en los diversos procesos industriales estn constituidos nicamente por dos sustancias qumicas, el carbono y el hidrgeno los cuales estn unidos entre s, formando los diversos combustibles utilizados. La propagacin de calor debe cesar para un valor finito de la velocidad de inflamacin. Por lo tanto, la buena combustin est comprendida dentro de dos valores, lmites definidos de la velocidad de inflamacin de la llama, y son los llamados lmites inferiores de inflamacin que se produce cuando falta combustible, y lmite superior de inflamacin que es cuando falta oxgeno. La forma de producirse la combustin vara segn el estado del combustible, lo cual veremos a continuacin: Los combustibles son elementos que se los utilizan en los procesos industriales para la produccin de calor. Son formaciones de origen orgnico, animal o vegetal, que sufrieron los efectos de los movimientos y plegamientos terrestres. Estn constituidos principalmente por carbono e hidrgeno, los que segn vimos al combinarse con el oxgeno queman, desprendiendo calor. El carbono es el elemento que constituye el mayor porcentaje volumtrico del combustible, constituyendo el 80 a 90 % volumen del mismo. El carbono no arde directamente, sino que es llevado al estado de incandescencia por el hidrgeno. El hidrgeno constituye el 5 o 6 % de los combustibles slidos y el 8 al 15 % de los lquidos. La presencia del oxgeno en la molcula de combustible, le resta al mismo poder calorfico, ya que, se va a combinar con parte del hidrgeno que tiene, para formar agua.

En el combustible tambin se puede encontrar el azufre desde 0.5 % en combustible lquidos hasta 1 o 1.5 % en carbones, y el nitrgeno (en carbones) de 0.7 hasta 9.3 %. PODER CALORFICO La unidad que se emplea para medir la cantidad de calor desarrollada en la combustin se la denomina poder calorfico. Se entiende por poder calorfico de un combustible, la cantidad de calor producida por la combustin completa de un kilogramo de esa sustancia. Tal unidad se la mide en cal/kg de combustible. Si la cantidad de combustible que se quema en un mol, el calor desprendido recibe el nombre de efecto trmico (poco usado). De la diferencia entre el poder calorfico superior (NS) y el poder calorfico inferior (NI) se obtendra uno u otro segn el estado de agregacin que forma parte de los productos de combustin. Si la temperatura de los productos finales de combustin es tal que el vapor de agua que se ha formado continu en ese estado, tendremos el poder calorfico inferior del combustible (NI). En cambio, si la temperatura de los productos finales es suficientemente baja como para que aquella se condense, tendremos el poder calorfico superior del combustible (NS). La diferencia entre ellos ser igual el calor desprendido por la condensacin del agua.

Clasificacin de los combustibles Combustibles slidos Combustibles slidos El proceso de combustin de estos combustibles difiere bastante con respecto a los combustibles lquidos y los gaseosos. La buena o mala combustin del slido depende de la facilidad del acceso del aire ala diversas partculas del combustible. Estas deben estar distribuidas

uniformemente sobre la superficie de combustin, no se debe encontrar amontonado o agolpado. El proceso de combustin de un slido est dividido en cuatro perodos o fases a saber:

a) secado del combustible Al comenzar a recibir calor, el combustible se seca, evaporando la humedad que posee, convirtindose en vapor de agua. b) la destilacin: Comienza cuando se ha evaporado toda la humedad del combustible. Este se compone de hidrocarburos ms simples, comenzando a quemar los ms voltiles (requieren menor temperatura de inflamacin. C) Al aumentar la temperatura debido a la combustin de los primeros hidrocarburos que queman se alcanzan las condiciones para que se quemen los hidrocarburos menos voltiles, casi todos los componentes activos del combustible. D) Quemadas todas las sustancias voltiles, la llama se apaga. Quedando las cenizas del slido, considerndose la escoria y los componentes inactivos. Entre ellos podemos encontrar: Maderas: utilizados como combustibles en bosques o en estufas hogareas (poder calorfico hasta 4500 cal / Kg. secos). Carbones fsiles: cuantos ms antiguos son los restos orgnicos y mayores presiones soportan, mayor es la cantidad del carbn. Antracita: son los carbones ms antiguos. Tienen gran contenido de carbono y pocos materiales voltiles y oxgeno. (NS = 7800 a 8600 cal /kg). Hulla: son los carbones ms utilizados en la industria, se distingue tres tipos: hulla seca, hulla grasa y la hulla magra. Hulla seca: hornos de arrabio y en la produccin de coque metalrgico. (NS = 7500 cal / kg.) Hulla grasa: en la produccin de gas alumbrado y coque. (NS = 8300 a 8600 cal / kg.) Hulla magra: desprende pocas materias voltiles. (NS = 7900 a 8370 cal / kg.). Todas las hullas son de color negro o gris oscuro.

Lignito: son combustibles que proceden de la carbonizacin natural de la madera. Al quemarse desprende el azufre provocando mal olor y daos en metales y estructu ras. Hay dos tipos distintos: Lignitos perfectos: ms antiguos (poder calorfico = 6000 cal / Kg.) Lignitos leosos: ms jvenes. (Poder calorfico = 5000 a 5700 cal /Kg.) Turba: son carbones de menor calidad. De 3200 a 4000 cal / Kg. = NS. Residuos orgnicos: son restos muy grasos comprendidos entre los carbones y el petrleo. Prcticamente no se utilizan. Carbn vegetal o de lea: provienen de la carbonizacin de la madera. NS = 6000 a 7000 cal / Kg., no contiene azufre. Combustibles lquidos Al calentarse un combustible lquido, existe un perodo de destilacin en el cual el lquido se descompone en diversos componentes voltiles. Se cebe distinguir dos casos segn la forma en que se queman. Si son suficientemente voltiles para que al calentarse emitan vapores en suficiente cantidad como para continuar ardiendo, se comporta como un combustible gaseoso En cambio, en los lquidos menos voltiles no es necesario efectuar una vaporizacin para que se produzca la combustin. En tal caso se forma una mezcla de aire combustible, conservndose este ltimo en estado lquido todava, aunque finalmente pulverizado, constituyendo una mezcla carbnica. Por ejemplo esta mezcla se produce en un carburador de un motor a explosin. El punto de inflamacin es aquel para el cual el lquido desprende materias voltiles inflamables. Cuando la temperatura y la presin alcanza determinado valor la propagacin del frente de combustin se hace ms rpida que en condiciones normales. Los combustibles lquidos presentan, en general, mejores condiciones que los slidos para entrar en combustin. Los combustibles lquidos son sustancias que se las obtienen por destilacin, ya sea del petrleo crudo o de la hulla. Sometindolos a procesos trmicos se puede obtener mayor diversidad de productos derivados.

