pobieranie: wyznaczanie_ciepla_spalania_i_wartosci_opalowej_paliw_cieklych_i_gazowych
Pobierz dokument docPrzeglądaj wersję html pliku:
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 Qc - 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 Qw - 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 Qc oraz wartość opałowa Qw_
5. Algorytm obliczeń.
wyznaczamy ze wzoru:
pg = pb+pg-ps [Pa]
gdzie: pb - ciśnienie barometryczne podczas pomiaru [Pa]
pg - nadciśnienie gazu w gazomierzu [Pa] (odczytane z manometru
gazomierza)
ps - ciśnienie nasyconej pary wodnej w gazie [Pa] (odczytane z tablic
dla temperatury gazu w gazomierzu)
Ilość spalanego gazu VgnSI [m3nSI] odniesioną do fizycznych warunków
normalnych obliczamy ze wzoru:
[m3nSI]
gdzie: Vg –objętość spalanego gazu [m3]
TN – temperatura w warunkach normalnych 273,15[K]
pN - ciśnienie w warunkach normalnych 101325[Pa]
[kJ/m3nSI]
gdzie: mw- masa wody chłodzącej zebrana w naczyniu [kg]
cw - średnie ciepło właściwe wody w przedziale mierzonych temperatur
[kJ/kgK]
tw przyrost temp wody w kalorymetrze (na wlocie i wylocie) [K]
VgnSI - objętość spalanego paliwa gazowego odniesiona do warunków
normalnych [m3nSI]
pg - całkowite ciśnienie gazu przed gazomierzem [Pa]
Tg - średnia temp, gazu w gazomierzu [K]
Wartość opałową Qw [kJ/m3nSI] badanego gazu w odniesieniu do
normalnych warunków fizycznych oblicza się ze wzoru:
Qw = Qc – r*m”
[kJ/m3nSI]
gdzie: Qw – ciepło spalania [kJ/m3nSI] badanego gazu w odniesieniu
do normalnych warunków fizycznych
r - entalpia skraplania dla temp. spalin odlotowych ts [kJ/kg]
(odczytana z tablic)
[kg/m3nSI]
gdzie: mk – masa skroplin [kg]
6. Przykład obliczeń dla tabeli wyników I.
Całkowite ciśnienie gazu przed gazomierzem:
pg = pb+pg-ps [Pa]
pb = 103900 [Pa]
pg = 120 [Pa]
ps = 1220,8 [Pa] (odczyt z tablic)
pg = 103900+120-1220,8
=102799,2 [Pa]
Ilość spalanego gazu odniesiona do fizycznych warunków normalnych:
[m3nSI]
Vg =0,01 [m3]
TN = 273,15[K]
pN = 101325[Pa]
Tg= 286,65[K]
= 0,00966 [m3nSI]
[kJ/m3nSI]
mw = 6,602[kg]
cw = 4,19[kJ/kgK]
tw = 13,99[K]
=41438,85[kJ/m3nSI]
Wartość opałowa badanego gazu w odniesieniu do normalnych warunków
fizycznych:
[kg/m3nSI]
mk = 0,01956 [kg]
=2,024[kg/m3nSI]
r = 2442,4[kJ/kg] (odczyt z tablic)
Qw = 41438,85-2442,4*2,024 = 36495,43
[kJ/m3nSI]
7. Analiza wyników pomiarów oraz wnioski.
Parametry gazu Gz 50 wg normy
Ciepło spalania: Qc ( 35000[kJ/m3nSI]
Wartość Opatowa: Qw (( 31000 [kJ/m3nSI]
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 Qc=41438,85[kJ/m3nSI] jak i wartość
opałowa Qw=36495,43[kJ/m3nSI] przekraczają, minimalne dopuszczalne
wartości tychże parametrów . Uzyskane wartości parametrów Qc i Qw
skłaniają do wyciągnięcia wniosku , iż ćwiczenie zostało
przeprowadzone poprawnie.
