Informe de Calidad de vapor PDF

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Informe del experimento de calidad de vapor para térmodinámica aplicada...

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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

FACULTAD DE INGENIERÍA EN MECÁNICA Y CIENCIAS DE LA PRODUCCIÓN

TERMODINÁMICA I

INFORME DE LA PRÁCTICA DE CALIDAD DE VAPOR

NOMBRE: DANIEL ANDRÉS VILLAMAR GÓMEZ PARALELO: 1 PROFESOR: ING. GONZALO ZABALA ORTÍZ FECHA: 06/08/2015

OBJETIVOS     

Comprender los fundamentos de los calorímetros. Conocer los equipos, instrumentos y técnicas para la obtención de muestras. Determinar la calidad del vapor de agua de la caldera de la planta de poder del laboratorio de Termofluidos. Familiarizarse con el uso de las tablas de vapor de agua. Comprender el funcionamiento de la caldera, y conocer cada uno de los elementos de la misma.

RESUMEN En la práctica de laboratorio, realizada el 30 de Julio del presente año, se logró determinar la calidad de vapor de la caldera mediante un ciclo constituido de un intercambiador de calor y un calorímetro de estrangulamiento. Se emplearon los fundamentos teóricos estudiados en el curso de Termodinámica I. Se determinó la calidad del vapor mediante dos métodos, el primero fue con el manejo de las tablas de vapor de agua y el segundo con estados saturados y calor específico a presión constante. Para determinar la calidad con cualquiera de los dos métodos es necesario conocer la temperatura y presión de los dos estados, siendo el estado 1 la mezcla en la caldera y el estado 2 el vapor sobrecalentado en la salida del calorímetro de estrangulamiento, fue importante esperar al tomar las mediciones hasta que el flujo se estabilice (flujo estacionario) para evitar errores, aparte de los errores personales.

INTRODUCCIÓN Un calorímetro de estrangulación para vapor es un instrumento utilizado para determinar la calidad del vapor húmedo que fluye por un cabezal. Su funcionamiento se basa en el hecho de que cuando el vapor húmedo se estrangula suficientemente, se forma vapor sobrecalentado.

Gráfica 1.- Esquema del calorímetro de estrangulamiento

El principio anterior se usa en varias formas en los calorímetros de estrangulamiento, uno de los cuales incorpora un pequeño orificio para la expansión de la muestra de vapor hacia una cámara donde la temperatura del vapor extendido es medida a la presión atmosférica. Los cambios de velocidad son despreciables. El proceso de estrangulamiento se define por h1= h2 y se utiliza comúnmente en la práctica para determinar la calidad del vapor. Si una muestra de este vapor a alta presión es estrangulada a una presión menor entonces, se volverá sobrecalentado, este será el punto 2. En la condición sobrecalentada, podemos medir su presión y su temperatura. Con la presión y temperatura conocidas, se puede obtener la entalpía h2 , con las tablas de vapor sobrecalentado. Entonces: h2= hf + x ( h g− h f )

Con la cual se puede hallar x , buscando las entalpías corresponden a alguna presión conocida P1 .

hg

y

hf

que

Como se requiere el máximo grado de precisión, el cálculo puede simplificarse con el empleo del calor específico de vapor a presión constante. En la gráfica 2 se observa que la entalpía en 2 es igual a la del vapor saturado más la entalpía para el sobrecalentado desde g hasta 2. El calor para recalentar el vapor Q sh se calcula con c p ∆ T porque los puntos g y 2 están en una curva de presión constante para las condiciones que se

encuentran en un calorímetro, el de:

cp

para el vapor puede tomarse con el valor

c P =0.4 8

[

Btu lbm ∙℉

]

De modo que para una libra tenemos: h2= hg +c p ∆ T =h2 g+ 0.48 ∙ ∆T sh Donde

ΔT sh en grados de recalentamiento en el punto 2 y se obtiene de:

∆ T sh =( T recalent 2−T saturación 2)

Gráfica 2.- Diagrama T-γ del experimento

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. 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. 2. Apunte los valores de presión y temperatura de operación de la caldera.

