Katedra Silników Salinowych i Pojazdów ATH ZAKŁAD TERMODYNAMIKI Pomiar cieła salania aliw gazowych
Wstę teoretyczny. Salanie olega na gwałtownym chemicznym łączeniu się składników aliwa z tlenem, czemu towarzyszy wydzielanie się cieła i światła. Cieło reakcji salania wywiązuje się rzez całkowite i zuełne salanie aliwa. Można je wyznaczyć rzez tzw. kalorymetrowanie aliwa. Cieło salania W g aliwa jest to ilość cieła, jakie wydziela się rzy całkowitym i zuełnym salaniu jednostki masy aliwa (1kg lub 1kmol) oraz o ochłodzeniu roduktów salania do temeratury oczątkowej substratów (aliwa i owietrza), rzy czym ara wodna w salinach ulega całkowitemu wykroleniu. Wartość oałowa W d aliwa to ilość cieła, która wydziela się o całkowitym i zuełnym salaniu jednostki masy aliwa oraz o ochłodzeniu roduktów salania (salin) do temeratury oczątkowej aliwa i owietrza, rzy założeniu, że ara wodna zawarta w salinach nie wykroliła się, czyli: gdzie: m w W d =W g - r n m w ilość kilogramów wody owstałej rzy saleniu 1 kilograma aliwa. Para wodna w kalorymetrze ulega zawsze skroleniu, rzeto wartości oałowej nie można wyznaczyć doświadczalnie. Wyznacza się ją za omocą obliczeń. Wyznaczanie cieła salania aliw jest tyowym rzykładem omiaru kalorymetrycznego oartego na zasadzie bilansu cielnego. Cieło wytworzone rzy salaniu całkowitym i zuełnym określonej ilości aliwa rzekazywane jest odczas omiaru do określonej masy wody chłodzącej co wywołuje rzyrost jej temeratury. Realizacja omiaru kalorymetrycznego dla aliw stałych oiera się również na omiarze kalorymetrycznym, lecz jest rzerowadzany w tzw. bombie kalorymetrycznej. Wyznaczanie wartości oałowej aliw gazowych kalorymetrem Junkersa. Wartość oałowa aliw gazowych oraz aliw ciekłych lekkich o niskiej temeraturze wrzenia rzerowadza się najdogodniej za omocą kalorymetru Junkersa (rys. 1).
Rys. 1. Kalorymetr Junkersa. Zasada omiaru olega na omiarze rzyrostu temeratury znanej masy wody chłodzącej rzeływającej rzez łaszcz kalorymetru strumieniem o stałym natężeniu, ogrzewanej gazami salinowymi-ciełem wywiązanym rzy salaniu znacznej ilości aliwa, salanego w sosób ciągły. Zasadniczymi elementami kalorymetru Junkersa są: secjalny alnik do salania aliwa, komora salania otoczona dwuściennym cylindrycznym łaszczem wodnym, system rur kierujący saliny rzez łaszcz wodny do wylotu, dwuścienny łaszcz wodny, którego wewnętrzna część stanowi komorę salania, cylindryczna obudowa oniklowana z zewnątrz w celu zmniejszenia wymiany cieła rzez romieniowanie. Woda chłodząca z sieci wodociągowej doływa do łaszcza orzez naczynie rzelewowe 1, zawór regulacyjny A i cylindryczną komorę, w której umieszczony jest czujnik termometru 8.
