PODER CALORIFICO

INTRODUCCIÓN COMBUSTIÓN TIPOS DE COMBUSTIBLE PODER CALORÍFICO

DEFINICIÓN CLASIFICACIÓN

RELACIÓN DE LOS PODERES CALORÍFICOS VALOR DEL PODER CALORÍFICO ENERGÉTICO EN COLOMBIA PODER CALORÍFICO DE ALGUNOS COMBUSTIBLES PODER CALORÍFICO DEL GAS DETERMINACIÓN DEL PODER CALORÍFICO

AGENDA

MÉTODO EXPERIMENTAL TIPO DE CALORÍMETROS NORMA ASTM D-240 APLICACIÓN CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA

AGENDA

INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN

Un combustible se caracteriza ante todo, por la cantidad de calor que es capaz de desarrollar al quemarse.

Durante un proceso de combustión la energía química del combustible es transformada en energía molecular cinética o potencial de los productos.

El conocimiento de este valor es esencial al considerar la eficiencia térmica de los equipos para la producción de energía o calor.

IGNICIÓN

IGNICIÓN

Proceso en el que una sustancia arde y se quema, la ignición ocurre cuando el calor que emite una reacción llega a ser suficiente como para sostener la reacción química.

COMBUSTIÓN

COMBUSTIÓN

Imagen tomada de:http://actualcurioso.blogspot.com/2010/09/combustion-humana-espontanea.html

Es la reacción química en la que un combustible se combina con un comburente, desprendiendo calor (exotérmica).

Temperatura de ignición

Combustible

comburente

TIPOS DE COMBUSTIBLE

Combustible solido

Combustible liquido

Combustible gaseoso

PODER CALORÍFICO

PODER CALORÍFICO

El poder calorífico en peso o volumen representa la cantidad de energía liberada por unidad de peso o volumen de carburante como consecuencia de la combustión química completa que lleva a la formación de CO2 y H2O.

Figura 1. NOVOA MANTILLA Luz Angela. Estudio comparativo de metodologías para determinación del poder calorífico del gas natural. Monografía-UIS. 2000

El poder calorífico se expresa en Calorías por Kg de combustible cuando se trata de combustibles sólidos o líquidos, y en Calorías por m3 a 0°C y 760mmHg o a 15°C y 760mmHg, si se trata de combustibles gaseosos.

La unidad común para el valor de poder calorífico es el British Thermal unit (BTU), que se define como la cantidad de calor requerido para incrementar en un grado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua.

Las equivalencias entre unidades son:

1 B.T.U = 0.252cal 1Cal = 3.9683B.T.U 1B.T.U/pie3 = 8.9cal/m3 1Cal/m3 =

0.1123B.T.U/pie3

1B.T.U /lib = 0.5555cal/Kg 1Cal/Kg = 1.8B.T.U./lib

CLASIFICACIÓN

PODER CALORÍFICO INFERIOR (PCI)

• se denomina así al poder calorífico cuando el agua resultante de la combustión se supone en estado de vapor con los demás productos de la combustión.

PODER CALORÍFICO SUPERIOR (PCS)

• se denomina al poder calorífico cuando el agua resultante de la combustión se supone liquida (condensada) en los productos de combustión.

Ya se considere el combustible seco o tal cual se quema, es decir, con la humedad correspondiente, siempre hay que distinguir un poder calorífico superior y un poder calorífico inferior.

DETERMINACIÓN DEL PODER CALORÍFICO

El poder calorífico de una mezcla gaseosa, como lo es el gas natural, se puede calcular conociendo previamente la composición y los poderes caloríficos de los componentes individuales. La composición se determina mediante un análisis cromatográfico. Mediante el uso de calorímetros, equipos que pueden ser instalados en líneas de suministros de gas con el objetivo de tener una medición continua del poder calorífico que esta recibiendo.

Existen varios procedimientos para determinar el poder calorífico de una

Sustancia:

Teóricamente Empíricamente Experimentalmente

DETERMINACIÓN

PROCEDIMIENTO TEÓRICO

MÉTODO TEÓRICO

KALIPEDIA. Energía en la naturaleza (en línea) http://bo.kalipedia.com/kalipedia.com (Citado en 10 de Agosto de 2009).

