Camara Hilton (7)

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Laboratorio de ingenieria ingenieria mecanica mecanica I MN – 412

UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

CAMARA DE COMBUSTION CONTINUA A PRESION CONSTANTE “ HILTON” I.

INTRODUCCIÓN

A pesar de la contribución de las fuentes de energía renovables nuclear, hidroeléctrica, solar, eólica y demás, la mayor parte de la energía sigue derivandose de la combustión de hidrocarbonos. Estos combustibles tienen un límite de existencia y es de vital importancia que se usen eficientemente para conservar los recursos y reducir la polución. Una comprensión adecuada de los factores que afectan la combustion eficiente de los combustibles es por lo tanto esencial para toda persona involucrada en el estudio del uso de la energía. La Cámara de Combustión “Hilton” permite el estudio de muchos aspectos de la combustión y de la operación del mechero (o quemador), las ventanas amplias de observación en el armazón de la cámara de combustión enfriada por agua, proporcionan una excelente facilidad para la demostración de la la llama. Su instrumentación completa y características de seguridad permiten la operación del estudiante bajo supervisión sobre un margen amplio de relaciones de aire/ combustible y de combustibles distintos. Teniendo en cuenta que el calor es una forma de energía capaz de transformarse en otras formas de energía, el balance de energía nos proporciona un medio para determinar la eficiencia de combustión y los diferentes calores cedidos.

II.

OBJETIVOS o

Establecer el balance térmico durante la combustión de un combustible en un sistema abierto (Diagrama Sankey).

o

Realizar las curvas % CO 2, % CO, % O 2 vs r a/c

Ing. Morales Oswaldo

1

2005 - I


III.

UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

FUNDAMENTO TEÓRICO 1. BALANCE MÁSICO Para conocer la cantidad de productos y reactantes que se producen en la cámara Hilton, es necesario entender el proceso de combustión.

COMBUSTIÓN La combustión es una reacción química en la una sustancia llamada combustible experimenta una oxidación rápida, acompañada de una transformación de la energía química en energía molecular y el concerniente aumento de la temperatura de las sustancias en la reacción. Los combustibles pueden ser sólidos, líquidos y gaseosos. Los elementos combustibles de la casi totalidad de los combustibles son el carbono y el hidrógeno, aunque algunos contienen azufre en pequeñas proporciones. Cuando los combustibles son quemados con una cantidad de aire superior a la requerida para una combustión completa, los productos resultantes son monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), vapor de agua (H2O en vapor), dióxido de azufre (SO 2), nitrógeno (N2), oxígeno (O2) y otros hidrocarburos. La presencia de monóxido de carbono y otros hidrocarburos se explica por una combustión incompleta, causada por una inadecuada mezcla del aire y el combustible, apesar de que el oxígeno presente era mayor que el requerido teóricamente. Si la cantidad de aire es menor que la requerida, se obtiene con seguridad una combustión incompleta. La cantidad de aire optima a suministrar, para una instalación particular se calcula mediante ensayos. El dióxido de azufre está presente en muy pequeñas cantidades por lo que se lo puede despreciar.


2

2005 - I


UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

A) PROCESO DE LA COMBUSTIÓN COMBUSTIÓN La mayoría de los procesos de combustión se realizan con aire (Oxígeno + Nitrógeno + Argón) y no con Oxigeno puro. Este proceso se traduce a la oxidación de los componentes de un combustible, en cuya ecuación química representativa la masa permanece inalterable. Para los cálculos se desprecia el Argón y se toma 21% de oxigeno y 79% de nitrógeno. B) AIRE AIRE TEÓ TEÓRI RICO CO Es la cantidad mínima de aire capaz de proporcionar el Oxigeno suficiente para la combustión completa del carbono. Cuando se obtiene combustión completa no puede haber oxigeno en los productos de la combustión. En la practica no es posible tener una combustión completa ni con las proporciones "ideales" químicamente correctas a menos que se administre una cantidad mayor de aire teórico un 150%. Esto se debe a que probabilísticamente no es posible que cada una de las extraordinariamente numerosas moléculas del combustible encuentre una molécula de oxigeno para combinarse con ella. Por lo tanto la oxidación total del combustible se logra utilizando en la mezcla exceso de aire. C) RELACIÓN RELACIÓN AIRE - COMBUST COMBUSTIBLE IBLE Es la razón teórica entre masa o moles de aire teórico y la masa o moles de combustible. Si la cantidad de aire suministrado en una combustión es inferior a el aire teórico necesario la combustión será incompleta y habrá presencia de CO. La combustión incompleta se debe a tres causas: • • •

Insuficiencia de Oxígeno. Mezcla imperfecta entre el Oxígeno y el combustible. Temperatura demasiado baja para mantener la combustión.


