Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Campo 4 Laboratorio de Máuinas !érmicas "ráctica No# $ % Calidad del &apor 'ui( 'am)re( *os+ua Adrian No# Cuenta# 4,4-.$$/4 "ro0# "ro0# *1SE '2CA'31 L1"E *2MENE 5rupo6 ,/789
3)as6 lunes : miércoles ;orario6 ,.6-- % <-6-Objetivo.
Determinar la calidad del vapor mediante el calorímetro de separación y estrangulación. Introducción.
“La práctica consiste en determinar la calidad de vapor de la caldera utilizando para esto un calorímetro de estrangulamiento, con la finalidad de modificar la temperatura y la presión del agua.” Introducción La medición la calidad del vapor en una caldera se pueden medir por 2 medios el primero es usando un calorímetro de separación el cual consiste en medir las masas de vapor y de lí!uido en la mezcla para de esta manera determinar la calidad. "l segundo m#todo es mediante el uso de un calorímetro de estrangulamiento el cual permite manipular el estado del fluido sin modificar la entalpía, pero de$emos tener en cuenta las siguientes consideraciones "l sistema de$e ser adia$ático es decir no de$en %a$er intercam$io de calor entre el calorímetro y el medio circundante & . 'demas el calorímetro no realiza tra$a(o & ) , y el cam$io en la energía potencial, si tiene lugar, es muy pe!ue*o & . 'un cuando la velocidad de salida sea con frecuencia considera$lemente mayor !ue la velocidad de entrada, en muc%os casos el incremento de energía cin#tica es insignificante & . "ntonces la ecuación de conservación de la energía para este dispositivo de flu(o estacionario se reduce a
"s importante tener en cuenta !ue el %ec%o de !ue las entalpias sean iguales no significa !ue el proceso sea un proceso isoentálpico, la razón de esto es !ue no estamos tra$a(ando con un proceso reversi$le. +odemos aprovec%ar el %ec%o de
las entalpias iguales en los 2 estados para encontrar la calidad, empezamos encontrando la entalpia en el estado de vapor supe calentado con las cuatro mediciones de los valores de presión y temperatura tomados de la muestra de vapor !ue %a salido de la caldera, así mismo necesitamos el valor de la presión y la temperatura de la caldera para poder utilizar la relación
onociendo la ecuación de la calidad y con los datos tomados e-perimentalmente procedemos a calcular la calidad del vapor mediante m#todos "l primero consiste en usar las ta$las tanto en la zona de vapor supercalentado y mezcla %/meda, usando la ecuación &2) al valor de la calidad. +ara el segundo m#todo usaremos las ta$las de saturación del agua y el calor especifico a presión constante, el procedimiento consiste en usar la diferencia de entalpia a una curva de presión constante entre un estado de vapor saturado %asta un vapor so$recalentado. & "l p para el vapor puede tomarse como & on lo cual se tiene !ue & ) & "s la entalpía de vapor de saturación a presión constante de la salida del calorímetro. Donde son los grados de supercalentamiento del vapor en el punto 2. &0i conocemos la entalpía en el segundo estado !ue es igual a la entalpía del primer estado aplicando la ecuación 2 podemos encontrar la calidad. +or /ltimo, el tercer m#todo consiste en utilizar el diagrama de 1ollier &entalpía vs entropía), en el cual de$emos encontrar la intersección entre la temperatura y la presión, para luego encontrar la calidad de manera geom#trica. Métodos para mejorar la calidad del vapor. na de las principales causas de
una $a(a calidad del vapor es el condensado !ue se produce en los ductos de vapor3 el mismo !ue se genera de$ido al gradiente t#rmico e-istente entre sus paredes interiores en contacto con el vapor. "l aislamiento t#rmico en las líneas de vapor es de gran ayuda para evitar !ue se forme el condensado3 pero, a pesar de la utilización del mismo, se seguirá produciendo dic%o condensado, en una cantidad !ue de$e eliminarse.
Determinación de la calidad del vapor. La calidad, no se puede determinar en
forma directa. 4ay varios m#todos para esta$lecerla3 sin em$argo, no e-iste ninguno !ue pueda considerarse simple. +ara tal o$(eto, se utiliza calorímetros especiales. 0iendo los más comunes, los siguientes 5 alorímetro de separación. 5 alorímetro de estrangulación. 6eremos el m#todo empleado en el la$oratorio.
Calorímetro de estrangulamiento.
7ste, es un instrumento !ue permite medir la calidad del vapor en forma indirecta3 si el vapor se estrangula y a continuación se e-pansiona sin realizar tra$a(o o sin p#rdida de calor, la energía total del vapor permanece invaria$le. Las p#rdidas por radiación de$en reducirse al mínimo y, para ello, el calorímetro y los ductos de vapor de$en estar completamente aislados t#rmicamente.