CO2 = 169.182 BTU

Por medio de la entalpia de formación.

PROCEDIMIENTO EMPÍRICO

Muestra N0 1 Asfaltita argentina

de Neuquén

Muestra N0 2Carbón Chileno de

Lota

Muestra N0 3Carbón

Norteamericano.

Carbono % 78.13 62.93 81.49

Hidrógeno % 5.33 4.8 4.26

Oxigeno % 3.00 9.13 3.31

Nitrógeno % 0.45 2.30 0.80

Azufre % 1.80 1.44 0.83

Cenizas % 8.19 16.70 6.81

Humedad % 3.10 2.70 2.50

Poder calorífico inferior

determinado directamente

7859 6223 7604

Poder calorífico según la fórmula

Dulong

7783 6171 7704

Error % -0.97 -0.84 1.31

CÁLCULO DEL PODER CALORÍFICO INFERIOR

Cuando no se precisa conocer exactamente el poder calorífico de un combustible y basta una aproximación.

Así, pues, el poder calorífico inferior aproximado de un combustible viene dado por la fórmula:

Donde c, h, s y a son los porcentajes en peso del carbono, hidrógeno, azufre y agua, respectivamente, contenidos en 1 kg de combustible sin secar.

Para poder conocer el poder calorífico de una manera muy precisa se pueden utilizar las siguientes fórmulas dependiendo el tipo de combustible:

Para combustibles livianos como la gasolina

• PCI = 4.18*(6600+(3000/ρ)) [KJ/kg]

Combustibles pesados como el fuel oíl

• PCI = 2.3237*[19600 + (1360*ρ)- (3780*ρ^2)] [KJ/kg]

Combustibles medios como el petróleo

• PCI = 2.3237*[18440 + (40*(ºAPI -10))] [KJ/Kg]

PODER CALORIFICO INFERIOR (PCI)

Poder calorífico NETO Y BRUTO hidrocarburos

FUENTE:ENGINEERING DATA BOOK

FPS VERSIONVolumes I & IISections 1-26

Published as a service to the gas processingand related process industries

by theGas Processors Suppliers Association

Pag 23-4

RELACIÓN ENTRE LOS PODERES CALORÍFICOS

Donde:PCI =Poder calorífico inferior (Kcal/Kg comb)PCS =Poder calorífico superior (Kcal/Kg comb)597 =Calor de condensación del agua a 0°c (Kcal/Kg agua)G =% en peso de agua formada por la combustión del H2 mas la humedad propia del combustible (Kg agua/Kg comb) G = 9H +H2O siendo: 9 =Son los Kg de agua formada al oxidar 1 Kg de H2 H =% de H2 en el combustible H2O =% de humedad del combustible.Por lo que la ecuación anterior queda:

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL NORMA

ASTM D 240

•Método Adiabático: aísla el sistema del exterior.

Bomba de Mahler.Calorímetro de Fery.Calorímetro de Lewis- Thomson.

•Método Isotérmico: mantiene constante la temperatura del sistema.

Calorímetro de Junkers. Calorímetro de Emerson.Calorímetro de Parr.

Calorímetro Junkers-Boys

Calorímetro de bomba de Mahler Mod.T151D Marca :Didacta S.r.L

Figuras . Calorímetros. Fuente: “. “Maquinas motrices” de Ramón Fresno. Ed. Librería Mitre

TIPOS DE CALORÍMETROS

EQUIPO E INSUMOS

INSTRUMENTOS

• Bomba de Oxígeno• Calorímetro• Recubrimientos• Termómetros

REACTIVOS

• Álcali• Acido Benzoico• Indicadores Naranja de Metilo ó Rojo de Metilo• Oxígeno• 2,2,4-Trimetilpentano (Iso-octano)

Antes de la prueba se debe calibrar el equipo, determinando la

energía equivalente del calorímetro usando acido benzoico certificado (0,9 y 1,1 g ).

Se realiza la calibración y se calcula el incremento de temperatura corregida, t.

Se determinan las correcciones para el acido nítrico y los alambres y posteriormente se tiene sustituyendo en la ecuación.

