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OBJETIVOS

Comparar los datos obtenidos mediante el experimento realizado en clase

con los datos proporcionados por el fabricante.

Observar que las sustancias puras sufren transformaciones similares en

cada proceso ya sea volumen o temperatura

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2. FUNDAMENTO TERICO

2.1 CALDERAS

2.1.1 Definicin

De manera elemental una caldera se puede definir como un recipiente

cerrado en el cual el agua se evapora en forma continua por la

aplicacin de calor por medio de gases. Estos gases generalmente son

producto de la quema de un combustible fsil en el horno de la

caldera, aunque pueden ser tambin el producto de un proceso como

los gases resultantes de reacciones en las unidades de ruptura

cataltica.

2.1.2 Eficiencia

El objetivo de una caldera, adems de generar vapor, es realizar con

la mxima eficiencia posible la transferencia de calor, definiendo

esta de una manera sencilla como la porcin de calor liberado en el

horno que es absorbido por les fluidos en los elementos de la caldera.

Cuando se selecciona una caldera se deben considerar los siguientes

parmetros:

* Cantidad de vapor requerida.

* Presin, temperatura, calidad del vapor requerido.

* Futuros requerimientos.

* Localizacin de la unidad.

* Caractersticas de la carga.

* Tipos de combustibles disponibles.

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* Diseo de quemadores.

* Calidad del agua de alimentacin.

* Variaciones previstas de la carga.

Una vez seleccionada y construida la caldera existen otros factores

que afectan notablemente la eficiencia de la unidad pues inciden

directamente en el estado de las superficies de transferencia

trmica.

Los tubos de la caldera son afectados internamente por las impurezas

del agua que tienden a depositarse o a formar incrustaciones en las

paredes, lo cual hace necesario someter el agua a tratamiento qumico

para minimizar este y otros efectos indeseables.

La parte exterior de los tubos y otras zonas de la caldera son

afectadas por depsitos que ensucian o incrustan las paredes. Estos

depsitos son determinados principalmente por los siguientes

factores:

a. Tipo de combustible:

* Combustible pulverizado (carbn)

* Combustleo

* Gas natural

b. Calidad del combustible:

* Contenido de azufre y cloruros en el carbn

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* Contenido de cenizas y temperatura de fusin de ellas

* contenido de vanadio, sodio, azufre en el combustleo

c. Condiciones de combustin

* Exceso de aire

* Longitud de la llama

* Turbulencia del aire combustible a la salida del

quemador

* Turbulencia en el hogar

* Temperaturas

* Distribucin del aire

* Tipo de paredes en el hogar

d. Diseo

* Localizacin, tipo y espacio entre los elementos del

sper calentador, calentador y economizador

* Altura del hogar y temperatura de salida de gases

De los anteriores factores, indudablemente que el diseo es el

que ofrece mayores posibilidades de mejora. Los ms

recientes muestran mayor rea seccional en el hogar,

eliminacin de paredes de divisin, temperatura de gases ms

bajas, distribucin ms uniforme de suministro de calor en

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toda la caldera, velocidad de gases ms baja, mejor

observacin del hogar.

2.2 CALDERA DE MARCET

Con el equipo de ensayo se puede demostrar la relacin entre la

presin y la temperatura del vapor de agua saturado y se puede

obtener la curva de presin de saturacin hasta una presin de

15bares. En un recipiente cerrado a presin se calienta una cantidad

determinada de agua por medio de un calentador elctrico. La

temperatura y la presin se pueden observar continuamente a travs

de un indicador digital de temperatura y de un manmetro de

Bourdon. Como dispositivos de seguridad se dispone de una vlvula de

alivio y de un limitador de temperatura.

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2.3 DESCRIPCIN DEL APARATO

La caldera de Marcet permite determinar la

correspondencia entre los valores de la presin y

de la temperatura para el vapor saturado hmedo

del agua a todas las presiones comprendidas entre

la presin atmosfrica y 17 bar.

