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15028

Ingeniería Civil Mecánica Diurno

Bravo Dañobeitía Juan Pablo

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica

SANTIAGO

TITULO DE LA EXPERIENCIA

____________________________________________________________________________________________________ EXPERIENCIA N° __________Grupo N°_____ __ Fecha de la Exp_________________ Fecha de Entrega _________ ________

NOMBRE ASIGNATURA_________________________________________________________CODIGO___________

CARRERA__________ ____________________________________Modalidad (Diurna o Vespertina)___________________________

NOMBRE DEL ALUMNO___________________________________________________________________________ Apellido Paterno Apellido Materno Nombre

________________________ Firma del alumno

Fecha de Recepción

Nota de Interrogación ________________ Nombre del Profesor ________________________________________

Nota de Participación ________________

Nota de Informe ____________________

_________________________________

Nota Final __________________ ______ ________________ Firma del Profesor

SE RECOMIENDA AL ESTUDIANTE MEJORAR EN SU INFORME LA MATERIA MARCADA CON UNA X

________ Presentación ________ Cálculos, resultados, gráficos

________ Características Técnicas ________ Discusión, conclusiones

________ Descripción del Método seguido _______ Apéndice

OBSERVACIONES

C210

Laboratorio General I

MEDICIONES BÁSICAS

Iván Jerez Flores

11/06/2015 04/06/2015

pág. 2

MEDICIONES BÁSICAS

RESUMEN

En el presente laboratorio se realizan mediciones básicas para corregir la presión atmosférica y

medir el título de vapores en dos tipos de calorímetros distintos. Se toma registro de valores

empíricos y se ocupan las ecuaciones de termodinámica vistas en cátedra para realizar un análisis

de los títulos entregados por los dos calorímetros. Se realiza primero la corrección de presión

atmosférica ya que es un dato que se debe manejar para corregir las presiones de trabajo en los

experimentos ulteriores. Posteriormente se trabaja con los datos registrados con los calorímetros,

se utiliza la primera ley de termodinámica para flujo uniforme estado uniforme y conservación de

masa. Asimismo, se utilizan software y las tablas termodinámicas para encontrar los valores de

entalpía y energía interna del agua. Finalmente se obtienen títulos muy distintos para ambos

calorímetros y se concluye que gran parte del error obtenido se debe a la utilización de equipo

obsoleto, como lo es el calorímetro de mezcla.

pág. 3

ÍNDICE

Mediciones Básicas ............................................................................................................................. 2

Resumen ............................................................................................................................................. 2

Objeto de la experiencia ...................................................................................................................... 4

Características Técnicas de los equipos e instrumentos empleados ................................................. 4

Descripción del método seguido ......................................................................................................... 7

Calorímetro de mezcla .................................................................................................................... 8

Calorímetro de Ellison o expansión .............................................................................................. 10

Correción presión atmosférica ...................................................................................................... 11

Presentación de los resultados ......................................................................................................... 11

Discusión de los resultados, conclusiones y observaciones personales .......................................... 12

Apéndice ............................................................................................................................................ 13

Teoría del experimento: ................................................................................................................ 13

Bibliografía ......................................................................................................................................... 18

pág. 4

OBJETO DE LA EXPERIENCIA

Identificar los instrumentos asociados a la determinación de título de vapor.

Determinar el título a la salida de una caldera mediante un calorímetro de mezcla y teoría

de termodinámica

Determinar el título a la salida del calorímetro de expansión y corregirlo con la presión

atmosférica del lugar del experimento.

Corregir la presión atmosférica utilizando corrección por temperatura, latitud y altitud.

Comparar los valores obtenidos con valores reales y concluir acerca de la magnitud de

esos errores.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS EQUIPOS E INSTRUMENTOS

EMPLEADOS

Termómetro:

Marca: FLUKE 51 serie II (1):

Procedencia: Estadounidense.

Fuente de poder: 3 pilas doble A.

Rango de trabajo: -10°C a 50°C

Dimensiones: 2,8 cm x 7,8 cm x 16,2 cm

Posee la función de cambiar la escala de

temperaturas, así como acoplar distintos

tipos de termocuplas por la entrada T1.