Termometr wskazuje temeraturę wody na wlocie do kalorymetru. Przeływająca rzez łaszcz woda chłodząca odbiera cieło wydzielone rzy salaniu znanej ilości aliwa, woda chłodząca ouszcza łaszcz wodny łynąc orzez urządzenie mieszające i drugą komorę, w której jest umieszczony czujnik termometru 9, do naczynia rzelewowego 2. Termometr 9 wskazuje temeraturę wody ogrzanej na wylocie z kalorymetru. Ta ilość wody, jaka rzełynęła rzez łaszcz od chwili rozoczęcia do zakończenia omiaru, jest rzez obrót kurka znajdującego się oniżej rzelewu 2 bez strat kierowania do wytarowanego naczynia 7 i ważona. Zadaniem naczyń rzelewowych 1 i 2 jest zaewnienie stałego ciśnienia, a zatem i stałego natężenia rzeływu wody chłodzącej rzez łaszcz wodny, niezależnie od zmian ciśnienia wody w sieci. Natężenie rzeływającej wody reguluje się zaworkiem na wlocie tak, aby średnia arytmetyczna z temeratur wody doływającej i odływającej była równa temeraturze otoczenia. Otymalną dokładność omiaru uzyskuje się rzy różnicy temeratur 6 10 C. Termometry 8 i 9 mają skalę z odziałką 0,1 C. Za omocą luy odczytuje się setne części stonia. Badany gaz z sieci dorowadza się do alnika Bunsena orzez gazomierz. Doływ owietrza do alnika Bunsena regulujemy tak, aby badany gaz salał się zuełnie, tj. łomieniem utleniającym niebieskiej barwy. Wylot alnika tkwi w komorze salania łaszcza wodnego. Gaz za gazomierzem można uważać za nasycony arą wodną w temeraturze okojowej. Gazy salinowe unoszą się oczątkowo w komorze salania ku górze, o czym oadają w dół rzez rurki rzechodzące rzez łaszcz wodny do komory dolnej i dalej uchodzą wylotem 5. Woda wykralająca się w komorze dolnej z gazów salinowych wyływa króćcem 6. Wodę tę zbiera się ilościowo do wytarowanej zlewki i waży. Temeratura salin uchodzących z kalorymetru jest o kilka stoni niższa od temeratury otoczenia. Wynikający stąd błąd jest niewielki i omijany w obliczeniach. Zgodnie z zasadą omiaru kalorymetrycznego omiar rozocząć można w chwili osiągnięcia równowagi układu, kiedy kontrolowane temeratury ozostają stałe, a temeratura uchodzących salin jest bliska temeraturze otoczenia. Rys.2 Schemat układu omiarowego.
Przebieg obliczeń Cieło salania W g [kj/nm 3 ] gazu oblicza się ze wzoru: Wg = m w( tw2 tw1) V N c w Gdzie: m w to masa wody chłodzącej, (t w2 - t w1 ) jest rzyrostem temeratury wody chłodzącej, c w V N cieło właściwe wody (c w = 4186.7 J/kgK), to objętość normalna gazu salonego odczas omiaru. Objętość gazu V g wskazana rzez gazomierz srowadza się do warunków normalnych (T n =273.15K, n =0.1MPa) rzy omocy wzoru: V N = V g ot + mg n s t g + Tn 273,15 Gdzie: ot mg jest ciśnieniem otoczenia, to ciśnienie manometryczne gazu wskazywane rzez manometr cieczowy umieszczony wewnątrz gazomierza, s ciśnienie nasycenia ary wodnej dla temeratury t g, t n, n temeratura i ciśnienie normalne. Wartość oałową (W d ) oblicza się ze wzoru: W d = W g r m s /V N Gdzie: r m s /V n to utajone cieło arowania wody (r=2500kj/kg) oznacza ilość kondensatu wykrolonego o saleniu 1Nm 3 gazu suchego.
Uwagi dotyczące rzerowadzania omiaru cieła salania aliw. W celu orawnego rzerowadzenia omiaru V g należy o uruchomieniu stanowiska omiarowego ustalić drogą regulacji natężeń rzeływu gazu lub wody chłodzącej taką temeraturę wody ouszczającej kalorymetr (t w2 ) aby średnia temeratura wody w kalorymetrze była równa temeraturze otaczającego owietrza. Celem tego działania jest zmniejszenie strat cieła (lub zysków) z owierzchni kalorymetru do otoczenia. Po ustaleniu temeratury w układzie należy jednocześnie: odczytać stan gazomierza, rzestawić odływ wody z kalorymetru z kierunku zlew na ołożenie do naczynia omiarowego wymienić od rurką odrowadzającą skroliny z kalorymetru zlewkę z okresu rzygotowania omiaru na naczyńko rzeznaczone na zbieranie skrolin Od tej chwili należy odczytywać temeratury wody na wejściu i wyjściu z kalorymetru (co ok.20s) Kilka razy w czasie omiaru należy odczytać temeraturę gazu t g, ciśnienie manometryczne gazu mg oraz temeraturę otoczenia. Gdy naczynie dla wody chłodzącej będzie ełne należy jednocześnie: odczytać stan gazomierza, rzestawić odływ wody z kalorymetru na ołożenie zlew, odstawić naczyńko ze skrolinami, a odstawić zlewkę. Nastęnie należy zważyć naczynie z wodą chłodzącą i naczyńko ze skrolinami. Wyniki omiarów zestawiamy w tabeli. W tabeli tej trzeba zaisać temeraturę otoczenia t ot oraz ciśnienie otoczenia ot. Pomiar owinno się wykonać kilka razy (rzynajmniej 3). Po zakończeniu omiaru należy zgasić alnik (rzez odcięcie doływu gazu), a w drugiej kolejności zamknąć doływ wody chłodzącej do kalorymetru.