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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA

Departamento de Ingeniería Mecánica

Programa Vespertino de Prosecución de Estudios

Ingeniería de Ejecución en Mecánica

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INGENIERIA DE EJECUCIÓN EN MECANICA

PROGRAMA PROSECUCIÓN DE ESTUDIOS

VESPERTINOS

GUIA DE LABORATORIO

ASIGNATURA

9553 M85 TERMODINÁMICA

NIVEL 03

EXPERIENCIA E-18

“DETERMINACIÓN DEL ESTADO TERMODINÁMICO”

HORARIO: MIÉRCOLES 19:00 A 21:30 HRS.





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TÍTULO : DETERMINACIÓN DEL ESTADO TERMODINÁMICO

1. OBJETIVO GENERAL

Capacitar al alumno para que reconozca e identifique los diferentes dispositivos que permiten determinar el título de vapor. Adicionalmente, a tra de la utilización y aplicación de los principios termodinámicos el alumno evaluará el título de vapor para un calorímetro de mezcla, de Ellison o de sobrecalentamiento.

2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS a) El alumno será capaz de identificar las variables fundamentales que afectan

la medición de la calidad de vapor. b) Podrá verificar el comportamiento de tres tecnologías existentes en la

determinación de la calidad de vapor, esto es, para un calorímetro de mezcla, de expansión y de sobrecalentamiento.

c) Evaluará los errores asociados a cada metodología utilizada en la determinación del título de vapor.

3. ASPECTOS TEÓRICOS De de vapor corresponde a la fracción en masa (o peso) de la mezcla total que corresponde al vapor, su determinación puede ser realizada utilizando un calorímetro de mezcla, de Ellison o de expansión y un sobrecalentador.





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3.1 CALORÍMETRO DE ELLISON. El principio de funcionamiento de este calorímetro, que se muestra en la figura 1, corresponde al de una expansión adiabática ocurrida, o que se registra, cuando el vapor sale de la válvula hacia la cámara de expansión. En particular, el vapor que se encuentra en una condición de mezcla húmeda y del cual se desconoce la calidad, es susceptible de ser sobrecalentado por medio de una expansión a presión atmosférica.

Figura 1.





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3.2 CALORÍMETRO DE MEZCLA. El calorímetro de mezcla que es representado en la figura 2, permite contener en su interior una determinada cantidad de agua en estado líquido, la cual al estar a temperatura ambiente, actúa como medio condensante del vapor que es introducido al calorímetro y sobre el cual se desea conocer su título. La medición de propiedades tales como temperatura, masa y presión antes de la mezcla así como una vez alcanzado el equilibrio entre el vapor y el agua, permiten a través de un balance energético, determinar la calidad del vapor introducido.





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3.3 SISTEMA DE EXPANSIÓN CON APORTE DE CALOR (SOBRE CALENTAMIENTO) Como en el proceso de expansión descrito para el calorímetro de Ellison puede darse el caso, que el vapor a estudiar no tenga suficiente energía para sobrecalentarse a presión atmosférica, a veces es necesario incorporar calor a la muestra extraída. Este sistema en si denominado de proceso de sobrecalentamiento permite el título de vapor a través de un balance energético midiendo previamente la presión, temperatura, energía disipada al vapor y flujo de masa. El dispositivo empleado para estos efectos es mostrado en la figura 3.





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4. EQUIPOS E INSTRUMENTOS A EMPLEAR. Calderas y/o redes de vapor, calorímetros de mezcla y de estrangulación, termómetros, balanzas, indicadores de presión y otros. 5. DETERMINACIÓN A EFECTUAR. 5.1 Presiones. 5.2 Temperaturas. 5.3 Pesos y volúmenes. 5.4 Propiedades asociadas a estados termodinámicos. 6. METODOLOGIA. 6.1 Obtención de condiciones estacionarias en el lugar desde donde se obtendrá

la muestra y registro de propiedades termodinámicas asociadas. 6.2 Utilización de calorímetros de mezcla y/o de estrangulación de acuerdo a sus

principios básicos de operación. 6.3 Aplicación de ecuaciones de conservación energética y de masa, a fín de

reportar adecuadamente valores de título o calidad del vapor. 7. TEMAS DE INTERROGACION.

Conceptos energéticos y de conservación relacionados al vapor. Principio de operación de los calorímetros. Técnicas para la obtención de muestras representativas.





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8. LO QUE SE PIDE EN EL INFORME. 8.1. Presentación tabulada y gráfica de fenómenos termodinámicos y resultados

obtenidos. 8.2. Análisis de sensibilidad sobre los resultados obtenidos. 8.3. Descripción y análisis crítico del equipamiento y técnicas aplicadas. 9.- BIBLIOGRAFÍA. 9.1 Water and Steam Digital, Principios y Aplicaciones; Malvino – Leach y otros;

ed, Mc-Graw-Hill in the power cycle (Purityn and quality, leak detection and measurement), ASME PTC 19, 11.

9.2 "Termodinámica", Virgil M Faires, UTEHA. 9.3 "Energía mediante vapor, aire o gas", W.H. Severns, H.E.degler, J.C. Miles,

Editorial Reverté.

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