Que se debe hacer…

CALIBRACIÓN

Energía Equivalente del Calorímetro

t

eegQW 21

W = energía equivalente del calorímetro, MJ/oC. Q = calor de combustión del ácido benzoico estándar, MJ/g. g = peso de la muestra de ácido benzoico estándar, g. t = incremento de temperatura corregida. e1 = corrección para el calor de formación del ácido, MJ. e2 = corrección para el calor de combustión de los

alambres, MJ.

PRUEBA DE CALIBRACIÓN

Pesar la muestra con una precisión de 0,1 mg.

Conociendo el calor de combustión aproximado de la muestra se puede calcular el peso requerido como:

g = Masa de la muestra, g. Qs = Calor de combustión aproximado de la muestra, MJ/kg.

sQg

454,26

IDENTIFICACIÓN DE LA MUESTRA Y SU PESO

PROCEDIMIENTO

El calor de combustión es determinado por medio de la quema de una muestra pesada en una bomba calorimétrica de oxígeno bajo condiciones controladas. Se lee la T (°f, ohms, etc.) antes, durante y después de la combustión.Se expresa el tiempo en minutos y segundos. Se miden las masas en gramos.

PROCEDIMIENTO

t = incremento de temperatura corregido.a = tiempo de combustión. b = tiempo al cual el incremento de temperatura alcanza el 60% del

total.c = tiempo al comienzo del período en el cual la tasa de cambio de

temperatura se ha vuelto constante.ta = temperatura al momento de la combustión.tc = temperatura al tiempo c, corregida.r1 = tasa (unidades de temperatura por minuto) a la cual la

temperatura estuvo ascendiendo durante un período de 5 min antes de la combustión.

r2 = tasa (unidades de temperatura por minuto) a la cual la temperatura estuvo ascendiendo durante los 5 minutos siguientes después del tiempo c; si la temperatura está descendiendo, r2 es negativa y la cantidad –r2 (c – b) es positiva.

bcrabrttt ac 21

CALCULO DE TEMPERATURA PARA

EL RECUBRIMIENTO ISOTÉRMICO

CACULO DE TEMPERATURA

af ttt

Donde:

t = Aumento de la temperatura corregido.ta = Temperatura a la cual la carga fue encendida,

corregida para el error del termómetro. tf = Temperatura final de equilibrio, corregida para el

error del termómetro.

PARA EL RECUBRIMIENTO ADIABÁTICO

CALOR DE COMBUSTIÓN

geeeWtQg 1000/321

Qg = calor neto de combustión, MJ/kg (cal/g).t = incremento de temperatura corregido.g = peso de la muestra en gramos.W = energía equivalente del calorímetro dada en MJ/ºC

(cal/ºF).e1 = corrección para el calor de formación de HNO3. e2 = corrección para el calor de formación de H2SO4.e3 = corrección para el calor de combustión de los alambres.

REPORTE DE LOS RESULTADOS

El calor de combustión neto es la cantidad requerida en las aplicaciones prácticas. El calor neto debe ser reportado lo mas cerca de 0,005 MJ/kg.

Para obtener el calor neto de combustión en otras unidades, se utilizan las siguientes relaciones:

0041868,0//,/

002326,0//,/

kgMJQgQ

kgMJQlbQ

cal

Btu

Fuente: POPOVICH, M. AND HERING, Carl. Fuels and Lubricants. New York: John Willey & Sons, Inc, 1959, p.6

CALORÍMETRO TIPO JUNKER

ESTÁNDAR PARA EL CALORÍMETRO DE GAS

pm= Presión absoluta en el medidor, psia.pv= Presión de vapor del agua a la temperatura del gas0.52= Presión de vapor del agua a 60F.Pstd= 30.00 in HgTstd= 519.7R t = Temperatura observada en el medidor de gas, en F.

VALOR DE COMBUSTIÓN

APLICACIÓN

Esta propiedad define el contenido energético del crudo por unidad de masa en la combustión. Esta propiedad se determino a 8 muestras del campo Colorado.