El punto de inflamacin es la temperatura a la cual el combustible, al ser calentado y producirse la inflamacin por un foco exterior, comienza a presentar por primera vez una llama corta. El punto de combustin, que se produce por encima del punto de inflamacin, es la temperatura a la cual el combustible es capaz de proseguir por si solo la combustin, una vez que este se ha iniciado en un punto de su masa. El punto de inflamacin espontneo, se produce a aquella temperatura a la cual el combustible es capaz de entrar por si solo en combustin, sin necesidad de un foco exterior que la produzca. Este punto depende de la presin a la que se halle sometido el lquido. Si la presin es mayor, menor ser la temperatura de inflamacin. Combustibles lquidos artificiales Petrleo

El petrleo, llamado tambin oro negro, se ha formado en pocas muy remotas. Su origen responde a restos fsiles, depositados en las profundidades. Los petrleos estn constituidos por distintos hidrocarburos, de distintos grados de densidad y volatilidad. La diversidad en las proporciones en los elementos que los componen, hacen que difieran fundamentalmente las caractersticas del petrleo obtenido en lugar con respecto al obtenido en otro sitio. Los diversos subproductos obtenidos, tanto en la dilatacin primaria como en la secundaria, son sometidos a procesos de refinacin, con el objeto de eliminar los componentes indeseables y nocivos que puede contener los mismos. El petrleo en estado crudo tiene muy poco uso como combustible, pues desprende vapores sumamente inflamables. Si la destilacin primaria y secundaria a la que se somete el petrleo se obtiene una gran diversidad de subproductos, los principales de los cuales se indican en el cuadro siguiente conjuntamente con el uso al que se los destina. Nafta Kerosene Gas oil

Diesel oil Fuel oil Alquitrn de hulla Alquitrn de lignito Alcohol Nafta: Es un combustible altamente voltil, muy inflamable y es utilizado, sobre todo, como combustible para motores a explosin. Su poder calor fico es 11000 cal / Kg. Kerosene: Constituye un derivado menos voltil e inflamable que la nafta. Su poder calorfico es de 10500 cal / Kg. Se utiliza en calefaccin y en las turbohlices y reactores de las turbina de gas de los motores de aviacin. Gas oil: es denso, menos voltil que el petrleo. Su poder calorfico es igual a 10250 cal / Kg. Se lo utiliza mucho en calefaccin y para hornos industriales y metalrgicos. Diesel oil: es un subproducto obtenido de los derivados ms pesados del petrleo. Se quema ms lentamente que el gas oil. Se utiliza slo en motores Diesel lentos en los cuales el combustible dispone ms tiempo para quemar. Su poder calorfico es de 11000 cal / Kg. Fuel oil: es un subproducto obtenido de los derivados ms pesados del petrleo. Se quema con dificultad. Su poder calorfico es igual a 10000 cal / Kg. Alquitrn de hulla: es un subproducto obtenido de la fabricacin del coque. Puede quemar directamente pero se lo utiliza poco como combustible, usndolo slo en hogares especiales para este, que puedan vencer la viscosidad del mismo. Su poder calorfico es de 9100 cal /Kg. Alquitrn de lignito: se lo obtiene de la destilacin del lignito. Su poder calorfico es 9600 cal / Kg. Es muy similar al gas oil, pero al utilizarlo en motores diesel, su comportamiento es muy inferior del de los derivados del petrleo. Alcoholes: pueden quemar muy fcilmente. Tienen diversos orgenes (derivaciones de: petrleo, vino, papas, etc.). Los alcoholes puros, como combustibles tienen muy poco uso. Su mayor empleo est en la fabricacin de mezclas con benzol, bencina o naftas con objeto de mejorar la calidad de las mismas. Combustibles gaseosos El estado gaseoso de los combustibles es que mayor facilidad brinda para que se produzca una eficiente combustin, la cual recibe el nombre de explosin. La facilidad de acceso del aire a las diversas partculas del combustible, hace que la propagacin se efectu en forma rpida. Si la presin o la temperatura, alcanza un valor por arriba de un lmite determinado, la propagacin adquiere valores muy grandes y deja de ser una explosin para ser una detonacin, en la cual la velocidad de la reaccin qumica que se produce sea mucho mayor.

La velocidad de propagacin en una onda detonante, para una combustin de hidrgeno y oxgeno puro alcanza un valor 2000 m/seg. El punto de inflamacin de una mezcla esta dado por la temperatura: Para el acetileno 425 C Para el metano 700 C Para el hidrgeno 585 C Para el xido de carbono 650 C Los combustibles gaseosos son los que mejores condiciones tienen para entrar en combustin. Gas natural Gas de alumbrado Acetileno Gas de agua Gas de aire Gas pobre o mixto Gas de alto horno Gas natural: Es el gas que se obtiene directamente de los yacimientos petrolferos. Este gas es el encargado de empujar al petrleo a la superficie. Su uso es muy utilizado en los alrededores de los yacimientos. Su poder calorfico es de 9500 cal / m3. Gas de alumbrado: Se lo denomina tambin gas de hulla. Se lo obtiene de la combustin incompleta de la hulla. Por cada 100 Kg. de carbn que se carbonizan, se obtienen unos 30 35 metros cbicos de gas de alumbrado. Es un excelente combustible, usado principalmente para usos domsticos y para pequeos hornos industriales. Su precio es elevado. Su poder calorfico es de entre 4380 y 5120 cal / m3. Acetileno: Se obtiene del tratamiento del carburo de calcio del agua. Es un excelente combustible. Su poder calorfico es superior a 18000 cal / m3. Gas de agua: Se obtiene haciendo pasar vapor de agua a travs de una masa de carbn de coque incandescente. Su poder calorfico es de 2420 cal / m3. Gas de aire: Se lo obtiene haciendo pasar aire por un manto de hulla o lignito incandescente de gran espesor. Su poder calorfico es de 1080 cal / m3. Gas pobre o mixto: se lo obtiene haciendo pasar una corriente de aire hmedo, es decir, una mezcla de aire y vapor de agua a travs de una masa de gran espesor de hulla o lignito incandescente. La mezcla de vapor de agua y aire, quema parcialmente, produciendo cantidades variables de oxido de carbono e hidrgeno, estas sustancias van a constituir los

elementos activos del gas mixto. Tiene un poder calorfico de entre 1200 y 1500 cal / m3. Gas de altos hornos: Se obtiene de los hornos de fundicin. Al cargar un alto horno con mineral para obtener lingotes de hierro, se desprende una serie de gases que salen parcialmente quemados y pueden ser posteriormente utilizados en la misma planta industrial como combustible. Se los utiliza principalmente para la calefaccin o para la produccin de fuerza motriz. Su poder calorfico es de 900 cal / m3. Gasgenos Los gasgenos son hornos que se los utiliza para la transformacin de combustibles slidos en gaseosos, obtenindose en algunos casos de la misma combustin parcial que se produce, el calor necesario para realizar dicho proceso. El manto de carbn que se coloca en los hornos de los gasgenos es de grueso espesor, ya que al penetrar el aire por la parte inferior del manto de carbn, quema totalmente produciendo anhdrido carbnico, el que luego, al atravesar las capas superiores, que se hallan tambin incandescentes, se reduce a oxido de carbono. Calormetros Son aparatos que se los utilizan en los laboratorios para la determinacin de los poderes calorficos de los combustibles.