3

2005 - I

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

UNI - FIM

Laboratorio de ingenieria mecanica I MN – 412

“A”

Quinto Laboratorio

D) ESTEQUIOMETRÍA DE LA COMBUSTIÓN •

Reacción de Combustión Completa:

CxHy + a (O2 + 3.76 N2) •

bCO2 + cN2 + d H2O

Reacción de Combustión Incompleta:

CxHy + a (O2 + 3.76 N2) •

bCO2 + cO2 + dCO + eN2 + fH2O

Relación Aire-Combustible:

r a/c =

maire mcombustibl e

=

32 × a + 28 × 3.76 × a 12 × x + 1 × y

Usar los datos de la ecuación incompleta para hallar la relación aire/combustible real y usar los datos de la ecuación completa para hallar la relación aire/combustible teórica: •

Cálculo del exceso de aire:

% exceso-aire =

(ra / c ) real (ra / c) teórica

* 100 − 100

2. BALANCE TÉRMICO El calor liberado por el combustible al quemarse en la Cámara Hilton, será cedido a: • • • •

Calor cedido al agua de refrigeración que circula por la camisa de la cámara. Calor cedido a los gases de escape que se van por la chimenea. Calor cedido al agua formada durante el procedo de combustión. Calor dejado de recibir a causa de una combustión incompleta.


4

2005 - I

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Laboratorio de ingenieria mecanica I MN – 412

• •

UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

Calor cedido por calentamiento de la humedad ambiental. Calor que se pierde por radiación, convección pérdidas no evaluables.

Para evaluar cada una de estas energías, es necesario tener unos conceptos previos acerca de Poder Calorífico, Calor Específico, Entalpia de Cambio de Fase.

PODER CALORÍCO Para poder cuantizar el calor liberado por el combustible, es necesario conocer su Poder Calorífico Alto. El Poder Calorífico representa la cantidad de energía liberada, por unidad de masa de combustible cuando éste es quemado completamente en estado permanente y los productos regresan al estado de los reactivos. Su valor depende de la fase del agua en los productos de la combustión. Si el agua se encuentra en fase líquida,se denomina poder caloríco alto. Por lo contrario, si el agua se encuentra en estado de vapor se denomina poder caloríco bajo. En el poder caloríco alto se adiciona la energía equivalente al calor sensible y latente del agua. El poder caloríco bajo es igual al poder caloríco alto menos el calor sensible y latente del agua para generar su evaporación. El siguiente cuadro muestra los poderes calorícos altos de distintos combustibles.


5

2005 - I


UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

CALORES ESPECÍFICOS (C) Es la cantidad de calor que necesita un cuerpo por gramo para que su temperatura se eleve en un grado centígrado. Ca = 4.18 KJ/Kg-K Cv = 1.923 KJ/Kg-K Cgases = 1.003 KJ/Kg-K Ca : calor específico del agua Cv : calor específico del vapor Cgases : calor específico de los gases de escape

ENTALPIA (H) Se denomina asi a la energía total que tiene una sustancia en un volumen de control que comprende su energía interna más las energía adicional atribuida a su presión y volumen. h

=

u + pv

Por Colorario de Joule, la entalpia solo es función de la temperatura absoluta. ∆h = Cp ∆T

Cp T

: Calor específico a presión constante : Temperatura

ENTALPIA DE CAMBIO DE FASE (H fg) Es el calor que sin aumentar la temperatura de los cuerpos, produce en ellos un cambio de fase. Su valor depende de la presión a la cual la sustancia se encuentra. Para entender mejor estos conceptos, usaremos la gráfica del proceso de calentamiento del agua en un diagrama P –v


