I)
OBJETIVOS:
Conocer mediante la experiencia de laboratorio la temperatura de
inflamacin y de combustin del aceite combustible utilizado
Conocer qu es la temperatura de Inflamacin y la temperatura de
combustin de un combustible y su importancia en la Ingeniera
Conocer el funcionamiento del vaso de ensayos cerrado
Pensky-Martens.
FUNDAMENTO TERICO
DETERMINACIN DEL PUNTO DE INFLAMACIN Y DE COMBUSTIN DE
LUBRICANTES Y COMBUSTIBLES
ACEITES COMBUSTIBLES Y ACEITES LUBRICANTES
COMBUSTIBLES DIESEL:son hidrocarburos lquidos que se emplean
como combustibles en motores de combustin interna del tipo de
ignicin por compresin, se obtienen a partir del proceso de
refinacin del petrleo, se les conoce comnmente con el nombre de
destilados medios y se caracterizan porque estn constituidos por
fracciones de destilado que destilan a una temperatura mayor que la
del querosene, a las cuales se les puede agregar aditivos con el
propsito de mejorarles sus caractersticas de comportamiento y su
estabilidad de almacenamiento. Se emplean en motores de baja y alta
velocidad de las instalaciones industriales o en motores de
vehculos automotores de servicio pesado, tales como tractores,
autobuses o vehculos similares, los cuales prestan servicios que
involucran velocidades uniformes y cargas relativamente altas.
Los aceites combustibles diesel debern estar constituidos
esencialmente por hidrocarburos lquidos que se obtienen a partir
del proceso de refinacin del petrleo, a los cuales se podrn agregar
pequeas cantidades de aditivos con el propsito de mejorar sus
caractersticas de comportamiento y su estabilidad de
almacenamiento. Los aceites combustibles diesel debern ser lquidos
homogneos y estables, y su aspecto deber ser claro y brillante.
Adems debern estar libres de cidos inorgnicos, de arenilla, de
materiales fibrosos, de agua libre y de cualquier otro tipo de
materia extraa que pueda daar o interferir con la operacin normal
del equipo.
PUNTO DE INFLAMACIN DE LOS ACEITES COMBUSTIBLESEs la mnima
temperatura a la cual un combustible lquido emana vapores
suficientes como para formar una mezcla inflamable con el aire
alrededor de la superficie.Es la temperatura mnima a la cual un
lquido inflamable desprende suficiente vapor para formar una mezcla
inflamable con el aire que rodea la superficie del lquido o en el
interior del recipiente empleado.
En los ensayos para determinar ese punto se suele emplear una
pequea llama como foco de ignicin. El lquido se calienta lentamente
desde una temperatura supuestamente inferior y a incrementos
crecientes de temperatura se aplica una llama de prueba a la cmara
de vapor. El punto de inflamacin es la temperatura a la cual se
observa un destello (flash) al aplicarse la llama o fuente de
ignicin. Los ensayos estn normalizados en vaso cerrado y en vaso
abierto. Los de vaso cerrado pueden hervir como referencia de
peligro para aquellos procesos realizados dentro de recipientes y
los de vaso abierto para operaciones de manipulacin, trasvases con
recipientes abiertos, derrames, etc. La temperatura de inflamacin
en vaso abierto es un poco superior a la de vaso cerrado. La
temperatura de inflamacin o destello de un lquido inflamable o
combustible se suele encontrar en manuales especializados sobre
incendios o explosiones o sobre caractersticas de peligrosidad de
productos. En caso de no disponer de la temperatura de inflamacin
ti de hidrocarburos en vaso cerrado, se puede estimar de forma
orientativa a partir del punto de ebullicin te mediante la
siguiente frmula:ti = 0,683 te -71,7Siendo:ti = temperatura de
inflamacin, Cte = temperatura de ebullicin inicial, C
La temperatura de inflamacin o destello de un lquido inflamable
es una propiedad fundamental en relacin con el peligro de incendio
y explosin.Si la temperatura de un lquido est por debajo de su
punto de inflamacin, no puede existir suficiente concentracin de
vapor inflamable para que pueda ocurrir la ignicin. Sin embargo
debe observarse que en el caso de formarse nieblas de lquidos
inflamables, pueden inflamarse al entrar en contacto con una fuente
de ignicin, por debajo de su punto de inflamacin. Estas nieblas se
pueden originar por enfriamiento de vapores o por medios mecnicos
como en pulverizaciones o rociados. Se conoce un caso de accidente
con lesiones de quemaduras, al encender un cigarrillo mientras se
realizaba una operacin de rociado de herbicida mediante una bomba
de pulverizacin en una maana fra de invierno. A pesar de que la
temperatura ambiente era inferior al punto de inflamacin del
lquido, la llama de la cerilla gener la suficiente energa calorfica
para crear una mezcla inflamable de vapor a partir de las minsculas
gotculas de la niebla pulverizada. Lo mismo puede ocurrir con
espumas aunque estn por debajo de su punto de inflamacin.