Imagen 1: Termómetro Fluke 51,

serie II. Tabla 1: Partes del termómetro

pág. 5

Termocupla de inmersión tipo K:

Accesorio del termómetro usado en la experiencia,

la temperatura se mide en la punta de la termocupla.

Esta construida con una aleación cromo-níquel

Rango de trabajo: -40°C a 260°C

Error: ±1,1°C

Rango de operación: -200°C a 1372°C

Resolución: 0,1°C/°F/°K<1000°

1.0°C/°F/°K ≥1000°

Calorímetro de mezcla:

Recipiente de bronce aislado (se cree que es con corcho). En su tapa

posee tres agujeros, un agujero central y dos a una distancia equidistante

del centro. Por el central se ingresará vapor a través de un apéndice

flexible, mientras que los pequeños se utilizarán para manipular el agitador

e introducir la termocupla para registrar los cambios de temperatura.

Fabricado en la Universidad de Santiago.

El agitador consiste en una varilla de metal (mango) con una

lámina semicircular perpendicular a la punta de esta, esta lámina está

perforada en toda su superficie con agujeros circulares. Esta geometría

resulta favorable para hacer circular el líquido mejorando la

transferencia de calor por advección en el calorímetro y mantener

pareja la temperatura dentro de éste.

Calorímetro de Ellison o de expansión:

Calorímetro desarrollado por ex-alumnos de la universidad de Santiago de

Chile.

Posee una válvula isoentálpica que permite al vapor inminente ser expandido

a presión atmosférica. Está recubierto con pintura aislante para evitar las

pérdidas por convección hacia el exterior. El diseño está incompleto.

Balanza:

Marca: Cóndor.

Instrumento análogo.

Rango de operación: 0 Kg a 50kg

Resolución: 50 gramos

Imagen 2: Termocupla tipo K

Imagen 3: Calorímetro

de mezcla

Imagen 4: Calorímetro

de Ellison

Imagen 5: Balanza masando

calorímetro.

pág. 6

Cronómetro usado:

Se utilizó el cronómetro integrado de un teléfono celular Iphone 5S.

Rango de operación: 00:00:00,00-99:59:59,99 (los

dígitos aparecen conforme avanza el contador).

Resolución: 0,01 seg (centésima de segundo).

Caldera:

La caldera utilizada es una generadora de vapor, obtiene el calor para evaporar el agua mediante

un quemador descrito más adelante.

Posee una gran cantidad de válvulas y manómetros que cumplen la función de elementos de

control.

Se encuentra en el sector de climatización del Departamento de Ingeniería Mecánica, cercana a

las salas de alumnos de magister.

Marca: I.VAR. Industry

Sello: BHP 800

Número de serie: 14502

Año de manufactura: 2013

Potencia de entrada: 616 kW

Potencia de salida: 554 kW

Rendimiento: 89,93 %

Presión de diseño: 11,8 bar

Presión de prueba: 18,5 bar

Presión de trabajo: 10,9 bar

Temperatura mínima de funcionamiento: 20°C

Temperatura máxima 190,7°C

Producción de vapor: 800kg/h

Superficie de transferencia de calor: 14 m2 Imagen 7: Caldera generadora de vapor.

Volumen: 1280 Litros

Fluido de trabajo: Agua

Fecha de prueba: 21-02-2013.

Quemador:

Marca: Riello

Modelo: Oil RL 70 TL

Potencia mínima: 255/474 kW

Potencia máxima: 830 kW

Presión: 12 bar

Potencia eléctrica: 1400 kW

Alimentación: 380 V 50 Hz

Categoría: Diesel 2

Procedencia: Italiana

Importada por ANWO

Combustible: Petroleo.

Imagen 6: Iphone 5s y su interfaz de cronómetro

Imagen 8: Quemador Riello

pág. 7

Barómetro.

El barómetro utilizado en esta experiencia se encuentra en el pasillo cercano a las salas de

climatización del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Santiago de Chile.

Se encuentra dentro de una carcasa de madera apernada al muro. Se necesita de un escalón de

madera para quedar a la altura óptima de lectura.

Marca: Schiltknecht

Instrumento análogo.

Procedencia: Suiza

Rango: 590-830 Torr (mmHg)

Resolución: 0,1 Torr

Error instrumental: ±0,06 Torr

Termómetro.

