Poder Calorifico 2010 1

LUZ ALEJANDRA AMAYA PRADA Universidad Industrial de Santander Escuela de Ingeniería de Petróleos Bucaramanga, 2010.Introducción ENERGIA ENTREGADA COMBUSTIBLES COSTO Poder Calorífico de Hidrocarburos Objetivos General Comprender los conceptos de poder calorífico y combustión. •Describir el Método de Prueba de la Norma ASTM D240 para la determinación del Calor de Combustión de hidrocarburos usando la bomba Calorimétrica. así como su importancia para la industria energética y la vida cotidiana. Poder Calorífico de Hidrocarburos . líquidos y sólidos. Específicos •Identificar los conceptos básicos de Poder Calorífico superior e inferior y su estandarización. •Conocer las formas y medios para la determinación del poder calorífico de combustibles gaseosos. Poder Calorífico de Hidrocarburos . forma nuevas sustancias y libera energía en forma de calor y luz.Combustión Proceso de transformación de la materia. el fuego se extingue. Se produce cuando convergen los siguientes factores: Si alguno de estos tres factores se elimina. Inicia con un aporte de energía y en presencia de oxigeno. Tipos de Combustibles Tipos de combustibles de acuerdo a su estado físico: Combustibles Sólidos • Naturales • Artificiales Combustibles Líquidos • Derivados del Petróleo • No Derivados del Petróleo Combustibles Gaseosos • Gas Natural • Gas Manufacturado Poder Calorífico de Hidrocarburos . [kcal/ m3].Poder Calorífico Cantidad de calor que entrega un kilogramo. [BTU/lb]. Es decir cuando el carbono pasa a anhídrido carbónico: C + O2 CO2 Unidades [kcal/kg]. [BTU/ ft3]. Poder Calorífico de Hidrocarburos . o metro cúbico. de combustible al reaccionar con el oxigeno en forma completa. Poder Calorífico Inferior O Neto Poder calorífico cuando el vapor de agua originado en la combustión no condensa. CH2 O2 N2 CO2 H2O N2 Calor Calor de Oxidación del Combustible Poder Calorífico Inferior Poder Calorífico de Hidrocarburos . CH2 O2 N2 CO2 H2O N2 Calor Calor Calor de Oxidación del Combustible Calor de Condensación del Vapor de Agua Poder Calorífico Inferior Poder Calorífico Superior Poder Calorífico de Hidrocarburos .Poder Calorífico Superior O Total Poder Calorífico que incluye el calor de condensación del agua se desprende en la combustión. Formas de Poder Calorífico La diferencia entre ambos poderes caloríficos se calcula a partir del análisis fundamental del combustible. Para ello: •Si se determina la cantidad de agua producto de la combustión del hidrogeno •Se calcula la energía que esta agua libera al condensarse en condiciones de referencia. Poder Calorífico de Hidrocarburos . • Procedimiento analítico.Determinación del Poder Calorífico Existen dos procedimientos para determinar el poder calorífico de una sustancia: • Procedimiento experimental. Poder Calorífico de Hidrocarburos . este líquido está contenido en un recipiente. •Se mide la cantidad de calor producida a través de la energía térmica ganada por una cantidad de líquido conocido (agua).Procedimiento Experimental Emplea los calorímetros. o permanece en continua circulación. En un proceso ideal se cumple: Poder Calorífico de Hidrocarburos . En ellos: •Se quema una cierta cantidad de combustible. Según el método. Calorímetro Poder Calorífico de Hidrocarburos . Calorímetro de Parr. Calorímetro de Lewis. Calorímetro de Fery. Bomba de Mahler.Thomson. Poder Calorífico de Hidrocarburos . Calorímetro de Junkers.Tipos de Calorímetros •Método Adiabático: aísla el sistema del exterior. •Método Isotérmico: mantiene constante la temperatura del sistema. Calorímetro de Emerson. 02ºF al aproximarse a la temperatura de equilibrio final. Ajustar temperaturas de recubrimiento y calorímetro durante el incremento. Encender la carga.5 ºF Poder Calorífico de Hidrocarburos .02 ºF.Método Adiabático Procedimiento Igualar las temperaturas de recubrimiento y del calorímetro. Precisión: 0. Temperatura: 2. Registrar temperatura inicial. precisión: 0. Durante 3 min.0 a 2. Tomar lecturas del calorímetro cada minuto hasta obtener tres lecturas sucesivas constantes. Registrar como temperatura final. t a = Temperatura a la cual la carga fue encendida. corregida para el error del termómetro.Método Adiabático Cálculo de la temperatura t  t f  ta Donde: t = Aumento de la temperatura corregido. t f = Temperatura final de equilibrio. Poder Calorífico de Hidrocarburos . corregida para el error del termómetro. t =Incremento de temperatura corregido. g =Peso de la muestra [g]. W =Energía equivalente del calorímetro [MJ/°C]. [cal/g]. [cal/°F] e1 =Corrección para el calor de formación del HNO3 e 2 =Corrección para el calor de formación del H 2 SO4 e3 =Corrección para el calor de combustión de los alambres Poder Calorífico de Hidrocarburos .Método Adiabático Cálculo calor de combustión Qg  t  W  e1  e2  e3  / 1000  g Donde: Q g =Calor neto de combustión [MJ/Kg]. 