informe calidad de vapor en la caldera, termodinámica ii
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Informe correspondiente a la determinación de la calidad en una caldera de la materia Termodinámica II. ESPOL.TRANSCRIPT
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Laboratorio de Termodinmica II
Calidad De Vapor De La Caldera
Panchana Malav Geovanny Moiss
Facultad de Ingeniera en Mecnica y Ciencias de la Produccin (FIMCP)
Espuela Superior Politcnica del Litoral (ESPOL)
Guayaquil Ecuador
Resumen
La prctica consiste en determinar la calidad de vapor de la caldera utilizando para esto un
calormetro de estrangulamiento, con la finalidad de modificar la temperatura y la presin del
agua. Se utilizaron conceptos bsicos relacionados con el curso de termodinmica, se us tablas de
vapor para encontrar la calidad, mediantes 3 distintos mtodos, 2 de ellos con tablas tanto de
vapor sobrecalentado y mezcla hmeda y calor especifico a presin constate, y otro mtodo
consiste en realizar una aproximacin a la calidad mediante el diagrama de Mollier. Para
determinar la calidad en cualquiera de los mtodos mencionados es necesario conocer los valores
de la presin y temperatura, es importante realizar las mediciones de estos datos para un proceso
de flujo estable y as evitar errores. Finalmente se obtuvo una calidad de aproximadamente un
98% determinando as que los datos tomados fueron aceptables.
Palabra clave: entalpa, calormetro, 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.
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Introduccin
La medicin la calidad del vapor en una caldera se pueden medir por 2 medios: el primero es usando un calormetro de separacin el cual consiste en medir las masas de vapor y de lquido en la mezcla para de esta manera determinar la calidad. El segundo mtodo es mediante el uso de un calormetro de estrangulamiento el cual permite manipular el estado del fluido sin modificar la entalpa, pero debemos tener en cuenta las siguientes consideraciones: El sistema debe ser adiabtico es decir no deben haber intercambio de calor entre el calormetro y el medio circundante ( . Ademas el calormetro no realiza trabajo ( ) , y el cambio en la energa potencial, si tiene lugar, es muy pequeo ( . Aun cuando la velocidad de salida sea con frecuencia considerablemente mayor que la velocidad de entrada, en muchos casos el incremento de energa cintica es insignificante ( . Entonces la ecuacin de conservacin de la energa para este dispositivo de flujo estacionario se reduce a:
(1)
Es importante tener en cuenta que el hecho
de que las entalpias sean iguales no significa
que el proceso sea un proceso isoentlpico,
la razn de esto es que no estamos
trabajando con un proceso reversible.
Podemos aprovechar el hecho de las
entalpias iguales en los 2 estados para
encontrar la calidad, empezamos
encontrando la entalpia en el estado de
vapor supe calentado con las cuatro
mediciones de los valores de presin y
temperatura tomados de la muestra de
vapor que ha salido de la caldera, as mismo
necesitamos el valor de la presin y la
temperatura de la caldera para poder utilizar
la relacin:
(2)
Conociendo la ecuacin de la calidad y con
los datos tomados experimentalmente
procedemos a calcular la calidad del vapor
mediante 3 mtodos:
El primero consiste en usar las tablas tanto
en la zona de vapor supercalentado y mezcla
hmeda, usando la ecuacin (2) al valor de la
calidad.
Para el segundo mtodo usaremos las tablas
de saturacin del agua y el calor especifico a
presin constante, el procedimiento consiste
en usar la diferencia de entalpia a una curva
de presin constante entre un estado de
vapor saturado hasta un vapor
sobrecalentado.
(
El Cp para el vapor puede tomarse como:
(
Con lo cual se tiene que:
( ) (
Es la entalpa de vapor de saturacin a
presin constante de la salida del
calormetro.
Donde son los grados de
supercalentamiento del vapor en el punto 2.
(
Si conocemos la entalpa en el segundo
estado que es igual a la entalpa del primer
estado aplicando la ecuacin 2 podemos
encontrar la calidad.
Por ltimo el tercer mtodo consiste en
utilizar el diagrama de Mollier (entalpa vs
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entropa), en el cual debemos encontrar la
interseccin entre la temperatura y la
presin, para luego encontrar la calidad de
manera geomtrica.
Equipos e Instrumentacin
Tabla 1: Datos Tcnicos de la Caldera
Equipo Caldera de 10 Bar
Marca Thompson
Serie G-2326
Modelo MINIPAC 3
Cdigo Espol 2971
Equipos:
Figura 1: Caldera Pirotubular
Es aqu donde el agua est en la zona de
mezcla y donde queremos encontrar la
calidad. Hay que recordar que las unidades
de la temperatura sern en y la presin en
psi.
Figura 2: Vlvula de estrangulamiento
Este es el equipo que convierte el estado de
mezcla al estado de supe calentamiento, la
lectura del calormetro para la temperatura
viene en , las unidades de la presin
vienen en psig.