6

2005 - I


UNI - FIM


“A”

Quinto Laboratorio

P V

L

4

2 1

3

v

Si queremos saber cuanta energía es necesaria para llevar la sustancia desde el punto 1 al punto 4, es necesario realizar los siguientes cálculos: Q1

4 =

Q1

Q1

4 =

Ca × (T 2

→

→

2 +

→

Q2

3 +

→

−

Q3

4

→

T 1 ) + Hfg + Cv × (T 4

−

T 3 )

Como podemos apreciar, usamos los calores específicos,. mientras se encuentre en una fase, y usamos energía de cambio de fase, cuando entramos en la campana.


7

2005 - I


IV.

UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

EQUIPO UTILIZADO Se trata de una Cámara de Combustión continua a Presión Constante HILTON (Ver Anexo)

V.

PROCEDIMIENTO •

Se enciende la unidad de acuerdo a las instrucciones.

•

Se escoge un flujo de combustible (GLP).

•

Para el primer balance se recomienda un flujo de aire alto para tener un exceso con respecto a la relación aire-combustible teórica.

•

El flujo de agua debe ser tal, que la temperatura de salida del agua sea aproximadamente igual a 80 °C.

•

Para estas condiciones se toman todas las lecturas que se indican en la tabla de datos.

•

Mantenimiento el flujo de aire constante (140 – 130 kg/hr), se toman 4 lecturas más, variando el flujo de combustible.

•

Se repite la experiencia cambiando el combustible a Kerosene y tomar 4 valores, luego realizar la mezcla GLP – Kerosene y tomar 2 valores más.


8

2005 - I


VI. TBS 16.67

UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

TABLA DE DATOS TBH 15

GLP

Combustible m (kg/h) T (ºC) 11 13 10 13 9 14 8 15

Aire – Gas Agua m (kg/h) Ti (ºC) Ts (ºC) m (kg/h) Ti (ºC) Ts (ºC) 138 28 724 1000 20 83 138 28 710 1000 23 80 138 29 675 1000 22 73 138 29 632 1000 22 67

Kerosene

Combustible m (kg/h) T (ºC) 10 26 9 25 8 24 7 23

Aire – Gas Agua m (kg/h) Ti (ºC) Ts (ºC) m (kg/h) Ti (ºC) Ts (ºC) 132 29 645 1000 21 69 132 28 613 1000 21 64 132 29 581 1000 21 58 132 29 540 1000 21 53

Mezcla

m GLP (kg/h)


Combustible Aire - Gas Agua m K (kg/H) T (ºC) GLP T (ºC) K m (kg/h) Ti (ºC) Ts (ºC) m (kg/h) Ti (ºC) Ts (ºC) 7 7 18 25 136 32 780 900 21 84 5 5 17 27 137 32 672 900 21 84

9

2005 - I


UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

VII. CALCULOS Y RESULTADOS 3. CALCULOS MASICOS A) DE LA REACCION DE COMBUSTION CxHy + a (O2 + 3.76 N2) ra/c GLP

12,55 13,80 15,33 17,25 ra/c

Kerosene


13,20 14,67 16,50 18,86

%CO(d)%CO2(b) %O2(c) 3.46 1.50 0.21 0.10

%N2(e )

0.21 0.00 0.30 1.55

86.02 86.40 85.84 85.55

%CO(d)%CO2(b) %O2(c)

%N2(e )