PUNTO DE COMBUSTIN DE LOS ACEITES COMBUSTIBLES
El punto de combustin es la temperatura ms alta a la cual
continuarn ardiendo los vapores de aceite, una vez que se han
encendido.Los puntos de inflamacin y de combustin pueden variar de
acuerdo con la naturaleza del petrleo crudo original, la viscosidad
y el mtodo de refinacin. Para la misma viscosidad y el mismo grado
de refinacin, los aceites parafnicos tienen puntos de inflamacin y
de combustin ms altos que los aceites naftenicos.
MEDICIN DEL PUNTO DE INFLAMACIN Y COMBUSTINPOR COPA CERRADA
Resumen del Mtodo
En este mtodo una porcin de muestra es calentada a velocidad
constante y le es aplicada una llama de prueba a intervalos
regulares. El punto de inflamacin es la temperaturams baja,
corregida por presin baromtrica, a la que la aplicacin de la llama
de prueba o la fuente de ignicin hace que los vapores de la muestra
hagan ignicin.Se utiliza para determinaciones de punto de
inflamacin a lquidos con viscosidades menores a5.5centistokes (cSt)
a 104F (40C) o menor a 9.5cSt a 77F (25C) cuyos puntos de
inflamacin sean menores a200F (93C) a excepcin de lquidos que
tiendan a formar una superficie o contengan slidos en suspensin. Es
tpicamente usado para medir el punto de inflamacin en combustibles
de aviacin.
Descripcin Conforme a las especificaciones del mtodo ASTM D56
Disponible con calentamiento elctrico o a gasPermite la
determinacin de punto de inflamacin por el mtodo de copa cerrada
TAG. El equipo incluye un control variable de calentamiento con
valores ajustables de 0 a 100% continuo sin pasos intermedios. El
mecanismo de aplicacin de la llama es cuidadosamente construido
cumpliendo lo requerido por la norma y permitiendo la aplicacin de
llama con simplemente girar una perilla. Incluye el bao lquido,
copa de prueba en bronce, soportes para los termmetros y medida
para ajustar la llama de prueba. El sistema de calentamiento esta
ensamblado en una base independiente para facilitar el manejo.
BOMBA CALORIMETRICA DE EMERSON
Basa su funcionamiento en los principios de transferencia de
calor para lo cual se lleva una cantidad determinada de combustible
hasta su temperatura de ignicin; el calor desarrollado por la
combustin es transmitido a un elemento fluido (en nuestro caso
agua); lo cual nos permite medir el calor liberado por el
combustible.
El poder calorfico obtenido es a volumen constante, puesto que
un hay flujo msico; cabe mencionar que esta difiere muy poco del
poder calorfico a presin constante (1%), por tanto para clculos de
ingeniera pueden tomarse indistintamente estos poderes calorficos
mencionados.
Esta bomba presenta una camiseta de agua segn se aprecia en la
figura mostrada ms adelante pudiendo agregar calor desde un medio
externo hacia esta camiseta obtenindose entonces condiciones de
temperatura uniforme con el adecuado control de esta transferencia
de calor; como segunda alternativa podramos dejar esta camiseta
vaca y obtener condiciones con similitud adiabtica.
DESCRIPCINLa bomba calorimtrica es un dispositivo utilizado para
estimar el poder calorfico de un combustible cuando ste se quema a
volumen constante. Se inyecta el combustible a analizar y la
cantidad de oxgeno necesaria para que ocurra la combustin, que
inicia mediante ignicin por medio de un conductor elctrico en
cortocircuito. Con el fin de absorber el calor liberado, la bomba
se sumerge en una camisa de agua; el sistema debe estar aislado
trmicamente con el fin de evitar prdidas de calor. El calor
liberado se mide teniendo en cuenta la diferencia de temperaturas
del agua del calormetro, la masa del combustible, la masa de la
bomba calorimtrica, y despus de aplicar algunos factores de
correccin.
1. Agitador elctrico2. Bomba calorimtrica3. Camisa aislante4.
Recipiente para el agua5. Sonda de temperatura6. Cable de ignicin7.
Tapa
COMBUSTINLacombustines unareaccin qumicadeoxidacin, en la cual
generalmente se desprende una gran cantidad de energa, en forma
decaloryluz, manifestndose visualmente comofuego.En toda combustin
existe un elemento que arde (combustible) y otro que produce la
combustin (comburente), generalmenteoxgenoen forma de O2gaseoso.
Losexplosivostienen oxgeno ligado qumicamente, por lo que no
necesitan el oxgeno del aire para realizar la combustin.Los tipos
ms frecuentes de combustible son lasmaterias orgnicasque
contienencarbonoehidrgeno. En una reaccin completa todos los
elementos que forman el combustible se oxidan completamente. Los
productos que se forman son eldixido de carbono(CO2) y elagua,
eldixido de azufre(SO2) (si el combustible contiene azufre) y
pueden aparecerxidos de nitrgeno(NOx), dependiendo de
latemperatura, la cantidad de oxgeno en la reaccin y, sobre todo de
la presin.
