Laboratorio de Termodinámica II Calidad De Vapor De La Caldera Panchana Malavé Geovanny Moisés Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias Cie ncias de la Producción (FIMCP) Espuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL) Guayaquil – Ecuador
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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. Se utilizaron conceptos básicos relacionados con el curso c urso de termodinámica, se usó tablas de vapor para encontrar la calidad, mediantes 3 distintos métodos, 2 de ellos con tablas tanto de vapor sobrecalentado y mezcla húmeda y calor especifico a presión constate, y otro método consiste en realizar una aproximación a la calidad mediante el diagrama de Mollier. Para determinar la calidad en cualquiera de los métodos mencionados es necesario conocer los valores de la presión y temperatura, es importante realizar las mediciones de estos datos para un proceso de flujo estable y así evitar errores. Finalmente se obtuvo una calidad de aproximadamente un 98% determinando así que los datos tomados fueron aceptables. Palabra clave: entalpía, calorímetro, caldera, calidad, diagrama de Mollier. Abstract
Practice is to determine the quality of steam from the boiler using a calorimeter this throttling, for the purpose of changing the temperature and water pressure. Basic concepts related to the course of thermodynamics were used, steam tables was used to find quality, mediantes three different methods, 2 of them with tables both superheated steam and wet mixture specific heat and pressure to find, and another method is to an approach to quality through the Mollier diagram. To determine the quality in any of the above methods is necessary to know the values of pressure and temperature is important to make measurements of these process data for a steady flow and avoid errors. Finally quality about 98% thus determining data taken were acceptable was obtained. Keyword: enthalpy, calorimeter, boiler quality Mollier diagram.
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 líquido en la mezcla
(2)
Conociendo la ecuación de la calidad y con los
datos
tomados
experimentalmente
procedemos a calcular la calidad del vapor
para de esta manera determinar la calidad. El segundo método es mediante el uso de un calorímetro de estrangulamiento el cual permite manipular el estado del fluido sin modificar la entalpía, pero debemos tener en cuenta las siguientes consideraciones: El sistema debe ser adiabático es decir no deben haber intercambio de calor entre el calorímetro y el medio circundante ( . Ademas el calorímetro no realiza trabajo ( ) , y el cambio en la energía potencial, si tiene lugar, es muy pequeño . Aun cuando la velocidad de salida
mediante 3 métodos:
presión constante, el procedimiento consiste
sea mayor que con la frecuencia velocidad considerablemente de entrada, en muchos casos el incremento de energía cinética es insignificante . Entonces la ecuación de conservación de la energía para este dispositivo de flujo estacionario se reduce a:
vapor saturado sobrecalentado.
El primero consiste en usar las tablas tanto en la zona de vapor supercalentado y mezcla húmeda, usando la ecuación (2) al valor de la calidad. Para el segundo método usaremos las tablas de saturación del agua y el calor especifico a en usar la diferencia de entalpia a una curva de presión constante entre un estado de vapor
El Cp para el vapor puede tomarse como:
Con
lo
cual
se
tiene
que:
( )
Es importante tener en cuenta que el hecho de que las entalpias sean iguales no significa
un
(1)
hasta
que el proceso sea un proceso isoentálpico,
Es la entalpía de vapor de saturación a
la razón de esto es que no estamos trabajando con un proceso reversible.
presión constante calorímetro.
Podemos
aprovechar
el
hecho
de
las
de
la
salida
del
encontrando la entalpia en el estado de
son los grados de supercalentamiento del vapor en el punto 2.
vapor
cuatro
Si conocemos la entalpía en el segundo
de presión y
estado que es igual a la entalpía del primer
entalpias iguales en los 2 estados para encontrar supe
la
calidad,
calentado
con
mediciones de los valores
empezamos las
Donde
temperatura tomados de la muestra de
estado
vapor que ha salido de la caldera, así mismo
encontrar la calidad.
aplicando la ecuación 2 podemos
necesitamos el valor de la presión y la temperatura de la caldera para poder utilizar la relación:
Por último el tercer método consiste en utilizar el diagrama de Mollier (entalpía vs
entropía), en el cual debemos encontrar la
Este es el equipo que convierte el estado de
intersección entre la temperatura y la
mezcla al estado de supe calentamiento, la
presión, para luego encontrar la calidad de
lectura del calorímetro para la temperatura
manera geométrica.
viene en
, las unidades de la presión
vienen en psig. Equipos e Instrumentación
Procedimiento Experimental
Tabla 1: Datos Técnicos de la Caldera Al encender la caldera hay que esperar a que Equipo Marca Serie Modelo Código Espol
Caldera de 10 Bar Thompson G-2326 MINIPAC 3 2971
la presión marcada por el manómetro de la caldera llegue a los 10 Bar, cuando esto suceda hay que tomar el valor de la temperatura de la caldera que viene dada en
, luego abrimos las válvulas que controlan
el flujo de vapor hacia el calorímetro de Equipos:
estrangulamiento
,
esperamos
unos
segundos hasta que el sistema se estabilice es decir llegue al equilibrio térmico antes de tomar las respectivas medidas de presión y temperatura, se vuelve a regular el paso de vapor hacia el calorímetro para tomar otros datos de presión y temperatura. Para que los resultados sean confiables, el vapor deberá Figura 1: Caldera Pirotubular
tener
por lo menos 10 (5
supercalentamiento en el calorímetro. Es aquí donde el agua está en la zona de mezcla y donde queremos encontrar la calidad. Hay que recordar que las unidades de la temperatura serán en psi.
