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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


)(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


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


FFlbmBtulbmBtuThTChh shgpg )57,248284)(*/48,0(/51,116348.022

2h = 1180,51 Btu/lbm


)(2 fgf hhxhh

fg

f

hh

hhx

2


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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12/17


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


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


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


)(2 fgf hhxhh

fg

f

hh

hhx

2


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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