El termómetro de mercurio, viene incluido en la parte inferior del barómetro

mencionado antes.

Marca: Schiltknecht.

Procedencia: Suiza

Instrumento análogo.

Rango entre -25°C y 57°C.

Resolución: 1°C

Error instrumental: ± 0,1 °C

DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO SEGUIDO

El laboratorio comienza con un resumen específico sobre la materia de termodinámica que

aplicaremos al laboratorio. Se repasan los siguientes términos:

-Vapor saturado seco: Es justo el momento en que el líquido se ha evaporado en su totalidad y

este vapor esta ad portas de sobrecalentarse si se incrementa su temperatura a presión constante

o baja su presión a temperatura constante, o de volver a vapor saturado húmedo si se baja su

temperatura a presión constante o aumenta su presión a temperatura constante.

-Líquido saturado: Es cuando el líquido está a punto de empezar a evaporarse si se aumenta su

temperatura a presión constante o baja su presión a temperatura constante, o de sub enfriarse si

se le baja su temperatura a presión constante o aumenta su presión a temperatura constante.

-Vapor sobrecalentado o recalentado: Es cuando un vapor saturado seco se calienta más allá de

su temperatura de saturación a presión constante, o se le baja su presión a una más baja que la

presión de saturación a temperatura constante.

-Líquido sub enfriado: líquido que no está pronto a evaporarse debido a estar bajo la temperatura

de líquido saturado a presión constante, o tener una presión mayor a la de líquido saturado a una

misma temperatura.

-Título: Se define como “La calidad de vapor”. Corresponde a una variable dependiente del tipo de

sustancia, temperatura y presión. Representa la fracción de masa de vapor comparada con la

masa total del fluido. Varía entre 0 y 1, siendo 1 equivalente al 100% de vapor respecto a la

mezcla.

Imagen 9: Barómetro

con termómetro

acoplado

pág. 8

-Temperatura de ebullición: Está estrechamente relacionada con la presión atmosférica. Del gráfico

temperatura versus entalpía (Imagen 12), variando las presiones, pueden encontrarse distintas

temperaturas a las que el vapor pasa a ser saturado seco. Esto significa que hay distintas

temperaturas a las que hierve la sustancia variando la altura (presión atmosférica). En los

experimentos realizados por Torricelli se concluye que para el ejemplo del agua, esta hierve a

100°C a 1 atm y 45° de latitud.

CALORÍMETRO DE MEZCLA

Una vez repasados los conceptos anteriores, el profesor enuncia las indicaciones de la primera

experiencia referente al uso de una caldera generadora de vapor y los calorímetros de mezcla y

expansión. Se dan las siguientes instrucciones y precauciones sobre el método:

Se masar el calorímetro vacío.

Se agrega una cantidad de agua hasta un nivel señalado por el profesor y se registra su

temperatura.

Se masa el conjunto calorímetro-agua con el fin de restarle a esta medición la masa

registrada del calorímetro vacío, obteniendo así la masa del agua.

Se inserta un apéndice flexible por el agujero central de la tapa del calorímetro y se

introduce hasta el fondo. Esto para evitar que el vapor salga por empuje, en vez de esto,

se libera vapor en el fondo en forma de burbujas, las que transferirán su calor al agua a

medida que ascienden. Para aumentar la profundidad del apéndice, se monta el

calorímetro sobre una pequeña estructura de metal que funcionará de soporte. Una vez

hecho esto, se introduce una termocupla en el orificio restante de la tapa del calorímetro,

se enciende la caldera y se espera a que se llegue a la presión de trabajo para poder

empezar la experiencia.

Una vez se haya llegado a la presión de trabajo (10,9 bar), se abre la válvula isoentálpica

y se da inicio al registro de temperaturas. Se tomará nota de la temperatura cada minuto

hasta llegar a un registro de 62°C, revolviendo lentamente con el agitador tres veces por

minuto de manera que se produzca turbulencia dentro del calorímetro y de esta forma se

facilite la transferencia de calor al interior de este logrando por consiguiente una

temperatura pareja en su interior.

Una vez alcanzados los 62°C se cierra la válvula isoentálpica.

