POLITECHNIKA WARSZAWSKA INSTYTUT TECHNIKI CIEPLNEJ	LABORATORIUM TERMODYNAMIKI Sprawozdanie z ćwiczenia	5
		Zespół
Nazwiska i imiona studentów	Babis Karol Danielewicz Jacek Nowak Marzena Polny Piotr Przybyłek Aleksander Różalski Dariusz
2009/2010	MEiL	III
Rok ak.	Wydział	Semestr
Temat ćwiczenia Pomiar ciepła spalania i wartości opałowej paliwa gazowego kalorymetrem Junkersa

1. Opis przebiegu ćwiczenia

Przedmiotem badania był gaz palny którego właściwości należało określić korzystając z kalorymetru Junkersa. Jego działanie opiera się na I zasadzie termodynamiki i bilansu energii. Podpalony palnik z badanym gazem należało umieścić w środku kalorymetru, a następnie ustawić temperaturę wody chłodzącej. Aby zminimalizować straty średnia wartość temperatury na wejściu i wyjściu musi być w przybliżeniu równa wartości temperatury otocznia. Po każdym spaleniu 1 litra gazu sprawdzane były termometry wody chłodzącej. Po spaleniu 5 litrów gazu następowało sprawdzenie masy wody chłodzącej oraz objętość skroplin. Po zapisaniu wyników badanie zostało powtórzone.

1. Dane początkowe

• Temperatura otoczenia: T_o=23^oC=296,15K

• Ciśnienie atmosferyczne: p_o=751mmHg=100125Pa

• Temperatura gazu: T_g=25^oC=298,15K

• Nadciśnienie gazu: p_n=45mmHg=5999,51Pa

1. Badanie I

Wyniki pomiarów:

Lp.	Wskazanie gazomierza	Temperatura wody na wejściu	Temperatura wody na wyjściu
	Vg[m^3]	Twe[^oC]	Twy[^oC]
0	0	10,1	34,9
1	O,001	9,9	34,8
2	0,002	9,8	34,8
3	0,003	9,7	34,4
4	0,004	9,6	34,4
5	0,005	9,55	34,4
Średnia		9,71	34,56

• Masa wody: m_w=3,32kg

• Objętość skroplin: V_skr=18cm³; Masa skroplin: m_skr=18g

• Temperatura spalin: T_spal=8^oC

Obliczenia:

V_n- Objętość gazu spalonego odniesionego do warunków normalnych

P – ciśnienie gazu

p=p_a+p_ot p=100125+5999,5=1066124,5[Pa]

$$\mathbf{V}_{\mathbf{N}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{p}}{\mathbf{p}_{\mathbf{N}}}\mathbf{\bullet}\frac{\mathbf{T}_{\mathbf{N}}}{\mathbf{T}_{\mathbf{g}}}\mathbf{\bullet}\mathbf{V}_{\mathbf{g}}$$

$\mathbf{V}_{\mathbf{N}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{796}\left\lbrack \mathbf{\text{mmHg}} \right\rbrack\mathbf{\bullet 273,15\lbrack K\rbrack}}{\mathbf{760\lbrack mmHg\rbrack \bullet 298,15\lbrack K\rbrack}}\mathbf{\bullet}$0,005[m³] ≈4,7977∙10^{- 3}[m³]

Ciepło spalania:

$$\mathbf{W}_{\mathbf{t}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{m}_{\mathbf{w}}\mathbf{\bullet}\mathbf{c}_{\mathbf{w}}\mathbf{\bullet (}\mathbf{t}_{\mathbf{\text{wy}}}\mathbf{-}\mathbf{t}_{\mathbf{\text{we}}}\mathbf{)}}{\mathbf{V}_{\mathbf{N}}}$$

Przyjmując:

c_w=4,187kJ/kgK

t_wy- średnia temperatura na wyjściu

t_we-średnia temperatura na wejściu

$$\mathbf{W}_{\mathbf{t}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{3,32\lbrack}\mathbf{\text{kg}}\mathbf{\rbrack}\mathbf{\bullet}\mathbf{4,187\lbrack}\frac{\mathbf{\text{kJ}}}{\mathbf{\text{kgK}}}\mathbf{\rbrack}\mathbf{\bullet}\left( \mathbf{34,56}\mathbf{-}\mathbf{9,71} \right)\mathbf{\lbrack K\rbrack}}{\mathbf{4,7977}\mathbf{\bullet}\mathbf{1}\mathbf{0}^{\mathbf{-}\mathbf{3}}\mathbf{\lbrack}\mathbf{m}^{\mathbf{3}}\mathbf{\rbrack}}\mathbf{\approx}\mathbf{72}\frac{\mathbf{\text{MJ}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}$$

