Escuela Superior Politécnica del Litoral

Facultad de Ingeniería Mecánica

Laboratorio de termodinámica II

Profesor encargado:Ing. Eduardo Rivadeneira

Practica de:Calidad de vapor

Perteneciente a:José Alejandro Martiz Ch.

Paralelo:1

Fecha de entrega:Lunes 27 de junio del 2011

CALIDAD DE VAPOR EN LA CALDERA

Introducción:

En la presente práctica de laboratorio determinaremos la calidad del

vapor generado por un intercambiador de calor. El calorímetro que se

utilizará será el de estrangulamiento.

El calorímetro se fundamenta en la expansión adiabática del vapor sin

realizar trabajo externo por lo que la energía del vapor permanece

constante, las pérdidas por convección han de reducirse al mínimo,

para ello el calorímetro y el conducto de unión con la cañería de

vapor han de estar aislados térmicamente.

Objetivos:

1. Comprender los fundamentos de los calorímetros.

2. Conocer los equipos, instrumentos y técnicas para la obtención

de muestras.

3. Determinar la calidad del vapor de agua obtenido.

4. Familiarizarse con el uso de las tablas de vapor de agua.

5. Comprender el funcionamiento de la caldera, y conocer cada

uno de los elementos de la misma.

Fundamentos teóricos:

Calorímetro de estrangulamiento.-

Cuando el vapor se expande adiabaticamente sin hacer trabajo

externo, como por un orificio por ejemplo, las entalpías a alta presión

y baja presión son las mismas (sino existe un cambio neto de

velocidad del vapor). Esta expansión se denomina estrangulamiento.

Del diagrama de Mollier se puede ver que el vapor húmedo con

entalpía mayor de 1150 BTU/lbm, se supercalienta cuando se

estrangula hasta la presión atmosférica. La temperatura medida

del vapor expandido, conjuntamente con la presión, fija su

entalpía en la región de sobrecalentado, la cual conjuntamente

con la presión del vapor húmedo se puede obtener los valores

necesarios para calcular el porcentaje de humedad en la

muestra de vapor húmedo.

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 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, dentro de ciertos límites, se volverá

recalentado, punto 2. En la condición recalentada, podemos medir su

presión y su temperatura, localizado así el punto 2. Con la presión y

temperatura conocidas, se puede obtener la entalpía h2, con las

tablas de recalentado.

Entonces:

Con la cual se puede hallar X, buscando las entalpías hg y hf que

corresponden a alguna presión conocida P1.

Como de ordinario se requiere el máximo grado de precisión, el

cálculo puede simplificarse con el empleo del calor específico de

vapor a presión constante. E la figura se observa que la entalpía en 2

es igual a la del vapor saturado, hg, mas la entalpía para el

recalentado desde g hasta 2.

El calor para recalentar el vapor se calcula con porque los

puntos g y 2 están en una curva de presión constante para las

condiciones que se encuentran en un calorímetro, el Cp para el vapor

puede tomarse como:

De modo que para una libra tenemos:

Donde en grados de recalentamiento en el punto 2 y se obtiene de:

Calorímetro.- Para hallar el título de vapor permitimos que una

muestra del mismo circule dentro de un instrumento conocido como

calorímetro de estrangulamiento y de el salga a la atmósfera. Antes

de que se tomen las lecturas en el calorímetro, el vapor deberá tener

el tiempo suficiente como para conseguir un estado interno

estacionario, el suficiente para que todas las partes se calienten hasta

una temperatura que se mantenga constante. Para mantener las

condiciones adiabáticas, el instrumento deberá estar aislado, y para

que los resultados sean de confianza, el vapor deberá tener cuando

menos 10°C de recalentamiento en el calorímetro.

Si el vapor esta muy húmedo inicialmente, puede no transformarse

en recalentado en el calorímetro, en cuyo caso las lecturas del

calorímetro no tienen sentido, pues la temperatura y la presión serán

de saturación.

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 antes de ingresar al calorímetro.

5. Abran las válvulas que controlan el flujo de vapor hacia el

calorímetro de estrangulación y espere que se de 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.

9. Repita la toma de lecturas regulando el flujo de vapor que

ingresa al calorímetro.

Tabla de datos:

Calculo de la calidad:

La calidad se la encuentra por la siguiente expresión:

Donde los términos de son encontrados con los datos de

operación de la caldera.

El valor de la entalpía en el punto 2 es encontrado por la

siguiente expresión:

Estos datos son encontrados por los valores que obtenemos en el

calorímetro.

El valor de la entalpía en el punto 2 también puede ser encontrado

por las tablas termodinámicas en la región de sobrecalentamiento.

Obtención de la calidad:

Conclusiones:

En la realización de este informe sobre “calderas y generadores de

vapor”, hemos tomado el conocimiento de cómo opera esta

maquina/herramienta, sus funciones, clasificaciones, objetivos; y

además hemos tomado conciencia de la responsabilidad que debe

tener el operador frente a esta maquina/herramienta. Hemos

concluido, también, la importancia de un procedimiento de trabajo

seguro en los procesos industriales en la operación de calderas y

generadores de vapor.

Observaciones:

La calidad del vapor obtenido a la entrada de la turbina es menor a 1,

los cual es algo ilógico. Se debe tener en cuenta revisar la toma de

los datos para este cálculo o revisar los equipos de medida de dichos

datos, para localizar en donde se encuentra la inconsistencia

termodinámica.