PODER_CALORIFICO_DE_COMBUSTIBLES

2.  INTRODUCCIÓN
 COMBUSTIÓN
 TIPOS DE COMBUSTIBLE
 PODER CALORÍFICO
 DEFINICIÓN
 CLASIFICACIÓN
 RELACIÓN DE LOS PODERES CALORÍFICOS
 VALOR DEL PODER CALORÍFICO ENERGÉTICO EN COLOMBIA
 PODER CALORÍFICO DE ALGUNOS COMBUSTIBLES
 PODER CALORÍFICO DEL GAS
 DETERMINACIÓN DEL PODER CALORÍFICO

3.  MÉTODO EXPERIMENTAL
 TIPO DE CALORÍMETROS
 NORMA ASTM D-240
 APLICACIÓN
 CONCLUSIONES
 BIBLIOGRAFÍA

4. INTRODUCCIÓN

5. INTRODUCCIÓN
Un combustible se caracteriza ante todo, por la cantidad
de calor que es capaz de desarrollar al quemarse.
Durante un proceso de combustión la energía química
del combustible es transformada en energía molecular
cinética o potencial de los productos.
El conocimiento de este valor es esencial al considerar
la eficiencia térmica de los equipos para la producción
de energía o calor.

6. IGNICIÓN

7. IGNICIÓN
Proceso en el que una
sustancia arde y se
quema, la ignición ocurre
cuando el calor que emite
una reacción llega a ser
suficiente como para
sostener la reacción
química.

8. COMBUSTIÓN

9. COMBUSTIÓN
Imagen tomada de:http://actualcurioso.blogspot.com/2010/09/combustion-humana-
espontanea.html
Es la reacción química en la que un combustible se
combina con un comburente, desprendiendo calor
(exotérmica).
Temperatura de
ignición
Combustible
comburente

10. TIPOS DE COMBUSTIBLE
Combustible
solido
Combustible
liquido
Combustible
gaseoso

11. PODER CALORÍFICO

12. PODER CALORÍFICO
El poder calorífico en peso o volumen representa la cantidad de
energía liberada por unidad de peso o volumen de carburante como
consecuencia de la combustión química completa que lleva a la
formación de CO2 y H2O.
Figura 1. NOVOA MANTILLA Luz Angela. Estudio comparativo de metodologías para determinación del poder calorífico del
gas natural. Monografía-UIS. 2000

13. El poder calorífico se expresa en Calorías por Kg de combustible
cuando se trata de combustibles sólidos o líquidos, y en Calorías por
m3 a 0°C y 760mmHg o a 15°C y 760mmHg, si se trata de
combustibles gaseosos.
La unidad común para el valor de poder calorífico es el British Thermal
unit (BTU), que se define como la cantidad de calor requerido para
incrementar en un grado Fahrenheit la temperatura de una libra de
agua.
Las equivalencias entre unidades son:
1 B.T.U = 0.252cal 1Cal = 3.9683B.T.U
1B.T.U/pie3 = 8.9cal/m3 1Cal/m3 = 0.1123B.T.U/pie3
1B.T.U /lib = 0.5555cal/Kg 1Cal/Kg = 1.8B.T.U./lib

14. CLASIFICACIÓN
• se denomina así al poder calorífico cuando el agua
resultante de la combustión se supone en estado de
vapor con los demás productos de la combustión.
PODER CALORÍFICO INFERIOR (PCI)
• se denomina al poder calorífico cuando el agua
resultante de la combustión se supone liquida
(condensada) en los productos de combustión.
PODER CALORÍFICO SUPERIOR (PCS)
Ya se considere el combustible seco o tal cual se quema, es decir,
con la humedad correspondiente, siempre hay que distinguir un
poder calorífico superior y un poder calorífico inferior.

15. DETERMINACIÓN
DEL PODER
CALORÍFICO

16. El poder calorífico de una mezcla gaseosa, como lo es el gas natural, se
puede calcular conociendo previamente la composición y los poderes
caloríficos de los componentes individuales.
 La composición se determina mediante un análisis cromatográfico.
 Mediante el uso de calorímetros, equipos que pueden ser instalados en
líneas de suministros de gas con el objetivo de tener una medición continua
del poder calorífico que esta recibiendo.
Existen varios procedimientos para determinar el poder calorífico de una
Sustancia:
 Teóricamente
 Empíricamente
 Experimentalmente
DETERMINACIÓN

18. KALIPEDIA. Energía en la naturaleza (en línea) http://bo.kalipedia.com/kalipedia.com (Citado en 10 de Agosto de 2009).
CO2 = 169.182 BTU
Por medio de la entalpia de formación.

