6.DETERMINAREA CALDURII DE ARDERE A

6.1.1. Consideratii generale

Caldura de ardere (puterea calorica, impropriu denumita) a unui combustibil reprezinta energia termica degajata prin arderea completa a unitatii de cantitate din combustibilul dat [ kJ/(m³_N^.kg) sau kmol] . Dupa starea in care se gaseste apa in produsele arderii conform STAS 3361-62 se deosebesc: caldura de ardere superioara (Q_s) si caldura de ardere inferioara (Q_i), intre acestea existand relatia:

Q_i = Q_s - l_v . w [kJ/kg] (6.1)

in care l_v este caldura medie de vaporizare, in kJ/kg, (l_v ˜ 2512 kJ / kg); iar w - cantitatea de vapori de apa din produsele arderii, in kg vapori/kg combustibil. Caldura de ardere poate fi determinata intr-un calorimetru la volum constant (Q_v), sau la presiune constanta (Q_p).Deoarece diferenta dintre Q_v si Q_p este mica, practic se lucreaza cu Q_i, fara a se tine seama de procesul termodinamic sub care se degaja energia termica in procesele respective. La determinarea puterii calorice prin curent de apa, caldura de ardere superioara redusa la starea normala se calculeaza cu relatia:

[kJ / m³_N] , (6.2)

unde: m este cantitatea de apa in kg; c_pa = 4,1863 kJ/kg.grd - caldura masica pentru apa; t_e si t_i - temperatura apei la iesire si la intrare in calorimetru, in ^oC; V_o - volumul gazelor inainte de ardere redus la starea normala, in m³_N; f_m - factor de corectie a indicatiilor debitmetrului.

[m³_N], (6.3)

in care: V este volumul de gaze inainte de ardere la starea de masurare, in m³; T, p sunt temperatura si presiunea gazelor arse la starea de masurare, in K respectiv bar.

Caldura de ardere inferioara redusa la starea normala este:

[kJ / m³_N], (6.4)

unde: V_go este volumul de gaze arse raportat la starea normala, iar

w_c - cantitatea de condensat in kg.

6.1.2. Instalatia de masura

Fara a se face o descriere detaliata a instalatiei de masura, se precizeaza elementele componente ale acesteia: debitmetru, termometru, manometru cu lichid, racord, palnie, regulator de presiune, arzator, calorimetru propriu zis, conducte, filtru, robineti, conducta de prea-plin, dispozitiv de umezire a aerului, vas de colectare, vas gradat, cantar, contragreutati.

6.1.3. Mersul lucrarii. Determinarea factorului de corectie a

Presiunea gazului se regleaza intre 20 ... 40 mm H₂O, arzatorul se aprinde dupa ce acul indicator al debitului a facut o rotatie completa, debitul de gaz se regleaza la 100 litri / h, ceea ce corespunde la transmiterea a

3165 ± 160 kJ / h.

In tabelul 6.1 se indica timpul necesar pentru o rotatie a acului indicator al debitmetrului, corespunzator transmiterii a 3165 kJ / h.

Aerul se va regla cu rondela arzatorului, astfel incat flacara sa fie albastra.

Se stabileste circuitul de apa al calorimetrului, se pregateste vasul de colectare a apei si vasul gradat, arzatorul se introduce cu grija in calorimetru si se urmareste flacara printr-o oglinda metalica.

Factorul mediu de corectie a debitmetrului (a valorii citite la debitmetru), se determina cu relatia:

, (6.5)

unde: n reprezinta numarul de litri de gaz scurs, iar este factorul de corectie al unui litru, daca acul indicator arata "z" litri ( deci nu se citeste exact un litru, ci mai mult sau mai putin), operatia se repeta pentru doua sau trei rotatii complete, (n litri).

Timpul necesar pentru o rotatie a acului indicator

Nota: Temperatura gazelor arse la iesirea din calorimetru trebuie sa fie foarte apropiata de temperatura mediului ambiant; in acest caz V_o » V_go.

6.1.4. Prelucrarea si interpretarea rezultatelor

Marimile masurate si calculate se trec in tabelul 6.2.

Tabelul 6.2 Valori masurate.

Rezultatele obtinute se compara cu cele recomandate in literatura de specialitate.

6.2. Determinarea puterii calorice a combustibililor

6.2.1. Consideratii generale

La baza metodei automate pentru determinarea caldurii de ardere sta de asemenea principiul dupa care, intr-o incinta adiabata, cantitatea de caldura cedata prin arderea gazului este preluata integral de un curent continuu de apa.

