IZK II	LABORATORIUM Z TERMODYNAMIKI
Nr.ćw.:5	OZNACZANIE CIEPŁA SPALANIA I WARTOŚCI OPAŁOWEJ PALIW
Grupa : K06	DUDEK JAROSŁAW		1998 / 99
Data wyk.	Ocena	Data zaliczenia	Podpis
24.04.1999

1. CZĘŚĆ TEORETYCZNA:

Cel ćwiczenia jest zapoznanie z metodą oznaczenia ciepła spalania oraz wartości opałowej paliw gazowych.

Podczas reakcji chemicznych spalania substancji o znaczeniu energetycznym tzw. paliw, niezwykle istotny jest wpływ obecności wilgoci (wody w nich zawartej) oraz tzw. popiołu. Wg Polskiej Normy wprowadza się następujące określenia:

Wilgotność przemijająca- jest to część wody zawartej w paliwie, która odparowuje podczas suszenia na powietrzu, osiągając stan równowagi z wilgocią atmosferyczną.

Wilgotność paliwa powietrzno-suchego- jest to woda pozostała w paliwie po wysuszeniu go na powietrzu i osiągnięciu równowagi z wilgocią atmosferyczną.

Wilgoć całkowita- jest to suma wilgotności przemijającej i wilgotności paliwa powietrzno-suchego.

Popiół - stanowi niepalne składniki paliwa po jego spaleniu.

Oznaczenie ciepła spalania paliw stałych i ciekłych.

Ciepło spalania - jest to ilość ciepła otrzymana przy spaleniu całkowitym i zupełnym jednostki ilości paliwa, o ile produkty spalania ochłodzone zostają do temperatury początkowej paliwa i powietrza, z wykropleniem pary wodnej oddającej ciepło skraplania.

Wartość opałowa - ilość ciepła otrzymana przy spaleniu zupełnym jednostki ilości paliwa, o ile produkty spalania ochłodzone zostaną do temperatury początkowej paliwa i powietrza, bez wykroplenia pary wodnej. Para wodna zawarta w spalinach unosi ze sobą ciepło parowania.

Spalanie zupełne, jest to takie spalanie przy którym produkty spalania nie zawierają jakichkolwiek składników mogących reagować z tlenem. Ciepło spalania paliw określa się drogą obliczeń analitycznych lub przez bezpośredni pomiar metodami kalorymetrycznymi. Ciepło spalania paliw stałych i płynnych oznacza się w kalorymetrach wodnych z tzw. bombą kalorymetryczną; ciepło spalania paliw gazowych oraz płynnych - w kalorymetrach przepływowych.

Oznaczenie ciepła spalania i wartości opałowej paliw

gazowych.

Oznaczenie kalorymetryczne najczęściej opiera się na zasadzie całkowitego spalenia znanej ilości gazu w urządzeniach umożliwiających odebranie praktycznie całkowitej ilości ciepła wydzielanego w trakcie spalania i określenie ilości wydzielonego ciepła. Kalorymetr jest wysokosprawnym wymiennikiem ciepła, w którym następuje ogrzewanie przepływającej wody ciepłem spalonego gazu. Wymiennik ten jest jednocześnie zaopatrzony w urządzenie umożliwiające pomiar ilości przepływającej wody oraz przyrostu jej temperatury w wyniku ogrzewania. Znając objętość gazu spalonego w jednostce czasu, masę wody, która w tym samym czasie przepłynęła przez wymiennik oraz przyrost temperatury wody w wymienniku, spowodowany jej ogrzewaniem i ciepło właściwe wody można obliczyć ilość ciepła wydzielonego podczas spalenia gazu.

gdzie:

M_w -natężenie przepływu wody kg/h

c_w -ciepło właściwe wody - 4,1868 ^kJ/_kg*K

Δt -przyrost temperatury wody [ K ]

Δh -czas trwania pomiaru [ h ]

V -objętość [m³]

2. Część praktyczna :

Podczas ćwiczenia wyznaczaliśmy ciepło spalania oraz wartość opałową za pomocą kalorymetru Junkersa.

Kalorymetr jest wymiennikiem ciepła, w którym następuje ogrzewanie przepływającej wody za pomocą ciepła wydzielanego ze spalonego gazu. Bardzo przydatne jest urządzenie wbudowane w Junkers, które umożliwia pomiar ilości przepływającej wody oraz przyrostu jej temperatury w wyniku ogrzewania. Jeżeli znamy objętość gazu spalonego w jednostce czasu, masę wody, która w tym samym czasie przepłynęła przez wymiennik oaz przyrost temperatury wody w wymienniku możemy obliczyć ilość ciepła wydzielonego podczas spalenia gazu.

Tabela pomiarowa :

Lp	Nazwa wielkości	Oznacz.	Jedn.	Obl. wg		Pomiar
				wzoru	I	II	III
1	Temp. gazu za gazomierzem	tg	^0C	-	16,5	17	17
2	Ciśnienie gazu	Pg	Tr	-	4,12	3,83	3,31
3	Ciśnienie barometryczne	Pb	Tr	-		756
4	Stan pocz. Gazomierza	Vp	m^3	-	914[2]	922[5]	927[6]
5	Stan końcowy gazomierza	Vk	m^3	-	922[5]	927[6]	-
6	Ilość spalonego gazu	V	m^3	-		0,015
7	Ciśnienie nasycenia pary wodnej w gazie przy tg	Pp	Tr	[z tablic]	14,11	14,56	14,56
8	Ilość spalonego gazu w war. Normalnych	V	Nm^3	V=V∗[(Pb+Pg-Pp)/ (273+tg)]∗0,359	0,014	0,014	0,014
9	Średnia temp. wody przed kalorymetrem	tcśr	^0C	-	18	18	17,5
10	Średnia temp. wody za kalorymetrem	tzśr	^0C	-	31	31	30
11	Średni przyrost temp. wody przepływającej przez kalorymetr	Δtśr	deg	Δt = tzśr -tcśr	13	13	12,5
12	Masa wody chłodzącej	mw	kg	-		30,5
13	Masa skroplin	ms	kg	-		0,047
14	Ciepło spalania gazu	Q	kJ/Nm^3	Q=(4,1868∗mw∗Δt)/ V	118576	118576	114015
15	Wart. opałowa gazu	Wu	kJ/Nm^3	Wu=4,1868∗(mw∗Δt-597∗ms) / V	110185	110185	105624
16	Średnia wart. opałowa gazu	Wuśr	kJ/Nm^3	-		108665
17	Temp. spalin		^0C	-	23	24	24
18	Temp. otoczenia		^0C	-	21	21	21

3. Przykładowe obliczenia

np.: ciepło spalania i wartość opałowa dla pomiaru 1

- ciepło spalania

M_w = 30,5 kg

Δt = 13 [ K ]

V = 0,014

- wartość opałowa

4. uwagi i Wnioski:

Gazem użytym w doświadczeniu był propan - butan. Wyniki uzyskane dla tego ćwiczenia mogą odbiegać od wartości rzeczywistych dlatego, że warunki istniejące podczas wykonywania doświadczenia nie były idealne. W ćwiczeniu tym pomiary były zdejmowane trzykrotnie co pozytywnie wpłynęło na dokładność naszego doświadczenia i pozwoliło uzyskać wartości średnie wyliczanych wielkości. Po dokonaniu obliczeń widać, że ciepło spalania w niewielkim stopniu różni się od wartości opałowej badanego paliwa (tylko o ok. 8,5 %).

---