Calormetro de Junkers Se lo usa para determinar el poder calorfico de los combustibles lquidos o gaseosos. La transmisin entre los gases de combustin y el agua, se hace por medio del principio de contracorriente, existiendo circulacin permanente mientras dure la experiencia. Consta de dos cilindros coaxiales a y b, de paredes delgadas. En la parte inferior del cilindro interior se coloca un mechero con el combustible cuyo poder calorfico se quiere determinar. Los productos de combustin siguen el camino indicado, saliendo al exterior por un tubo d cuya vlvula V1 fija la velocidad de salida de dichos gases, indicando To la temperatura de los mismos. El agua de condensacin se junta en e y sale por f al exterior donde se recoge en una probeta graduada de un litro aproximadamente. (NS =

poder calorfico superior; M = cantidad de agua en circulacin, que recogemos mientras quemamos los G gramos de combustible; G = masa del combustible que quemamos; t2 = temperatura de salida del agua y t1 = temperatura de entrada del agua.)NS * G = M (t2 t1) " NS = M / G (t2 t1) Calor latente Se entiende por calor latente de condensacin, la cantidad de calor desprendida por la condensacin de un kilogramo de vapor, en estado de condensacin lapso durante el cual la temperatura del cuerpo permanece constante. Este calor representa el desprendimiento de una cierta cantidad de la energ a interna que posee el vapor, debido a que al pasar del estado de vapor al estado l quido, disminuye la energ a interna de sus molculas y aumenta la cohesin molecular.

Combustin del carbono En el proceso de la combustin completa, con el oxigeno qu micamente necesario, el carbono se combina con esta sustancia produciendo anh drido carbnico. C + O2 (g)! CO2 (g) + calor 1M 1M 1M 12Kg 32Kg 44Kg 22.4m3 22.4m3 Esto significa que un mol1 de carbono se combina con un mol de oxigeno produciendo 1 mol de anh drido carbnico. Conocidos los pesos molares de estas sustancias resulta que 12kg de carbono, al reaccionar con 32kg de oxigeno, producen 44kg de anh drido carbnico. Como se ve, se cumple aqu la ley de la conservacin del peso, es decir, la suma de los pesos de las sustancias antes de reaccionar es igual al peso de los productos de la reaccin. En esta combustin, la cantidad de oxigeno presente es, exactamente, la necesaria para que todo el carbono queme produciendo, nicamente, anh drido carbnico; se la llama cantidad m nima o terica de oxigeno. COMBUSTIBLES LIQUIDOS Caractersticas ms importantes de los combustibles lquidos Como derivados que son del petrleo crudo, los combustibles l quidos estn formados bsicamente por compuestos hidrocarbonados. Pueden contener, adems, O2, S, N,..

Las principales caractersticas que caracterizan a un combustible lquido sern: poder calorfico, densidad especfica, viscosidad, volatilidad, punto de inflamacin, punto de enturbiamiento y congelacin, contenido de azufre, punto de anilina y presin vapor Reid. 1) Poder Calorfico: Es el calor de combustin: energa liberada cua ndo se somete el combustible a un proceso de oxidacin rpido, de manera que el combustible se oxida totalmente y que desprende una gran cantidad de calor que es aprovechable a nivel industrial. Se tratar de evaluar el rendimiento del combustible en una instalacin industrial. Hay que recordar la diferencia entre PCS y PCI: En uno consideramos la formacin de agua en estado lquido y en otro en estado vapor. As, la diferencia entre ambos ser el calor de vaporizacin del H2O (540 Kcal/kg) 2) Densidad especfica o relativa: Fue la primera que se utiliz para catalogar los combustibles lquidos. Los combustibles se comercializan en volumen, por ello es importante saber la densidad que tienen a temperatura ambiente. Se define la densidad especfica como:

Densidad especfica o relativa = La escala ms comnmente utiliza es la escala en grados API (a 15C) API defini sus densmetros perfectamente, estableciendo sus caractersticas y dimensiones en las especificaciones. Las densidad especficas o relativas de los combustibles lquidos varan, pero los ms ligeros sern los que tengan menor contenido en tomos de carbono. De este modo, las gasolinas sern las que tengan menor densidad especfica, mientras que los fuelleos sern los que mayor densidad especfica tengan. Esto se comprueba con los siguientes datos: Gasolinas: 0,60/0,70 Gasleos: 0,825/ 0,860 Fuelleos: 0,92/1 Es importante conocer la densidad especfica y la temperatura a la que se midi, porque los combustibles lquidos, como ya dijimos, se comercializan midiendo su volumen, el cual va a variar con la temperatura. Hay ecuaciones que correlacionan la variacin de densidad con la variacin de la temperatura (tablas ASTM) 3) Viscosidad: Mide la resistencia interna que presenta un fluido al desplazamiento de sus molculas. Esta resistencia viene del rozamiento de unas molculas con otras. Puede ser absoluta o dinmica, o bien relativa o cinemtica.

La fluidez es la inversa de la viscosidad. Por ello la medida de la viscosidad es importante porque nos va a dar una idea de la fluidez del combustible; permite apreciar la posibilidad del bombeo de un producto en una canalizacin y de este modo nos permite saber si podemos tener un suministro regular. La viscosidad es muy importante en el caso de los fuel-oils, ya que stos se clasifican siguiendo criterios de viscosidad a una determinada temperaturas. La unidad de la viscosidad es el Poise: g.cm-1.s-1 La viscosidad cinemtica se define como: Viscosidad cinemtica= La viscosidad relativa se define como: Viscosidad relativa = Para medir la viscosidad en combustibles lquidos se emplean viscosmetro de vidrio. Es muy importante decir la temperatura a la cual se ha evaluado la densidad. Existen diversas escalas para expresar la viscosidad de un producto petrolfero y existen tambin ecuaciones de correlacin entre ellas. El hecho de que un combustible (o un lquido en general) tenga la viscosidad muy alta quiere decir que es poco fluido. 4) Volatilidad. Curva de destilacin: La volatilidad se determina con la curva de destilacin. Un combustible lquido es una fraccin de la destilacin del crudo de petrleo. Tendremos una u otra cosa dependiendo de donde cortemos en la destilacin, es decir, de las temperaturas donde recojamos en el intervalo de destilacin. No tendremos una temperatura nica, sino que a medida que el volumen recogido va aumentando va variando la temperatura. La temperatura va a ascendiendo porque tenemos otros compuestos con ms tomos de C en la cadena que se van evaporando poco a poco. Despus de condensan al ponerse en contacto con las paredes fras y se recogen. As, cuanto mayor sea la temperatura, se evaporarn los ms pesados, los de mayor nmero de tomos de carbono en la cadena

Parmetros de la destilaci n Dependern del combustible a destilar. Son: Punto inicial de destilacin: IBP: Temperatura a la que cae la primera gota de destilado Punto final de destilacin: EBP Volumen de prdida (P) Volumen de residuos (r) Volumen de recogido (R) Si ponemos inicialmente 100 ml, las prdidas sern 100-(R r)