wyznaczanie_ciepla_spalania_i_wartosci_opalowej_paliw_cieklych_i_gazowych
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 Qc - 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 Qw - 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 Qc oraz wartość opałowa Qw_
5. Algorytm obliczeń.
wyznaczamy ze wzoru:
pg = pb+pg-ps [Pa]
gdzie: pb - ciśnienie barometryczne podczas pomiaru [Pa]
pg - nadciśnienie gazu w gazomierzu [Pa] (odczytane z manometru
gazomierza)
ps - ciśnienie nasyconej pary wodnej w gazie [Pa] (odczytane z tablic
dla temperatury gazu w gazomierzu)
Ilość spalanego gazu VgnSI [m3nSI] odniesioną do fizycznych warunków
normalnych obliczamy ze wzoru:
[m3nSI]
gdzie: Vg –objętość spalanego gazu [m3]
TN – temperatura w warunkach normalnych 273,15[K]
pN - ciśnienie w warunkach normalnych 101325[Pa]
[kJ/m3nSI]
gdzie: mw- masa wody chłodzącej zebrana w naczyniu [kg]
cw - średnie ciepło właściwe wody w przedziale mierzonych temperatur
[kJ/kgK]
tw przyrost temp wody w kalorymetrze (na wlocie i wylocie) [K]
VgnSI - objętość spalanego paliwa gazowego odniesiona do warunków
normalnych [m3nSI]
pg - całkowite ciśnienie gazu przed gazomierzem [Pa]
Tg - średnia temp, gazu w gazomierzu [K]
Wartość opałową Qw [kJ/m3nSI] badanego gazu w odniesieniu do
normalnych warunków fizycznych oblicza się ze wzoru:
Qw = Qc – r*m”
[kJ/m3nSI]
gdzie: Qw – ciepło spalania [kJ/m3nSI] badanego gazu w odniesieniu
do normalnych warunków fizycznych
r - entalpia skraplania dla temp. spalin odlotowych ts [kJ/kg]
(odczytana z tablic)
[kg/m3nSI]
gdzie: mk – masa skroplin [kg]
6. Przykład obliczeń dla tabeli wyników I.
Całkowite ciśnienie gazu przed gazomierzem:
pg = pb+pg-ps [Pa]
pb = 103900 [Pa]
pg = 120 [Pa]
ps = 1220,8 [Pa] (odczyt z tablic)
pg = 103900+120-1220,8
=102799,2 [Pa]
Ilość spalanego gazu odniesiona do fizycznych warunków normalnych:
[m3nSI]
Vg =0,01 [m3]
TN = 273,15[K]
pN = 101325[Pa]
Tg= 286,65[K]
= 0,00966 [m3nSI]
[kJ/m3nSI]
mw = 6,602[kg]
cw = 4,19[kJ/kgK]
tw = 13,99[K]
=41438,85[kJ/m3nSI]
Wartość opałowa badanego gazu w odniesieniu do normalnych warunków
fizycznych:
[kg/m3nSI]
mk = 0,01956 [kg]
=2,024[kg/m3nSI]
r = 2442,4[kJ/kg] (odczyt z tablic)
Qw = 41438,85-2442,4*2,024 = 36495,43
[kJ/m3nSI]
7. Analiza wyników pomiarów oraz wnioski.
Parametry gazu Gz 50 wg normy
Ciepło spalania: Qc ( 35000[kJ/m3nSI]
Wartość Opatowa: Qw (( 31000 [kJ/m3nSI]
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 Qc=41438,85[kJ/m3nSI] jak i wartość
opałowa Qw=36495,43[kJ/m3nSI] przekraczają, minimalne dopuszczalne
wartości tychże parametrów . Uzyskane wartości parametrów Qc i Qw
skłaniają do wyciągnięcia wniosku , iż ćwiczenie zostało
przeprowadzone poprawnie.
