Politechnika Szczecińska KATEDRA TECHNIKI CIEPLNEJ LABORATORIA Z PODSTAW TECHNIKI CIEPLEJ SPRAWOZDANIE
Ćwiczenie Nr:	Temat: Wyznaczanie ciepła spalania i wartości opałowej paliw ciekłych i gazowych
Data wyk. ćw.	Data złożenia sp.		Ocena	Nazwisko i Imię
Prowadzący ćwiczenie		Podpis	Rok akad.	Semestr	Grupa lab.

l. Cel Ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze sposobami wyznaczania ciepła spalania i wartości opałowej paliw ciekłych i gazowych , poznanie budowy i zasady działania przyrządów służących do wyznaczania wyżej wymienionych parametrów , a także wyznaczenie ciepła spalania i wartości opałowej gazu Gz 50 za pomocą kalorymetru Junkersa.

2. Wstęp teoretyczny,

Ciepło spalania Q_c - jest to ilość ciepła wydzielona przy spaleniu całkowitym i zupełnym danej jednostki paliwa przy założeniu , że produkty spalania zostają schłodzone do temperatury początkowej substratów, a para wodna w spalinach ulega wykropleniu.

Wartość opałowa Q_w - jest to ilość ciepła wydzielona przy spaleniu całkowitym i zupełnym danej jednostki paliwa przy założeniu , że produkty spalania zostają schłodzone do temperatury początkowej substratów, a para wodna w spalinach nie ulega wykropleniu.

Spalanie zupełne - to taki proces spalania , w którego efekcie nie powstają produkty palne, które potem mogłyby się palić.

Spalanie całkowite - to taki proces spalania , w którego efekcie paliwo spala się bez reszty.

3. Schemat stanowiska pomiarowego.

l- komora spalania , 2-płaszcz wodny, 3- naczynie przelewowe dopływowe , 4- naczynie przelewowe odpływowe , 2- zawór , 6- kurek trójdrożny, 7- naczynie do wody chłodzącej , 8 i 9- termometry laboratoryjne, 10- rurka wypływu skroplin , 11- gazomierz , 12- zawór do stabilizacji ciśnienia , 13- palnik Bunsena , 14- nawilżacz powietrza , 15- naczynie odbioru skroplin, 16- przewód dopływowy wody chłodzącej.

4. Zasada działania zestawu aparatury do oznaczania ciepła spalania paliw gazowych i metodyka pomiaru.

Woda chłodząca dopływa do płaszcza wodnego (2) kalorymetru Junkersa (rys. powyżej) i z niego odpływa przez dwa naczynia przelewowe (13 i 14) , które zapewniają stałe natężenie przepływu regulowane zaworem (5). Odpływającą wodę podczas ustalania się parametrów cieplnych kieruje się za pomocą kurka trójdrożnego (6) do zlewu, a podczas pomiaru - do naczynia (7) w celu późniejszego oznaczenia jej masy.

Kalorymetr jest zaopatrzony w termometry laboratoryjne (8) do pomiaru temperatury wody na wlocie i wylocie , a także do kontroli temp. spalin odlotowych (9). Skropliny , powstające ze skraplającej się wody zawartej w spalinach , są odprowadzane rurka, (10) i podczas pomiaru zbierane w naczyniu (15) i ważone.

Paliwo przez gazomierz (11) i zawór (12) stabilizujący ciśnienie (0,2-0,8 kPa) , jest podawane do palnika Bunsena (13), umieszczonego w komorze spalania kalorymetru. Palnik jest zaopatrzony w dyszę odpowiednio dobraną dla badanego paliwa w zależności od spodziewanej wartości ciepła spalania. Gazomierz jest wyposażony w manometr cieczowy oraz termometr do pomiaru nadciśnienia i temperatury badanego paliwa gazowego. Powietrze jest nasycane do stanu nasycenia w nawilżaczu (14) , a paliwo gazowe poprzez kontakt z wodą w gazomierzu. Nasycenie wodą substratów umożliwia ocenę ilości wody powstałej w wyniku spalenia wodoru zawartego w paliwie.

Przed wykonaniem pomiaru reguluje, się przepływ tak , aby spalanie było całkowite i zupełne (charakterystyczny nieświecący płomień z niebieskozielonym stożkiem), przepływ wody chłodzącej tak , aby średnia temperatura wody na wlocie i wylocie była równa temperaturze otoczenia ,a różnica - rzędu 10 K. Pomiar można rozpocząć po ustaleniu, się temp. wody na wlocie i wylocie na ustalonym poziomie.

Pomiar należy wykonać podczas przepływu 5—10 dm³ paliwa gazowego , w zależności od rodzaju gazu. Po ustaleniu się warunków , ustawiamy naczynie pomiarowe pod wylotem wody chłodzącej , następnie kurek (6) ustawiamy w pozycji „pomiar" równocześnie odczytujące stan gazomierza , podstawiamy naczynie do odbioru skroplin i odczytujemy także temp. wody. Odczyty temperatur wody na wlocie i wylocie należy prowadzić w jednakowych odstępach czasu.