Se masa por última vez el calorímetro con el agua caliente.

Observaciones

Inicialmente hay agua en el apéndice flexible, por lo que se debe tener la precaución de

vaciarlo antes de introducirlo al calorímetro.

La cantidad de energía mecánica aportada por el agitador es despreciable.

Se debe tener cuidado cuando se retire el apéndice flexible del calorímetro, ya que si se

saca muy rápido podría salpicar agua hacia afuera de nuestro volumen de control,

reduciendo la masa del experimento e invalidarlo.

pág. 9

La Imagen 10 muestra el calorímetro de mezcla, se obtiene de la bibliografía (2):

Imagen 10: Calorímetro de mezcla

pág. 10

CALORÍMETRO DE ELLISON O EXPANSIÓN

La figura del calorímetro de expansión se saca de la bibliografía (2) y se muestra en la Imagen 11:

Imagen 11: Calorímetro de Expansión o de Ellison.

Este calorímetro funciona expansionando el vapor de manera adiabática al llegar a la cámara de

expansión. Como se desconoce la calidad de vapor y se sabe que su presión es alta, es probable

que pase a ser sobrecalentado al expansionarse a la presión atmosférica. Se muestra en la

Imagen 12

Grafico presión v/s entalpía.

Imagen 12: El proceso 1-2 representa una expansión isoentálpica, donde el vapor con título 0<x<1

y a la presión de trabajo P1 se expansiona y se sobrecalienta a la presión atmosférica P2.

Donde:

P1 es la presión de trabajo.

P2 es la presión atmosférica.

pág. 11

Se procede a la medición de valores:

- Se evalúa si el vapor está a la presión de trabajo.

- Se coloca la termocupla en la parte inferior del calorímetro, por donde saldrá

vapor.

- Se registran las temperaturas a la que sale el vapor.

- Se procede a calcular el título y corregir la presión atmosférica para obtener los

datos reales.

CORRECIÓN PRESIÓN ATMOSFÉRICA

De manera coloquial se comenta que el agua hierve a 100°C, sin embargo como ya se mencionó,

este valor depende en gran medida de la presión atmosférica. Torricelli determinó que el agua

ebulle a la temperatura mencionada en condiciones “normales” de trabajo. Estas condiciones son a

nivel del mar, temperatura de alrededores igual a 0°C y latitud 45°. Como las condiciones son

distintas en el caso de estudio, se procede a la corrección:

- Se procede a medir con el barómetro la presión atmosférica en Torr (mmHg.) y con el

termómetro, la temperatura.

- Con tablas de corrección proporcionadas por el profesor se proceden a interpolar los

valores obtenidos.

PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS

CORRECCIÓN PRESIÓN ATMOSFÉRICA

Presión leída: 720,3 mmHg / 96,0321 Kpa

Temperatura leída: 19°C / 292°K

Corrección por latitud: 0,6934 mmHg / 0,092 Kpa

Corrección por temperatura: 2,2309 mmHg / 0,2974 Kpa

Corrección por altitud: 0,0989 mmHg / 0,01318 Kpa

Error instrumental barómetro: ±0,06 mmHg / ±0,008 Kpa

Presión atmosférica corregida: 717,2768 ± 0,06 𝑚𝑚𝐻𝑔 / 95 ±0,008 Kpa.

Presión de trabajo de la caldera corregida: 8 892,95633 ± 0,06 mmHg / 1185,63 ± 0,008 𝐾𝑝𝑎

pág. 12

CALORÍMETRO DE MEZCLA

Masa de agua inicial: 9,6 kg

Masa de vapor ingresado: 1,3 kg

Masa total de mezcla: 10,9 kg

Presión absoluta corregida de trabajo: 1185,63 ± 0,008 Kpa

Energía interna específica: 62,93 KJ/Kg

Entalpía específica: 259,288 KJ/Kg

Entalpía de vapor: 1719,4348 𝐾𝐽/𝐾𝑔

Entalpía de líquido saturado (ℎ𝑓): 795,9134 KJ/Kg

Diferencia entre Entalía de vapor saturado seco y líquido saturado (ℎ𝑓𝑔): 1988 KJ/Kg