Wartość opałowa:

$$\mathbf{W}_{\mathbf{U}}\mathbf{=}\mathbf{W}_{\mathbf{t}}\mathbf{-}\frac{\mathbf{r \bullet}\mathbf{m}_{\mathbf{\text{skr}}}}{\mathbf{V}_{\mathbf{N}}}$$

Przyjmując:

r=2500kJ/kg

$$\mathbf{W}_{\mathbf{U}}\mathbf{= 72}\left\lbrack \frac{\mathbf{\text{MJ}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}} \right\rbrack\mathbf{-}\frac{\mathbf{2500000\lbrack J/kg\rbrack \bullet 0,018\lbrack kg\rbrack}}{\mathbf{4,}\mathbf{7977}\mathbf{\bullet 1}\mathbf{0}^{\mathbf{- 3}}\mathbf{\lbrack}\mathbf{m}^{\mathbf{3}}\mathbf{\rbrack}}\mathbf{\approx}\mathbf{62,62}\frac{\mathbf{\text{MJ}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}$$

1. Badanie II

Wyniki pomiarów:

Lp.	Wskazanie gazomierza	Temperatura wody na wejściu	Temperatura wody na wyjściu
	Vg[m^3]	Twe[^oC]	Twy[^oC]
0	0	9,4	36,6
1	O,001	9,4	36,4
2	0,002	9,4	36,7
3	0,003	9,4	36,8
4	0,004	9,4	36,75
5	0,005	9,4	36,6
Średnia		9,4	36,65

• Masa wody: m_w=2,81kg

• Objętość skroplin: V_skr=15cm³; Masa skroplin: m_skr=15g

• Temperatura spalin: T_spal=13^oC

Obliczenia:

Ciepło spalania:

$$\mathbf{W}_{\mathbf{t}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{2,81\lbrack}\mathbf{\text{kg}}\mathbf{\rbrack}\mathbf{\bullet}\mathbf{4,187\lbrack}\frac{\mathbf{\text{kJ}}}{\mathbf{\text{kgK}}}\mathbf{\rbrack}\mathbf{\bullet}\left( \mathbf{36,65}\mathbf{-}\mathbf{9,4} \right)\mathbf{\lbrack K\rbrack}}{\mathbf{4,7977}\mathbf{\bullet}\mathbf{1}\mathbf{0}^{\mathbf{-}\mathbf{3}}\mathbf{\lbrack}\mathbf{m}^{\mathbf{3}}\mathbf{\rbrack}}\mathbf{\approx}\mathbf{66,83}\frac{\mathbf{\text{MJ}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}$$

Wartość opałowa:

$$\mathbf{W}_{\mathbf{U}}\mathbf{= 66,83}\left\lbrack \frac{\mathbf{\text{MJ}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}} \right\rbrack\mathbf{-}\frac{\mathbf{2500000\lbrack J/kg\rbrack \bullet 0,015\lbrack kg\rbrack}}{\mathbf{4,}\mathbf{7977}\mathbf{\bullet 1}\mathbf{0}^{\mathbf{- 3}}\mathbf{\lbrack}\mathbf{m}^{\mathbf{3}}\mathbf{\rbrack}}\mathbf{\approx}\mathbf{59,01}\frac{\mathbf{\text{MJ}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}$$

1. Wnioski

Podczas obu prób uzyskano różne wyniki spowodowane jest to niedokładnością aparatury pomiarowej, np. zakończenie obu pomiarów miało być dokonane po spaleniu 0.005m³ gazu co jest bardzo trudno dokładnie wyznaczyć. Dlatego ciepło spalania i wartość opałową najlepiej wyznaczyć dokonując kilku prób a ostatecznie wynika będzie ich średnią. W tym przypadku $W_{t}\mathbf{\approx}69,41\frac{\text{MJ}}{m^{3}}$ , $W_{U}\mathbf{\approx}60,815\frac{\text{MJ}}{m^{3}}$. W obu pomiarach wartość opałowa jest ok. 10% mniejsza od ciepła spalania co jest zgodne z danymi z tablic. Nie znając dokładne≈j charakterystyki badanego gazu trudno jest określić błąd popełniony podczas pomiarów. Niedokładność może być spowodowana niecałkowitym i niezupełnym spalaniem gazu, izolacja kalorymetru mogła nie zapewniać w dostatecznym stopniu małych strat ciepła do otocznia, część pary wodnej mogła nie być i ujść do otocznia wraz ze spalinami, ponadto temperatura spalin nie była równa temperaturze otoczenia.