laboratorio 1

1. INTRODUCCION:

El presente informe, elaborado en base a la experiencia llevada a cabo en el

laboratorio de termodinámica tiene la intensión de aplicar los conocimientos a

cerca de combustión y analizar los productos obtenidos mediante el uso de un

alanizador de gases digital, que es un quipo que mide la cantidad de gases

expulsados en un motor de combustión interna.

En este informe el lector contará con el concepto y ecuaciones relacionadas para

hacer el balance y determinar las variables necesitadas.

Finalmente esperando que este informe cumpla con su objetivo y sea de valor

informativo al lector que la tenga en sus manos.

2. OBJETIVOS:

- Determinación volumétrica porcentual de los gases, producto de la combustión

- Aplicar los procedimientos del análisis Gravimetrico y Volumetrico de los

gases, basándose en el Orsat y Bacharat

3. MARCO TEORICO:

Los combustibles utilizados están principalmente compuestos de Carbono C e Hidrogeno H. Estos compuestos se unen formando cadenas largas llamadas de hidrocarburos. Según sea la cadena forma compuestos diferentes como el Gasoil, gasolina, GPL, etc. Estos compuestos por si mismos no pueden utilizarse en el motor ya que necesitan añadirles aditivos para evitar la detonación, la congelación, la lubricación, etc. Al decir combustión nos referimos a una mezcla de Aire + Gasolina o Gasoil que han reaccionado al aplicarles una energía de activación. En este proceso el oxígeno necesario se encuentra en el aire.

Como resultado del funcionamiento del motor la reacción química anterior no se produce nunca tan perfecta resultando una serie de gases nocivos. Se dice que es una combustión completa. Casi siempre es incompleta.

Componentes de los gases de escape. En una combustión real nos podemos encontrar varios compuestos:

Inofensivas: Nitrógeno, Oxigeno, CO2, hidrogeno y vapor de agua. Nocivas: Monóxido de carbono CO, Hidrocarburos HC, Óxidos de Nitrógeno, Plomo y compuestos de plomo Pb, Dióxidos de azufre SO2, hollín, etc., Monóxido de carbono CO: Se produce cuando hay poco oxigeno disponible para la combustión y por tanto no llega para quemar todo el Carbono del combustible completamente quedando átomos de carbono unidos a solo un oxigeno formando el CO.

Es letal para los seres vivos ya que por ejemplo en el hombre puede fijarse a la hemoglobina 5 veces mejor que el oxigeno. Se genera en el interior del motor. En concentraciones altas y tiempos largos de exposición puede provocar en la sangre la transformación irreversible de la Hemoglobina, molécula encargada de transportar el oxígeno desde los pulmones a las células del organismo, en Carboxihemoglobina, incapaz de cumplir esa función. Por eso, concentraciones superiores de CO al 0,3 % en volumen resultan mortales.

Emisiones por el escape:Son las mas importantes de controlar. En la figura vemos la grafica tipo de composición de los gases de escape en función de su volumen y partes por millón en relación al valor lambda λ el cual nos define la riqueza de mezcla. también se incluyen dos curvas que dan idea del funcionamiento del motor, como son la curva del par (M) y la del consumo de gasolina (d).

λ=1 significa que estamos usando el aire teóricamente necesario, es decir 14,7 Kg. aire/ 1 Kg. de gasolina. Si λ>1 la mezcla es pobre Si λ<1 la mezcla es ricaEn la gráfica podemos ver que la menor cantidad de contaminantes se producen en las proximidades del valor λ=1

Composición de los gases. Curva típica. Emisión gases en función de Lambda para un motor genérico antes del Catalizador.

El analizador ORSAT:El equipo analizador llamado Orsat, permite individualizar y cuantificar los gases ´ácidos (anhídrido carbónico, anhídrido sulfuroso y otros gases ´ácidos eventualmente presentes, en su conjunto), el oxígeno y el monóxido de carbono en una muestra gaseosa. Se emplea con frecuencia en el estudio de gases de combustión, provenientes de hornos, motores de combustión, etc.

