bomba kalorymetryczna.pdf

WYZNACZANIE CIEPŁA SPALANIA PALIW ZA POMOC ġ BOMBY

KALORYMETRYCZNEJ

1. WST Ħ P.

Jedn Ģ z najwa Ň niejszych cech charakteryzuj Ģ cych paliwa stałe takie jak w ħ giel

kamienny i brunatny, koks, trociny jest warto Ļę opałowa paliwa. Warto Ļę opałow Ģ paliwa

oblicza si ħ na podstawie znajomo Ļ ci ciepła spalania paliwa oraz zawarto Ļ ci w nim wody i

wodoru. Tak ciepło spalania jak i warto Ļę opałow Ģ mierzy si ħ w kJ/kg.

Według definicji ciepłem spalania Q c nazywa si ħ ilo Ļę ciepła odniesion Ģ do jednego

kilograma paliwa, uzyskan Ģ po całkowitym i zupełnym spaleniu próbki paliwa w bombie

kalorymetrycznej i po schłodzeniu produktów spalania do temperatury pocz Ģ tkowej

substratów. Warto Ļę opałowa Q w jest to ilo Ļę ciepła odniesiona do jednego kilograma

paliwa, uzyskana po całkowitym i zupełnym spaleniu próbki paliwa w bombie

kalorymetrycznej i po schłodzeniu produktów spalania do temperatury pocz Ģ tkowej

substratów, zakładaj Ģ c, Ň e woda znajduj Ģ ca si ħ w spalinach pozostaje w stanie pary.

2. BOMBA KALORYMETRYCZNA.

Bezpo Ļ rednia metoda pomiaru warto Ļ ci opałowej paliw stałych polega na spaleniu w

atmosferze tlenu odpowiednio przygotowanej próbki, umieszczonej w szczelnie

zamkni ħ tym naczyniu zwanym bomb Ģ kalorymetryczn Ģ . Bomba ta zanurzona jest w

wodzie i ciepło wynikaj Ģ ce ze spalenia próbki paliwa zostaje przekazane wodzie poprzez

Ļ cianki bomby. Powoduje to wzrost temperatury wody.

Najbardziej znany jest kalorymetr Bertholta – Krokera – Mahlera. Bomba ta składa si ħ z

naczynia cylindrycznego o Ļ rednicy ok. 6 cm i wysoko Ļ ci 12 cm, wykonanego ze stali

kwaso- i ognioodpornej, zamykanego od góry nakr ħ can Ģ pokryw Ģ . W pokrywie s Ģ dwa

otwory zamykane zaworami iglicowymi. Otwór wlotowy słu Ň y do napełniania bomby

tlenem, drugi za Ļ do opró Ň niania bomby. Rurka wstawiona w otwór wlotowy si ħ ga

poni Ň ej tygla, w którym umieszczamy próbk ħ paliwa i ma za zadanie tak skierowa ę

strumie ı tlenu aby nie nast Ģ piło rozpylenie paliwa. W pokrywie bomby umieszczone s Ģ

dwa zaciski do przył Ģ czenia Ņ ródła pr Ģ du stałego o napi ħ ciu 4..6 V. Jeden z nich (+) jest

izolowany od pokrywy, drugi za Ļ (-) poł Ģ czony z korpusem bomby. Do zapłonu paliwa

słu Ň y cienki drucik ( o Ļ rednicy 0,1 .. 0,2 mm ) najcz ħĻ ciej stalowy ( Q c = 1600 kcal/kg )

zanurzony w próbce paliwa i doł Ģ czony do Ņ ródła pr Ģ du.

Widok stanowiska do pomiarów kalorymetrycznych.

3. PRZYGOTOWANIE PRÓBKI PALIWA.

Próbk ħ analityczn Ģ paliwa o bardzo małej ziarnisto Ļ ci ( zmielona ) nale Ň y dokładnie

wymiesza ę , po czym z ró Ň nych miejsc próbki pobra ę co najmniej 3 porcje o takiej ł Ģ cznej

masie aby po spaleniu temperatura wody w naczyniu kalorymetrycznym podniosła si ħ o

1,8 .. 3,0 o C ( warunek ten spełnia próbka paliwa o masie ok. 1 g ). Nast ħ pnie próbk ħ

nale Ň y zwa Ň y ę i umie Ļ ci ę w tyglu. Próbka mo Ň e by ę umieszczona w tyglu:

luzem

w postaci uformowanej pastylki

Najdogodniejszym i najprostszym sposobem jest umieszczenie próbki paliwa luzem w

tyglu. W tym przypadku łatwiej jest wa Ň y ę paliwo ju Ň umieszczone w tyglu. Zało Ň enie

drutu oporowego o długo Ļ ci ok. 10 cm dokonuje si ħ po zawieszeniu tygla w bombie.

Z paliwa, które daje si ħ prasowa ę , po sproszkowaniu tworzy si ħ pastylki o Ļ rednicy ok. 8

mm i o wysoko Ļ ci 6 .. 10 mm. Drut zapłonowy uprzednio zwa Ň ony musi zosta ę

wprasowany w pastylk ħ .