Título de vapor: 46,45%

CALORÍMETRO DE EXPANSIÓN O DE ELLISON

Temperatura registrada: 98,9°C / 371,9°K

Presión de trabajo corregida: 1185,63 ± 0,008 Kpa

Entalpía a la salida del calorímetro: 2674,093 KJ/Kg

Título de vapor: 0,9447 / 94,47%

DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS, CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

PERSONALES

Se ha encontrado una gran diferencia entre el título de vapor registrado con el calorímetro de

mezcla y el de expansión. Los valores de título para una caldera generadora de vapor, bajo las

condiciones de la experiencia, deberían ser próximas a la unidad (sin serlo). El valor de título para

calorímetro de expansión coincide con tal descripción, no así el título registrado a través del

calorímetro de mezcla. Lo anterior puede deberse a distintas razón, entre ellas está la posibilidad

de que el usuario haya incidido en error en el manejo del aparejo. Ejemplos de lo anterior puede

ser: no purgar en su totalidad el flexible antes de ingresarlo al calorímetro, pérdidas de energía

térmica por mala aislación del calorímetro o pérdidas de masa por medio de la vaporización del

fluido. Se recomienda actualizar el diseño del elemento cambiando su cubierta por algún material

no conductor, incorporar un sistema de homogenización y medición de temperatura que excluya el

uso de orificios. Asimismo se recomienda modificar la incómoda forma de medición de temperatura

para el calorímetro de expansión.

Es importante la corrección de la presión atmosférica ya que modificará una serie de parámetros

termodinámicos que podrían incidir entre calcular un vapor saturado, vapor saturado seco o vapor

sobrecalentado. Por otra parte, observamos que la corrección por temperatura es el factor de re

corrección que más afecta el resultado final de presión atmosférica, sin embargo esto podría

cambiar a medida que se asciende en altura o se sumerge en el mar.

Según la estación meteorológica de la USACH, para la fecha y hora del experimento se registraron

956,5 milibares equivalentes a 717,434 milímetros de mercurio, por lo que el error fue de un

0,022%. Este valor es aceptable ya que es menor al 5%.

pág. 13

La calidad de vapor es importante para distintos dispositivos, entre ellos podemos nombrar a las

turbinas y bombas, en estas últimas es imperativo que se asegure un funcionamiento con título

entrante igual a cero, ya que de modo contrario experimentaría problemas de cavitación.

APÉNDICE

TEORÍA DEL EXPERIMENTO:

Primero se debe resolver la corrección de la presión atmosférica para avanzar en la teoría de los

otros experimentos.

CORRECCIÓN DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA

Para la corrección por altura y latitud primero se deben conocer los valores para nuestra ubicación

geográfica. Esta información se obtiene de la bibliografía (3).

Imagen 13, Vista satelital donde se realizó el experimento, la altura y latitud.

Con esta información se recurren a tablas de la bibliografía (4): para realizar la corrección por

latitud y altitud

pág. 14

Tabla 2: Corrección por altitud de la presión atmosférica

Tabla 3: Corrección presión atmosférica por latitud.

pág. 15

De las tablas anteriores se obtienen los siguientes resultados:

Altitud en m

Presiones leídas en Torr

700 720,3 800

500 0,1 0,1

527 0,1 0,0989 0,0946

1000 0,1 0,0

1000 − 527

527 − 500=

0,1 − 𝑎

𝑎 − 0,1→ 𝑎 = 0,1

1000 − 527

527 − 500=

0,0 − 𝑏

𝑏 − 0,1→ 𝑏 = 0,0946

700 − 720,3

720,3 − 800=

0,1 − 𝑐

𝑐 − 0,0946→ 𝑐 = 0,0989 𝑇𝑜𝑟𝑟 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛.

Latitud en grados

Presiones leídas en Torr

720 720,3 740

30 0,9 1,0

33,4467 0,6931 0,6934 0,7133

35 0,6 0,7

35 − 33,4467

33,4467 − 30=

0,6 − 𝑎

𝑎 − 0,9→ 𝑎 = 0,6931

35 − 33,4467

33,4467 − 30=

0,7 − 𝑏

𝑏 − 1,0→ 𝑏 = 0,7133

720 − 720,3

720,3 − 740=

0,6931 − 𝑐

𝑐 − 0,7133→ 𝑐 = 0,6934 𝑇𝑜𝑟𝑟 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑎𝑡𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛.

pág. 16

Para la corrección de la temperatura tenemos la siguiente tabla:

Imagen 14: Tabla de corrección para altura.