ECUACIN QUIMICA
PROCEDIMIENTO DE LAS EXPERIENCIAS
MATERIALES UTILIZADOS
Vaso de ensayos cerrado Pensky-Martens
Petrleo Termmetro
17
DATOS DE LA ZONA DE TRABAJO
Presin baromtrica: 755 mmHg Temperatura de bulbo seco: 23.31 C
Temperatura de bulbo hmedo: 21.64 C Humedad relativa: 85 %
PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO
1) Verter el combustible (petrleo) en el recipiente de prueba
hasta la marca en la probeta.2) Colocar el recipiente en la cmara
cerrada para el calentamiento de la probeta3) Ubicar el termmetro
para medir el incremento de temperatura.4) Asegurar la tapa y
conectar el agitador.5) Encender el restato a un nivel de 40% para
que caliente constantemente el combustible.6) Se enciende el
mechero de gas con ayuda de unos fsforos, sta nos ayudar a probar
la inflamacin de los gases que volatilizan.7) Revisar la reaccin de
los gases que emite el combustible al fuego cada cierto incremento
de temperatura.8) Verificar las temperaturas de inflamacin que es
donde se apagar el mechero y la temperatura de combustin que es
donde se encender el gas calentado durante ms de 5 segundos.
CALCULOS Y RESULTADOS:
Ensayo de vaso cerrado Pensky-Martens:
Sustancia: Petrleo Diesel 2
Temperatura de Inflamacin: 104C
Temperatura de Combustin: 112C
Propiedades Diesel 2: Diesel-oil Lquido Artificial 10000 a 10500
KJ/Kg Punto de ebullicin: 282-338C Punto de fusin: -30 - -18C
Densidad: 0,87 - 0,95 g/cm Solubilidad en agua, g/100 ml a 20C:
0,0005 Temperatura de inflamacin: 65- 85 C. Temperatura de
Combustin: 110-120C
OBSERVACIONES:
En el momento que al aplicar la llama se produzca un destello en
el interior del recipiente se determinara el punto de
inflamacin.
Al acercar la llama nuevamente, si los gases se inflaman y
continan ardiendo por lo menos 5 segundos, se indicara que ese es
el punto de combustin.
Hemos observado que nuestras temperaturas son muy distintas de
las del combustible que hemos probado.
Hemos visto que es importante tomar en cuenta el calor aplicado
por el restato ya que puede cambiar muy buscamente la temperatura y
no podramos medir con exactitud cundo vaporizan los gases.
RECOMENDACIONES
Dado que la llama constante es de baja intensidad, cada vez que
sea expuesta al gas del combustible es probable que se apague, por
lo cual, se debe tener un fosforo cerca para encenderlo de
nuevo.
Antes de verter el combustible es necesario limpiar
adecuadamente el recipiente para evitar impurezas que podran
alterar el resultado.
Recomendamos colocar en 30 % a la potencia dada por el restato
ya que si es mayor la temperatura del combustible puede subir muy
precipitadamente.
CONCLUSIONES:
Los valores que hemos hallado son lejanos a los valores
normalizados de la sustancia, as que es probable que el error de
nuestro ensayo se debe a que no hemos regulado correctamente el
restato ponindolo a una potencia elevada. Tambin puede ser porque
el agitador no lograba mover todo el contenido de combustible y el
termmetro estaba en un lugar donde el combustible no flua.
Hemos logrado comprobar las condiciones de inflamacin y de
combustin del combustible, a travs de la observacin del estado de
los gases que se desprenden por la volatilidad del combustible a
altas temperaturas del vaso cerrado Pensky-Martens.
Hemos concluido que es importante conocer estas propiedades de
los combustibles en especial en el momento de disear medios tanto
de transporte como de almacenaje de combustible ya que ambas
temperaturas condicionan la velocidad y las presin que puedan
soportar y son datos importantes que nos permiten medir la
seguridad de los
Hemos considerado poner en este informe un contenido terico
sobre la bomba calorimtrica para poder subsanar el no poder haber
tenido la experiencia
BIBLIOGRAFIA:
SEYMOUR, Jesse El Laboratorio del Ingeniero Mecnico, Ed Hispano
Americana 1957 Primera Edicin, Buenos Aires
AVALLONE EUGENE & BAUMEISTER THEODORE: Manual del Ingeniero
Mecnico, 1995
MARKS, Manual Del Ingeniero Mecnico. McGraw-Hill, 1995
NTP Fichas Tcnicas 2010
KOEHLER ,Petroleum Total Equipment (2008).
http://www.edutecne.utn.edu.ar/maquinas_termicas/01-poder_calorifico.pdf
ANEXOS
Hoja de seguridad del Diesel 2
