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ESCUEL SUPERIOR POLITECNIC DEL LITOR L
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y CIENCIAS DE LA PROUDCCIN
Nombre:
Pesantez Rivadeneira Byron
Materia paralelo: Termodinmica 2/ Paralelo 1
Informe de laboratorio: CALIDAD DE VAPOR EN LA CALDERA
Profesor: Ing. Rivadeneira Eduardo
Fecha de entrega: Julio, 18 del 2014
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C LID D DE V POR EN L C LDER
1 INTRODUCCIN:
En la prctica de laboratorio que se realiz el 11 de Julio del presente ao se
determin la calidad del vapor generado por un intercambiador de calor (caldera).
Donde el calormetro que se utiliz fue el de estrangulamiento.
El calormetro se fundamenta en la expansin adiabtica del vapor sin realizar trabajo
externo por lo que la energa del vapor permanece constante, las prdidas por
conveccin han de reducirse al mnimo, para ello el calormetro y el conducto de unin
con la caera de vapor han de estar aislados trmicamente.
2 OBJETIVOS:
1. Comprender los fundamentos de los calormetros.
2. Conocer los equipos, instrumentos y tcnicas para la obtencin de muestras.
3. Determinar la calidad del vapor de agua obtenido.
4. Familiarizarse con el uso de las tablas de vapor de agua.
5. Comprender el funcionamiento de la caldera, y conocer cada uno de los
elementos de la misma.
3 FUNDAMENTOS TERICOS:
Calormetro de estrangulamiento.-
Cuando el vapor se expande adiabaticamente sin hacer trabajo externo, como por un
orificio por ejemplo, las entalpas a alta presin y baja presin son las mismas (sino
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existe un cambio neto de velocidad del vapor). Esta expansin se denomina
estrangulamiento.
Del diagrama de Mollier se puede ver que el vapor hmedo con entalpa mayor
de 1150 BTU/lbm, se supercalienta cuando se estrangula hasta la presinatmosfrica. La temperatura medida del vapor expandido, conjuntamente con
la presin, fija su entalpa en la regin de sobrecalentado, la cual
conjuntamente con la presin del vapor hmedo se puede obtener los valores
necesarios para calcular el porcentaje de humedad en la muestra de vapor
hmedo.
El principio anterior se usa en varias formas en los
calormetros de estrangulamiento, uno de los cuales
incorpora un pequeo orificio para la expansin de la
muestra de vapor hacia una cmara donde la
temperatura del vapor extendido es medida a la
presin atmosfrica. Los cambios de velocidad son
despreciables.
El proceso de estrangulamiento se define por 21 hh y
se utiliza comnmente en la prctica para determinar la
calidad del vapor.
Si una muestra de este vapor a alta presin es
estrangulada a una presin menor entonces, dentro deciertos lmites, se volver recalentado, punto 2. En la
condicin recalentada, podemos medir su presin y su
temperatura, localizado as el punto 2. Con la presin y
temperatura conocidas, se puede obtener la entalpa
h2, con las tablas de recalentado.
Entonces:
)(2 fgf hhxhh
Figura 1. Se muestra un
CALORMETRO DE
ESTRANGULAMIENTO
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Con la cual se puede hallar X, buscando las entalpas hg y hf que corresponden a
alguna presin conocida P1.
Como de ordinario se requiere el mximo grado de precisin, el clculo puede
simplificarse con el empleo del calor especfico de vapor a presin constante. En la
figura 2 se observa que la entalpa en 2 es igual a la del vapor saturado, hg, mas la
entalpa para el recalentado desde g hasta 2.
El calor para recalentar el vapor shQ se calcula con TCp porque los puntos g y 2
estn en una curva de presin constante para las condiciones que se encuentran en un
calormetro, el Cp para el vapor puede tomarse como:
FLbm
BtuCp 48.0
De modo que para una libra tenemos:
shgpg ThTChh 48.022
Figura 2(se observa que la entalpa en 2 es igual a
la del vapor saturado, hg, ms la entalpa para el
recalentado desde g hasta 2).
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Donde shT
en grados de recalentamiento en el punto 2 y se obtiene de:
)22.( PparaseturacindeTemprecalentTempTsh
Calormetro.- Para hallar el ttulo de vapor permitimos que una muestra del
mismo circule dentro de un instrumento conocido como calormetro de
estrangulamiento y de el salga a la atmsfera. Antes de que se tomen las lecturas en el
calormetro, el vapor deber tener el tiempo suficiente como para conseguir un estado
interno estacionario, el suficiente para que todas las partes se calienten hasta una
temperatura que se mantenga constante. Para mantener las condiciones adiabticas,
el instrumento deber estar aislado, y para que los resultados sean de confianza, el
vapor deber tener cuando menos 10C de recalentamiento en el calormetro.