Caldura de ardere superioara a gazului la starea de masurare este data de relatia:

[ kJ / m^3] , (6.6)

in care: Q este cantitatea de caldura primita de apa, in kJ; V-cantitatea de gaz, in litri; m-cantitatea de apa, in kg; c = 4,1863 kJ/(kg.K); D t - diferenta de temperatura a apei la intrarea, respectiv la iesirea din calorimetru, in ^oC.

S-a prevazut ca raportul (raportul intre cantitatea de apa si cea de gaz ce trece prin calorimetru) sa fie constant. Rezulta ca:

[ kJ / m^3] . (6.7)

Pentru c = ct., se considera k₁ = k.c, deci :

[ kJ / m^3] , ( 6.8)

iar,

[ kJ / m^3] , ( 6.9)

unde: q este caldura de vaporizare a apei de condensatie obtinuta prin arderea a unui m³ de gaz, exprimata in kJ / m³, determinabila cu relatia:

[ kJ / m^3] , ( 6.10)

in care w_c este masa condensului in kg.

Caldura de ardere superioara raportata la starea normala este:

[ kJ / m³_N] (6.11) iar caldura de ardere inferioara raportata la starea normala este:

[ kJ / m³_N ] , (6.12)

unde, factorul de corectie F se calculeaza cu relatia :

, (6.13)

in care : T_o = 273 K ; p_o = 1,01325 bar ; T = t + 273 K si p = p_{b +} p_m , in bar; p_b fiind presiunea barometrica si p_m - presiunea manometrica din conducta de alimentare cu gaz dupa regulatorul de presiune, in bar.

6.2.2. Instalatia experimentala

In figura 6.1 este prezentata schema calorimetrului indicator si inregistrator pentru determinarea caldurii de ardere.

Lucrarea isi propune de a verifica valoarea caldurii de ardere a combustibilului, citita la aparatul indicator si inregistrator. Se compara valorile caldurii de ardere citite, respectiv inregistrate cu valoarea determinata prin metoda neautomata. Deoarece raportul este constant la calorimetrul automat, se pot face citirile la termometre si milivoltmetre, independent de determinarile cantitat ilor de apa si gaz.

6.2.4. Prelucrarea si interpretarea rezultatelor

Modul de prelucrare a rezultatelor se arata printr-un exemplu de calcul. Pentru un gaz oarecare s-a determinat m kg de apa, corespunzand la trei rotatii complete ale contorului de gaz, astfel: masa totala = 5,650 kg; masa vasului = 1,210 kg; diferenta= 4,440 kg. Aceste valori reprezinta media a trei determinari. Pentru o rotatie a contorului de gaz corespunde 4,440 / 3 = 1,48 kg gaz. Cantitatea de gaz aferenta este de 4 litri, iar corectata dupa foaia de etalonare a aparatului este de 3,96 litri. Temperatura apei la intrare: t_i = 9,73 ^oC; temperatura apei la iesire t_e = 20,7 ^oC.

Fig.6.1. Calorimetru automat pentru gaze tip "JUNKERS-56": 1-regulator de gaz; 2-saturator; 3- racitor gaz; 4-contor gaz; 5-regulator de precizie; 6-separator de apa; 7-robinet gaz; 8-arzator; 9-colector; 10-pompa de apa; 11-regulator dublu prea-plin; 12-contor de apa; 13-vas de compensatie; 14,15-termometre; 16-coloana termoelectrica; 17-palnie colectoare; 18-racitor apa recirculare; 19-palnie de reglaj; 20-pahar; 21-conducta legatura cu umidificatorul; 22-umidificator; 23-gaze arse; 24-termometru; 25-teava condens; 26-coloana reducere la starea normala; 27- intrare apa racire; 28-palnie evacuare; 29-stut scurgere; 30-manometru gaz; 31-milivoltmetru inregistrator; 32-milivoltmetru indicator; 33-comutator.

Valoarea citita la aparatul inregistrator este de exemplu 17.200 kJ / m³. Temperatura gazului t_g = 21^oC, starea barometrica p_b = 0,97888 bar, presiunea manometrica p_m = 500 mm H₂O = 0,04905 bar. Factorul de corectie va fi : Caldura de ardere superioara redusa la starea normala este : kJ / m³_N.

Rezultatele marimilor masurate si calculate se trec in tabelul 6.3.

Tabelul 6.3 Marimi masurate si calculate

Tabelul 6.3 Continuare.

*) Valoare citita la aparatul inregistrator.

Rezultatele obtinute se compara cu cele recomandate in literatura de

specialitate.