20. Muestra N0 1
Asfaltita argentina
de Neuquén
Muestra N0 2
Carbón Chileno de
Lota
Muestra N0 3
Carbón
Norteamericano.
Carbono % 78.13 62.93 81.49
Hidrógeno % 5.33 4.8 4.26
Oxigeno % 3.00 9.13 3.31
Nitrógeno % 0.45 2.30 0.80
Azufre % 1.80 1.44 0.83
Cenizas % 8.19 16.70 6.81
Humedad % 3.10 2.70 2.50
Poder calorífico
inferior
determinado
directamente
7859 6223 7604
Poder calorífico
según la fórmula
Dulong
7783 6171 7704
Error % -0.97 -0.84 1.31
Cuando no se precisa conocer exactamente el
poder calorífico de un combustible y basta una
aproximación.
Así, pues, el poder calorífico inferior
aproximado de un combustible viene dado
por la fórmula:
Donde c, h, s y a son los porcentajes en peso del
carbono, hidrógeno, azufre y agua,
respectivamente, contenidos en 1 kg de
combustible sin secar.

21. Para poder conocer el poder calorífico de una manera muy precisa se pueden
utilizar las siguientes fórmulas dependiendo el tipo de combustible:
• PCI = 4.18*(6600+(3000/ρ)) [KJ/kg]
Para combustibles livianos como la gasolina
• PCI = 2.3237*[19600 + (1360*ρ)- (3780*ρ^2)] [KJ/kg]
Combustibles pesados como el fuel oíl
• PCI = 2.3237*[18440 + (40*(ºAPI -10))] [KJ/Kg]
Combustibles medios como el petróleo
PODER CALORIFICO INFERIOR (PCI)

22. Poder calorífico NETO Y BRUTO
hidrocarburos
FUENTE:
ENGINEERING DATA BOOK
FPS VERSION
Volumes I & II
Sections 1-26
Published as a service to the gas processing
and related process industries
by the
Gas Processors Suppliers Association
Pag 23-4

23. RELACIÓN ENTRE LOS PODERES
CALORÍFICOS
Donde:
PCI =Poder calorífico inferior (Kcal/Kg comb)
PCS =Poder calorífico superior (Kcal/Kg comb)
597 =Calor de condensación del agua a 0°c (Kcal/Kg agua)
G =% en peso de agua formada por la combustión del H2 mas la
humedad propia del combustible (Kg agua/Kg comb) G = 9H +H2O
siendo:
9 =Son los Kg de agua formada al oxidar 1 Kg de H2
H =% de H2 en el combustible
H2O =% de humedad del combustible.
Por lo que la ecuación anterior queda:

24. PROCEDIMIENTO
EXPERIMENTAL NORMA
ASTM D 240

25. •Método Adiabático: aísla el sistema
del exterior.
Bomba de Mahler.
Calorímetro de Fery.
Calorímetro de Lewis- Thomson.
•Método Isotérmico: mantiene constante la
temperatura del sistema.
Calorímetro de Junkers.
Calorímetro de Emerson.
Calorímetro de Parr.
Calorímetro Junkers-Boys
Calorímetro de bomba de Mahler
Mod.T151D Marca :Didacta S.r.L
Figuras . Calorímetros. Fuente: “. “Maquinas motrices” de Ramón Fresno. Ed. Librería Mitre
TIPOS DE CALORÍMETROS

26. EQUIPO E INSUMOS
• Bomba de Oxígeno
• Calorímetro
• Recubrimientos
• Termómetros
INSTRUMENTOS
• Álcali
• Acido Benzoico
• Indicadores Naranja de Metilo ó Rojo de Metilo
• Oxígeno
• 2,2,4-Trimetilpentano (Iso-octano)
REACTIVOS

27.  Antes de la prueba se debe calibrar el equipo, determinando la energía
equivalente del calorímetro usando acido benzoico certificado (0,9 y
1,1 g ).
 Se realiza la calibración y se calcula el incremento de temperatura
corregida, t.
 Se determinan las correcciones para el acido nítrico y los alambres y
posteriormente se tiene sustituyendo en la ecuación.
Que se debe hacer…

28. CALIBRACIÓN
Energía Equivalente del Calorímetro
t
e
e
g
Q
W 2
1 



 W = energía equivalente del calorímetro, MJ/oC.
 Q = calor de combustión del ácido benzoico estándar, MJ/g.
 g = peso de la muestra de ácido benzoico estándar, g.
 t = incremento de temperatura corregida.
 e1 = corrección para el calor de formación del ácido, MJ.
 e2 = corrección para el calor de combustión de los alambres, MJ.

