1. Cel ćwiczenia

Cel: wyznaczenie ciepła spalania i wartości opałowej gazu ziemnego GZ – 50 metodą kalorymetryczną dla znanego składu gazu.

1. Schemat pomiarowy

Rysunek 1 Schemat stanowiska pomiarowego

1 – komora spalania, 2 – Palnik Bunsena, 3 – płaszcz wodny, 4 – gazomierz mokry, 5 – termometr wody, 6 – termometr spalin, 7 – manometr i termometr gazu, 8 – naczynie na skropliny, 9 – zawór, 10 – nawilżacz, 11 – przelew, 12 – przelew, 13 – naczynie na wodę chłodzącą, 14 – barometr, 15 – termometr otaczającego powietrza.

1. Wyniki pomiarów

hw	tg	t1w	t2w	Vw
mm h2O				l
96	17	10	21,1	2
$${\overset{\overline{}}{\mathbf{\tau}}}_{\mathbf{w}}$$	Vg	τg	Vskr	τskr
s	l	s	ml	s
74	10	278	95	1800

Tabela Wyniki pomiarów

1. Sposób przeprowadzenia pomiarów

Przystępując do pomiaru należało:

1. Odczytać ciśnienie otoczenia;

2. Odczytać temperaturę i ciśnienie gazu na gazomierzu;

3. Odczytać temperaturę wody na wylocie i wlocie z kalorymetru;

4. Wyznaczyć strumień objętości przepływającego gazu;

5. Wyznaczyć strumień objętości przepływającej wody;

6. Wyznaczyć strumień objętości skroplin wypływających z kalorymetru.

1. Przykłady obliczeń

W tym punkcie każdy symbol oznaczony indeksem w dotyczy wody, natomiast każdy symbol oznaczony indeksem g dotyczy gazu. Wszystkie wielkości są oznaczone wg standardów przyjętych w termodynamice.

• Obliczanie ciepła spalania paliwa:

$Q_{s} = \frac{{\dot{m}}_{w} \bullet c_{w} \bullet (t_{2w} - t_{1w})}{{\dot{V}}_{g}} = \frac{V_{w} \bullet \rho_{w} \bullet c_{w} \bullet t_{w} \bullet \tau_{g}}{V_{g} \bullet \tau_{w}}$ (1)

$$Q_{s} = \frac{0,002 \bullet 1000 \bullet 4,19 \bullet 11,1 \bullet 278}{0,01 \bullet 74} = 34.944,60\frac{\text{kJ}}{m^{3}}$$

• Obliczanie wartości opałowej paliwa:

$W_{d} = Q_{s} - \frac{V_{\text{skr}} \bullet \rho_{w} \bullet r \bullet \tau_{g}}{V_{g} \bullet \tau_{\text{skr}}}$ (2)

$$W_{d} = 34.944,60 - \frac{95 \bullet 10^{- 6} \bullet 1000 \bullet 2300 \bullet 278}{0,01 \bullet 1800} = 31.569,99\frac{\text{kJ}}{m^{3}}$$

• Przeliczenie wartości ciepła spalania i wartości opałowej na warunki normalne:

p_n • V_n = n_n • (MR) • T_n (3)

p_g • V_g = n_g • (MR) • T_g (4)

p_g = p_ot + p_mg (5)

p_mg = h_w • ρ • g (6)

Z powyższych wzorów wyznacza się

${V_{n} = V}_{g} \bullet \frac{T_{n}}{T_{g}} \bullet \frac{p_{g}}{p_{n}}$ (7)

${V_{n} = V}_{g} \bullet \frac{T_{n}}{T_{g}} \bullet \frac{p_{\text{ot}} + h_{w} \bullet \rho \bullet g}{p_{n}}$ (8)

A ciepło spalania w warunkach normalnych oblicza się ze wzoru

$Q_{s,n} = Q_{s} \bullet \frac{V_{g}}{V_{n}}$ (9)

Korzystając ze wzoru (9) i podstawiając pod niego powyższe wzory, otrzymuje się wzór na ciepło spalania w warunkach normalnych:

${Q_{s,n} = Q}_{s} \bullet \frac{V_{g}}{V_{g} \bullet \frac{T_{n}}{T_{g}} \bullet \frac{p_{\text{ot}} + h_{w} \bullet \rho \bullet g}{p_{n}}} = Q_{s} \bullet \frac{1}{\frac{T_{n}}{T_{g}} \bullet \frac{p_{\text{ot}} + h_{w} \bullet \rho \bullet g}{p_{n}}}$ (10)

$$Q_{s,n} = 34.944,60 \bullet \frac{290,15 \bullet 101325}{273,15 \bullet (99400 + 96 \bullet 1000 \bullet 9,81)} = 3612,44\frac{\text{kJ}}{m^{3}}$$

• Wartość opałowa obliczona ze składu gazu:

Oblicza się ją analogicznie do wzoru (9), czyli:

$W_{d,n} = W_{d} \bullet \frac{V_{g}}{V_{n}}$ (11)

Tak więc wzór (10) po rozwinięciu przyjmuje postać:

$W_{d,n} = W_{d} \bullet \frac{V_{g}}{V_{g} \bullet \frac{T_{n}}{T_{g}} \bullet \frac{p_{\text{ot}} + h_{w} \bullet \rho \bullet g}{p_{n}}} = W_{d} \bullet \frac{1}{\frac{T_{n}}{T_{g}} \bullet \frac{p_{\text{ot}} + h_{w} \bullet \rho \bullet g}{p_{n}}}$ (12)

$$W_{d,n} = 31.569,99 \bullet \frac{290,15 \bullet 101325}{273,15 \bullet (99400 + 96 \bullet 1000 \bullet 9,81)} = 3263,58\frac{\text{kJ}}{m^{3}}$$

1. Uwagi i wnioski

Przeprowadzone ćwiczenie miało na celu obliczenie wartości opałowej i ciepła spalania za pomocą metody kalorymetrycznej. Wykonując to ćwiczenie oraz sprawozdanie mogliśmy zbadać wartość opałową i ciepło spalania gazu występującego w sieci. Na wyniki pomiarów trzeba wziąć jednak poprawkę, ponieważ mógł wystąpić przy nich błąd, np. przy sprawdzaniu objętości skroplin, mierzenia strumienia objętości gazu czy wody. Ponadto błędy mogły występować przy samych obliczeniach, np. błędy wynikające z zaokrągleń liczb.