El aparato est estructurado de la siguiente

forma:

1. Hervidor cilndrico, en el cual se introduce el

agua necesaria para el ensayo;

2. Cuadro elctrico de control de la resistencia

elctrica para el calentamiento y la evaporacin

del agua;

3. Vlvula de descarga;

4. Vlvula de alimentacin;

5. Manmetro para la lectura de la presin

relativa en el hervidor;

6. Termmetro de mercurio para la lectura de la

temperatura en el hervidor;

7. Vlvula de seguridad;

8. Vlvula para regular la

cantidad mxima de agua en el

hervidor;

9. Resistencia elctrica

blindada;

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2.4 PRINCIPIOS FSICOS RELATIVOS AL CAMBIO DE ESTADO

lquido-aeriforme

Consideremos la transformacin de un cuerpo desde el estado

lquido al estado aeriforme o viceversa (evaporacin o

condensacin).

Es sabido que si en un ambiente en el cual reina una presin

invariable se da calor a un lquido, el mismo se calienta, pero a un

cierto punto la temperatura cesa de aumentar y comienza la

transformacin del lquido en vapor, y la temperatura no vara

hasta que haya presencia de lquido a evaporar. Un vapor cualquiera

en presencia del lquido del cual es producido y en condiciones de

equilibrio trmico con el mismo tiene una temperatura

perfectamente determinada por cada valor de la presin.

Para los vapores, por tanto, es posible escribir una relacin (pt) =

0 que expresa la correspondencia entre los valores de la presin y

de la temperatura. Pero es necesario tener en cuenta una

advertencia. Se ha hablado de vapor en presencia del lquido del

cual es producido. Si en el espacio no ocupado por el lquido no se

encuentra slo su vapor sino tambin un gas, por ejemplo aire, el

problema se complica. Es necesario por tanto hacer de manera que

el aire, inicialmente presente en el hervidor a presin ambiente, se

haga salir antes de iniciar la medicin de las parejas de valores de

presin y temperatura.

Si se suministra calor al agua contenida en el hervidor, el

resultante aumento de actividad a nivel molecular provoca una

siempre creciente liberacin de las molculas desde la superficie

del lquido hasta obtener el equilibrio. La condicin de equilibrio es

funcin de la presin que acta sobre la superficie de separacin

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lquido-vapor; cuanto menor es la presin, tanto mayor ser la

facilidad con la cual las molculas abandonarn la superficie liquida,

y por tanto ser suficiente suministrar una menor cantidad de

calor para alcanzar el punto de equilibrio (ebullicin). La

temperatura a la cual se verifica la condicin de equilibrio a una

determinada presin se denomina temperatura de saturacin.

En el hervidor la suministracin de calor al agua se realiza a

volumen total constante, y no a presin constante, por lo cual la

evaporacin progresiva del lquido determina un aumento de la

presin en el volumen cerrado, y por tanto de la temperatura de

saturacin.

2.5 INSTALACIN

El grupo necesita alimentacin elctrica e hdrica.

1. Alimentaciones

Elctrica:

220/240 V - 50 Hz con potencia mxima absorbida de 2 kW

Hdrica: desde la red

2. Descargas

Una para la descarga del agua en el hervidor por medio del

portagoma de la vlvula (3) y una para la descarga del vapor en el

caso de intervencin de la vlvula de seguridad (7), a travs del

portagoma de la misma.

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3. Predisposicin al ensayo

Conectar con el tubo flexible en dotacin los dos portagomas de las

vlvulas (3) y (7) y canalizarlo en un pozuelo de descarga.

Conectarse siempre por medio del tubo flexible de la red hdrica al

portagoma de la vlvula (4).

Conectar el cuadro elctrico (2) con la alimentacin elctrica.

Colocar el termmetro (6) en su alojamiento, introduciendo en el

pozuelo algunas gotas de aceite para mejorar la transmisin del

calor.

