Calorimetro di Junker: potere calorifico inferiore e superiore

Il calorimetro di Junker è utilizzato per determinare il calore specifico di un combustibile gassoso. Il principio di funzionamento è simile a quello di una bomba calorimetrica.

Schema del calorimetro di Junker

Esso è costituito fondamentalmente da una camera di combustione in cui il gas è fatto bruciare contenuta all’interno di un contenitore in cui viene immessa acqua che fluisce dal basso verso l’alto e che si riscalda a seguito della combustione. Diversi termometri sono posti a varie altezze per monitorare la temperatura

Una quantità misurata del gas di cui si vuole determinare il calore specifico viene inviata al bruciatore a una determinata pressione che viene misurata da un manometro.

Dopo la combustione del gas i prodotti derivanti dalla combustione migrano verso l’alto e, attraverso dei tubi ricadono verso il basso e fuoriescono dal calorimetro.

calorimetro 1 da Chimicamo
calorimetro

La temperatura alla quale i gasi derivanti dalla combustione fuoriescono che dovrebbe essere prossima alla temperatura ambiente. Ciò implica che tutto il calore derivante dalla combustione è stato assorbito dall’acqua. L’acqua eventualmente formata dalla condensazione del vapore è raccolta in un recipiente.

Esempio

Determinare il potere calorifico superiore ed inferiore per m3 di gas alla temperatura di 13°C e alla pressione 76 cm di Hg dai seguenti dati:

Volume di gas bruciato nel calorimetro =  0.08 m3
Pressione di alimentazione del gas = 5.2 cm di acqua (ovvero pressione esercitata da una colonna di acqua alta 5.2 cm)

Pressione atmosferica = 75.5 cm Hg
Temperatura del gas = 13°C
Massa dell’acqua riscaldata dal gas = 28 Kg
Temperatura dell’acqua in ingresso = 10°C
Temperatura dell’acqua in uscita =  23.5 °C
Quantità di vapore condensato = 0.06 Kg

La misura del volume del gas è misurato alla temperatura di 13°C e alla pressione di 5.2 cm. Calcoliamo quindi il volume a STP usando l’equazione combinata dei gas:
p1V1/T1 = p2V2/T2

Ricordando che la densità del mercurio è di 13.6 g/cm3 si ha che la pressione iniziale p1 è data da:
p1= 75.5 + (5.2/13.6)= 75.882 cm Hg
inoltre V1 = 0.08 m3 e T1= 13 + 273 = 286 K
Poiché p2 = 76 cm Hg e T2 = 15 + 273 = 288 K possiamo ottenere V2
V2 = p1V1T2/T1∙ p2 = 75.882 ∙ 0.08 ∙ 288/ 286 ∙76 =  0.0804 m3

Si calcola il calore ricevuto dall’acqua dalla formula Q = m ∙ c ∙ΔT dove m è la massa dell’acqua, c è il calore specifico pari a 4.18  e ΔT è la variazione di temperatura.
Q = 28 ∙ 4.18 ( 23.5 – 10)= 1580 kJ
Potere calorifico superiore = 1580 kJ/0.08 m3 =19750 kJ/m3

La quantità di vapore acqueo formato per m3 di gas bruciato è pertanto pari a 0.06/0.08 = 0.75 Kg

Ricordando che il calore di vaporizzazione dell’acqua è pari a 2465 kJ/Kg si ha:
Potere calorifico inferiore = 19750 – (2465 ∙ 0.75) = 17901 kJ/Kg

 

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