y la presión en
Resultados Tabla de Datos: Tabla 2: Temperatura y Presión del Laboratorio
Laboratorio Temperatura Presión Ambiente 27 14.65 psia 758 mm Hg
Tabla 3: Temperatura y presión de la caldera
Caldera Figura 2: Válvula de estrangulamiento
Presión (Bar) Presión(Psig)
10 145.04
Presión(Psia) Temperatura
169.69 172
de
Temperatura
∑
341.6
Tabla 4: Entalpía de la caldera
Entalpía (
Entalpía (
312.81
Valor promedio de la entalpía:
1190.5 Btu/Lbm
Unidad
Calorímetro de estrangulamiento Numero P2(psig) P2(psia) T2 ) de lectura 1 14.5 29.15 130 2 14.5 29.15 130 3 15 29.65 132
Usando las tablas de vapor saturado y calor especifico
Para determinar la entalpía 2 es necesario Numero de lectura 1
T2(
T sat (
268
248.69
2 266 248.69 3 269.6 249.65 Como podemos verificar la temperatura T2 es mayor que la temperatura de saturación, lo cual nos indica que estamos en vapor sobre calentado.
determinar la entalpía de vapor saturado y la temperatura de saturación a la presión del calorímetro con el fin de encontrar Numero de lectura 1 2 3
.
19.31 19.31 19.95
1163.42 1163.42 1163.82
Ahora procederemos a encontrar la calidad por
cada
uno
de
los
métodos
antes
mencionados: Usando las tablas de vapor sobrecalentado .
(Btu/lbm) 1173.78 1172.76 1174.29
Calidad 0.9809 0.9797 0.9815
Cálculo:
[[ ] Medición 1
Medición 2
Usando la tabla de vapor supercalentado encontramos la entalpia con la presión y temperatura dada. Cálculos: Valor promedio de la entalpía:
Medición 3
considerable. Los datos que usamos fueron
Procedemos
a
encontrar
una
entalpía
∑
Conclusiones
diagrama
un 98%, siendo este resultado un valor aceptable para producir trabajo de flecha en una turbina, su elevada calidad no causará
de
Mollier.
manera no muy exacta el valor de la calidad. [Ver anexo 1].
se aprendió a utilizar los instrumentos de medición de presión y temperatura. El correcto uso de las tablas termodinámicas tanto en vapor supercalentado como en llegar los valores correctos de la calidad.
comparación
de
los
procedimientos utilizados para encontrar la calidad encontramos que usando la tablas de supercalentado
daños de deterioró en una turbina, además
mezcla húmeda fueron claves para lograr
Análisis de Resultados
vapor
De
manera general esta calidad de aproxima a
como referencia, o para aproximar de
una
Recomendaciones:
y
valor similar similar de de la calidad del vapor. vapor.
realizar
análisis
detallados en la práctica hemos llegado a un
Este análisis está realizado en el anexo, sirve
Al
el
Podemos concluir que usando los 3 métodos
Valor de la calidad
del
realizar
de la calidad del vapor de la caldera.
medio
para
termodinámico y llegar a un correcto valor
promedio con los datos:
Por
aceptables
encontramos
una
calidad promedio de x=0.9807 y usando las tablas de saturación y calor especifico a volumen constante obtuvimos una calidad promedio de x=0.9799, verificando así que la diferencia entre los valores encontrados es
Es recomendable al momento de abrir la válvula del calorímetro dejar esperar unos segundos para que el sistema llegue al equilibrio térmico, si no se hace esto se pueden llegar a tomar datos erróneos que conducirán a un mayor error en la obtención de la calidad. Referencias Bibliográficas
de 0.0008 concluyendo que no hay una diferencia
considerable
entre
cada
Término 2014.
procedimiento. Además con nos apoyamos del fundamento teórico que dice que el calorímetro solo sirve para
calcular
[1] ESPOL, Guía De Calidad De Vapor, II
calidades
altas.
Podemos
concluir que la calidad del vapor que sale de la válvula de estrangulamiento puede ser utilizada para generar energía de flecha en una turbina, debido a su elevada calidad no deteriorará la turbina de una manera
[2] YUNUS A. CENGEL MICHAEL A, BOLES, termodinámica,
Mc.
Graw
Hill.
[3] ESPOL, Formato Reporte De Lab Laboratorio oratorio de Mecánica De Fluidos.
Anexo Diagrama
de
Mollier.
Para determinar el valor de la calidad en función de a entalpía (intersección entre temperatura y presión)