2.5.1 PASOS PARA LA EJECUCIN DEL ENSAYO

1. Cerrar las vlvulas (3) (4) (8).

2. Introducir el agua en el hervidor abriendo la vlvula de

alimentacin (4) y la vlvula de regulacin (8) hasta que el

agua salga desde el portagoma de la misma.

3. Cerrar la vlvula de alimentacin (4).

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4. Dejando abierta la vlvula de regulacin (8), insertar la

resistencia elctrica (9) pulsando el botn negro del cuadro

elctrico (2).

5. Esperar hasta que el vapor salga libremente fuera de la

vlvula (8). Esto sirve para cerciorarse de que todo el aire

haya sido expulsado del hervidor.

6. Adquirir la temperatura del termmetro (6) y la presin

ambiente (p atm), luego cerrar la vlvula (8) y sacar el tubo

desde la portagoma de la vlvula (4).

7. Proseguir en el calentamiento y adquirir la lectura del

termmetro (6) tcal con aumentos de presin relativa de un

bar (por medio del manmetro (5)), hasta una presin relativa

mxima de 17 bares.

8. Desconectar el calentador (9) pulsando el botn rojo del

cuadro elctrico (2) y proceder a una anloga serie de

lecturas del termmetro (6) tenfr a medida que la caldera se

enfra.

Nota Importante

Durante la ejecucin del ensayo no se deben abrir nunca las

vlvulas (3) (4) (8).

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2.6 DETERMINACIN DE LA RELACIN PRESIN-

TEMPERATURA

Convertir las lecturas de presin relativa en presin absoluta

aadiendo la presin atmosfrica, en bar, y calcular la temperatura

media a cada presin.

Trascribir estas temperaturas en un diagrama cartesiano en

funcin de las presiones absolutas. Trazar luego un grfico

comparativo utilizando los valores de las propiedades del vapor del

agua extradas, por ejemplo, de la Tab. I, obtenidos de las tablas

del "Vapor cueo saturado al estado lmite".

Se trascriben a continuacin las relaciones analticas a utilizar

para trazar el diagrama cartesiano.

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3. DATOS EXPERIMENTALES

Se trascriben a continuacin los resultados de algunas mediciones

realizadas con el procedimiento descrito.

Prel (bar) Pabs (bar) Tcal C Tenf C Tmedia C

1 1 119 121 120

2 2 132 134 133

3 3 142 144 143

4 4 151 153 152

5 5 158 160 159

6 6 164 166 165

7 7 170 172 171

8 8 175 177 176

9 9 180 182 181

10 10 184 184 184

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Caractersticas Tcnicas

Material hervidor cilndrico: acero;

Material aislante hervidor: lana de roca;

Capacidad mxima agua: 3 litros;

Presin relativa mxima de trabajo: 17 bar;

Presin mxima de ensayo: 35 bar;

Calibracin vlvula de seguridad: 18 bar;

Termmetro de mercurio (-10 +250 C), divisin 1 C;

Manmetro (0 - 25 bar), divisin 1 bar;

Resistencia elctrica blindada 220/240 V monofsica 50 Hz de

2000 W;

Calibracin presos tato de seguridad: 17 bar;

Dimensiones del grupo: 550 x 400 x 900 h - Peso 74 kg.

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CONCLUSIONES

Podemos ver en este experimento Caldera Marcet, que los datos

experimentales son muy aproximados a los ya tabulados, tambin

notamos que las sustancias puras sufren transformaciones similares en

cada proceso ya sea volumen o temperatura

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BIBLIOGRAFIA

* Manual de Operacin y mantenimiento. Calderas fabricadas por DISTRAL

S.A. para ECOPETROL, Unidad de Balance Barrancabermeja. Serie A-2212.

Tomo I.

* ALVAREZ CORREA, JAIME ANDRES. Aplicaciones termogrficas en

calderas. ECOPETROL, Complejo Industrial. Grupo de Inspeccin de Equipos,

1994.

* Introduccin a la Termodinmica, Jorge A. Rodrguez

* Manual de caldera de boiler de marcet

* http://www.electroequipos.com