Je Ļ li w prasie formowano uprzednio pastylki innych próbek paliwa, nale Ň y odrzuci ę

dwie pierwsze pastylki aktualnie prasowanego paliwa aby unikn Ģę zanieczyszcze ı

pastylki resztkami poprzedniego paliwa.

W przypadku paliw o du Ň ej zawarto Ļ ci popiołów lub nie nadaj Ģ cych si ħ do

brykietowania zachodzi obawa niecałkowitego spalenia próbki. W takich przypadkach

pastylki tworzy si ħ z mieszaniny paliwa i kwasu benzoesowego w stosunku 4:1, a wynik

pomiaru odpowiednio koryguje w oparciu o dokładnie znane ciepło spalania kwasu

benzoesowego ( Q c = 6323 kcal/kg ).

4. PRZYGOTOWANIE BOMBY DO POMIARU.

Na dno bomby nale Ň y wpu Ļ ci ę pipet Ģ kilka mililitrów wody destylowanej, aby

umo Ň liwi ę rozpuszczanie si ħ w niej kwasów azotowego i siarkowego, powstaj Ģ cych

podczas spalania. Ilo Ļę wody powinna by ę stale jednakowa, równa ilo Ļ ci wody u Ň ytej do

oznaczenia warto Ļ ci cieplnej kalorymetru. Odwa Ň on Ģ próbk ħ badanego paliwa umieszcza

si ħ w bombie, zakr ħ ca szczelnie pokryw ħ i napełnia wn ħ trze bomby tlenem do ci Ļ nienia

2,0 ± 0,2 MPa przy badaniu w ħ gla brunatnego, 2,5 ± 0,2 MPa przy badaniu w ħ gla

kamiennego. Bomb ħ , podł Ģ czon Ģ do Ņ ródła pr Ģ du umieszczamy w naczyniu

kalorymetrycznym wypełnionym wod Ģ tak by cała bomba znajdowała si ħ poni Ň ej lustra

wody. Do naczynia kalorymetrycznego wkładamy termometr oraz mieszadło, które

zapewnia lepsz Ģ wymian ħ ciepła pomi ħ dzy wod Ģ i bomb Ģ kalorymetryczn Ģ . Nale Ň y

zwróci ę uwag ħ aby termometr nie stykał si ħ z bomb Ģ kalorymetryczn Ģ . Naczynie

kalorymetryczne zakrywamy pokryw Ģ z winiduru aby wyeliminowa ę wymian ħ ciepła z

otoczeniem.

5. POMIAR KALORYMETRYCZNY.

Po uruchomieniu mieszadła nale Ň y odczeka ę ok. 5 min w celu wyrównania

temperatury w kalorymetrze. Nast ħ pnie przyst ħ pujemy do wła Ļ ciwego pomiaru

kalorymetrycznego. Składa si ħ on z trzech okresów:

Okres pocz Ģ tkowy- trwa 5 min i słu Ň y do okre Ļ lenia stopnia wymiany ciepła z

otoczeniem. Dokonuje si ħ w nim pomiarów temperatury w 1-minutowych odst ħ pach.

Bezpo Ļ rednio po szóstym pomiarze naciska si ħ przycisk zapłonowy, obserwuj Ģ c czy

czerwona lampka kontrolna zapaliła si ħ . Je Ň eli czerwona lampka nie zapali si ħ lub nie

zga Ļ nie po chwili od zapalenia pomiar nale Ň y przerwa ę .

Okres główny – rozpoczyna si ħ z chwil Ģ wł Ģ czenia Ņ ródła napi ħ cia, odczytów

dokonuje si ħ w odst ħ pach 30 sekundowych. Okres główny ko ı czy si ħ z chwil Ģ gdy

dwie kolejne odczytane po sobie temperatury s Ģ jednakowe lub druga jest ni Ň sza

( okres ten trwa ok. 10 min ).

Okres ko ı cowy – zaczyna si ħ od ostatniego odczytu okresu pocz Ģ tkowego. W okresie

tym dokonujemy 5 pomiarów w odst ħ pach 1-minutowych.

6. OBLICZENIA

Obliczanie ciepła spalania dokonuje si ħ według wzoru:

Q c

(

)

gdzie:

Q c – ciepło spalania paliwa ( kJ/kg)

K – warto Ļę cieplna kalorymetru ( stała K ) ( J/1 o C )

p – poprawka temperatury wynikaj Ģ ca z wymiany ciepła układu kalorymetrycznego z

otoczeniem

t 1 – najwy Ň sza temperatura okresu głównego ( o C )

t – ostatnia temperatura okresu pocz Ģ tkowego ( bezpo Ļ rednio przed zapaleniem próbki ) ( o C )

Se – suma ciepła uzyskana z efektów cieplnych nie zwi Ģ zanych bezpo Ļ rednio z ciepłem

spalanego paliwa ( ciepło spalania drutu oporowego ) ( kJ/kg )

m – masa próbki paliwa ( kg )

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: