Kalorymetria paliw gazowych

Transkrypt

1 Katedra Termodynamiki, Teorii Maszyn i Urządzeń Cielnych W9/K2 Miernictwo energetyczne laboratorium Kalorymetria aliw gazowych Instrukcja do ćwiczenia nr 7 Oracowała: dr inż. Elżbieta Wróblewska Wrocław, aździernik 2015 r.

2 I. WSTĘP TEORETYCZNY Ciełem salania s nazywamy ilość cieła uzyskaną rzy zuełnym saleniu jednostki masy aliwa o ostudzeniu salin do temeratury oczątkowej substratów, rzy czym ara wodna owstała w czasie salania zostaje dorowadzona do stanu ciekłego. Wartością oałową i nazywamy ilość cieła uzyskaną rzy zuełnym saleniu jednostki masy aliwa o ostudzeniu salin do temeratury oczątkowej substratów, rzy czym woda owstała w czasie salania ozostaje w stanie ary. Kalorymetr Junkersa jest urządzeniem rzeływowym, służącym do wyznaczania cieła salania i wartości oałowej aliwa gazowych i ciekłych. Salanie w kalorymetrze odbywa się rzy stałym ciśnieniu, równym ciśnieniu atmosferycznemu. Pracuje on w stanie ustalonym, tzn. rzy wystęującym stałym natężeniu rzeływu salanego gazu i stałym natężeniu rzeływu wody chłodzącej. W warunkach ustalonych temeratury w oszczególnych unktach kalorymetru są stałe, a jego energia wewnętrzna również jest stała. II. STANOWISKO POMIAROWE Badany gaz doływa do gazomierza mokrego (1) wyełnionego wodą (gaz, wskutek rzejścia rzez gazomierz mokry nasycony jest arą wodną, salany gaz jest więc gazem wilgotnym). Gazomierz wskazuje objętość salonego gazu V g, jego ciśnienie bezwzględne g i temeraturę t g. Parametry te mierzone są na wylocie z gazomierza. Po wyjściu z gazomierza badany gaz kierowany jest do dzwonowego regulatora ciśnienia (2). Jego zadaniem jest utrzymanie stałego nadciśnienia gazu doływającego do alnika, co zaewnia stałe natężenie rzeływu gazu. Zalecane jest takie dobranie natężenia rzeływu gazu, aby ilość cieła wywiązanego w kalorymetrze w ciągu godziny nie rzekroczyła kj. Płomień alnika (3) owinien być sokojny, nieświecący i niebieski. Gdy łomień jest świecący mamy do czynienia ze salaniem niezuełnym. Zaalony alnik wrowadza się do wnętrza komory salania i mocuje się tak, by był stabilny. Należy amiętać, aby rzed wrowadzeniem alnika do komory salania otworzyć rzeływ wody chłodzącej. Palnik owinien być umieszczony jak najwyżej i możliwie w osi komory salania (4). Woda chłodząca doływa z ewnym nadmiarem do naczynia rzelewowego (5), w którym utrzymuje się stały oziom a-a. Przeływ wody należy wyregulować za omocą zaworu regulującego tak, aby rzyrost temeratury wody o rzejściu rzez kalorymetr nie rzekraczał 10-12ºC. Po rzełynięciu rzez naczynie rzelewowe woda omywa termometr wskazujący temeraturę dolotową t 1. Woda rzeływając rzez labirynt (6) odbiera cieło od salin rzez ściankę komory salania. 2

3 Dlatego też na wyływie z kalorymetru temeratura wody wylotowej t 2 jest wyższa od temeratury wody dolotowej t 1. Na odływie umieszczone jest drugie naczynie rzelewowe (7), które zaewnia stałość oziomu b-b. Dzięki stałej różnicy oziomów H, w czasie rzerowadzania omiaru wystęuje stałe natężenie rzeływu wody. Rys. 1. Schemat kalorymetru Junkersa [3] W czasie omiaru do cieła salania oałowej sala się 10 dm 3 gazu i jednocześnie zbiera się do odowiedniego naczynia wodę odgrzaną w kalorymetrze Junkersa i wyznacza jej masę m w. Odczytuje się też wartość temeratury t g i nadciśnienia gazu g na wskaźnikach na gazomierzu mokrym oraz temeraturę wody dolotowej do kalorymetru t 1 i wylotowej z urządzenia t 2. 3

4 III. PRZEBIEG ĆWICZENIA 1) Włączyć obieg wody chłodzącej. 2) Zaalić alnik i ustalić wielkość strumienia salanego gazu, umieścić alnik w komorze salania dokładnie mocując na zaczeach. 3) Wyregulować strumień masy wody chłodzącej tak, aby różnica temeratury wody dolotowej i wylotowej nie rzekraczała 10-12ºC. 4) Salając 50 dm 3 gazu zbierać skroliny do kolby omiarowej (do wyznaczenia wartości oałowej). 5) Jednocześnie, rzy w/w omiarze, strumień wody chłodzącej odrowadzanej do zlewu skierować do wiadra, na czas odowiadający salaniu 10 dm 3 gazu (do wyznaczania cieła salania), a nastęnie onownie skierować do zlewu. 6) W czasie wykonywania całego omiaru należy w jednakowych odstęach (n. co 2-2,5 dm 3 gazu) odczytać jednocześnie t 1, t 2, t g oraz g. 7) Po zakończonym omiarze należy wyjąć alnik z komory salania i odciąć doływ gazu a nastęnie doływ wody chłodzącej. 8) Wyznaczyć objętość wody i skrolin, zgromadzonych odowiednio w wiadrze i kolbie omiarowej. 9) Odczytać temeraturę i ciśnienie otoczenia. IV. OBLICZENIA Z uzyskanych na drodze omiaru danych t 1, t 2, t g, g należy obliczyć wartości średnie. Nastęnie wyznacza się cieło salania gazu ze wzoru: s m = w c w ( ) t 2śr - V g t 1śr gdzie: m w masa wody chłodzącej, kg c w cieło właściwe wody, c w = 4,19 kj kgk t 2śr średnia temeratura wody wylotowej, ºC, t 1śr średnia temeratura wody dolotowej, ºC, V g salona objętość gazu wilgotnego, m 3 W celu wyznaczenia wartości oałowej badanego gazu sala się 50 dm 3 gazu i jednocześnie zbiera się skroliny sływające z komory salania. Wartość oałowa: 4

5 i = s - rh 2O m V k gk gdzie: rh 2 O - cieło arowania wody, r H O = 2257, 104kJ kg 2 m k masa skrolin zebrana w czasie salania objętości gazu V gk, kg V gk salona objętość gazu wilgotnego, m 3 Saliny ouszczające kalorymetr nasycone są arą wodną, owietrze użyte w rocesie salania ma nieznaną wilgotność względną oraz wystęuje zjawisko zmniejszenia objętości odczas salania (kontrakcja). Wskutek owyższego nie mamy ewności czy w kalorymetrze wykroliła się cała masa ary wodnej jaka owstała wskutek salania wodoru zawartego w aliwie. Dlatego też, otrzymane cieło salania może być obarczone błędem, który znosi się rzy obliczaniu wartości oałowej, gdyż masa skrolin m k jest masą rzeczywiście wykrolonej ary wodnej. Uzyskane wartości cieła salania s i wartości oałowej i odnoszą się do jednostki objętości gazu wilgotnego w warunkach anujących na wylocie z gazomierza. Aby obliczyć wartości ważne dla gazu suchego i warunków normalnych należy uwzględnić wsółczynnik redukcji a: T a = T n g ag - n H 2O ag b g gdzie: ag bezwzględne ciśnienie salonego gazu, Pa 2 rężność nasyconej ary wodnej w temeraturze T g gazu wilgotnego, Pa H O T n temeratura normalna, 273,15K n ciśnienie normalne, Pa T g temeratura gazu wilgotnego, K b ciśnienie barometryczne, Pa Cieło salania sn i wartość oałowa in w warunkach normalnych: = s sn a = i in a 5

6 V. ZADANIA DO WYKONANIA 1) Wykonać omiary. 2) Obliczyć wielkości średnie z omiarów (t 1, t 2, t g, g ). 3) Obliczyć cieło salania i wartość oałową aliwa gazowego oraz dzięki obliczeniu wsółczynnika redukcji wyznaczyć sn oraz in. 4) Sformułować wnioski. LITERATURA [1] Laboratorium rocesów termonenergetycznych, tom I od red. A. Negrusza, Politechnika Wrocławska, Wrocław 1987 [2] Miernictwo energetyczne. Pomiary odstawowych wielkości z zakresu techniki cielnej, od red. A. Negrusza i M. Sąsiadka, Politechnika Wrocławska, Wrocław1977 [3] Negrusz A. Stańda J., Badania rocesów termoenergetycznych, cz. I, Politechnika Wrocławska, Wrocław

7 Ćwiczenie nr 7 Miernictwo Energetyczne Protokół omiarowy z dnia b= Pa, t ot = ⁰C, m w = kg, m k = kg H2O = Pa L.. t 1, ⁰C t 2, ⁰C t g, ⁰C g, Pa L.. t 1, ⁰C t 2, ⁰C t g, ⁰C g,pa średnia 7