Consiste sumariamente en una bureta graduada conectada en su parte superior a un manifold constituido por tubos de pequeño diámetro con 4 o 5 llaves de paso. Una de las llaves se encuentra en el extremo opuesto al de la bureta y a través de ella se accede a la muestra gaseosa por una vía y a la atmosfera por otra, esto permite efectuar el purgado del equipo con el gas a ensayar, las otras llaves comunican cada una con una pipeta de absorción. Por su parte inferior la bureta comunica con un frasco de nivel que contiene el líquido que permitirá confinar el gas y efectuar los desplazamientos necesarios dentro del equipo. La bureta está sumergida en una camisa de agua. La bureta tiene una capacidad de 100 ml, con graduaciones, a partir de 0 ubicado en la parte inferior de ´esta, que marcan milímetros con una precisión de 0.2 ml. Los gases a ensayar se toman según criterios establecidos tendientes a obtener una muestra representativa, teniendo en cuenta la variación de velocidad y composición de los mismos en función particularmente de la temperatura. Se debe evitar contaminación con aire. Las pipetas de absorción contienen por su orden de relación con su proximidad a la bureta de absorción, los siguientes reactivos: 1- Solución alcalina de hidróxido de potasio, KOH, en agua en una proporción de 33 % en peso. Esta solución retiene en su totalidad los gases ácidos, formando las sales de potasio correspondientes. 2- Solución alcalina de pirogalol en hidróxido de potasio al 50 % en peso. Esta solución retiene cuantitativamente el oxígeno. Se produce una compleja reacción de oxidación.

3- Solución de cloruro cuproso (Cu2Cl2) en ácido clorhídrico (HCl) concentrado. Esta solución retiene el monóxido de carbono, con el cual da un compuesto de adición estableciéndose el siguiente equilibrio: CuCl2 + 2CO = CuCl2, 2CO Cuando esta solución se desgasta el compuesto de la derecha libera CO en lugar de absorberlo. Por esta razón suelen usarse 2 pipetas de absorción con cloruro cuproso.

4. PROCEDIMIENTO:

- Se enciende el auto- Se procede a abrir el capot- Se coloca la sonda del analizador en el tubo de escape del auto- Encendemos el analizador Digital- Aceleramos el auto a diferentes RPM- Se analizan los datos obtenidos por el analizador Digital

5. CALCULOS REALIZADOS

Datos Obtenidos:

RPM %CO2 %O2 %CO

1 3020 15.0 0.16 0.15

2 3210 15.2 0.07 0.41

3 3190 15.0 0.01 0.19

4 3130 15.1 0.00 0.28

5 3140 15.1 0.00 0.24

6 2990 15.0 0.00 0.35

7 2530 15.2 0.00 0.20

1)Ec Real:

C xH y+a . (O2+3.76 . N2 )=15CO2+0.16O2+0.15CO+L .H 2O+84.69N 2

Del balance se obtieneX=15.15Y=29.156L=14.578a=22.524

Ec Teorico:C15.15H29.156+b . (O2+3.76 . N2 )=M CO2+N . H2O+Z N2

Del balance se obtieneM=15.15N=14.578b=22.439Z=84.37

Luego:

(Ra /c)R=22.524(2 x16+3.76 x 14 x2)

12x 15.15+29.156 x 1=14.657

(Ra /c)T=22.439(2x 16+3.76 x14 x 2)

12 x15.15+29.156 x1=14.6

%Exc=(Ra/ c)R−(Ra /c )T

(Ra /c)T=14.657−14.6

14.6=0.4 %

2) Ec Real:C xH y+a . (O2+3.76 . N2 )=15.2CO2+0.07O2+0.41CO+L . H 2O+84.32 N2


Ec Teorico:C15.61H27.8+b . (O2+3.76 .N2 )=MCO2+N . H2O+Z N2


Luego:

(Ra /c)R=22.425(2x 16+3.76 x14 x 2)

12x15.61+27.8 x 1=14.31

(Ra /c)T=22.56 (2x 16+3.76 x14 x 2)

12 x15.61+27.8 x1=14.39


(Ra /c)T=14.31−14.39

14.39=−0.55 %

3)Ec Real:C xH y+a . (O2+3.76 . N2 )=15CO2+0.01O2+0.19CO+L. H2O+84.8N2


Ec Teorico:C15.19H29.79+b . (O2+3.76 . N2 )=M CO2+N . H2O+Z N2


Luego:

(Ra /c)R=22.55(2x 16+3.76 x14 x2)