Fuente: autores del proyecto, procedimientos metodológicos para lacaracterización de campos maduros. Aplicación a los fluidos del campo colorado. TESIS

UIS 2008

PODER CALORÍFICO (ASTM D-2015-96)

Se nota que entre mas liviano mayor es la energía que entrega al crudo en la combustión. Así mismo se relaciona la gravedad API de cada crudo con su poder calorífico

Distribución poder calorífico del crudo campo colorado

Poder calorífico vs. Gravedad API

Fuente: autores del proyecto, procedimientos metodológicos para lacaracterización de campos maduros. Aplicación a los fluidos del campo colorado. TESIS

UIS 2008

ENERGÉTICO EN COLOMBIA

Tabla 1. (Fuente: MAURICIO DULCE. Auditor energético. Ecopetrol S.A.)

ENERGÉTICOS Poder Calorífico

B.T.U Unidad

Poder Calorífico

Kcal Unidad

Gas Natural 35.315 [m3] 8.900 [m3]

G.L.P 92.000 [Gal] 23.184 [Gal]

ACPM-Diesel 138.000 [Gal] 34.775 [Gal]

Crudo de Rubiales 152.492 [Gal] 38.463 [Gal]

Combustóleo-Fuel 150.000 [Gal] 37.779 [Gal]

Queroseno 134.000 [Gal] 133.767 [Gal]

Carbón Mineral 24.200 [KG] 6.098 [KG]

VALORES DE PODER CALORÍFICOS

Tabla 2. Fuente: Kalipedia (en línea). Conservación y Degradación de la Energía – Poder Calorífico de Combustibles.

DE ALGUNOS COMBUSTIBLES

Tipode

Producto

PCIm

(kJ/kg a 25 °C)

Densidad

(kg/l a 25°C )

PCIv

(kJ/l a 25°C )

GLP-carburante

46000 0,55 25300

Gasolina normal

43325 0,735 31845

Supercarburante

42900 0,755 32390

Carburante de reactores

42850 0,795 34065

Gasóleo 42600 0,84 35785

Poderes caloríficos másico y volumétrico de los carburantes comerciales (valores medios).

La tabla Indica que, para las gasolinas, el PCI está estrechamente correlacionado con la densidad, que depende del contenido de aromáticos

PODER CALORÍFICOS

CONCLUSIONES

CONCLUSIONES

El poder calorífico mínimo se establece con el fin de satisfacer requerimientos energéticos del consumidor a un costo comercialmente aceptable. Por ello se hace indispensable una determinación exacta del contenido de BTU’S en el gas.

En la medición del valor calorífico influyen algunos factores tales como la presión, la temperatura, el valor de agua y otras impurezas.

Es evidente que en la utilización industrial del combustible el poder calorífico inferior es el que más se acerca a la realidad, pues no existen instalaciones que aprovechen el calor de condensación del vapor de agua. No obstante se acostumbra a citar siempre el poder calorífico superior, ya que este es el que se mide en las determinaciones con calorímetros.

La principal características económica del petróleo es su poder calorífico, que hace que sean utilizables como fuentes de energía. Este parámetro varía en función de la densidad y por lo tanto de la composición química.

  DIANA MARCELA CRISTANCHO VELASCO Y JORGE MARIO HOYOS ROMAN procedimientos metodológicos para la caracterización de campos maduros. Aplicación a los fluidos del campo colorado. Tesis de grado. UIS 2008  NOVOA MANTILLA, LUZ ÁNGELA. Estudio Comparativo de Metodologías para la determinación del poder calorífico del gas natural .Tesis de grado .UIS 2000

ANDREA REY PINTO Y CAROLINA HERRERA MARÍN, Desarrollo de un software para la determinación de la densidad y poder calorífico del gas natural, como especificación de calidad en las estaciones de GNV., Tesis. UIS 2006

CENGEL, Yunus, Termodinámica, Sexta Edición, Mc Graw Hill, 2009  Norma ASTM D-240 PODER CALORÍFICO. http://html.rincondelvago.com/combustion.html WIKIPEDIA Poder calorífico http://es.wikipedia.org/wiki/Poder_calor%C3%ADfico  Licuados del Petróleo (GLP) - Energía - Mº de Industria, Turismo y Comercio.mht http://www.mityc.es/energia/Paginas/VariationRoot.aspx

BIBLIOGRAFÍA