Los residuos son los que no son capaces de pasar a fase vapor Todo lo dicho es referido a una presin de 760 mm Hg Como la presin del ensayo no va a ser esa, se mide la presin del ensayo y despus se hacen las correcciones para que las temperaturas medidas estn referidas a 760 mm Hg Este ensayo de volatilidad se aplica a gasolinas, naftas y querosenos, combustibles de turborreactores y gasleos. El ensayo para los combustibles ms pesados habra que hacerlo a presin reducida, no a la atmosfrica, y es por ello que no se hace a los fuel-oils. 5) Punto de Inflamacin: Se define como la mnima temperatura a la cual los vapores originados en el calentamiento a una cierta velocidad de una muestra de combustible se inflaman cuando se ponen en contacto con una llama piloto de una forma determinada. Esto en lo que se refiere a un combustible lquido. El punto de inflamacin nos da una idea de la cantidad de compuestos voltiles o muy voltiles que puede tener un combustible. Teniendo en cuenta el punto de inflamacin podremos estimar cuales van a ser las condiciones de almacenamiento de ese combustible. Segn como vayan a ser las condiciones de almacenamiento, el punto de inflamacin se determinar en vaso abierto Cleveland o en vaso cerrado Perski-Maters 6) Punto de enturbiamiento y congelacin: Todas las caractersticas que se han mencionado se refieren al nmero de tomos de carbono en las cadenas. El punto de enturbiamiento slo se aplica a los gasleos, y es la temperatura mnima a la que sometiendo el combustible a un enfriamiento controlado se forman en el seno del mismo los primeros cristales de parafina (de cadenas carbonadas lineales, alcanos. Son los de mayor punto de congelacin y los ms pesados. Los componentes ms pesados son los que cristalizan y solidifican antes, son los de ms alto punto de congelacin (lo hacen con ms calor). Esto va a dificultar el fluir del combustible. Esta caracterstica se suele sustituir hoy en da por el punto de obstruccin del punto en fro (PDF), y que consiste en una prueba anloga a la anterior (se observa la formacin de los primeros cristales de parafina), pero que se realiza de un modo distinto Punto de congelacin: La diferencia con el punto de enturbiamiento est en el termmetro utilizado. Se aplica a gasleos y a fuel-oils. En el punto de enturbiamiento el termmetro toca el fondo del tubo de ensayo; en la prueba del punto de congelacin, no se toca el fondo del tubo de ensayo, ya que aqu se mide la temperatura a la cual se ha solidificado toda la muestra. En el de enturbiamiento vemos cuando solidifican los primeros cristales (es decir, los de punto de congelacin ms alto). En el de congelacin ya ha solidificado toda la muestra. Si ponemos el tubo horizontal, la muestra no debe moverse en 3 segundos Prueba de enturbiamiento: Vemos cristales de compuestos parafnicos, que son los que tienen el punto de congelacin ms alto Punto de congelacin

Hay un mayor nmero de compuestos hidrocarbonados solidificados. A esta temperatura el producto no puede fluir por la canalizacin en la que se encuentra. Hay que tener que no se alcance este punto en la operacin del combustible porque podra acarrear graves problemas. 7) Contenido en azufre: El azufre que se encuentra en un combustible lquido deriva del crudo de petrleo del que procede el combustible y a veces puede derivar de algn proceso al que ha sido sometido en el fraccionamiento. Nos interesar que el contenido en azufre sea el menor posible, ya que la legislacin marca unos lmites. Los problemas que nos pueden provocar el azufre contenido en un combustible lquido son: - Corrosiones en los equipos en los que se quema el combustible, en equipos auxiliares (chimeneas), precalentadores de aire,... - Contaminacin ambiental, que se debe evitar - Influye sobre el poder calorfico del combustible, pudiendo hacer que sea menor. Puede variarlo bastante - Si estamos utilizando el combustible en una planta donde se van a utilizar los gases de combustin, puede traer problemas al entrar en contacto directo con lo que se est produciendo en la planta. 8) Punto de anilina: El punto de anilina es la temperatura mnima a la cual una mezcla de anilina y muestra al 50% en volumen son miscibles (la anilina es una fenil-amina) dibujo. Se trata pues de la temperatura de solubilidad de la anilina y la muestra. Este punto caracteriza muy bien a los productos petrolferos, pues tanto stos como la anilina son compuestos aromticos, y como lo semejante disuelve a lo semejante, resulta que si el punto de anilina es bajo, el contenido de aromticos es mayor, y si es alto, el contenido de parafinas ser entonces mayor. De este modo podemos determinar si un petrleo tiene un carcter ms parafnico o ms aromtico. El ensayo para determinar el punto de la anilina consiste en meter la muestra en un bao de calentamiento. A temperatura ambiente son miscibles. Se aumenta la temperatura hasta que se mezclan, que ser cuando la mezcla se vuelve transparente (aqu es cuando se ve el filamento de la bombilla, que est situada detrs del tubo, sujeta a la placa metlica que sostiene el tubo) 9) Presin de vapor de Reid: Aunque esta no sea una medida exacta de la volatilidad, nos mide la tendencia que presenta el combustible a pasar a fase vapor. Para determinarla se mide la presin de vapor formado en el calentamiento de una muestra de un combustible lquido a 37.8C (ASTM-D323)

Esta prueba se emplea para saber qu ocurrir en el almacenamiento de los productos en la refinera. Este ensayo no es una medida de la presin de vapor real, porque el aire que contiene la cmara va a estar en contacto con los vapores que se producen en el ensayo. Los s es una medida indirecta de elementos ligeros o muy voltiles que contiene el combustible a ensayar. De esto deduciremos las conclusiones necesarias de cara al almacenamiento y transporte del combustible. Para hacer esta ensayo hay que tener cuidado de no perder materia voltil de la muestra en su manipulacin. Se leer la presin en el manmetro, siendo sta una medida indirecta de las materias voltiles que contiene. CONCLUSION: En esta investigacin encontramos informacin acerca de los calormetros y de combustibles, en los calormetros se pueden determinar el calor especifico de cualquier elemento y se vio los tipos de calormetros k existen adems de cmo se utilizan y el proceso para determinar el calor especifico En los combustibles aprendimos que existen combustibles slidos, lquidos y gaseosos y cul es su poder calorfico y sus caractersticas ms importantes, adems de donde provienen todos los combustibles que es el petrleo.


LABORATORIO DE MAQUINAS TERMICAS I MAESTRO: LOPEZ ORNELAS, ARMANDO JAIME ANTONIO RAYGOZA GODINEZ CDIGO: 091587467 SECCION: D07 Viernes 9am-11am Tema: Descripcin, manejo y pruebas en la copa cerrada para punto de inflamacin No. de reporte: no.4 Fecha: 31/05/2011PUNTO DE INFLAMACION

1. METODO 1.1. INTRODUCCION Es conveniente disponer de datos preliminares sobre la inflamabilidad de la sustancia antes de proceder al ensayo. Este procedimiento es aplicable a las sustancias lquidas cuyos vapores pueden ser inflamados por fuentes de ignicin. Los mtodos de ensayo descritos en el presente documento slo son vlidos para los intervalos de punto de infamacin especificados en cada uno de los distintos mtodos. A la hora de seleccionar el mtodo hay que tener en cuenta las posibles reacciones qumicas entre la sustancia y el soporte de la muestra. 1.2. DEFINICIONES Y UNIDADES El punto de inflamacin es la temperatura mnima, corregida a una presin de 101,325 kPa, a la cual un lquido desprende vapores, en las condiciones definidas en el mtodo de ensayo, en una cantidad tal que se produzca una mezcla vapor/aire inflamable en el recipiente de ensayo.