La temperatura leída en el termómetro es de 19°C, por lo qué interpolando en la tabla de la Imagen

14 tenemos:

720 720,3 730

Para 19°C 2,23 2,2309 2,26

720 − 720,3

720,3 − 730=

2,23 − 𝑎

𝑎 − 2,26→ 𝑎 = 2,2309 𝑇𝑜𝑟𝑟 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛.

La corrección para la presión atmosférica viene dada por la siguiente ecuación:

𝑃𝑎𝑡𝑚.𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 = 𝑃𝑎𝑡𝑚.𝑙𝑒í𝑑𝑎 ± 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑝𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 ± 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑝𝑜𝑟 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎

± 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑎𝑡𝑖𝑡𝑢𝑑 ± 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑎𝑟ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜.

Como estamos sobre el nivel del mar, elegiremos los valores negativos a excepción del

instrumental, que es ±0,06.

pág. 17

Finalmente obtendremos:

𝑃𝑎𝑡𝑚.𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 = 720,3 − 2,2309 − 0,6934 − 0,0989 ± 0,06 = 717,2768 ± 0,06 𝑇𝑜𝑟𝑟

𝑃𝑎𝑡𝑚.𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 = 95,6290 𝐾𝑝𝑎

DETERMINACIÓN DEL TÍTULO DE VAPOR EN EL CALORÍMETRO DE LA MEZCLA:

Para el cálculo del título nos basaremos en la Primera ley de la termodinámica y en la conservación

de la masa:

Para obtener estos datos se masan el calorímetro vacío, el calorímetro con agua previo a ingresar

el vapor y el calorímetro después de ingresar el vapor. Los resultados son los siguientes:

Calorímetro vacío: 11,7 kg

Calorímetro con agua previo al calentamiento: 21,3 kg

Calorímetro después de ingresar el vapor: 22,6 kg

Se obtiene restando el calorímetro al calorímetro con agua:

Masa de agua original: 21,3 – 11,7= 9,6 kg

Masa de vapor ingresado: 22,6 - 21,3 =1,3 kg

De esta manera obtenemos la masa total de mezcla: 9,6 + 1,3 = 10,9 kg

Con la presión atmosférica corregida, podemos corregir también la presión de trabajo de la caldera:

𝑃𝑎𝑏𝑠.𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 + 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜.𝑚𝑎𝑛𝑜𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜.𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 = 1185,63 ± 0,008 𝐾𝑝𝑎

Se ocupará el software de la bibliografía (5) para obtener las propiedades del vapor, ingresando la

presión absoluta calculada y las temperaturas registradas con la termocupla en el calorímetro de

mezcla:

Para la presión absoluta 1185,63 ± 0,008 Kpa y temperatura 15°C:

Energía interna específica: 62,93 KJ/Kg1

Para la presión absoluta 1185,63 ± 0,008 Kpa y temperatura 62°C:

Entalpía específica: 259,288 KJ/Kg

Se procede a calcular la entalpía de vapor mediante la primera ley de termodinámica para flujo

uniforme estado uniforme:

ℎ𝑣 =𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎+𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 ∗ ℎ𝑎𝑔𝑢𝑎+𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ∗ 𝑢𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

𝑚𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟

1 Para una variación de 0,008 Kpa en la presión, los resultados variaron menos de un 5%, por lo

que en esta sección del desarrollo se despreciarán.

pág. 18

ℎ𝑣 =10,9 ∗ 260,4948 − 9,6 ∗ 62,93

1,3= 1719,4348 𝐾𝐽/𝐾𝑔

Con la presión de trabajo corregida a 1,18563 Mpa se ingresa a la tabla de agua saturada:

Presión (Mpa) Hf(KJ/Kg) Hfg(KJ/Kg)

1,0 762,5 2015,1

1,18563 795,9134 1988

1,2 798,5 1985,9

Finalmente se calcula el título:

ℎ𝑣 = ℎ𝑓 + 𝑥 ∗ ℎ𝑓𝑔 → 1719,4348 = 795,9134 + 𝑥 ∗ 1988 → 𝑥 = 46,45%

DETERMINACIÓN DEL TÍTULO DE VAPOR EN EL CALORÍMETRO DE EXPANSIÓN O DE

ELLISON

La temperatura del vapor a la salida del calorímetro de expansión es de 98,9 °C

La presión atmosférica corregida es de 95 ±0,008 Kpa.

