Calorimetro di Junker

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

Esso è costituito fondamentalmente da una camera di combustione in cui il gas viene 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.

Viene registrata 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 viene 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

Il volume del gas è stato 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 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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Author: Chimicamo

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