29. PRUEBA DE CALIBRACIÓN

30.  Pesar la muestra con una precisión de 0,1 mg.
 Conociendo el calor de combustión aproximado de la
muestra se puede calcular el peso requerido como:
g = Masa de la muestra, g.
Qs = Calor de combustión aproximado de la muestra, MJ/kg.
s
Q
g
454
,
26

IDENTIFICACIÓN DE LA MUESTRA Y SU PESO

31. PROCEDIMIENTO

32. El calor de combustión es
determinado por medio de
la quema de una muestra
pesada en una bomba
calorimétrica de oxígeno
bajo condiciones
controladas. Se lee la T (°f,
ohms, etc.) antes, durante y
después de la
combustión.Se expresa el
tiempo en minutos y
segundos. Se miden las
masas en gramos.
PROCEDIMIENTO

33. t = incremento de temperatura corregido.
a = tiempo de combustión.
b = tiempo al cual el incremento de temperatura alcanza el 60% del total.
c = tiempo al comienzo del período en el cual la tasa de cambio de
temperatura se ha vuelto constante.
ta = temperatura al momento de la combustión.
tc = temperatura al tiempo c, corregida.
r1 = tasa (unidades de temperatura por minuto) a la cual la temperatura
estuvo ascendiendo durante un período de 5 min antes de la combustión.
r2 = tasa (unidades de temperatura por minuto) a la cual la temperatura
estuvo ascendiendo durante los 5 minutos siguientes después del tiempo c;
si la temperatura está descendiendo, r2 es negativa y la cantidad –r2 (c – b)
es positiva.
   
b
c
r
a
b
r
t
t
t a
c 




 2
1
CALCULO DE TEMPERATURA PARA
EL RECUBRIMIENTO ISOTÉRMICO

34. CACULO DE TEMPERATURA
a
f t
t
t 

Donde:
t = Aumento de la temperatura corregido.
ta = Temperatura a la cual la carga fue encendida, corregida
para el error del termómetro.
tf = Temperatura final de equilibrio, corregida para el error
del termómetro.
PARA EL RECUBRIMIENTO ADIABÁTICO

35. CALOR DE COMBUSTIÓN
  g
e
e
e
W
t
Qg 




 1000
/
3
2
1
Qg = calor neto de combustión, MJ/kg (cal/g).
t = incremento de temperatura corregido.
g = peso de la muestra en gramos.
W = energía equivalente del calorímetro dada en MJ/ºC (cal/ºF).
e1 = corrección para el calor de formación de HNO3.
e2 = corrección para el calor de formación de H2SO4.
e3 = corrección para el calor de combustión de los alambres.

36. REPORTE DE LOS RESULTADOS
El calor de combustión neto es la cantidad requerida en las
aplicaciones prácticas. El calor neto debe ser reportado lo mas cerca
de 0,005 MJ/kg.
Para obtener el calor neto de combustión en otras unidades, se
utilizan las siguientes relaciones:
 
  0041868
,
0
/
/
,
/
002326
,
0
/
/
,
/
kg
MJ
Q
g
Q
kg
MJ
Q
lb
Q
cal
Btu



37. Fuente: POPOVICH, M. AND HERING, Carl. Fuels and Lubricants. New York: John Willey & Sons, Inc, 1959, p.6
CALORÍMETRO TIPO JUNKER

38. ESTÁNDAR PARA EL CALORÍMETRO DE GAS
pm= Presión absoluta en el medidor, psia.
pv= Presión de vapor del agua a la temperatura del gas
0.52= Presión de vapor del agua a 60F.
Pstd= 30.00 in Hg
Tstd= 519.7R
t = Temperatura observada en el medidor de gas, en F.
VALOR DE COMBUSTIÓN

39. APLICACIÓN

40. Esta propiedad define el contenido energético del crudo por unidad de masa
en la combustión. Esta propiedad se determino a 8 muestras del campo
Colorado.
Fuente: autores del proyecto, procedimientos metodológicos para la
caracterización de campos maduros. Aplicación a los fluidos del campo colorado. TESIS UIS 2008
PODER CALORÍFICO (ASTM D-2015-96)

