Determinação do poder calorífico

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ – UNIFEI

LUÍS FILIPE DE ALMEIDA ROQUE - 27011

MEDIDA EXPERIMENTAL DO PODER CALORÍFICO

ITAJUBÁ

2015

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ - UNIFEI

Luís Filipe de Almeida Roque – 27011

MEDIDA EXPERIMENTAL DO PODER CALORÍFICO

Trabalho entregue a Profa. Dra. Lucilene de Oliveira Rodrigues, como requisito para aprovação na disciplina de EME606P do curso de graduação em Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Itajubá.

ITAJUBÁ

2015

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RESUMO

Este relatório descreve a prática laboratorial sobre a determinação do poder calorífico de combustíveis sólidos e líquidos. A prática laboratorial foi realizada com o objetivo de conhecer e mensurar o poder calorífico de um tipo de óleo e um tipo de combustível. Foi utilizado um calorímetro para a realização do experimento. Com os dados obtidos, verificou-se que o poder calorífico da amostra de óleo utilizada no ensaio é aproximadamente duas vezes maior do que o poder calorífico do bagaço utilizado

Palavras-chave: Poder Calorífico, Calorímetro, Prática laboratorial

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SUMÁRIO

1. OBJETIVO        5

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA        5

2.1. Poder Calorífico        5

2.1.1. Determinação do Poder Calorífico Segundo a ABNT        5

2.2. CALORÍMETRO        6

2.2.1. Tipos de calorímetros        6

2.2.2. Calorímetro para gases        7

3. METODOLOGIA        8

3.1. Equipamentos        8

3.2. Procedimentos        8

3.3. Montagem        9

4. RESULTADOS        9

4.1. Dados obtidos        9

4.1.1. Equacionamento        9

5. CONCLUSÃO        10

REFERÊNCIAS        11

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1. OBJETIVO

O objetivo do procedimento experimental é a determinação experimental do Poder Calorífico Superior dos combustíveis sólidos ou líquidos.

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1. Poder Calorífico

O poder calorífico de um combustível (PC) é a quantidade de calor liberada por unidade de massa quando se realiza o processo completo de combustão, sob determinadas condições.

A quantidade de calor desprendida não pode ser medida diretamente, porém a energia liberada provoca o aquecimento num certo sistema conhecido (recipiente calorimétrico) e fornece uma diferença de temperatura na água nele contida (∆T).

Uma certa massa de combustível é queimada na bomba calorimétrica, proporcionando uma variação de temperatura ∆T. Conhecido T e a capacidade calorífica (C) do calorímetro (quantidade de calor necessária para aquecer o aparelho de 1º C), podemos obter, então, PC.

Sendo Q a quantidade de calor desprendida pela combustão da massa m:

[pic 1]

[pic 2]

Então:

[pic 3]

2.1.1. Determinação do Poder Calorífico Segundo a ABNT

Na determinação do PC de combustíveis sólidos ou líquidos, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) recomenda que sejam utilizadas as normas ASTM (American Society for Testing Materials) nº D 407-44, D 271-58 e D 240-57 T.

De acordo com a ASTM, tem-se:

• Poder Calorífico Superior em Volume Constante (PCSV cte):É a quantidade de calor produzida pela queima completa da unidade de massa de um combustível sólido ou líquido em volume constante, dentro de uma bomba calorimétrica contendo oxigênio nas seguintes condições: pressão inicial do oxigênio de 20 a 40 atm, temperatura final de 20 a 35º C, produtos na forma de cinzas, umidade presente no combustível e água resultante da combustão condensadas (água líquida), SO2, CO2 e N2 gasosos. O valor do PC é dito superior porque se recupera o calor de condensação da água.

• Com a bomba calorimétrica obtém-se o PC superior em volume constante. Na prática, entretanto, as combustões em queimadores e caldeiras se dão, em geral, sob pressão atmosférica e seus produtos escapam em temperatura tal que a água está em estado de vapor. Por isso, é necessário calcular, a partir PCSV cte obtido pela bomba, o PC inferior a pressão constante.

• Poder Calorífico Inferior sob Pressão Constante (PCIP cte): É o poder calorífico para o caso da queima sob pressão constante e com toda a água contida no combustível e formada na combustão se encontrando, ao final, no estado de vapor. O PC é dito inferior porque a água está ao final do experimento está no estado de vapor, e o calor latente de sua condensação não é recuperado. Ele pode ser calculado a partir do PC superior em volume constante.

• A diferença entre PC superior e PC inferior está associada à presença de água nos produtos, o que está relacionado à presença de Hidrogênio no combustível, mas também à presença de umidade no mesmo.

2.2. CALORÍMETRO

O calorímetro é um instrumento utilizado na medição de calor envolvido numa mudança de estado de um sistema, que pode envolver uma mudança de fase, de temperatura, de pressão, de volume, de composição química ou qualquer outra propriedade associada com trocas de calor.

2.2.1. Tipos de calorímetros

• Calorímetro adiabático: São aqueles em que idealmente não há variação de temperatura durante a experiência. Desta forma o que ocorre é a variação no fluxo de calor.

• Calorímetro isoperibólico: Um calorímetro isoperibólico é aquele em que a temperatura do Meio é mantida constante, independentemente da temperatura do calorímetro propriamente dito, embora se tem que as diferenças de temperatura não sejam elevadas. Consequentemente, as trocas de calor entre a bomba calorimétrica e o Meio existem deliberadamente e, sendo devidamente controladas, a quantidade de calor permutado entre aqueles dois meios é conhecida e proporcional à diferença das respectivas temperaturas.

• Calorímetros dinâmico: Neste tipo de calorímetro, a temperatura no sistema calorimétrico ou a temperatura no meio podem variar de forma linear ou isotérmica e programada ao longo do tempo.

[pic 4]

Figura 1 - Tipos de calorímetros

2.2.2. Calorímetro para gases

Para combustíveis gasosos, um calorímetro usado é o calorímetro Junkers (Figura 2). O calorímetro do tipo Junkers consiste de um vaso tubular vertical. O gás é queimado em um bico de Bunsen e os produtos de combustão passam através do tubo e descem pelo espaço anular, saindo para o ambiente