O Relatório de Termodinâmica

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

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TÍTULO: MEDIDA EXPERIMENTAL DO PODER CALORÍFICO

NÚMERO DO RELATÓRIO: 1

DISCIPLINA: Termodinâmica II

CURSO: Engenharia Mecânica

PROFESSOR: Profª. Lucilene de Oliveira Rodrigues

AUTOR:        N. MATRÍCULA:

DATA: 23/09/13

1. Objetivo

O objetivo deste experimento consiste na determinação experimental do poder calorífico dos combustíveis, sejam eles sólidos ou líquidos.

1. Revisão Teórica

O poder calorífico de um combustível pode ser definido como sendo a quantidade de energia que um combustível libera durante a sua combustão, sendo ela completa ou incompleta, sendo que seu módulo é igual ao módulo da entalpia de combustão. A sua unidade pode ser apresentada em: kJ/kg, kcal/kg, kcal/N.m3 ou kJ/N.m3.

De acordo com as condições de determinação, o poder calorífico pode ser inferior ou superior, em relação ao estado fisco da água na combustão; a pressão constante; e a volume constante. O poder calorífico inferior (PCI) é obtido quando toda a água que é formada durante a combustão é o vapor. Já o poder calorífico superior (PCS) é obtido quando a água formada pela combustão é um líquido. A diferença entre esses dois poderes caloríficos é equivalente à energia necessária para transformar o líquido formado em vapor. O poder calorífico inferior sempre apresenta valores inferiores ao superior, que também dependem do estado físico do combustível, sendo ele líquido ou gás.

O poder calorífico a pressão constante (PCp) é o calor liberado durante a combustão que é processado a pressão constante , ou seja, em ambiente aberto. E o poder calorífico a volume constante (PCv) é o calor liberado pela combustão que é processado a volume constante, ou seja, em ambiente fechado. Temos que o valor, relacionado para o mesmo combustível, do PCv é maior do que o PCp.

Experimentalmente, o poder calorífico pode ser calculado utilizando uma bomba calorimétrica de Berthelot- Mahler, ou um calorímetro de Junkes. O primeiro pode ser utilizado para combustíveis sólidos ou líquidos, enquanto que o segundo é utilizado para a determinação de combustíveis líquidos ou gasosos.

Na bomba calorimétrica, que foi o equipamento utilizado neste experimento, todas as medições são feitas a volume constante, onde não há escoamento de combustível. Seu funcionamento inicia-se fechando uma quantidade do combustível em um recipiente de metal com atmosfera contendo oxigênio sob alta pressão. Depois a bomba é mergulhada em um recipiente com parede dupla, contendo água em seu interior e na camisa, sendo que a ignição do combustível é feita por uma conexão elétrica externa. Então, faz-se a medição da temperatura, e depois são obtidas as curvas de aquecimento e resfriamento da água, a massa do sistema, a massa e o calor especifico do recipiente, determinado assim a energia liberada durante o processo de combustão. Ainda é utilizado um agitador para assegurar a uniformidade da temperatura.

Em certas circunstâncias, deve-se adicionar calor externo à camisa de água para manter a uniformidade de temperatura, ou ainda pode-se deixar a camisa vazia buscando manter uma condição aproximadamente adiabática no recipiente. Pode ser feita ainda uma compensação pelo calor perdido ao ambiente, através da análise das curvas de aquecimento e resfriamento.

Existem diferentes tipos de calorímetro, que podem ser classificados quanto ao tipo de troca térmica: adiabáticos, isotérmicos e isoperibólicos. E à variação de energia: a volume constante e a pressão constante.

1. Procedimento Experimental

Os equipamentos utilizados no experimento são:

• Calorímetro;
• Bomba de aço de inox;
• Amostra do combustível a ser analisado;
• Cadinho limpo para amostra;
• Fio de algodão ou parafina;
• Balança de precisão;
• Cilindro de oxigênio;

Antes da realização do experimento propriamente dito, são realizados alguns procedimentos preliminares. Primeiramente liga-se o calorímetro em 220V, ligando-se o nobreak, a célula de medição,  o sistema de refrigeração, o computador em 110V, e aguardando um tempo de aproximadamente 180 s para o início dos testes. Logo após faz-se a tara da balança com o cadinho, para depois colocar o combustível no cadinho. Então se obtém a massa do combustível (que deve estar entre (0,4 e 0,7)g). Deve-se verificar o contato do fio de algodão ou da parafina com o combustível. Se for observado um desnível da água, deve-se acrescentar água destilada no sistema de refrigeração, com o aditivo de limpeza, fechando recipiente em seguida. Então o cilindro deve ser aberto, deixando o oxigênio numa pressão de 30 bar.

Seguindo com o procedimento experimental, uma amostra do fluido é colocada no cadinho de metal, que fica suspenso dentro da bomba calorimétrica. O mecanismo de ignição elétrica é então preparado para a queima de uma resistência, que pode ser o fio de algodão ou parafina, que causa a queima do combustível. A bomba então é colocada dentro do vaso calorimétrico, que é protegido em outro recipiente. A queima da substancia analisada ocorre em um vaso hermeticamente fechado. O calor liberado durante o processo é determinado pela medição da variação da temperatura, medida por um termopar, da água que envolve o vaso que contém a substância analisada. A fim de se evitar erros na medida da temperatura, um girador (sting) é acoplado ao aparelho, executando o movimento sobre o termopar. A bomba calorimétrica utilizada no experimento é constituída por um vaso de pressão de aço inoxidável, com recipiente de 250mL. Os dados do experimento são mostrados em tempo real através de um display.