8uncionamiento. '!uí, mientras el vapor entra por la to$era de toma de muestras, #ste se estrangula al pasar por la válvula situada a la entrada del calorímetro. ' continuación, entra el vapor a la cámara de e-pansión, escapando finalmente el mismo a la atmosfera. uando el vapor pasa por la válvula de estrangulamiento, la entalpia disminuye y la energía cin#tica aumenta3 pero, luego al entrar en la cámara de e-pansión la energía cin#tica es disipada y la entalpia inicial es o$tenida nuevamente sin realizar tra$a(o3 por lo tanto, la entalpia es la misma antes y despu#s del estrangulamiento. "l calorímetro mencionado, funciona propiciado por el respectivo proceso adia$ático3 ya !ue no de$e e-istir transferencia de calor con el medio !ue lo rodea, para !ue los valores de la calidad sean confia$les3 por lo tanto, el calorímetro y los ductos de muestra de vapor, de$en estar completamente aislados t#rmicamente. "l calorímetro de estrangulamiento se utiliza para contenidos de %umedad $a(os, apro-imadamente entre -9:,;< y -9=,:
+roceso de estrangulamiento. "s un proceso, en el cual el fluido se e-pande sin producirse tra$a(o a entalpía constante, !ue o$edece a la ecuación denominada “"-pansión de >oule? @%ompson” %=9%2. 7ste proceso, se realiza mediante válvulas !ue estrangulan el vapor, determinado !ue #ste ad!uiera una velocidad alta. +uede esta$lecerse la relación siguiente la entalpía total del vapor saturado %/medo antes de la e-pansión%= 9 &%f A -%fg) es igual a la entalpía total %2 del vapor recalentado despu#s de la e-pansión. +or lo tanto
Los valores de %fy %fg, son o$tenidos de las ta$las respectivas de vapor, en función de la presión a$soluta dela caldera3 mientras !ue el valor de la entalpia %2 se lo o$tiene con los datos de presión a$soluta y temperatura en la cámara de e-pansión, luego del estrangulamiento. 0e puede determinar las entalpias utilizando las ta$las de vapor o el diagrama de 1ollier. @am$i#n es estima$le el valor de la entalpía%2mediante el empleo del calor específico del vapor a presión constante. +ara recalentar el vapor desde el punto
de saturación, se re!uiere un calor !s%. "n este caso, se de$e considerar al vapor recalentado como un gas ideal.
Procedimiento.
a) 'rran!ue la caldera y suministre vapor a la unidad. $) '$ra las válvulas de a$astecimiento de agua de enfriamiento del condensador. c) '$ra la válvula de vapor y permita !ue el vapor fluya a trav#s de los calorímetros y caliente el sistema a su paso. d) '$ra la válvula de estrangulamiento y a(uste a una presión marcada de salida acercándose a
Registro de Lecturas Correspondientes.
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Cuestionario. )*ué es el vapor recalentado+
6apor so$re calentado es vapor en una temperatura más arri$a !ue su temperatura de la saturación. 0i el vapor saturado se calienta en la presión constante, su temperatura se levantará, produciendo el vapor so$re calentado. "sto puede ocurrir en una calderaHuna autoclave si el vapor saturado se e-pone a una superficie con una temperatura más alta tal como una pared de la caldera.
"l vapor entonces es descrito como so$re calentado por el n/mero de los grados de la temperatura con los cuales se %a calentado so$re temperatura de la saturación. "l vapor so$re calentado no puede e-istir mientras !ue el vapor todavía está en presencia de agua lí!uida, pues cual!uier calor adicional evapora simplemente más agua. ), -ué se le llama título de vapor+
"l título de vapor es el porcenta(e en masa de vapor en una mezcla lí!uido?vapor y suele denotarse con la letra -. )n -ué bases teóricas est comprendido el %uncionamiento de un calorímetro+
"n el apartado teórico de 8luidos se determina el funcionamiento del alorímetro. ), -ué se le llama entropía de vapor+
"ntropía es tam$i#n lo !ue se transporta en el agua caliente y se distri$uye en un radiador. "s lo !ue se conserva en las paredes aislantes de una %a$itación y en un vestido de lana cuando esta ce*ido al cuerpo. Desafortunadamente el nom$re “calor” fue dado a otra cantidad y de esa manera se privó a la entropía de su significado natural, %aciendo de 0 un concepto a$stracto, de difícil mane(o y entendimiento. )Mediante el diagrama de Mollier se puede determinar el título del vapor con lecturas en calorímetro de estrangulación+
uando el vapor se e-pande adia$áticamente sin %acer tra$a(o e-terno, como por un orificio, por e(emplo, las entalpías a alta presión y $a(a presión son las mismas &sino e-iste un cam$io neto de velocidad del vapor). "sta e-pansión se denomina estrangulamiento. Del diagrama de 1ollier se puede ver !ue el vapor %/medo con entalpía mayor de ==<:K@Hl$m, se super calienta cuando se estrangula %asta la presión
atmosf#rica. La temperatura medida del vapor e-pandido, con(untamente con la presión, fi(a su entalpía en la región de so$recalentado, la cual con(untamente con la presión del vapor %/medo se puede o$tener los valores necesarios para calcular el porcenta(e de %umedad en la muestra de vapor %/medo. )Por -ué la masa de condensado es ma/or -ue la masa de agua separada en el e0perimento+
La masa de condensado es el agua separada en el e-perimento por lo !ue tendría !ue ser lo mismo. Conclusión.
0e concluyó !ue el proceso en el calorímetro de estrangulamiento e-iste un proceso isoentálpico. 'ntes a$rir la válvula atmosfera la mezcla !ue llega al calorímetro es un vapor s/per calentado. 1ibliogra%ía. "ttp2$$dspace.espoc".edu.ec$bitstream$('3456789$87:$($(5!::478.pd% "ttp2$$especialistas.org.ar$cie$%iles$material$Capitulo;':5.pd% "ttp2$$es.slides"are.net$geovann/scout$determinacin