Unidad: C t = T - 273,15 (t en C y T en K) 1.3. SUSTANCIAS DE REFERENCIA No es necesario utilizar sustancias de referencia cada vez que se examina una nueva sustancia. Su principal funcin es la de servir para comprobar las caractersticas

del mtodo de vez en cuando y comprobar con los resultados obtenidos segn otros mtodos. 1.4. PRINCIPIO DEL METODO Se coloca la sustancia en un recipiente de ensayo y de calienta o se enfra hasta la temperatura de ensayo segn el procedimiento descrito en cada mtodo concreto. Se hacen pruebas de ignicin para observar si la muestra se inflama o no a la temperatura de ensayo. 1.5. CRITERIOS DE CALIDAD 1.5.1. REPETIBILIDAD La repetibilidad depende del intervalo del punto de inflamacin y del mtodo de ensayo utilizado; mximo 2 C. 1.5.2. Sensibilidad La sensibilidad depende del mtodo de ensayo utilizado. 1.5.3. Especificidad La especificidad de ciertos mtodos de ensayo se limita a algunos intervalos de punto de inflamacin y depende de las caractersticas de la sustancia (por ejemplo, alta viscosidad). 1.6. DESCRIPCION DEL METODO 1.6.1. Preparacin Se coloca una muestra de la sustancia problema en un aparato de ensayo, de conformidad con los puntos 1.6.3.1. y/o 1.6.3.2. Por seguridad, se recomienda para sustancias energticas o txicas segur un mtodo que exija una muestra pequea, alrededor de 2 cm . 1.6.2. Condiciones de ensayo Se debe instalar el aparato lejos de corrientes de aire, siempre que esto no suponga ningn problema de seguridad. 1.6.3. Desarrollo del ensayo 1.6.3.1. Mtodo de equilibrio Vanse las normas ISO 1516, ISO 3680, ISO 1523 e ISO 3679. 1.6.3.2. Mtodos de no equilibrio

Vanse las normas BS 2000, parte 170, NF M07-011 y NF T66-009. Aparato Abel-Pensky: Vanse las normas EN 57, DIN 51755 primera parte (para temperaturas de 5 a 65 C). DIN 51755 segunda parte (para temperaturas inferiores a 5 C) y NF M07-036. Aparato Tag: Vase la norma ASTM D-56. Aparato Pensky-Martens:

Vanse las normas ISO 2719, EN 11, DIN 51758, ASTM D 93, BS 2000-34 y NF M07019. Observaciones: Cuando el punto de inflamacin determinado por un mtodo de no equilibrio del punto 1.6.3.2, tiene los siguientes valores: 0 2 C, 21 2 C o 55 2 C, es conveniente confirmarlo mediante un mtodo de equilibrio utilizando el mismo aparato. nicamente se pueden utilizar para la notificacin los mtodos que puedan dar la temperatura del punto de inflamacin. Para determinar en punto de inflamacin de lquidos viscosos (pinturas, gomas, etc.) que contengan disolventes, slo se pueden utilizar los aparatos y mtodos de ensayo que permitan determinar en punto de inflamacin de los lquidos viscosos. Vanse las normas ISO 3679, ISO 3680, ISO 1523 y DIN 53213 primera parte. INFORME El informe de ensayo incluir, a ser posible, la siguiente informacin:

- Especificacin precisa de la sustancia (identificacin e impurezas). - Descripcin del mtodo utilizado, as como cualquier desviacin. - Los resultados y cualquier otra informacin u observacin que puedas ser til para la interpretacin de los resultados.

CONCLUSIONES: Esta investigacin trata de saber cul es el punto de inflamacin de sustancias, para esto se coloca cierta sustancia inflamable dentro de una copa cerrada y se le incrementa la temperatura asta observar que la sustancia empieza a incinerarse sin necesidad de la flama aplicada y as entender mas el uso de cierta sustancia inflamable para utilizarla en maquinas de combustin interna.


LABORATORIO DE MAQUINAS TERMICAS I MAESTRO: LOPEZ ORNELAS, ARMANDO JAIME ANTONIO RAYGOZA GODINEZ CDIGO: 091587467 SECCION: D07 Viernes 9am-11am Tema: Descripcin y manejo de analizador de gases de combustin No. de reporte: no.5 Fecha: 31/05/2011

ANALISIS DE LOS GASES DE ESCAPE DE LOS MOTORES DE COMBUSTION INTERNA.

Del resultado del proceso de combustin del motor se obtienen diversos gases y productos, entre ellos los ms importantes son el CO ( monxido de carbono ), el CO2 ( dixido de carbono ), el O2 ( Oxigeno ) , Hidrocarburos no quemados ( HC ), Nitrgeno , Agua y bajo ciertas condiciones Nox ( xidos de Nitrgeno). Un correcto anlisis de las proporciones de los gases puede dar lugar a diagnsticos muy importantes del funcionamiento del motor. El analizador de gases de escape analiza la qumica de estos gases y nos dice en que proporciones se encuentran los mismos. Todos estos productos se obtienen a partir del aire y del combustible que ingresa al motor, el aire tiene un 80 % de Nitrgeno y un 20 % de Oxigeno (aproximadamente). Podemos entonces escribir lo siguiente: AIRE + COMBUSTIBLE ====== > CO + CO2 + O2 + HC + H2O + N2 + Nox (bajo carga) Una combustin completa, donde el combustible y el oxigeno se queman por completo solo produce CO2 (dixido de carbono) y H2O (agua). Este proceso de una combustin completa y a fondo muy pocas veces se lleva a cabo y entonces surge el CO (monxido de carbono) y consiguientemente aparece O2 (Oxigeno) y HC (Hidrocarburos), tengamos en cuenta que la aparicin de los mismos es porque al no completarse la combustin "siempre queda algo sin quemar." Los valores normales que se obtienen a partir de la lectura de un analizador de gases conectado a un motor de un vehculo de Inyeccin Electrnica son los siguientes: CO < 2 % O2 < 2% CO2 > 12% HC < 400 ppm.

El nitrgeno normalmente as como entra en el motor, sale del mismo y en la medida que el motor no est bajo una carga importante no forma xidos de Nitrgeno. CO (monxido de carbono): El Monxido es resultado del proceso de combustin y se forma siempre que la combustin es incompleta, es un gas toxico, incoloro e incoloro. Valores altos del CO, indican una mezcla rica o una combustin incompleta. Normalmente el valor correcto est comprendido entre 0,5 y 2 %, siendo la unidad de medida el porcentaje en volumen. CO2 (Dixido de Carbono): El dixido de Carbono es tambin resultado del proceso de combustin, no es toxico a bajos niveles, es el gas de la soda, el anudrido carbnico. El motor funciona correctamente cuando el CO2 est a su nivel ms alto, este valor porcentual se ubica entre el 12 al 15 %. Es un excelente indicador de la eficiencia de la combustin. Como regla general, lecturas bajas son indicativas de un proceso de combustin malo, que representa una mala mezcla o un encendido defectuoso. HC (Hidrocarburos no quemados): Este compuesto representa los hidrocarburos que salen del motor sin quemar. La unidad de medida es el ppm, partes por milln de partes, recordemos que el porcentaje representa partes por cien partes y el ppm, partes por milln de partes. La conversin seria 1%=10000 ppm. Se utiliza el ppm, porque la concentracin de HC en el gas de escape es muy pequea. Una indicacin alta de HC indica: Mezcla rica, el CO tambin da un valor alto. Mala combustin de mezcla pobre. Escape o aceite contaminado. El valor normal est comprendido entre 100 y 400 ppm. O2 (Oxigeno): Este compuesto es el oxigeno del aire que sobro del proceso de combustin. Un valor alto de Oxigeno puede deberse a mezcla pobre, combustiones que no se producen o un escape roto.

