laboratorio termofluidos

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y CIENCIAS DE LA PRODUCCION

INFORME DE LABORATORIO DE TERMODINÁMICA II:CALIDAD DE VAPOR EN UNA CALDERA

FECHA DE ENTREGA: 4 DE ENERO DE 2010

REALIZADO POR: JOSUE MIGUEL GAVILANES TRIVINO

II TERMINO 2009-2010

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Tabla de contenidoResumen............................................................................................................................................3

Objetivos............................................................................................................................................3

Marco teórico.....................................................................................................................................3

Desarrollo Experimental.....................................................................................................................4

Tabla de datos....................................................................................................................................4

Cálculos representativos....................................................................................................................5

Tabla de resultados..........................................................................................................................11

Análisis de Resultados......................................................................................................................11

Conclusiones....................................................................................................................................11

Anexos..............................................................................................................................................11

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Resumen

En esta práctica vamos a poder determinar la calidad de una caldera, a través de la utilización de los conocimientos obtenidos en la materia, para eso recolectamos cierta cantidad de datos: presión y temperatura, obtenidos del calorímetro así con la presión y temperatura de la caldera.

Objetivos

Determinar la calidad de la caldera Determinar si la humedad cumple con el porcentaje máximo que debe haber en una

caldera

Marco teórico

CalderaEs una máquina o dispositivo de ingeniería que está diseñado para generar vapor saturado. Éste vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado liquido, se calienta y cambia de estado.Según la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato a presión en donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor.Las calderas son un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas de intercambiadores de calor, en las cuales se produce un cambio de fase. Además son recipientes a presión, por lo cual son construidas en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas.Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, las calderas son muy utilizadas en la industria para generarlo para aplicaciones como:Esterilización, es común encontrar calderas en los hospitales, las cuales generan vapor para esterilizar los instrumentos médicos, también en los comedores con capacidad industrial se genera vapor para esterilizar los cubiertos.Calentar otros fluidos, por ejemplo, en la industria petrolera se calienta a los derivados pesados para mejorar su fluidez y el vapor es muy utilizado.Generar electricidad a través de un ciclo Rankine. Las calderas son parte fundamental de las centrales termoeléctricas.

CalorímetrosEl calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos.El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una fuente de calor en el

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calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro. Si se conoce la capacidad calorífica del calorímetro (que también puede medirse utilizando una fuente corriente de calor), la cantidad de energía liberada puede calcularse fácilmente. Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura conocida, el calor específico y el calor latente pueden ir midiéndose según se va enfriando el objeto. El calor latente, que no está relacionado con un cambio de temperatura, es la energía térmica desprendida o absorbida por una sustancia al cambiar de un estado a otro, como en el caso de líquido a sólido o viceversa. Cuando la fuente de calor es una reacción química, como sucede al quemar un combustible, las sustancias reactivas se colocan en un envase de acero pesado llamado bomba. Esta bomba se introduce en el calorímetro y la reacción se provoca por ignición, con ayuda de una chispa eléctrica.Los calorímetros suelen incluir su equivalente, para facilitar cálculos. El equivalente en agua del calorímetro es la masa de agua que se comportaría igual que el calorímetro y que perdería igual calor en las mismas circunstancias. De esta forma, sólo hay que sumar al agua la cantidad de equivalentes.

Desarrollo Experimental

Luego que el instructor del laboratorio encienda la caldera, esperar hasta que el equipo llegue a la presión de trabajo y comience a circular vapor saturado en la caldera.

Apunte los valores de presión y temperatura de operación de la caldera. Abra la válvula que permite el paso a la línea que lleva vapor a los calorímetros. Tome la lectura de presión antes de ingresar al calorímetro. Abra las válvulas que controlan el flujo de vapor hacia el calorímetro de estrangulación y

espere a que se dé el equilibrio térmico. Ponga en funcionamiento la línea de agua de alimentación al tanque del calorímetro. Espere a que la presión disminuya hasta un valor estable. Tome las lecturas de presión y temperatura. Repita la toma de lecturas regulando el flujo de vapor que ingresa al calorímetro.

Tabla de datos

Condiciones del laboratorio

Presión Temperatura

764 mmHg 14.77 psi 29 °C 84.2 °F

Mediciones en el calorímetroi Presión (psia) Temperatura1 26.77 134

°C273.2 °F

2 29.97 138 °C

280.4 °F

3 29.57 140 °C

284 °F

4 26.27 137 °C

278.6 °F

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Caldera

Presión Temperatura

8 bar 116.03 psi 180 °C 356 °F

Cálculos representativos

1.- Método de supercalentado

h1=h2

h1=h2=h f+x1 (hfg )

311.1−309.79h f−309.79

= 118−116116.03−116

h f=309.80965 (Btulb )879.0−880.0hfg−880.0

= 118−116116.03−116

h fg=879.985( Btulb )Para hallar h2

PCald . [ psi ] h(Btulb )26 ha=1177

26.77 h2 27 hb=1176.7

Interpolando los datos

P=26 [ psi ]→T 1=270℉ y T 2=280℉→Tabla3

T [℉ ]h(Btulb )

PCald . [ psi ] h f (Btulb ) h fg( Btulb )116 309.79 880.0

116.03 h f h fg118 311.12 879.0

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270 1175.4273.2 h’ 280 1180.4

1180.4−1175.4h'−1175.4

= 280−270273.2−270

h '=1177(Btulb )P=27 [ psi ]→T 1=270℉ y T 2=280℉→Tabla3

T [℉ ]h(Btulb )