1.20 0.20 0.25 0.80

10.31 12.10 13.65 12.80

bCO2 + cO2 + dCO + eN 2 + fH2O

12.70 14.50 13.80 12.20

10

0.00 0.00 2.60 4.80

86.10 85.30 83.35 82.20

%exc -14,71 -6,18 4,25 17,28 %exc -10,20 -0,23 12,24 28,28

a 22.88 22.98 22.83 22.75 a 22.90 22.69 22.17 21.86

%H2O(f) 21.26 20.26 17.55 16.71 %H2O(f) 19.20 16.17 11.29 8.92

2005 - I

x

y

13.77 13.60 13.86 12.90

42.51 40.51 35.10 33.41

x

y

13.90 14.70 14.05 13.00

38.40 32.34 22.57 17.85


UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

B) PORCENTAJE EN MASA DEL COMBUSTIBLE (C – H) Y RELACION AIRE COMBUSTIBLE

ra/c GLP

15.12 15.48 15.56 16.60 ra/c

Kerosene


11

15.32 14.92 15.92 17.26

%C 0.80 0.80 0.83 0.82 %C 0.81 0.85 0.88 0.90

%H 0.20 0.20 0.17 0.18 %H 0.19 0.15 0.12 0.10

2005 - I


UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

4. BALANCE TERMICO A) CALOR LIBERADO POR EL COMBUSTIBLE (PODER CALORIFICO) QL GLP 49742.00 KEROSENE 41984.30 MEZCLA


12

2005 - I


UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

B) CALOR CEDIDO AL AGUA DE REFRIGERACIÓN Q1 GLP

23560.00 24302.52 25230.94 24635.88 Q1

Kerosene


13

19938.60 21132.22 21161.25 21497.14

2005 - I


UNI - FIM


“A”

Quinto Laboratorio

C) CALOR CEDIDO A LOS GASES DE ESCAPE Q2

mg 10444.70 10206.11 10081.29 9747.16

GLP

Q2 Kerosene


14

14.276 14.695 14.992 15.998 mg

9313.53 8893.34 9024.49 9190.50

14.636 14.525 15.856 17.339

2005 - I


UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

D) CALOR CEDIDO AL AGUA FORMADA POR LA COMBUSTION Q3

fn 7134.17 6814.33 5905.02 5863.21

GLP

Q3


15

0.1753 0.1685 0.1493 0.1431 fn

6132.23 5025.97 3742.74 3185.62

Kerosene

Pp (bar) 0.1776 0.1707 0.1513 0.1450 Pp(bar) 0.1611 0.1392 0.1014 0.0819

0.1632 0.1411 0.1028 0.0830

Tpp (ºC)

hfg

57.33 56.49 54.13 58.61 Tpp (ºC) 55.577 52.504 46.259 42.058

2005 - I

2364.93 2366.98 2372.72 2388.48 hfg 2369.19 2376.62 2391.72 2401.77


UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

E) CALOR PERDIDO POR COMBUSTION INCOMPLETA Q4 4729.17 2090.83 296.05 150.87

GLP

Q4 Kerosene


16

1660.60 272.06 371.34 1306.70

2005 - I


UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

F) CALOR PERDIDO POR CALENTAMIENTO DE LA HUMEDAD DEL AIRE Q5

M 169.60 175.84 189.17 194.20

GLP

Q5 Kerosene


17

0.1209 0.1321 0.1467 0.1663 M

150.68 161.08 168.45 179.29

0.1235 0.1372 0.1544 0.1764

2005 - I


UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

G) CALOR PERDIDO POR RADIACIÓN Q6 GAS

3704.36 6152.37 8039.53 9150.69 Q6

Kerosene


18

4788.67 6499.63 7516.02 6625.06

2005 - I


UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

5. TABLA DE RESULTADOS Punto ra/c 1 12,55 2 13,80 3 15,33 4 17,25

%exc aire -14,71 -6,18 4,25 17,28

TABLA DE RESULTADOS FINALES QL(KJ/Kg) Q1 (KJ/Kg) Q2(KJ/Kg) Q3(KJ/Kg) Q4(KJ/Kg) Q5(KJ/Kg) Q6(KJ/Kg) 49742.00 23560.00 10444.70 7134.174 4729.168 169.603 3704.36 49742.00 24302.52 10206.11 6814.333 2090.834 175.835 6152.37 49742.00 25230.94 10081.29 5905.020 296.053 189.165 8039.53 49742.00 24635.88 9747.16 5863.207 150.871 194.201 9150.69

Punto ra/c 1 13,20 2 14,67 Kerosene 3 16,50 4 18,86

%exceso de aire -10,20 -0,23 12,24 28,28

QL(KJ/Kg) Q1(KJ/Kg) Q2(KJ/Kg) Q 3(KJ/Kg) Q 4(KJ/Kg) Q 5(KJ/Kg) Q6(KJ/Kg) 41984.30 19938.60 9313.53 6132.226 1660.596 150.676 4788.67 41984.30 21132.22 8893.34 5025.966 272.061 161.085 6499.63 41984.30 21161.25 9024.49 3742.742 371.339 168.455 7516.02 41984.30 21497.14 9190.50 3185.621 1306.695 179.288 6625.06

Gas


19

2005 - I


UNI - FIM


6.