Un valor de 0% significa que se ha agotado todo el oxigeno, si el Co es alto es indicativo de un mezcla rica. Normalmente el Oxigeno debe ubicarse debajo del 2 %. Nox (xidos de Nitrgeno): Los xidos de Nitrgeno se simbolizan genricamente como Nox, siendo la "x" el coeficiente correspondiente a la cantidad de tomos de Nitrgeno, puede ser 1, 2,3 etc. Estos xidos son perjudiciales para los seres vivos y su emisin en muchos lugares del mundo se encuentra reglamentada. Los xidos de Nitrgeno surgen de la combinacin entre s del oxigeno y el nitrgeno del aire, y se forman a altas temperaturas y bajo presin. Este fenmeno se lleva a cabo cuando el motor se encuentra bajo carga, y con el objetivo de disminuir dicha emisin de gases, los motores incorporan el sistema EGR (recirculacin de gas de escape). El EGR est constituido por una vlvula, de accionamiento neumtico o elctrico, que permite que partes de los gases de escape pasen a la admisin del motor, y de esta forma se encarezca la mezcla. Si bien el motor pierde potencia, la temperatura de combustin baja y ello lleva aparejado una disminucin en la emisin de Nox. Tenemos que destacar que la vlvula EGR, se abre en motores naftenos slo bajo condiciones de carga y su apertura es proporcional a la misma. El sistema EGR disminuye las emisiones de xidos de nitrgenos, por una baja significativa en la temperatura de la cmara de combustin, como consecuencia del ingreso del gas de escape a la misma. Relacin Lambda: Se define a la relacin Lambda como Rel. Lambda = R. Real / 14.7 Siendo R.Real la relacin en peso aire- combustible real que tiene el motor en ese momento. La relacin ideal aire-combustible es de 14.7 gr. de aire y 1 gr. de nafta. Supongamos que el motor est funcionando con una mezcla un poco rica, por ejemplo con una relacin 13.8:1, entonces la relacin lambda ser R. Lambda= 13.8/14.7 Vemos que este valor ser 0.9. En resumen una relacin lambda menor que 1, significa que la mezcla aire combustible se est produciendo en una condicin de riqueza. Una relacin lambda mayor que 1, significa que la relacin aire combustible se est efectuando en una condicin de pobreza. Tengamos presente algo muy importante: Una relacin lambda=1, significa que el aire y el combustible han sido mezclados en la proporcin exacta, lo que no implica que el motor despus queme bien esos productos.

Esto puede interpretarse como que a pesar que la mezcla es correcta, el motor puede tener deficiencias y quemar mal esa mezcla. Este concepto es importante porque nos puede indicar problemas en el motor, como una mala puesta a punto de la distribucin, un encendido defectuoso, combustiones desparejas por inyectores sucios, etc. Analizadores de Gases Infrarrojos Funcionamiento y principios bsicos: Actualmente existen diversos tipos de sistemas para anlisis de gases de escape. Trataremos a continuacin la teora y explicacin del funcionamiento de los analizadores de gases de escape infrarrojos. La energa infrarroja IR es una forma de luz. La longitud de onda de esta energa es ms larga que la de la luz que nosotros podemos llegar a ver, de todas maneras el ser humano no puede ver la energa infrarroja directamente desde sus ojos. De hecho existen algunos dispositivos que pueden detectar la presencia de ondas de luz infrarroja. Muchos gases tienen la propiedad de absorber ondas de luz especficas. Los gases principales en el campo de trabajo automotriz como lo son: monxido de carbono, hidrocarburos, dixido de carbono, etc. tienden a absorber las bandas estrechas de longitudes de ondas infrarrojas 5 6 veces ms largas que la luz visible. La absorcin del ancho de las bandas de cada uno de los componentes de un gas es relativamente estrecha. Afortunadamente hay un muy pequeo lapso de absorcin de bandas en varios gases presentes en una corriente de gases. Es posible detectar la presencia de un gas, por medicin del equivalente de la luz infrarroja absorbida en una onda particular de energa infrarroja que pasa a travs de las clulas contenidas en la mezcla de un gas. Si un gas absorbe un espectro de luz infrarroja, y este espectro es caracterstico y especfico de dicho gas, entonces la indicacin de esta absorcin puede ser usada como indicacin de la concentracin de dicho gas. La concentracin de un gas que se quiere medir puede ser expresada porcentualmente de acuerdo a la absorcin de IR que pasa a travs de una celda que contenga ese gas en una mezcla de gases. El mtodo frecuentemente usado en analizadores de gases de escape para poder medir la concentracin de los gases presentes en la mezcla, consiste en hacer pasar luz infrarroja por una celda que contiene el gas, y detectar la energa absorbida por cada uno de los gases con detectores apropiados. Estos detectores consisten en un filtro ptico formando por un lente que permite solo pasar las longitudes de onda del espectro infrarrojo correspondientes al gas cuya concentracin se quiere medir.

Luego de este filtro, la luz es sensada por un sensor ptico electrnico (fotodiodo o fototransistor). Esquemticamente:

Entre la celda de medicin y el emisor de infrarrojo existe un disco ranurado que deja pasar la luz infrarroja en intervalos irregulares (CHOPPER), en el caso el analizador de gases sea de dos gases existe un filtro para cada uno de estos gases, la celda de medicin es tambin sometida a una leve temperatura que es controlada por un dispositivo. Los sensores pticos, as constituidos envan seales elctricas a circuitos electrnicos amplificadores, los cuales terminan marcando en un display los valores de cada uno de los gases que son sensados por estos dispositivos. RESUMEN: Motores sin catalizador CO 1-2 % CO2 > 13% O2 < 2% HC < 300ppm Nox, depende de la condicin de carga del motor. En motores con catalizador se busca disminuir las concentraciones de monxido de carbono, Hidrocarburos y xidos de nitrgenos. Los catalizadores pueden tener varias vas, y se denomina va, a la posibilidad de disminuir cada uno de los gases. Por ejemplo un catalizador de 2 vas, disminuye las emisiones de CO y HC. Uno de 3 vas, las emisiones de CO, HC y Nox. El sensor lambda, ubicado antes del catalizador, le asegura al mismo una concentracin mnima de oxigeno a los efectos de que pueda trabajar. Tengamos presente que para cada uno de los procesos qumicos que se llevan a cabo en un catalizador, siempre hace falta Oxigeno. Cuando el motor se encuentra fro, el oxigeno resulta insuficiente, ya que la mezcla es rica, a los efectos de garantizar oxigeno aun en esas condiciones, los motores mas ecolgicos incorporan la bomba de aire (bombea aire al sistema de escape), para que el convertidor (o catalizador) pueda trabajar.

CONCLUSIONES: Aqu analizamos el uso del el analizador de gases y con los datos que nos proporciona podemos dar un diagnostico certero acerca del motor que estamos analizando ya que cada gas analizado arroja informacin que nos ayuda a entender la situacin del motor en prueba, adems aprendimos que algunos gases son ms nocivos que otros y tenemos que tener cuidado con estos gases peligrosos y cuidar de nuestro medio ambiente.