4 a 5 min después del incremento registrar temperatura cada minuto hasta lecturas constantes durante 5 min.0 a 3. Agregar el 60% del incremento esperado. Registrar temperatura del calorímetro cada minuto durante 5 min. Encender la carga y registrar temperatura. Registrar el tiempo en el que se alcanza este porcentaje. Temperatura: 3.5 ºF Poder Calorífico de Hidrocarburos . Encender el agitador.Método Isotérmico Procedimiento Ensamblar calorímetro en recubrimiento . Agitar por 5 min hasta equilibrio. b = Tiempo en el cual el incremento alcanza el 60% del total. si desciende. corregida r = Tasa de ascenso de la temperatura 5 min antes de la combustión. t c= Temperatura al tiempo c. t a = Temperatura al momento de la combustión. .Método Isotérmico t  tc  t a  r1 b  a   r2 c  b  Donde: Cálculo de la temperatura a = Tiempo de combustión. c = Tiempo de inicio de temperatura constante. Poder Calorífico de Hidrocarburos t = Incremento de temperatura corregido. r2 es negativa y la cantidad –r2 (c – b) es positiva. 1 r2= Tasa de ascenso de la temperatura 5 min después de la temperatura c. 1 mg) . camisa adiabática y pipeta. calorímetro.0 MPa (30 atm). termómetros. Pesar la muestra (precisión 0.Norma ASTM D240 Equipo: Bomba de oxígeno. Poder Calorífico de Hidrocarburos . Cargar la bomba de oxígeno a 3. Si se conoce el calor de combustión de la muestra se puede calcular el peso requerido. Adicionar 1 ml de agua en la bomba. Norma ASTM D240 Ajustar la temperatura del agua desionizada del calorímetro (2000 g). Poder Calorífico de Hidrocarburos . cerrar la tapa y encender el agitador. Introducir la bomba en el calorímetro. Se lee la temperatura registrada en el termómetro y se toma la temperatura final del agua del calorímetro. Conectar los alambres de ignición y activarlos. multiplicados por la cantidad centesimal en que intervienen.Procedimiento Analítico Consiste en aplicar el principio de la conservación de la energía que dice: “El poder calorífico de un cuerpo compuesto es igual a la suma de los poderes caloríficos de los elementos simples que lo forman. descontando de la cantidad de hidrógeno total del combustible la que se encuentra ya combinada con el oxigeno del mismo”. Poder Calorífico de Hidrocarburos . Entalpías de Formación Se define como la cantidad de energía necesaria para formar un compuesto. a partir de sus elementos constitutivos ( ). Poder Calorífico de Hidrocarburos . Cálculos Analíticos •A presión y volumen constantes: •La entalpía se define por la relación: •Para gases (ley de gases ideales) se cumple que: Poder Calorífico de Hidrocarburos . Faragher.Cálculos Analíticos. Sherman y Kropff (API 60/60): •Para combustibles obtenidos de hidrocarburos pesados por craqueo. Morrell y Essex. •Para mezclas de hidrocarburos líquidos. plantean: Poder Calorífico de Hidrocarburos . 000 12.000-9.000 4.Poderes Caloríficos de Combustibles.325 10.500-4.400 10.700 Calefacción Calefacción Usos Transporte terrestre Transporte terrestre y marítimo. calefacción Transporte terrestre Transporte terrestre Calefacción Transporte terrestre Transporte terrestre Transporte Calefacción.200 9. Conservación y Degradación de la Energía – Poder Calorífico de Combustibles. transporte Cohetes Tomado de: Kalipedia (en línea).550 10.800 28.600 11.000 6. Combustible Madera (según) composición) Carbón (según) composición) Alcohol de 95º Gasóleo Gasolina 95 Gasolina 98 Butano Gasoil Fueloil GLP (gas licuado de petróleo) Gas natural Hidrógeno Poder calorífico (kcal/kg) 2. Poder Calorífico de Hidrocarburos .740 10.900 10. Razón por la cuál este es un índice importante en la comercialización del mismo. Entre mas componentes pesados tenga el crudo. El método para obtener el poder calorífico de una muestra de combustible. se encuentra estandarizado bajo norma ASTM D 240. también su valor comercial. Un mismo combustible puede presentar poderes caloríficos distintos de acuerdo al estado de humedad de los productos. el poder calorífico será menor y por lo tanto. cuando una sustancia se quema completamente. Poder Calorífico de Hidrocarburos .Conclusiones Poder calorífico: Cantidad de energía liberada en forma de calor por unidad de masa o de volumen. McGraw-Hill. Ricardo. Introducción a la Termodinámica en Ingeniería Química. 5 edición. 1998. SMITH.M. Copyright © ASTM International. (En línea). Combustión y Combustibles. J. Amalia. United States. Poder Calorífico de Hidrocarburos . LUQUE SENDRA. GARCÍA SAN JOSÉ. PERRY. NORMA ASTM D240. J.H. 7° Edición. México. McGraw-Hill. 1995. Chemical Engineering Handbook. Determinación del Poder Calorífico Superior de una Sustancia con una Bomba Calorimétrica Adiabática.Bibliografía. (En línea). J. Universidad de la Habana (En línea). Poder Calorífico de Hidrocarburos .Bibliografía. (En línea). Facultad de Química. Enciclopedia.M. Universidad Politécnica de Valencia (En línea). Dpto. TEXTOS CIENTÍFICOS. (En línea). cap-3 Combustibles y Combustión. PALLARES HUICI. NIETO-VILLAR. Termodinámica.. Tecnología de los combustibles. Energías Alternativas. Calorímetro. WIKIPEDIA. Química. Centrales Térmicas y Nucleares.Física. Química. Enrique. Poder Calorífico de Hidrocarburos .