“A”

Quinto Laboratorio

GRAFICAS PROPANO 16.00 14.00 12.00

P A C 10.00 S E E 8.00 D S 6.00 E S A 4.00 G %

%CO2 %CO %O2

2.00 0.00

12.00 -2.00

13.00

14.00

15.00

16.00

17.00

R a/c


20

2005 - I

18.00


UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

Análisis de Gases de Escape PROPANO CO2

14,00 12,00

PROPANO CO

10,00 % s i s 8,00 i l á n 6,00 A

PROPANO O2 KEROSENE CO2

4,00 KEROSENE O2

2,00 0,00 12,00

KEROSENE CO 14,00

16,00

18,00

20,00

Relación Aire-Combustible


21

2005 - I


UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

KEROSENE 16.00 14.00 E 12.00 P A C10.00 S E 8.00 E D S 6.00 E S 4.00 A G % 2.00

%CO2 %CO %O2

0.00 12.00

14.00

16.00

18.00

R a/c


22

2005 - I


UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

PROPANO

50 %Q1 PROPANO 40

%Q2 PROPANO %Q3 PROPANO

Q30 %

%Q4 PROPANO

20

%Q5 PROPANO

10

%Q6 PROPANO

0 12.00

14.00

16.00

18.00

R a/c


23

2005 - I


UNI - FIM


“A”

Quinto Laboratorio

Análisis de Gases de Escape PROPANO CO2

14,00 12,00

PROPANO CO

10,00 % s i s 8,00 i l á n 6,00 A

PROPANO O2 KEROSENE CO2

4,00 KEROSENE O2

2,00 0,00 12,00

KEROSENE CO 14,00

16,00

18,00

20,00

Relación Aire-Combustible


24

2005 - I


UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

KEROSENE

50 %Q1 40

%Q2 %Q3

Q30 %

%Q4

20

%Q5

10

%Q6

0 12.00

13.00

14.00

15.00

16.00

17.00

18.00

R a/c


25

2005 - I

19.00


UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

VIII. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

El agua de refrigeración se lleva la mayor cantidad de energía liberado por el combustible. Llegando a casi el 50% de este. Seria difícil usar la cámara Hilton para determinar el poder calorífico de un combustible por el inconveniente de no poder obtener fácilmente el calor Q6 perdido por radiación, convención y otros, ya que este calor ha sido por diferencia de calores. En el caso de la combustión del kerosene, se aprecia que a mayor ra/c el calor perdido Q4 por combustión incompleta, se incremente, esto es debido a que mayor ra/c, el aire en exceso enfría el combustible, cosa que es desfavorable par la combustión completa. El calor Q6 perdido por radiación, convención y otros, es proporcional a la temperatura de los gases de escape, ya que a mayor temperatura de estos, se espera que la temperatura de la cámara sea mayor; esto se manifiesta mejor por los resultados de la combustión del PROPANO. En la toma de datos del laboratorio se debió de realizar con un medidor de gas ORZAT, pero no fue así, es por ello que la relación de CO2, CO y O2 se escogió de la tabla indicada en el informe según la relación aire combustible en la Cámara Hilton. Al analizar las gráficas se observa que a medida que aumentaba la relación aire combustible el CO disminuye y el CO 2 aumenta. No pudimos realizar los calculos de la Mezcla, debido a que no poseiamos las curvas de dicha mezcla, ademas era necesario realizar el analisis ORSAT.


26

2005 - I


UNI - FIM


IX.