Si el vapor esta muy hmedo inicialmente, puede no transformarse en recalentado en
el calormetro, en cuyo caso las lecturas del calormetro no tienen sentido, pues la
temperatura y la presin sern de saturacin.
Figura 3 (Diagrama T-S, donde semuestra la presin de la caldera y elcalormetro con sus respectivastemperaturas).
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4 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
1. Luego que el instructor del laboratorio encienda la caldera, esperar hasta que
el equipo llegue a la presin de trabajo y comience a circular vapor saturado en
la caldera.
2. Apunte los valores de presin y temperatura de operacin de la caldera.
3. Abra la vlvula que permite el paso a la lnea que lleva vapor a los calormetros.
4. Tome la lectura de presin antes de ingresar al calormetro.
5. Abran las vlvulas que controlan el flujo de vapor hacia el calormetro de
estrangulacin y espere que se de el equilibrio trmico.6. Ponga en funcionamiento la lnea de agua de alimentacin al tanque del
calormetro.
7. Espere a que la presin disminuya hasta un valor estable.
8. Tome las lecturas de presin y temperatura.
9. Repita la toma de lecturas regulando el flujo de vapor que ingresa al
calormetro.
Tabla de datos:
psi 14,7
C 26,72
bar 10
C 179
Laboratorio
Presin atmosfrica
Temperatura ambiente
Presin de caldera
Temperatura de caldera
Caldera
Nro lectura P2 (psig) T2 (C) Tsat 2 (C)
1 10,8 118 196,36
2 14,6 130 211,62
3 13,2 132 205,96
4 12,5 136 203,16
Calormetro de estangulamiento
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Calculo de la calidad:
La calidad se la encuentra por la siguiente expresin:
)(2 fgf hhxhh
fg
f
hh
hhx
2
Donde los trminos degfhh
son encontrados con los datos de operacin de la caldera. El valor de la entalpa en el punto 2 es encontrado por la siguiente expresin:
shgpg ThTChh 48.022 Estos datos son encontrados por los valores que obtenemos en el calormetro.
El valor de la entalpa en el punto 2 tambin puede ser encontrado por las tablastermodinmicas en la regin de sobrecalentamiento.
Obtencin de la calidad:
Primera lectura en el calormetro:
P2=10,8 Psi
P2abs=P2 + Po = (10,8 + 14,66) Psi = 25.46 Psi
CALDERA:
Pcaldera=10 Bar *Bar
Psi
1
50,14= 145 Psi
Pcal.Abs=(145 + 14,66) Psi = 159,66 Psi
Po= 758,1mmHg *mmHg
Psi
760
7,14
Po= 14,66 Psi
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Con la P1abs obtenemos la T2saturacin y Hg:
P2abs=25.46 Psi (Interpolando en la tabla de presiones A 5E)
F
Psi
)03,2403,250(
)2530(
=
T2sat.-F3,250
)46,2530( Psi T2Sat.= 240.97F = 116.09C
Ahora hallamos Hg:
lbmBtu
Psi
/)6,11601,1164(
)2530(
=
Hg-Btu/lbm1164,1
)46,2530( Psi Hg=1160,92 Btu/lbm
Calculando el valor de la entalpa en el punto 2:
FFlbmBtulbmBtuThTChh shgpg )97,2402,282)(*/48,0(/92,116048.022
2h = 1180,7104 Btu/lbm
La calidad se la encuentra por la siguiente expresin:
)(2 fgf hhxhh
fg
f
hh
hhx
2
Para hallar hf y hfg necesitamos interpolar:
P(Psi) Hf(Btu/lbm) Hfg(Btu/lbm)
150 330,61 863,88
159,66 Hf Hfg
160 336,02 859,49
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lbmBtu
Psi
/)64,33002,336(
)150160(
=
hf.-336,02
)66,159160( Psi hf= 335,83 Btu/lbm
lbmBtu
Psi
/)88,86349,859(
)150160(
=
hfg.-859,49
)66,159160( Psi hfg= 859,63 Btu/lbm
lbmBtu
lbmBtux
/63,859
/)83,335282,1179(