270 1175.1273.2 h ' ' 280 1180.1

1180.1−1175.1h ' '−1175.1

= 280−270273.2−270

h ' '=1176.7 (Btulb )Valor de h2

1176.7−1177h2−1177

= 27−2626.77−26

h2=1176.769( Btulb )Reemplazamos en la formula :

x1=h2−h fh fg

x1=1176.769( Btulb )−309.80965(Btulb )

879.985(Btulb )x1=0.9851

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2.- Método de vapor saturado Medición 1

P [ psia ]hg(Btulb ) T [℉ ]

26 1161.3 242.2526.77 hg T s

27 1162.0 244.36

1162.0−1161.3hg−1161.3

= 27−2626.77−26

→hg=1161.839( Btulb )244.36−242.25T s−242.25

= 27−2626.77−26

→T s=243.8747℉

∆T=273.2℉−243.8747℉→∆T=29.3253℉=29.3253 ° R

Valor de h2

h2=hg+C p∆T

CP=0.48( BTUlbm−° R )

h2=1161.839( Btulb )+0.48 ( BTUlbm−° R ) (29.3253° R )

h2=1175.915144 (Btulb )Valor de hf y h fg

311.1−309.79h f−309.79

= 118−116116.03−116


116.03 h f h fg118 311.12 879.0

8

h f=309.80965 (Btulb )879.0−880.0hfg−880.0

= 118−116116.03−116

h fg=879.985( Btulb )Hallamos la calidad:

x1=h2−h fh fg

x1=1175.915144(Btulb )−309.80965( Btulb )

879.985( Btulb )x1=0.98422

Medición 2


29 1163.4 248.4029.97 hg T s

30 1164.1 250.33

1164.1−1163.4hg−1163.4

= 30−2929.97−29

→hg=1164.079( Btulb )250.33−248.40T s−248.40

= 30−2929.97−29

→T s=250.2721℉

∆T=T 2−T s

∆T=280.4℉−250.2721℉→∆T=30.1279℉=30.1279 ° R

Valor de h2

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h2=hg+C p∆T

h2=1164.079( Btulb )+0.48 ( BTUlbm−° R )30.1279° R

h2=1178.540392(Btulb )Valor de hf y h fg

311.1−309.79h f−309.79

= 118−116116.03−116

h f=309.80965 (Btulb )879.0−880.0hfg−880.0

= 118−116116.03−116

h fg=879.985( Btulb )Reemplazamos los valores en la fórmula para hallar la calidad:

x1=h2−h fh fg

x1=1178.540392(Btulb )−309.80965 (Btulb )

879.985(Btulb )x1=0.9872

Medición 3



116.03 h f h fg118 311.12 879.0

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29 1163.4 248.4029.57 hg T s

30 1164.1 250.33(Uso de tabla 2)

1164.1−1163.4hg−1163.4

= 30−2929.97−29

→hg=1164.079( Btulb )250.33−248.40T s−248.40

= 30−2929.97−29

→T s=250.2721℉

∆T=T 3−T s

∆T=284℉−250.2721℉→∆T=33.7279℉=33.7279 ° R

Valor de h2

h2=hg+C p∆T

h2=1164.079( Btulb )+0.48 ( BTUlbm−° R )33.7279° R

h2=1180.268392(Btulb )Valor de hf y h fg

311.1−309.79h f−309.79

= 118−116116.03−116

h f=309.80965 (Btulb )879.0−880.0hfg−880.0

= 118−116116.03−116


116.03 h f h fg118 311.12 879.0

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h fg=879.985( Btulb )

x1=h2−h fh fg

x1=1180.268392(Btulb )−309.80965 (Btulb )

879.985(Btulb )x1=0.9891

Medición 4


26 1161.3 242.2526.27 hg T s

27 1162.0 244.36

1162.0−1161.3hg−1161.3

= 27−2626.77−26

→hg=1161.839( Btulb )244.36−242.25T−242.25

= 27−2626.77−26

→T s=243.8747℉

∆T=T 4−T s

∆T=278.6℉−243.8747℉→∆T=34.7253℉=34.7253 ° R

Valor de h2

h2=hg+C p∆T

h2=1161.839( Btulb )+0.48 ( BTUlbm−° R ) (34.7253° R )

h2=1178.507144(Btulb )

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Valor de hf y h fg

311.1−309.79h f−309.79

= 118−116116.03−116

h f=309.80965 (Btulb )879.0−880.0hfg−880.0

= 118−116116.03−116

h fg=879.985( Btulb )Hallamos la calidad:

x1=h2−h fh fg

x1=1178.507144(Btulb )−309.80965( Btulb )

879.985( Btulb )x1=0.9871

3.- Método de diagrama de MollierEn la parte de anexos

Tabla de resultados

Método CalidadMétodo Supercalentado 0.9851Método Vapor Saturado 0.9842 0.9872 0.9891 0.9871Método de diagrama de Mollier


116.03 h f h fg118 311.12 879.0

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Análisis de Resultados

El valor de la calidad, en los dos métodos cumple con la ecuación x+y=1, aunque el valor de la es aproximadamente uno, eso se puede deber a que tomamos mal las mediciones, o hubo algún error en la interpolación de datos.

Conclusiones

Según los valores que obtuvimos, la humedad del vapor saturado esta dentro del rango permitido para que la humedad no erosione los materiales.

Para poder hacer los cálculos se asume que h1=h2, dado que es un proceso de estrangulamiento adiabático, pero no es isentálpicos.

El valor alto de la calidad nos indica que la caldera produce menos trabajo.

Anexos

Diagrama de Mollier

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