LABORATORIO DE MAQUINAS TERMICAS I

MAESTRO: LOPEZ ORNELAS, ARMANDO JAIME ANTONIO RAYGOZA GODINEZ CDIGO: 091587467 SECCION: D07 Viernes 9am-11am Tema: Unidad de la combustin Calormetro de estrangulacin Diagrama de Mollier No. de reporte: no.6 Fecha: 31/05/2011

C492 Unidad de Combustin para Laboratorio Permite el estudio de muchos aspectos de la combustin y de la operacin del mechero (o quemador) usando los mecheros opcionales o cualquier mechero comercial de petrleo o de gas de hasta 150kW. Las cuatro ventanas amplias de observacin en el armazn de la cmara de combustin enfriada por agua proporcionan una excelente facilidad para la demostracin de la llama. Su instrumentacin completa y caractersticas de seguridad permiten la operacin del estudiante bajo supervisin sobre un margen amplio de relaciones de aire/ combustible y de combustibles distintos. Un analizador de gas de combustin y paquete de instalacin de gases de combustin opcionales complementan la unidad de prueba de combustin que puede instalarse en casi cualquier laboratorio. .

BALANCE RMICO DE UNA CALDERA Laboratorio de Operaciones Unitarias INTRODUCCION Al disearse una caldera, se debe tener en cuenta que tenga una superficie lo suficientemente grande, como para permitir una buena transferencia decalor para que la combustin se realice de la forma ms eficiente posible y tambin de un modo tal, que las perdidas en calor sean lo ms pequeas, para as, obtener el mximo rendimiento. Estas se clasifican, atendiendo a la posicin relativa de los gases calientes y del agua, en acuotubulares y pirotubulares. En las calderas acuotubulares, por el interior de los tubos pasa agua o vapor, y los gases calientes se hallan en contacto con la superficie externa. Una caldera se puede elegir para un servicio dete rminado depende del combustible de que se disponga, tipo de servicio, capacidad de produccin de vapor requerida, duracin probable de la instalacin, y de otros factores de carcter econmico. Con respecto a la operacin de la caldera, es importante reali ar el Balance Trmico, el z cual consiste en saber la distribucin del calor resultante de la combustin del combustible, el balance trmico consiste en la confeccin de una tabla con el calor absorbido por el generador de vapor y con las varias perdidas ca lorficas concurrentes en la combustin. En la presente experiencia se utiliza una caldera del tipo acuotubular para realizar el balance trmico de la misma.

OBJETIVOS Determinar cuantitativamente y en forma experimental, la distribucin del calor contenido por el combustible, para un generador de vapor. EQUIPO USADOy Caldera Para la realizacin de la experiencia se utiliz una caldera de las siguientes caractersticas: Marca y ao de fabricacin: BROSSE-1968 150 Kg Capacidad vapor/hora

Superficie Tipo Presin nominal

6.85 m2 Acuotubular 8 atmsferas (relativas)

y Calormetro de mezcla Los calormetros del tipo de mezcla, utilizan la mezcla de un lquido con entalpa conocida, que se mezcla con el lquido del cual se desea saber la entalpa. A travs, de los valores de temperatura y masa inicial y final, se puede determinar el valor de l a entalpa. y Calormetro de estrangulacin Los calormetros del tipo de estrangulacin se fundan en que si el vapor se estrangula y a continuacin se expansiona sin realizar trabajo o sin prdida de calor, la energa total del vapor permanece invariable. . El vapor entra por una tobera de toma de muestra y expansiona al pasar por un orificio. y Analizador de Orsat Mediante el Analizador de Orsat puede efectuarse un anlisis de los productos de escape a partir del cual es posible calcular la relacin aire/combustin. Tambin puede determinarse el grado de efectividad de la combustin, este dato es de vital importancia para el funcionamiento de una caldera. Las partes fundamentales de un analizador de Orsat tpico son: La bureta de medida, el frasco nivelador, el filtro de gas y las pipetas de absorcin, las cuales se conectan entre s mediante las llaves. Cada una de las pipetas de absorcin va provista de un pequeo nmero de tubos de vidrio, con el fin de exponer una gran cantidad de superficie, mojada por los reactivos absorbentes, al gas sometido a anlisis. La bureta de medida est rodeada de una camisa de agua, para evitar las variaciones de temperatura y densidad del gas. El anhdrido carbnico es absorbido en una pipeta, la cual est llena de potasa custica KOH; en otra pipeta queda retenido el oxigeno, dicha pipeta contiene una disolucin alcalina de cido piroglico; finalmente, el xido de carbono es absorbido por una solucin cida de cloruro cuproso en otra otras pipetas. Estas pipetas deben contener algo de cobre metlico, con el fin de mantener la solucin activada. Las absorciones deben realizarse en el orden indicado, obtenindose el nitrgeno por

diferencia. Deben utilizarse reactivos recin preparados, y han de mantenerse protegidos del aire. Las conexiones existentes entre las diversas partes del aparato no deben presentar fugas. Indicador de consumo de combustible En la caldera existe un elemento que nos indica cantidad de combustible (en este caso un litro), para determinar el gasto de combustible se toma el tiempo que demora en consumirse esta cantidad (un litro).

CALORIMETRIA, CAMBIOS DE FASE y LEY GENERAL DE LOS GASES INTRODUCCIN Calorimetra significa medicin de calor. Calor es la transferencia de energa durante los cambios de temperatura. El calor tambin interviene en los cambios de fase, como la fusin del hielo o la ebullicin del agua, sin embargo, en este proceso la energa se emplea en otro cambio importante a nivel molecular del cuerpo. El estudio, ser medir estas transferencias, considerando las variables que intervienen y que podemos controlar, nos permitir predecir o anticipar lo que ocurrir en los cuerpos. Se estudiara la termodinmica en sus variables macroscpicas, por de pronto, es importante comprender que es distinto un gas real de uno ideal, como tambin en qu relacin estn las variables de presin, volumen y temperatura. La ley de los gases es la que nos permite relacionar las variables de presin, volumen y temperatura, sta surge de diversos descubrimientos entre los cuales podemos sealar a Robert Boyle (ingls), Jacques Charles (francs), Joseph Gay Lussac, quienes con su contribu cin se pudo determinar la ley de los gases ideales.

Calorimetra y cambios de fase Algunas definiciones de conceptos importantes a considerar en esta unidad: 1) Calor es la energa en trnsito (en movimiento) entre 2 cuerpos o sistemas, proveniente de la existencia de una diferencia de temperatura entre ellos. 2) Unidades de Cantidad de Calor (Q) Las unidades de cantidad de calor (Q) son las mismas unidades de trabajo (W). Sistema Tcnico Kilogrmetro (Kgm) Sistema Internacional (S.I.) o M.K.S. Joule (J) Sistema C.G.S. Ergio (erg) Hay otras unidades que usan para medir el calor: Calora (cal), Kilocalora (Kcal) = 1000 cal British Termal Unit (BTU). Calora: es la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de 1 gramo de agua, en 1C, (de 14,5 C a 15,5 C) a la presin de 1 atmsfera (Presin normal). Relacin entre unidades 1 Calora (cal) = 4,186 Joules 1 Kilo caloras = 1x10 cal 1 BTU = 252 cal 1 Joule (J) = 1x107 erg 3) Calor de combustin: Es la razn entre la cantidad de calor (Q) que es suministrada por una determinada masa (m) de un combustible al ser quemada: Qc= calor de combustin en cal/gr mQQc= 4) Capacidad trmica de un cuerpo C: Es la relacin entre la cantidad de calor (Q) recibida por un cuerpo y la variacin de temperatura ( t) que ste experimenta. Adems, la capacidad trmica es una caracterstica de cada cuerpo y representa su capacidad de recibir o ceder calor variando su energa trmica. C= capacidad trmica en cal/C 5) Calor especfico de un cuerpo: Es la razn o cociente entre la capacidad trmica (C) de un cuerpo y la masa (m) de dicho cuerpo. Adems, en el calor especfico se debe notar que es una caracterstica propia de las sustancias que constituye el cuerpo, en tanto que la capacidad trmica (C) depende de la masa (m) y de la sustancia que constituye el cuerpo:3