41. Se nota que entre mas liviano mayor es la energía que entrega al
crudo en la combustión. Así mismo se relaciona la gravedad API de
cada crudo con su poder calorífico
Distribución poder calorífico del crudo campo
colorado
Poder calorífico vs. Gravedad API
Fuente: autores del proyecto, procedimientos metodológicos para la
caracterización de campos maduros. Aplicación a los fluidos del campo colorado. TESIS UIS 2008

42. ENERGÉTICO EN COLOMBIA
Tabla 1. (Fuente: MAURICIO DULCE. Auditor energético. Ecopetrol S.A.)
ENERGÉTICOS Poder Calorífico
B.T.U Unidad
Poder Calorífico
Kcal Unidad
Gas Natural 35.315 [m3] 8.900 [m3]
G.L.P 92.000 [Gal] 23.184 [Gal]
ACPM-Diesel 138.000 [Gal] 34.775 [Gal]
Crudo de Rubiales 152.492 [Gal] 38.463 [Gal]
Combustóleo-Fuel 150.000 [Gal] 37.779 [Gal]
Queroseno 134.000 [Gal] 133.767 [Gal]
Carbón Mineral 24.200 [KG] 6.098 [KG]
VALORES DE PODER CALORÍFICOS

43. Tabla 2. Fuente: Kalipedia (en línea). Conservación y Degradación de la Energía – Poder Calorífico de Combustibles.
DE ALGUNOS COMBUSTIBLES
Tipo
de
Producto
PCIm
(kJ/kg a 25
°C)
Densidad
(kg/l a 25°C
)
PCIv
(kJ/l a
25°C )
GLP-carburante 46000 0,55 25300
Gasolina normal 43325 0,735 31845
Supercarburante 42900 0,755 32390
Carburante de
reactores
42850 0,795 34065
Gasóleo 42600 0,84 35785
Poderes caloríficos másico
y volumétrico de los
carburantes comerciales
(valores medios).
La tabla Indica que,
para las gasolinas, el
PCI está estrechamente
correlacionado con la
densidad, que depende
del contenido de
aromáticos
PODER CALORÍFICOS

44. CONCLUSIONES

45. CONCLUSIONES
 El poder calorífico mínimo se establece con el fin de satisfacer
requerimientos energéticos del consumidor a un costo comercialmente
aceptable. Por ello se hace indispensable una determinación exacta del
contenido de BTU’S en el gas.
 En la medición del valor calorífico influyen algunos factores tales como la
presión, la temperatura, el valor de agua y otras impurezas.
 Es evidente que en la utilización industrial del combustible el poder
calorífico inferior es el que más se acerca a la realidad, pues no existen
instalaciones que aprovechen el calor de condensación del vapor de agua.
No obstante se acostumbra a citar siempre el poder calorífico superior, ya
que este es el que se mide en las determinaciones con calorímetros.
 La principal características económica del petróleo es su poder calorífico,
que hace que sean utilizables como fuentes de energía. Este parámetro
varía en función de la densidad y por lo tanto de la composición química.

46.  DIANA MARCELA CRISTANCHO VELASCO Y JORGE MARIO HOYOS ROMAN
procedimientos metodológicos para la caracterización de campos maduros.
Aplicación a los fluidos del campo colorado. Tesis de grado. UIS 2008
 NOVOA MANTILLA, LUZ ÁNGELA. Estudio Comparativo de Metodologías para la
determinación del poder calorífico del gas natural .Tesis de grado .UIS 2000
ANDREA REY PINTO Y CAROLINA HERRERA MARÍN, Desarrollo de un software
para la determinación de la densidad y poder calorífico del gas natural, como
especificación de calidad en las estaciones de GNV., Tesis. UIS 2006
CENGEL, Yunus, Termodinámica, Sexta Edición, Mc Graw Hill, 2009
 Norma ASTM D-240
PODER CALORÍFICO. http://html.rincondelvago.com/combustion.html
WIKIPEDIA Poder calorífico http://es.wikipedia.org/wiki/Poder_calor%C3%ADfico
Licuados del Petróleo (GLP) - Energía - Mº de Industria, Turismo y Comercio.mht
http://www.mityc.es/energia/Paginas/VariationRoot.aspx
BIBLIOGRAFÍA