12 x15.19+29.79x 1=14.597

(Ra /c)T=22.638(2x 16+3.76 x14 x 2)

12 x15.19+29.79 x1=14.654


(Ra /c)T=14.597−14.654

14.654=−0.38 %

4)Ec Real:

C xH y+a . (O2+3.76 . N2 )=15.1CO2+0.28CO+L .H2O+84.62N2

Del balance se obtieneX=15.38Y=29.04

L=14.52a=22.5

Ec Teorico:C15.38H29.04+b . (O2+3.76 .N2 )=MCO2+N . H2O+Z N 2


Luego:

(Ra /c)R=22.5(2 x16+3.76 x14 x2)

12 x15.38+29.04 x 1=14.46

(Ra /c)T=22.64 (2 x16+3.76 x14 x2)

12 x15.38+29.04 x 1=14.55


(Ra /c)T=14.46−14.55

14.55=−0.6%

5)Ec Real:

C xH y+a . (O2+3.76 . N 2 )=15.1CO2+0.24CO+L .H 2O+84.66 N2


Ec Teorico:C15.34H29.18+b . (O2+3.76 .N2 )=MCO2+N . H2O+Z N 2


Luego:

(Ra /c)R=22.516(2 x16+3.76 x 14 x2)

12 x15.34+29.18x 1=14.494

(Ra /c)T=22.636 (2x 16+3.76 x14 x 2)

12 x15.34+29.18 x 1=14.57


(Ra /c)T=14.494−14.57

14.57=−0.52 %

6)Ec Real:

C xH y+a . (O2+3.76 . N2 )=15CO2+0.35CO+L .H 2O+84.65N2


Ec Teorico:C15.35H29.353+b . (O2+3.76 . N 2 )=M CO2+N . H2O+Z N2


Luego:

(Ra /c)R=22.51(2x 16+3.76 x14 x 2)

12 x15.35+29.353 x1=14.47

(Ra /c)T=22.688(2x 16+3.76 x14 x 2)

12 x15.35+29.353 x1=14.5847


(Ra /c)T=14.47−14.5847

14.5847=−0.78 %

7)Ec Real:

C xH y+a . (O2+3.76 . N2 )=15.2CO2+0.2CO+ L. H 2O+84.6N 2


Ec Teorico:C15.4H 28.8+b . (O2+3.76 . N2 )=M CO2+N .H 2O+Z N2

Del balance se obtiene

M=15.4N=14.4b=22.6Z=84.976

Luego:

(Ra /c)R=22.5(2 x16+3.76 x14 x2)

12 x15.14+28.8x 1=14.675

(Ra /c)T=22.6 (2x 16+3.76 x14 x 2)

12 x15.14+28.8 x 1=14.74


(Ra /c)T=14.657−14.6

14.6=−0.44 %

6. GRAFICOS:

14.95 15 15.05 15.1 15.15 15.2 15.2514.1

14.2

14.3

14.4

14.5

14.6

14.7

14.8

Series2

CO2

(Ra/c)R

14.95 15 15.05 15.1 15.15 15.2 15.2514.2

14.3

14.4

14.5

14.6

14.7

14.8

Series2

CO2

(Ra/c)T

00.02

0.040.06

0.08 0.10.12

0.140.16

0.1814.1

14.2

14.3

14.4

14.5

14.6

14.7

14.8

Series2

O2

Ra/c)R

00.02

0.040.06

0.08 0.10.12

0.140.16

0.1814.2

14.3

14.4

14.5

14.6

14.7

14.8

Series2

O2

Ra/c)T

0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.4514.1

14.2

14.3

14.4

14.5

14.6

14.7

14.8

Series2

CO

Ra/c)R

0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.4514.2

14.3

14.4

14.5

14.6

14.7

14.8

Series2

CO

Ra/c)T

7. CONCLUSIONES:

- Podemos aplicar los conocimientos aprendidos en termodinámica para realizar los análisis de gases

- Se puede observar que el porcentaje en volumen de CO y O2 es muy baja en comparación con el CO2

- La relación aire-combustible es cercano a 15 o lambda=1

- Las curvas graficadas nos da a conocer un cercano comportamiento del motor en la expulsión de gases a diferentes revoluciones

laboratorio 1

Documents

Transcript of laboratorio 1