“A”

Quinto Laboratorio

ANEXO CAMARA HILTON 7. GENERALIDADES

OBJETIVO DEL EQUIPO ACADÉMICO: Dentro de los usos académicos se encuentran: • • • • • • • • •

Adiestramiento para la operación de calderos. Transferencia de calor. Medición de temperaturas Investigación de aditivos en combustibles. Efectos del cambio de la relación aire/combustible. Análisis teórico y real del proceso de combustión. Mezcla de combustibles. Balance de energía. Investigación de corrosión.

APLICATIVOS: Dentro de los usos aplicativos podemos encontrar: • •

Intercambiadores de calor. Hornos.

SISTEMAS DEL EQUIPO En el equipo en estudio se cuentan con los siguientes sistemas:


27

2005 - I


UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

8. SISTEMA DE AGUA

COMPONENTES • • • • •

01 Valvula reguladora de flujo de agua de refrigeracion para la camara. 01 Valvula reguladora de flujo de agua de refrigeracion para el tubo muestreador. 01 Camiseta por donde circula el agua de refrigeracion y que rodea a la camara propiamente dicha. 01 Medidor de flujo del tipo rotametro para la medicion del flujo 02 Termometros

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO El agua ingresa directamente de la red, atraviesa un rotametro, previamente se le tomo su temperatura, ingresa a la camiseta que rodea la camara, para lo cual el agua funciona como elemento receptor de calor para evitar el sobrecalentamiento del equipo, tambien circula por el tubo muestreador de gases de escape antes de abandonar la camara Milton

9. SISTEMA DE COMBUSTIBLE

COMPONENTES •

PARA EL GAS:

01 Termometro bimetalico 01 Rotametro 01 Manometro de Tubo en U 01 Valvula de regulación PARA EL KEROSENE 01 Tanque elevado 01 Rotametro 01 Valvula reguladora 01 Termometro •


28

2005 - I


UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO El combustible gaseoso ingresa a la camara a traves de una toma en una tuberia, para luego medir su temperatura y presion para poder hallar su densidad con el fin de poder conocer el flujo masico con la ecuacion m = r*Q; el caudal previamente fue medido en un rotametro; hay tambien una valvula para regular el flujo de gas o cortarlo totalmente para trabajar con el otro tipo de combustible (Kerosene). El combustible liquido llega a la camara desde un tanque elevado, atraviesa un rotametro e ingresa a la camara, previo paso por una valvula controladora.

10. SISTEMA DE AIRE

COMPONENTES 01 Ventilador 01 Termometro a la entrada a la camara 01 Medidor de flujo de Placa - Orificio 01 Mariposa reguladora de flujo en la garganta.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO El aire es tomado directamente del medio ambiente por un ventailador siroco, se toma su tempeeratura y pasa a traves de una placa orificio donde se medira su flujo, para luego ser regulado por una valvula tipo mariposa antes de ingresar a la camara.

11. SISTEMA DE ESCAPE

COMPONENTES 01 Termometro 01 Analizador de muestra de gases 01 Chimenea de descarga.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Como los gases de escape tienen una presion mayor que la atmosferica, abandonan la camara por una chimenea, antes se recoge una muestra en el tubo muestreador de Orzat, para analizar sus componentes.


29

2005 - I


UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

12. SISTEMA DE ENCENDIDO

COMPONENTES 01 Bujia de encendido 01 Bateria 01 Sistema de puesta a tierra

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO La bujia de encendido es accionada por medio de un interruptor que se encuentra en el tablero de mando.

PARÁMETROS MEDIBLES •

FLUJO MASICO FLUJO DE AGUA DE REFRIGERACIÓN Este flujo es medido por un rotámetro; si bien es cierto que el rotámetro es usado para medir caudales, en la escala de lectura tiene la conversión a flujo de masa debido a la multiplicación de este caudal por la densidad. • • •

MARCA: Croydon England. RANGO: 200 -1 800 kg/h. TIPO DE INSTRUMENTO: Rotámetro.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: Un Rotámetro es un medidor de caudal de área variable en los cuales un flotador cambia su posición dentro de un tubo, proporcionalmente al flujo del fluido. Los medidores de flujo de área variable operan bajo el mismo principio básico de los medidores (elementos primarios) de presión diferencial, como aquellos que usan orificio. En los medidores de orificios el paso del fluido produce una presión diferencial, por lo tanto, el flujo es una función de presión diferencial. En los medidores de flujo de área variable, hay un orificio variable y una caída de