Con estos valores se utiliza el software de la bibliografía (5) para obtener la entalpía de vapor ℎ𝑣

ℎ𝑣 = 2674,093 KJ/Kg

Para luego utilizar la fórmula:

ℎ𝑣 = ℎ𝑓 + 𝑥 ∗ ℎ𝑓𝑔 → 2674,093 = 795,9134 + 𝑥 ∗ 1988

𝑥 = 94,47%

BIBLIOGRAFÍA

1. Fluke Corporation. Fluke: Keeping your world up and running. http://www.fluke.com/. [Online]

2015. [Cited: 06 05, 2015.] http://assets.fluke.com/manuals/5152____umeng0100.pdf.

2. CERDA, Luisa. PEDRAZA, Manuel. Título de vapor, guía de laboratorio E-94 para Ingeniería en

Ejecución mecánica, Termodinámica. Santiago de Chile : s.n., 2002.

3. Google, Inc. http://www.mapcoordinates.net/. [Online] 2015. [Cited: 06 10, 2015.]

http://www.mapcoordinates.net/en.

4. Meteored. www.tiempo.com. [Online] 2015. [Cited: 06 10, 2015.]

http://www.tiempo.com/ram/289/las-lecturas-barometricas-y-sus-correcciones/.

5. WISCHNEWSKI, Berndt . http://www.peacesoftware.de/. [Online] [Cited: 06 10, 2015.]

http://www.peacesoftware.de/einigewerte/wasser_dampf_e.html.

6. CERDA, Luisa. Mediciones básicas, guía de laboratorio para Ingeniería Civil mecánica.

Laboratorio General I. Santiago : s.n., 2001.

pág. 19

DISPOSICIONES GENERALES PARA LA CONFECCIÓN DEL INFORME Cada informe deberá contener los siguientes elementos fundamentales

1.- En la carátula: Título de la experiencia; código de la experiencia; N° de grupo; fecha en que realizó la experiencia

y fecha de entrega del informe. Muy importante, indicar carrera a la que pertenece, si estudia en sistema diurno (día) o vespertino (noche); nombre de la asignatura, código de la asignatura, su nombre completo y el nombre del profesor.

2.- En el desarrollo: 1. Título del trabajo 2. Índice de materia 3. Resumen del contenido del informe 4. Objeto de la experiencia 5. Características Técnicas de los equipos e instrumentos empleados 6. Descripción del método seguido 7. Presentación de los resultados 8. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS, CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES PERSONALES 9. Apéndice

a) Teoría del experimento b) Desarrollo de los cálculos c) Tablas de valores obtenidos y calculados d) Bibliografía empleada y temario del experimento

FORMA DE CONTROLAR SU INFORME

1. ¿Es correcto el principio de funcionamiento del esquema de instalación? 2. ¿Da el informe una idea exacta, completa y específica de cómo fue efectuada la experiencia? 3. ¿Hizo una lista de todos los instrumentos (termómetros, tacómetros, etc), con sus respectivas

características, de modo que pueda identificarlos en cualquiera ocasión? 4. ¿Ha expresado las escalas respectivas en ambos ejes de coordenadas de las curvas? 5. ¿Ha dado títulos apropiados a cada curva de los diagramas? 6. ¿Han sido definidos todos los términos de las fórmulas y dadas sus unidades? 7. ¿Ha dado el número de la lectura correspondiente a los valores con los cuales hizo los

cálculos? 8. ¿Están todas las páginas numeradas consecutivamente en su esquina superior derecha? 9. ¿Son razonables todas sus curvas y datos? 10. ¿Ha sacado las conclusiones de los resultados obtenidos? 11. ¿Si los resultados difieren de la teoría y de la práctica, ha realizado un análisis comparativo

citando autores sobre el tema?