Calorimetro Universal

CALORIMETRO UNIVERSAL OBJETIVO: Hallar la calidad de una determinada muestra de vapor. FUNDAMENTO TEÓRICO: Este tipo de calorímetro basa su funcionamiento en la separación del agua del vapor mediante cambios de dirección del flujo de una determinada muestra de vapor húmedo al pasar a través del calorímetro. El vapor húmedo entra por la parte alta del calorímetro; choca contra unas placas desviadoras, como existe una gran diferencia de densidades del vapor y del agua; este cambio de dirección nos permite obtener el agua de este vapor húmedo; considerando que el agua tiene una inercia mayor. El vapor seco se estrangula al pasar por un espacio anular; es sobrecalentado para finalmente ser condensado y recogido. En un diagrama T-S obtenemos los siguientes procesos:

1-2: Separación del agua del vapor. 2-3: Estrangulación. 3-4: Enfriamiento y condensación.

h3=hg 3 + ( 0.48 ) ∆ T … … … … … … … … … … … … … … …(1) Considerando:

m t=¿ masa total de vapor húmedo.

ms=¿ masa de líquido separado. mc =¿ masa de condensado. mv =¿ masa de vapor seco. x 1=¿ calidad de la muestra. x 2=¿ calidad a la salida del separador. Asimismo:

h2=hf + x 2 . h fg 2

Pero

2

h2=h2

De donde:

x 2=

h3−h f h fg

2

… … … … … … … … … … … … … … … … … …(2)

2

Teniendo en cuenta que:

Entonces teniendo como guía la distribución de la figura anterior:

x 2=

mv … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . …(3) mc

Remplazando (2) en (1):

mv =

(

h3−h f mc … … … … … … … … … … … … … … … …(4 ) h fg 2

2

)

Asimismo:

x 1=

mv mv = … … … … … … … … … … … … … … … … (5) m t ms +mc

Con (3) en (4):

(

x 1=

mc ms +mc

)(

h3−hf … … … … … … … … … … … … … .(6) hfg 2

2

)

PROCEDIMIENTO: 1. 2. 3. 4.

Hacer pasar vapor a través del calorímetro. Tomas mediciones de temperaturas en los puntos (1), (2) y (3). De las tablas de vapor se obtienen: h3; hf2 y hfg2 Medir la masa separada y la masa condensada.

CUESTIONARIO: 1. En qué consiste un proceso de estrangulamiento. 2. ¿La masa separada es la humedad contenida en el vapor? ¿Por qué?

ANALISIS:

Tabla 1. Datos del laboratorio. T1 (°C)

P1 (Kpa)

T3 (°C)

P3 (Kpa)

T4 (°C)

165 155 162.5 165

413.688 379.214 344.74 310.266

65.556 65 65 65

90.659 91.992 93.326 94.659

85 60 50 49

Masa separad a (m^3) 0.00004 0.00002 0.00002 0.00002

Masa condensa da (m^3) 0.00085 0.0004 0.00025 0.00044

ENSAYO 1 Estado s T (°C) 1

165

2

165 65.55 6 85

3 4

P (Kpa) 413.68 8 413.68 8

Masa separada (cm^3) Masa condensada (cm^3)

T (°C)

P (Kpa)

hf (KJ/Kg)

1 2 3 4

165 165 65.556 64

413.688 413.688 90.659 90.659

697.32 697.32 274.357 267.846

Aplicando la fórmula (1):

h3=hg + ( 0.48 )( 65.556−64 ) 3

h3=2619.156+ ( 0.48 ) ( 65.556−64 ) h3=2619.903 Aplicando ahora la ecuación (6):

( 40+850850 )( 2619.903−697.32 ) 2066.2

x 1=0.8887

850

90.659 90.659

Estados

x 1=

40

hg (KJ/Kg)

hfg (KJ/Kg)

2763.5 2066.2 2763.5 2066.2 2619.156 2344.821 2616.48 2348.66

Aplicando ahora la ecuación (2):

x 2=

2619.903−697.32 2066.2

x 2=0.9305

ENSAYO 2 Estado s 1 2 3 4

T (°C) P (Kpa) 155 155 65 60

Estados 1 2 3 4

Masa separada (cm^3) Masa condensada (cm^3)

379.214 379.214 91.992 91.992

T (°C) 155 155 65 60

P (Kpa) 379.214 379.214 91.992 91.992

Aplicando la fórmula (1):

h3=hg + ( 0.48 )( 65−60 ) 3

h3=2618.2+ ( 0.48 )( 65−60 ) h3=2620.6 Aplicando ahora la ecuación (6):

( 20+400400 )( 2620.6−653.82 ) 2620.6

x 1=

x 1=0.7148

hf (KJ/Kg) 653.82 653.82 272.03 251.11

hg (KJ/Kg) 2752.4 2752.4 2618.2 2609.6

20 400

hfg (KJ/Kg) 2098.6 2098.6 2346.2 2358.5

Aplicando ahora la ecuación (2):

x 2=

2620.6−653.82 2098.6

x 2=0.9372

ENSAYO 3 Estado s 1 2 3 4

T (°C) 162. 5 162. 5 65 50

Estados 1 2 3 4

P (Kpa)

Masa separada (cm^3)

344.74

Masa condensada (cm^3)

20 250

344.74 93.326 93.326

T (°C) 162.5 162.5 65 50

P (Kpa) 344.74 344.74 93.326 93.326

Aplicando la fórmula (1):

h3=hg + ( 0.48 )( 65−50 ) 3

h3=2618.2+ ( 0.48 )( 65−50 ) h3=2625.4 Aplicando ahora la ecuación (6):

250 ( 20+250 )( 2625.4−686.425 ) 2074.4

x 1=

x 1=0.8655 Aplicando ahora la ecuación (2):

hf (KJ/Kg) 686.425 686.425 272.03 209.31

hg (KJ/Kg) 2760.8 2760.8 2618.2 2592.1

hfg (KJ/Kg) 2074.4 2074.4 2346.2 2382.7

x 2=

2625.4−686.425 2074.4

x 2=0.9347

ENSAYO 4 Estado s 1 2 3 4

T (°C) P (Kpa) 165 165 65 49

Estados 1 2 3 4

Masa separada (cm^3) Masa condensada (cm^3)

310.266 310.266 94.659 94.659

T (°C) 165 165 65 49

P (Kpa) 310.266 310.266 94.659 94.659

Aplicando la fórmula (1):

h3=hg + ( 0.48 )( 65−49 ) 3

h3=2618.2+ ( 0.48 )( 65−49 ) h3=2625.88 Aplicando ahora la ecuación (6):

( 20+440440 )( 2625.88−697.32 ) 2066.2

x 1=

x 1=0.8928 Aplicando ahora la ecuación (2):

hf (KJ/Kg) 697.32 697.32 272.03 205.132

hg (KJ/Kg) 2763.5 2763.5 2618.2 2590.32

20 440

hfg (KJ/Kg) 2066.2 2066.2 2346.2 2385.12

x 2=

2625.88−697.32 2066.2

x 2=0.9334 Resultados:

x1 x2 Ensayo 1 0.8887 0.9305 Ensayo 2 0.7148 0.9372 Ensayo 3 0.8655 0.9347 Ensayo 4 0.8928 0.9334 Promedi o 0.84045 0.93395

ERRORES PORCENTUALES x1 x2 5.43%

0.37%

17.58%

0.35%

2.89%

0.08%

5.86%

0.06%