30

2005 - I


UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

presión, el flujo es indicado por el área anular a través de la cual pasa el fluido. Un elemento de metal (generalmente de metal y por lo tanto más denso que el fluido) está contenido en un tubo y es mantenido en una posición de equilibrio en la que su altura hacía arriba es proporcional al flujo. Una característica importante de los medidores de flujo de área variable es que la caída de presión a través del flotador es constante. Aplicando la ecuación de Bernoulli : V2 - V1 =

2 g ( h1

−

h2 )

La presión debida a la velocidad del fluido tiende a levantar el flotador como lo hace el efecto de flotación mismo, esta acción es equilibrada por el peso del flotador; para cada valor del caudal, el flotador asume una posición en que las dos fuerzas se equilibran. Los tubos empleados en Rotámetros pueden ser de vidrio y metálicos. La mecanización de estos hace que puedan ser intercambiados los tubos y flotadores, sin necesidad de estar calibrando cada Rotámetro para obtener el caudal deseado. Los tubos tienen una conicidad que viene expresada como la relación entre el diámetro interno del tubo en la escala máxima y el diámetro de la cabeza del flotador • •

Ventajas : Pérdida de presión relativamente baja, que es función del peso del flotador e independiente del caudal. Capacidad de medir flujos pequeños y grandes.

APLICACIONES Para flujos de gases y líquidos en los que el caudal varía entre amplios márgenes y donde se requiere indicaciones razonablemente precisas tanto par altos como para bajos caudales.

OBSERVACIONES Con mucha diferencia respecto a los demás contadores de sección variable, el rotámetro se usa más, pero el contador de orificio y obturador se emplea muchísimo en la medición de caudal de agua en tuberías de suministro de servicio público. Los rotámetros pueden utilizarse para medir el gasto, tanto en


31

2005 - I


UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

líquidos como en gases. Sin embargo es importante que se mantenga constante la temperatura, ya que de lo contrario, la viscosidad y la densidad del fluido que se mide, puede variar considerablemente, particularmente cuando se están midiendo gases. La temperatura también puede producir errores y además otra fuente de error es la oscilación que posee el flotador, lo cual dificulta la lectura precisa sobre la escala. Rotámetros de Vidrio: Caudales bajos → 30 - 300ml/s hasta Caudales altos → 0,5 - 5l/s

(Líquidos) (Gases)

Caudales bajos → 0,2 - 2ml/s hasta Caudales altos → 4 - 40l/s

Los rotámetros de tubo metálico pueden trabajar con caudales muy elevados y presiones hasta de 200 kPa a una temperatura de 300 ° C y un caudal que puede alcanzar 120 l/s. •

FLUJO MASICO DE GAS PROPANO Funcionando a 15 ºC y 125 mm Hg, este instrumento presenta las siguientes características. • • •

•

MARCA: MFG Company LTD England. RANGO: 2.5 -18. TIPO DE INSTRUMENTO: Rotámetro.

FLUJO MASICO DE KEROSENE El instrumento encargado de dicha medición presenta los detalles siguientes: • MARCA: MFG Company LTD England. • RANGO: 0 - 13.5 kg/h APROXIMACIÓN: 0.5 kg/h. •


32

2005 - I


• • •

UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

ERROR: 0.25 kg/h TIPO DE INSTRUMENTO: Rotametro.

FLUJO MASICO DE AIRE Este parámetro se midió con los detalles siguientes: • RANGO: 0 - 180 kg/h APROXIMACIÓN: 10 kg/h. • ERROR: 5 kg/h • TIPO DE INSTRUMENTO: Placa con orificio •