X1=0,9811
Segunda lectura en el calormetro:
P2=14,6 Psi
P2abs=P2 + Po = (14,6 + 14,66) Psi = 29,26 Psi
CALDERA:
Pcaldera=10 Bar *Bar
Psi
1
50,14= 145 Psi
Pcal.Abs=(145 + 14,66) Psi = 159,66 Psi
Con la P2abs obtenemos la T2saturacin y Hg:
P2abs=29,16 Psi (Interpolando en la tabla de presiones A 5E)
F
Psi
)03,2403,250(
)2530(
=
T2sat.-250,3F
)26,2930( Psi T2Sat.= 248,57F = 120,3C
Po= 758,1mmHg *mmHg
Psi
760
7,14
Po= 14,66 Psi
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Ahora hallamos Hg:
lbmBtu
Psi
/)6,11601,1164(
)2530(
=
Hg-Btu/lbm1164,1
)26,2930( Psi Hg=1163,51 Btu/lbm
Calculando el valor de la entalpa en el punto 2:
FFlbmBtulbmBtuThTChh shgpg )57,248284)(*/48,0(/51,116348.022
2h = 1180,51 Btu/lbm
La calidad se la encuentra por la siguiente expresin:
)(2 fgf hhxhh
fg
f
hh
hhx
2
Para hallar hf y hfg necesitamos interpolar:
hfg= 866,72 Btu/lbm
hf= 327,07 Btu/lbm
lbmBtulbmBtux
/72,866/)07,32751,1180(
X2=0,9846
Tercera lectura en el calormetro:
P3=13,2 Psi Po= 758,1mmHg *mmHgPsi
7607,14
Po= 14,66 Psi
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Para hallar hf y hfg necesitamos interpolar:
hfg= 866,72 Btu/lbm
hf= 327,07 Btu/lbm
lbmBtu
lbmBtux
/72,866
/)07,32723,1163(
X3=0,9848
Cuarta lectura en el calormetro:
P4=12,5 Psi
P4abs=P4 + Po = (12,5 + 14,66) Psi = 27,16 Psi
Con la P4abs obtenemos la T2saturacin y Hg:
P4abs=27,16 Psi (Interpolando en la tabla de presiones A 5E)
F
Psi
)03,2403,250(
)2530(
=
T2sat.-250,3F
)16,2730( Psi T2Sat.= 244,46F = 118,03C
Ahora hallamos Hg:
lbmBtu
Psi
/)6,11601,1164(
)2530(
=
Hg-Btu/lbm1164,1
)16,2730( Psi Hg=1160,99 Btu/lbm
Calculando el valor de la entalpa en el punto 2:
FFlbmBtulbmBtuThTChh shgpg )46,244284)(*/48,0(/99,116048.022
Po= 758,1mmHg *mmHg
Psi
760
7,14
Po= 14,66 Psi
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2h = 1181,55 Btu/lbm
La calidad se la encuentra por la siguiente expresin:
)(2 fgf hhxhh
fg
f
hh
hhx
2
Para hallar hf y hfg necesitamos interpolar:
hfg= 866,72 Btu/lbm
hf= 327,07 Btu/lbm
lbmBtu
lbmBtux
/72,866
/)07,32755,1181(
X4=0,9858
Calculando la media de las calidades obtenidas en cada medicin:
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MATERIALES Y EQUIPOS
Equipo: Caldera de 10 Bar
Marca: Thompson
Modelo: Minipac 3
Serie: G- 2326
Cdigo ESPOL: 2971
Combustible: Diesel
Fotos de los Equipos:
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CALDERA
Llaves para regular el paso de Agua.
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poder aprender el funcionamiento del calormetro y al fin poder sacar la
calidad del vapor en cada medicin.
6 OBSERVACIONES:
En el desarrollo de la prctica, se pudo observar que el agua que saledel caldero flua por una gran cantidad del perimetro del rea donde se
hizo las lecturas del calorimetro.
7 RECOMENDACIONES:
Antes de operar un caldero hay que tener presente leer el
dimensionamiento del equipo proporcionado por el fabricante para
evitaraccidentesen el rea de trabajo. Debemos recordar que el agua dealimentacin de la caldera siempre debe ser tratada previamente para
evitar daos en los equipos de la planta de operaciones que utilizan
vapor.
Recordar usar vestimenta adecuada para entrar al desarrollo de
cualquier prctica.
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