Relatório 1 EME606

1. Introdução

A eficiência de uma fonte energética é uma característica que desperta grande interesse. Ela é expressa por toda a energia que uma unidade de combustível é capaz de entregar a um sistema, sendo denominada o poder calorífico do combustível. Além da relação custo benefício, soma-se a crescente conscientização quanto ao uso racional dos recursos energéticos.

2. Objetivo

Determinação experimental do Poder Calorífico Superior dos combustíveis sólidos ou líquidos.

3. Desenvolvimento Teórico

Poder Calorífico é a quantidade de calor liberada pela combustão completa da unidade de massa (ou volume) do combustível. O poder calorífico de um combustível nos dá o "conteúdo energético" do mesmo, independentemente do fato de ser ou não realizado a combustão. Sua unidade pode ser descrita em: kJ/kg, kcal/kg, kcal/Nm3 e kJ/Nm3.

Dependendo das condições de determinação, o poder calorífico de um combustível pode apresentar diferentes valores. A quantidade de calor liberada na combustão que se processa a pressão constante (ambiente aberto) é chamada de: Poder Calorífico a Pressão Constante (PCp). A quantidade de calor liberada na combustão que se processa a volume constante (ambiente fechado) é chamada de: Poder Calorífico a Volume Constante (PCv).

O valor do poder calorífico a volume constante é maior que o valor do poder calorífico à pressão constante para um mesmo combustível, a razão de tal fato é que parte do calor gerado no processo a pressão constante é consumido no trabalho de expansão dos gases submetidos à pressão reinante.

Além das distinções acima, o Poder calorífico de um material pode ser classificado de duas formas:

Poder Calorífico Superior (PCS)

É obtido experimentalmente, para o qual toda a água que aparece nos produtos da combustão esteja no estado líquido. Dessa forma, ocorre a condensação do vapor de água e a quantidade de calor na medida inclui o calor de condensação da água.

Poder Calorífico Inferior (PCI)

É do valor prático, para o qual toda a água que aparece nos produtos da combustão se acha em forma de vapor. Tudo se passa como se a medida de quantidade de calor fosse feita, deixando a água presente nos fumos sair do sistema na forma de vapor.

Para combustíveis que não contenham hidrogênio na sua composição, o valor de PCS é igual ao do PCI, porque não há a formação de água e não se gasta energia na sua vaporização. Nos demais casos PCI é sempre inferior a PCS.

A quantidade conhecida de combustível testado é completamente queimada, e o calor liberado é medido pelo aumento de temperatura da água para a qual o calor é transferido.

Na bomba calorimétrica, uma alta pressão de oxigênio é mantida, de forma a garantir que todo o combustível se queime.

3.1 – Tipos de calorímetros

Para combustíveis em diferentes estados (gasoso, líquido e sólido) são necessários diferentes tipos de calorímetro que melhor se adéquam para realizar uma medida precisa.

Para combustíveis gasosos ou líquidos, um calorímetro mais usado é o calorímetro Junkers. 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 1 - Calorímetro tipo Junker

Para combustíveis sólidos ou líquidos, utiliza-se o calorímetro de Berthelot-Mahler. Esse equipamento é o que foi utilizado em laboratório e seu funcionamento está detalhado nos itens a seguir.

3.2 – Normas para realização do ensaio

Para a obtenção do Poder Calorífico Superior através de ensaios, é necessário obedecer algumas regras que garantem a confiabilidade do resultado final. A norma ‘ABNT NBR 11956:1990. Coque - Determinação do poder calorífico superior - Método de ensaio’ regulamenta esse tipo de estudo. Para a aplicação desta, é necessário também obedecer as normas MB-1943 e NB-927.

4. Desenvolvimento Prático

4.1. Equipamento necessário

Calorímetro; bomba de aço inox; Amostra do combustível a ser analisado; Cadinho limpo para amostra; Fio de algodão ou parafina; Balança de precisão e Cilindro de oxigênio.

4.2. Procedimento de teste

1 - Ligar o calorímetro em 220V;

a) Ligar primeiro o No-break;

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.

Figura 2 - Calorímetro C-2000

4.3. Montagem