Poder Calorífico, Provas de Engenharia Mecânica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ - UNIFEI

Otacilio Pedro dos Santos Filho - 24557

PODER CALORÍFICO

ITAJUBÁ

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ - UNIFEI

Otacilio Pedro dos Santos Filho - 24557

PODER CALORÍFICO

ITAJUBÁ

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.

1. OBJETIVO

Determinação experimental do Poder Calorífico Superior dos

combustíveis sólidos ou líquidos.

2. TEORIA

2.1. PODER CALORÍFICO

O poder calorífico de um combustível (PC) é a quantidade de calor desprendida quando se queima completamente a unidade de massa desse combustível sob determinadas condições. Não é possível medir diretamente essa quantidade de calor desprendida, mas este calor provoca um aquecimento num certo sistema conhecido (recipiente calorimétrico) e fornece uma diferença de temperatura na água nele contida( T). Na bomba calorimétrica uma certa massa de combustível é queimada, obtendo-se T. Conhecido T e a capacidade calorífica (C) do calorímetro (quantidade de calor necessária para aquecer o aparelho de 1º C), é fácil obter o PC. Sendo Q a quantidade de calor desprendida pela combustão da massa m: Desde que o calorímetro não sofra alterações, sua capacidade calorífica permanece constante e ela pode ser determinada pela combustão de uma substância de PC bem conhecido (normalmente ácido benzóico), medindo-se a elevação de temperatura da água do recipientecalorimétrico. Calcula-se C através da equação (2) Na determinação do PC de combustíveis sólidos ou líquidos, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) manda seguir 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.

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 Figura 2 - Calorímetro Junkers

3. METODOLOGIA

3.1. EQUIPAMENTOS

(a) Calorímetro (b) bomba de aço inox, (c) Amostra do combustível a ser analisado, (d) Cadinho limpo para amostra, (e) Fio de algodão ou parafina, (f) Balança de precisão, (g) Cilindro de oxigênio. 3.2. PROCEDIMENTOS 1 - Ligar o calorímetro em 220V; a) Ligar primeiro o nobreak; b) Ligar a célula de medição; c) Ligar o sistema de refrigeração; d) Ligar o Computador em 110V; e) Espera em torno de 180 segundos para dar inicio aos testes. 2 - Tarar a balança com o cadinho, depois colocar o combustível no cadinho. 3 - Pesar o combustível. O valor da massa devera estar entre 0,4 e 0,7g. 4 - O fio de algodão ou parafina tem que estar em contato com o combustível a ser analisado. 5 - Se o nível de água esta baixo do mínimo, colocar água destilada no sistema de refrigeração, com o aditivo de limpeza, fechando em seguida. 6 - Abrir o cilindro e deixar o oxigênio puro numa pressão de 30 bares. 7 - A Figura 1 mostra o calorímetro IKA-Works C2000.

4. RESULTADOS

4.1. DADOS OBTIDOS

Combustivel Poder Calorífico Superior (mJ/kg) Óleo 1 38, Bagaço 1 16, 4.1.1. Equacionamento No calculo do poder calorífico superior deve-se eliminar a energia externa da ignição elétrica, queima do fio de algodão e outros, portanto: PCS =

C ∗ ∆ T

m

Qz m Onde:

PCS= Poder calorífico superior [J/g];

C = Capacidade de calor do calorímetro [J/K];

∆ T = Elevação da temperatura do sistema calorimétrico durante o

experimento do processo de combustão [K];

QZ = Energia Externa da ignição elétrica, queima do fio de algodão [J];

m = Massa da amostra de combustível [g].

4.2. CONCLUSÃO

Foi possível observar que o óleo 1 tem quase o dobro do poder calorífico do bagaço 1, isto é, 1 kg do óleo 1 gera mais energia em sua queima do que que o bagaço 1. Apenas com esses dados não é possível definir qual combustivo é mais vantajoso pois devesse avaliar o custo final do mesmo, o que no qual envolve transporte, armazenamento, disponibilidade e outros.

5. BIBLIOGRÁFIA

[1] Roteiro de laborátorio [2] DA SILVA, D.R., et al., 2008. “Instrumentação de um Calorímetro”, Trabalho Final da disciplina Medições Térmicas, Depto. de Engenharia Mecânica, UFRGS, Porto Alegre. (Disponível em http://www.ufrgs.br/medterm/trabalhos/trabalhos-2008/INSTRUMENTAODEUMCAL ORMETRO.pdf acessado 12/09/15) [3] J. L. P. Camacho, “Laboratório de Química Tecnológica” (Disponível em http://sites.poli.usp.br/d/pqi2110/arquivos/apost-lab-qtg-2014.pdf acessado 12/09/15)