Tambin, debemos notar que el calor especfico de una sustancia vara con la temperatura, aumentando cuando est aumenta; pero en nuestra unidad consideraremos que no vara, es decir permanecer constante. El calor especfico del agua es la excepcin a esta regla, pues disminuye cuando la temperatura aumenta en el intervalo de 0 C a 35 C y crece cuando la temperatura es superior a 35 C. En este caso consideraremos el calor especfico (c) del agua constante en el intervalo de 0 C a 100 C y es igual a 1 Cgrcal Tabla del calor especfico de algunas sustancias Material Agua Hielo Aire Aluminio Plomo Hierro Latn Mercurio Cobre Plata Calor especfico en Cal/grC 1 0.5 0.24 0.217 0.03 0.114 0.094 0.033 0.092 0.056

Calor cedido o absorbido (recibido) de un cuerpo: Es la cantidad de calor recibido o cedido por un cuerpo al sufrir una variacin de temperatura ( T) sin que haya cambio de estado fsico (slido, lquido o gaseoso) La expresin matemtica es la ecuacin fundamental de la calorimetra. 2 Principio: La cantidad de calor recibida por un sistema durante una transformacin es igual a la cantidad de calor cedida por l en la transformacin inversa. Puntos de Ebullicin y de Fusin En el lenguaje cotidiano solemos confundir los trminos calor y temperatura. As, cuando hablamos del calor que hace en el verano o lo mal que saben los refrescos calientes, realmente nos referimos a la temperatura, a la mayor o menor temperatura del aire o los refrescos. La temperatura es una magnitud fsica que nos permite definir el estado de una sustancia, lo mismo que cuando decimos que un coche circula a 90 km/h o que una casa tiene 5 m de alto. Cuando se ponen en contacto dos sustancias a distinta temperatura, evolucionan de forma que el cuerpo a mayor temperatura la disminuye y el que tena menor temperatura la aumenta hasta que al final los dos tienen la misma temperatura, igual que al echar un cubito de hielo a un refresco, que el refresco se enfra y el cubito de hielo sedo

calienta y termina convirtindose en agua. Decimos que la sustancia a mayor temperatura ha cedido calor a la sustancia que tena menor temperatura. Sin embargo, el calor no es algo que est almacenado en el cuerpo ms caliente y que pasa al cuerpo ms fro. Tanto uno como otro poseen energa, que depende de la masa del cuerpo, de su temperatura, de su ubicacin, etc. y recibe el nombre de energa interna. Cuando esta energa interna pasa de una sustancia a otra a causa de la diferencia de temperatura entre ellas la llamamos calor. Una catarata es agua que pasa de un sitio a otro porque estn a distinta altura, de forma similar el calor es la energa que pasa de un cuerpo a otro porque estn a distinta temperatura. Punto de ebullicin: Si ponemos al fuego un recipiente con agua, como el fuego est a mayor temperatura que el agua, le cede calor y la temperatura del agua va aumentando, lo que podemos comprobar si ponemos un termmetro en el agua. Cuando el agua llega a 100 C, empieza a hervir, convirtindose en vapor de agua, y deja de aumentar su temperatura, pese a que el fuego sigue suministrndole calor: al pasar de agua a vapor de agua todo el calor se usa en cambiar de lquido a gas, sin variar la temperatura.

La temperatura a la que una sustancia cambia de lquido a gas se llama punto de ebullicin y es una propiedad caracterstica de cada sustancia, as, el punto de ebullicin del agua es de 100 C, el del alcohol de 78 C y el hierro hierve a 2750 C. Punto de fusin: Si sacas unos cubitos de hielo del congelador y los colocas en un vaso con un termmetro vers que toman calor del aire de la cocina y aumentan su temperatura. En un principio su temperatura estar cercana a -20 C (depende del tipo de congelador) y ascender rpidamente hasta 0 C, se empezar a formar agua lquida y la temperatura que permanecer constante hasta que todo el hielo desaparezca. Igual que en el punto de ebullicin, se produce un cambio de estado, el agua pasa del estado slido (hielo) al estado lquido (agua) y todo el calor se invierte en ese cambio de estado, no variando la temperatura, que recibe el nombre de punto de fusin. Se trata de una temperatura caracterstica de cada sustancia: el punto de fusin del agua por ejemplo es de 0 C, el alcohol funde a -117 C y el hierro a 1539 C. r Otro dato importante son los puntos de ebullicin y de fusin de distintas sustancias. A continuacin una tabla en relacin a esto:

Sustancia Agua Alcohol Hierro Cobre Aluminio Plomo Mercurio

Punto de fusin Punto de (C) ebullicin (C) 0 100 -117 78 1539 2750 1083 2600 660 2400 328 1750 -39 357

TABLA DE VALORES DE CALOR ESPECFICO, FUSIN Y DE VAPORIZACIN Material Kcal/kg.C Especfico (Ce) kJ/kg.K kJ/kg Fusin (L f) Vaporizaci n (Lv)

kJ/kg

Aceite de Oliva Acero Agua Alcohol Alpaca Aluminio Antimonio Azufre Bronce Cadmio Carbn Mineral Carbn Vegetal Cinc Cobalto Cobre Cromo Estao ter etlico Fenol Glicerina Hierro Ladrillo Refractario Latn Manganeso Mercurio Mica Naftalina Nquel Oro Parafina Plata Platino Plomo Potasio Tolueno Vidrio

0,400 0,110 1,000 0,600 0,095 0,217 0,050 0,179 0,086 0,056 0,310 0,201 0,093 0,104 0,093 0,108 0,060 0,540 0,580 0,113 0,210 0,094 0,110 0,033 0,210 0,110 0,031 0,778 0,056 0,031 0,031 0,019 0,380 0,200

1,675 0,460 4,183 2,513 0,398 0,909 0,210 0,750 0,360 0,234 1,300 0,840 0,389 0,435 0,389 0,452 0,250 2,261 2,430 0,473 0,880 0,394 0,460 0,138 0,880 0,461 0,130 3,260 0,235 0,130 0,130 0,080 1,590 0,838

205 335 377 164 38 46 117 243 172 59 113 113 109 176 168 155 11,7 151 234 67 147 109 113 23 59 -

2250 880 281 365 -

Diagrama de Mollier: En este acpite abordaremos el estudio del Diagrama de Mollier. Como tal se ha estructurado el acpite de la siguiente forma: o Aspectos generales de diagrama de Mollier: representacin H-S, zonas principales en el diagrama, rectas de condensacin. o Uso prctico de diagrama de Mollier: como utilizar el diagrama en el caso de las evoluciones ms usuales. Aspectos Generales del Diagrama de Mollier:

En la siguiente figura se visualiza el diagrama H-S para el agu

trabajo final de maquinas termicas i de jaime antonio raygoza godinez

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