Procedimiento Experimental
Al encender la caldera hay que esperar a que
la presin marcada por el manmetro 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 vlvulas que controlan
el flujo de vapor hacia el calormetro de
estrangulamiento , esperamos unos
segundos hasta que el sistema se estabilice
es decir llegue al equilibrio trmico antes de
tomar las respectivas medidas de presin y
temperatura, se vuelve a regular el paso de
vapor hacia el calormetro para tomar otros
datos de presin y temperatura. Para que los
resultados sean confiables, el vapor deber
tener por lo menos 10 (5 de
supercalentamiento en el calormetro.
Resultados
Tabla de Datos:
Tabla 2: Temperatura y Presin del Laboratorio
Laboratorio
Temperatura Ambiente
Presin
27 14.65 psia
758 mm Hg
Tabla 3: Temperatura y presin de la caldera
Caldera
Presin (Bar) 10
Presin(Psig) 145.04
Presin(Psia) 169.69
Temperatura 172
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Temperatura 341.6
Tabla 4: Entalpa de la caldera
Entalpa ( 312.81
Entalpa ( 1190.5
Unidad Btu/Lbm
Calormetro de estrangulamiento
Numero de lectura
P2(psig) P2(psia) T2( )
1 14.5 29.15 130
2 14.5 29.15 130
3 15 29.65 132
Numero de lectura
T2( T sat (
1 268 248.69
2 266 248.69
3 269.6 249.65
Como podemos verificar la temperatura T2
es mayor que la temperatura de saturacin,
lo cual nos indica que estamos en vapor
sobre calentado.
Ahora procederemos a encontrar la calidad
por cada uno de los mtodos antes
mencionados:
Usando las tablas de vapor sobrecalentado.
(Btu/lbm) Calidad 1173.78 0.9809
1172.76 0.9797
1174.29 0.9815
Usando la tabla de vapor supercalentado
encontramos la entalpia con la presin y
temperatura dada.
Clculos:
Valor promedio de la entalpa:
Valor promedio de la entalpa:
Usando las tablas de vapor saturado y calor
especifico
Para determinar la entalpa 2 es necesario
determinar la entalpa de vapor saturado y la
temperatura de saturacin a la presin del
calormetro con el fin de encontrar .
Numero de lectura
1 19.31 1163.42
2 19.31 1163.42
3 19.95 1163.82
Clculo:
[
]
Medicin 1
( (
Medicin 2
( (
Medicin 3
( (
-
Procedemos a encontrar una entalpa
promedio con los datos:
Valor de la calidad
Por medio del diagrama de Mollier.
Este anlisis est realizado en el anexo, sirve
como referencia, o para aproximar de
manera no muy exacta el valor de la calidad.
[Ver anexo 1].
Anlisis de Resultados
Al realizar una comparacin de los
procedimientos utilizados para encontrar la
calidad encontramos que usando la tablas de
vapor supercalentado encontramos una
calidad promedio de x=0.9807 y usando las
tablas de saturacin y calor especifico a
volumen constante obtuvimos una calidad
promedio de x=0.9799, verificando as que la
diferencia entre los valores encontrados es
de 0.0008 concluyendo que no hay una
diferencia considerable entre cada
procedimiento.
Adems con nos apoyamos del fundamento
terico que dice que el calormetro solo sirve
para calcular calidades altas. Podemos
concluir que la calidad del vapor que sale de
la vlvula de estrangulamiento puede ser
utilizada para generar energa de flecha en
una turbina, debido a su elevada calidad no
deteriorar la turbina de una manera
considerable. Los datos que usamos fueron
aceptables para realizar el anlisis
termodinmico y llegar a un correcto valor
de la calidad del vapor de la caldera.
Conclusiones y Recomendaciones:
Podemos concluir que usando los 3 mtodos
detallados en la prctica hemos llegado a un
valor similar de la calidad del vapor. De
manera general esta calidad de aproxima a
un 98%, siendo este resultado un valor
aceptable para producir trabajo de flecha en
una turbina, su elevada calidad no causar
daos de deterior en una turbina, adems
se aprendi a utilizar los instrumentos de
medicin de presin y temperatura.
El correcto uso de las tablas termodinmicas
tanto en vapor supercalentado como en
mezcla hmeda fueron claves para lograr
llegar los valores correctos de la calidad.
Es recomendable al momento de abrir la
vlvula del calormetro dejar esperar unos
segundos para que el sistema llegue al
equilibrio trmico, si no se hace esto se
pueden llegar a tomar datos errneos que
conducirn a un mayor error en la obtencin
de la calidad.
Referencias Bibliogrficas
[1] ESPOL, Gua De Calidad De Vapor, II
Trmino 2014.
[2] YUNUS A. CENGEL MICHAEL A, BOLES,
termodinmica, Mc. Graw Hill.
[3] ESPOL, Formato Reporte De Laboratorio
de Mecnica De Fluidos.
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Anexo
Diagrama de Mollier.
Para determinar el valor de la calidad en
funcin de a entalpa (interseccin entre
temperatura y presin)