•

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: Esta conformada por una placa perforada instalada en la tubería. Su funcionamiento se basa en el principio del cambio de presión en las secciones de entrada y salida por donde pasa el fluido. Este tipo de dispositivo no es recomendable usarlo con fluidos muy viscosos debido a la gran cantidad caída de presión que se origina. Existen distintos tipos de tomas, estas serán según las po siciones donde se haga la medición de la diferencia de presiones. Por ejemplo pueden ser Tomas de Brida, las cuales se hacen en las bridas que soportan a la placa y situadas a una 1” de la misma. El orifico de la placa puede ser concéntrico, excéntrico o segmental, con un pequeño orificio de purga para los pequeños arrastres sólidos o gaseosos que puedan llevar el fluido. Los dos últimos diafragmas permiten medir caudales de fluidos que contengan una cantidad pequeña de sólidos y de gases. La precisión obtenida con la placa es del orden de ± 1 a ± 2%. Para el cálculo de las placas con orificio, toberas y tubos de venturi se utilizan normas variadas, entre las que se encuentran las siguientes: - Norma ISO - Norma francesa Afnor NF X 10-101 - Norma ASME - Norma AGA - Norma DIN 1952 - Norma inglesa BS 1042 - Norma italiana UNI-1559 y UNI-1605, UNI-2323 a UNI-2330. En estas normas se indican:


33

2005 - I


•

UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

- Las pérdidas de carga de los elementos - Las condiciones de instalación en tramos rectos de las tuberías con distancias mínimas a codos, curvas, válvulas, etc. TEMPERATURA Temperatura de entrada de aire a la cámara Esta temperatura es medida por medio de un termómetro de marca The British Rototherm company y tiene las siguientes características: • • • •

•

RANGO: 30-60 ºC APROXIMACIÓN: 1 ºC ERROR: 0.5 ºC TIPO DE INSTRUMENTO: Termómetro bimetálico.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Los diversos metales poseen distintos coeficientes de dilatación. Cuando dos metales diferentes se unen solidariamente, forman una tira bimetálica. Cuando se calienta una tira bimetálica, hay una expansión diferencial de los dos metales. Esta expansión diferencial puede aprovecharse para medir temperaturas. En este termómetro la tira bimetálica tiene una forma de una hélice. La expansión diferencial de la tira hace que una aguja se mueva sobre la esfera del termómetro. Este tipo de termómetros es usado en la industria para indicar la temperatura de instalaciones permanentes.

•

TEMPERATURA DEL AGUA DE REFRIGERACIÓN AL INGRESO La temperatura del agua de refrigeración al ingresar es medida con un termómetro de las siguientes características: MARCA: Marshall Instruments • • RANGO : 0 - 150 ºC • APROXIMACIÓN: 1ºC ERROR: 0.5 ºC •


34

2005 - I


•

UNI - FIM “A”

Quinto Laboratorio

TIPO DE INSTRUMENTO: Temperatura de ingreso del combustible El termómetro para medir este parámetro tiene las características siguientes: • MARCA: Steam Immersion Min RANGO : -30 - 60 ºC • APROXIMACIÓN :1 ºC • ERROR: 0.5 ºC • TIPO DE INSTRUMENTO: Termómetro bimetálico. • Temperatura de salida del agua Este parámetro se midió con el termómetro: • RANGO: 0 - 100 ºC • APROXIMACIÓN: 1 ºC • ERROR: 0.5 ºC • TIPO DE INSTRUMENTO: Termómetro de bulbo o vidrio de inmersión parcial (mercurio)

•

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO El volumen de muchos líquidos aumenta en proporción casi directa con el aumento de la temperatura. Por lo tanto, un termómetro de líquido en vidrio permite correlacionar las variaciones de volumen de un líquido con las variaciones de su temperatura. Debe observarse que este termómetro en particular consiste en un bulbo de vidrio que contiene la mayor parte del líquido, un fino tubo capilar y un pequeño bulbo en la parte superior. Una pequeña variación del volumen total provoca una apreciable variación del nivel del líquido en el capilar. El pequeño bulbo superior que no siempre se encuentra en los instrumentos de menor precisión constituye un depósito para el líquido en caso de que la temperatura exceda el alcance del instrumento. El líquido comúnmente usado en los termómetros es el mercurio y se usan para temperaturas de -35 ° C a 650 °C. La precisión de un termómetro de líquido en vidrio depende de la uniformidad del tubo capilar. Los termómetros comunes de mercurio, para laboratorio, deben tener una precisión del orden de la menor


35

2005 - I

Camara Hilton (7)

Recommend Documents