3. Abra la válvula que permite el paso a la línea que lleva vapor a los calorímetros. 4. Tome la lectura de presión del vapor antes de ingresar al calorímetro. 5. Abran las válvulas que controlan el flujo de vapor hacia el calorímetro de estrangulación y espere que suceda el equilibrio térmico. 6. Ponga en funcionamiento la línea de agua de alimentación al tanque del calorímetro. 7. Espere a que la presión disminuya hasta un valor estable. 8. Tome las lecturas de presión y temperatura del vapor a la salida del calorímetro. 9. Tome la lectura de la presión barométrica. 10.Repita la toma de lecturas regulando el flujo de vapor que ingresa al calorímetro.

DATOS Y RESULTADOS Presión atmosférica Temperatura ambiente Presión de caldera1 Presión abs de caldera Temperatura de caldera

14.6 82.4 10 145.04 179.88

9.5 137.79 177.66

psi °F bar psia °C

Calorímetro de estrangulamiento P2 [ psi ] T2 [ ° F ] T sat 2[ ° F ] N° Lectura 1 2 3 4

29.5 29.2 28.8 26.0

291.2 293 294.8 291.2

249.27 248.66 247.84 242.08

El valor de T sat 2 , así como el de varias interpolaciones simples siguientes, fue obtenido usando la siguiente interpolación (o parecida): T A −T B T A −T C = P A −P B P A −PB

→T sat 2=T C =T A −

(P A −PC)(T A −T B ) P A−P B

1 La presión en la caldera fue 10 bar en las primeras dos lecturas, después la presión bajó a 9.5 bar.

Usando interpolación doble2 obtendremos entonces los valores para h2 de la tabla de vapor de agua sobrecalentado y con los valores anteriores obtenemos la calidad del vapor de agua teniendo en cuenta que las dos primeras se calculan con los valores a 10 bar y los otros con el de 9.5 bar cuyos valores se obtienen con una interpolación simple. Todo esto se ilustra en la tabla a continuación: hf

[ ]

[ ]

Btu lbm

hg

Btu lbm

327.79

1193.95

323.59

1193.11

h2

[ ] Btu lbm

x [%]

1184.94 1185.91 1186.91 1185.81

98.96 99.07 99.29 99.16

Ahora obtendremos los valores de h2 con el uso del calor específico, pero primero debemos interpolar para conocer el valor de h g a las diferentes temperaturas de saturación y finalmente el valor de la calidad del vapor de agua. Todo eso se presenta en la siguiente tabla:

[ ]

hg

Btu lbm

1163.67 1163.40 1163.03 1160.44

h2

[ ] Btu lbm

1183.80 1184.68 1185.57 1184.02

x [%]

ε [%]

98.82 98.93 99.13 98.95

0.14 0.14 0.16 0.21

CONCLUSIONES     

Se tuvo una plena comprensión del funcionamiento y fundamentos teóricos de los calorímetros. Se conocieron los equipos, instrumentos y técnicas para la obtención de muestras. Determinamos la calidad del vapor de agua de la caldera de la planta de poder del laboratorio de Termofluidos. Se familiarizó con el uso de las tablas de vapor de agua para obtener los valores de las entalpías necesarias para la práctica. Se comprendió el funcionamiento de la caldera, así mismo se conoció cada uno de los elementos de la misma.

2 Se usa interpolación doble debido a que tenemos valores de presión y temperatura de estado 2 de las cuales no se tiene datos en las tablas de vapor de agua. Se usan como presiones alta y baja la de 40 y 20 psia y las temperaturas de 320 y 280 °F respectivamente.

OBSERVACIONES   

Al momento de tomar los primeros dos datos la presión de la caldera disminuyó de 10 bar a 9.5 bar. El calorímetro no era totalmente adiabático, existía calentamiento en las paredes exteriores. El porcentaje de error entre el valor de la calidad obtenido por las tablas de vapor y el del calor específico es muy bajo, podemos decir que ambos métodos son confiables.

RECOMENDACIONES   

Las mediciones de presión deben ser absolutas debido a que las tablas de vapor sólo trabajan con presiones absolutas. Tomar encuentra todas las medidas de seguridad del laboratorio para evitar accidentes. Estar atento durante la práctica en especial en la toma de medidas del calorímetro....