Po spaleniu określonej ilości paliwa (odczyt stanu gazomierza) i ostatnim odczycie temperatur , ustawiamy kurek (6) w pozycji odpływu wody do zlewu i oznaczamy masę skroplin w naczyniu (15). Cykl powtarzamy trzykrotnie. Na podstawie otrzymanych wyników obliczamy ciepło spalania Q_c oraz wartość opałowa Q_w_

5. Algorytm obliczeń.

Całkowite ciśnienie gazu przed gazomierzem p_g
wyznaczamy ze wzoru:

p_g = p_b+p_g-p_s [Pa]

gdzie: p_b - ciśnienie barometryczne podczas pomiaru [Pa]

p_g - nadciśnienie gazu w gazomierzu [Pa] (odczytane z manometru gazomierza)

p_s - ciśnienie nasyconej pary wodnej w gazie [Pa] (odczytane z tablic dla temperatury gazu w gazomierzu)

Ilość spalanego gazu V_gnSI [m³_nSI] odniesioną do fizycznych warunków normalnych obliczamy ze wzoru:

V_gnSI =
[m³_nSI]

gdzie: V_g -objętość spalanego gazu [m³]

T_N - temperatura w warunkach normalnych 273,15[K]

p_N - ciśnienie w warunkach normalnych 101325[Pa]

Ciepło spalania Qc w [kJ/m³_nSI] w odniesieniu do normalnych warunków fizycznych można wyznaczyć z zależności:

Q_c =
[kJ/m³_nSI]

gdzie: m_w- masa wody chłodzącej zebrana w naczyniu [kg]

c_w - średnie ciepło właściwe wody w przedziale mierzonych temperatur [kJ/kgK]

t_w przyrost temp wody w kalorymetrze (na wlocie i wylocie) [K]

V_gnSI - objętość spalanego paliwa gazowego odniesiona do warunków normalnych [m³_nSI]

p_g - całkowite ciśnienie gazu przed gazomierzem [Pa]

T_g - średnia temp, gazu w gazomierzu [K]

Wartość opałową Q_w [kJ/m³_nSI] badanego gazu w odniesieniu do normalnych warunków fizycznych oblicza się ze wzoru:

Q_w = Qc - r*m” [kJ/m³_nSI]

gdzie: Q_w - ciepło spalania [kJ/m³_nSI] badanego gazu w odniesieniu do normalnych warunków fizycznych

r - entalpia skraplania dla temp. spalin odlotowych t_s [kJ/kg] (odczytana z tablic)

m” =
[kg/m³_nSI]

gdzie: m_k - masa skroplin [kg]

6. Przykład obliczeń dla tabeli wyników I.

Całkowite ciśnienie gazu przed gazomierzem:

p_g = p_b+p_g-p_s [Pa]

p_b = 103900 [Pa]

p_g = 120 [Pa]

p_s = 1220,8 [Pa] (odczyt z tablic)

p_g = 103900+120-1220,8 =102799,2 [Pa]

Ilość spalanego gazu odniesiona do fizycznych warunków normalnych:

V_gnSI =
[m³_nSI]

V_g =0,01 [m³]

T_N = 273,15[K]

p_N = 101325[Pa]

T_g= 286,65[K]

V_gnSI =
= 0,00966 [m³_nSI]

Ciepło spalania w odniesieniu do normalnych warunków fizycznych:

Q_c =
[kJ/m³_nSI]

m_w = 6,602[kg]

c_w = 4,19[kJ/kgK]

t_w = 13,99[K]

Q_c =
=41438,85[kJ/m³_nSI]

Wartość opałowa badanego gazu w odniesieniu do normalnych warunków fizycznych:

m” =
[kg/m³_nSI]

m_k = 0,01956 [kg]

m” =
=2,024[kg/m³_nSI]

r = 2442,4[kJ/kg] (odczyt z tablic)

Q_w = 41438,85-2442,4*2,024 = 36495,43 [kJ/m³_nSI]

7. Analiza wyników pomiarów oraz wnioski.

Parametry gazu Gz 50 wg normy

Ciepło spalania: Qc ≈ 35000[kJ/m³_nSI]

Wartość Opatowa: Q_w >= 31000 [kJ/m³_nSI]

Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów i obliczonych wartości parametrów badanego gazu o symbolu Gz 50 można dojść do wniosku , iż gaz ten spełnia wymagania określone przez PN. Zarówno obliczone ciepło spalania o wartości Q_c=41438,85[kJ/m³_nSI] jak i wartość opałowa Q_w=36495,43[kJ/m³_nSI] przekraczają, minimalne dopuszczalne wartości tychże parametrów . Uzyskane wartości parametrów Q_c i Q_w skłaniają do wyciągnięcia wniosku , iż ćwiczenie zostało przeprowadzone poprawnie.

---