Labo Estudio Del Vapor

8/13/2019 Labo Estudio Del Vapor

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

CURSO : LAB. DE INGENIERA MECNICA I / MN412

EXPERIENCIA : N7 ESTUDIO DEL VAPOR

INTEGRANTES : YOPLA BASALDA JORGE 20114027J

AAZGO FERNANDEZ JOSE 20110130K

CALDERON ZUIGA ERIK 20110124K

GARAY SALAZAR WILMER 20110079E

TICLA PUENTE PAUL 20110119G

RAMOS NUEZ EDGAR 20114064B

PROFESOR : ING. UGARTE

SECCIN : A

CICLO ACAD. : 2013-II


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

LAB. DE ING.MECNICA I

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INDICE

1 INTRODUCCION pg. 32 OBJETIVOS pg. 43 FUNDAMENTO TEORICO pg. 54 MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS pg. 125 PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO pg. 126 HOJA DE DATOS pg. 147 CALCULOS Y RESULTADOS pg. 158 CONCLUSIONES pg. 199 OBSERVACIONES pg. 2010 BIBLIOGRAFIA pg. 21


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INTRODUCCIN

La conversin del agua en vapor, trae consigo una serie de fenmenosestudiados por la Fsica, tales como: presin, fuerza, trabajo, potencia, etc.;

sin cuyo conocimiento previo nos sera difcil definir y explicar el

funcionamiento del caldero. Cuando hablamos de conversin de agua en vapor

nos referimos a la generacin de vapor, fenmeno que se lleva a cabo en las

calderas y cuyo provecho se utiliza tanto en las plantas trmicas, en la

generacin de potencia como las plantas industriales. En lo que respecta a las

unidades generadoras de vapor (calderos), se podra decir que su evolucin

se viene dando desde el ao de 1919 hasta nuestros das, de modo que se

pueda conseguir una unidad generadora de vapor eficiente. Al hablar de

calderas nos estamos refiriendo como ya se dijo a su funcionamiento, al

combustible que se utiliza, a la cantidad de aire que se necesita para quemar

el combustible, a los tipos de calderas, a sus accesorios, al manejo y cuidado

de las mismas, etc. Es as que cuando hablamos de un generador de vapor

moderno tomamos en consideracin un caldero que rena las condiciones ms

ptimas de funcionamiento, y cuya finalidad sea la de aprovechar al mximo la

energa qumica del combustible y as lograr el objetivo (conversin de agua

en vapor), que como ya se dijo es un requerimiento primordial en el campo

industrial por sus mltiples aplicaciones.


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OBJETIVOS:

La presente experiencia nos permite obtener el calor latente devaporizacin del vapor de Agua.

El objeto del ensayo sobre el cual se basa este informe, es el de hallarla calidad en una determinada muestra de vapor para saber si es eladecuado.


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FUNDAMENTO TEORICO:

A) Sustancia Pura:

Se conoce como sustancia pura, a toda sustancia que tiene una composicinhomognea e invariable independiente de la fase o fases en que se encuentre.

Toda sustancia puede existir en por lo menos tres fases: slido, lquido yvapor.

Una muestra de agua en la fase slida, una mezcla de agua y hielo o unamezcla de agua y vapor, son sustancias puras, puesto que cada una de lasfases tiene la misma composicin qumica. En cambio por ejemplo el aguasalada no es sustancia pura, ya que al producirse la evaporacin, el vapor

tendr una composicin diferente a la fase lquida.

Una mezcla de gases (como el caso del aire), puede considerarse sustanciapura, siempre y cuando su composicin sea uniforme y el anlisis se refieraexclusivamente a la fase gaseosa. Si uno de los componentes se condensa, lamezcla ni podr ser considerada sustancia pura debido a que el condensadotendr una composicin diferente a la mezcla original.

Fig. Fases del agua

B) Cambios de fase:

Los procesos en los que una sustancia cambia de estado (tales como fusin,evaporacin, condensacin, etc.), se llaman cambios o transiciones defase. Cada estado de la materia est determinado por su propio conjunto decaractersticas de presin y temperatura y requiere de adicin o sustraccin decalor para habilitarlo a pasar de un estado a otro.


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Por ejemplo, para fundir un slido, primero debemos suministrar suficientecalor para incrementar la agitacin trmica de los tomos que forman la redcristalina, y as elevar la temperatura hasta llegar al punto de fusin. Luego

debemos seguir suministrando calor para romper la red cristalina y as fundirel slido. La primera parte del calor sirve para incrementar la energa cinticade los tomos y la segunda se necesita para romper las fuerzas de enlace quemantienen a los tomos unidos, darles un grado de libertad mayor y asincrementar su energa potencial. La temperatura aumenta a razn constantedurante el transcurso del suministro de la primera parte de calor y latemperatura permanece constante mientras el slido se funde.

Se revierte el proceso de fundicin cuando permitimos que un lquido atemperatura ambiente se enfre hasta llegar a su punto de congelamiento y sesolidifica. El lquido libera energa al medio ambiente, parte de sta debido a lareduccin en la energa cintica y el resto al decremento en la energapotencial. En este cambio de fase tambin se observa que la temperaturapermanece constante. Condiciones similares se aplican a la evaporacin de unlquido y al proceso inverso.

La cantidad de calor requerida para evaporar (o vaporizar) un gramo de unasustancia se llama el calor latente de vaporizacin de dicha sustancia.

Fig. El agua y sus fases intermedias


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C) Estado de vapor:

Una sustancia se halla en la fase de vapor si no se halla muy lejos de su fase

lquida, de manera que si se le entrega mayor cantidad de energa dichasustancia puede alcanzar a la fase gaseosa. A diferencia de los gases quetienden a seguir las leyes de gases ideales, los vapores se apartan mucho destas y sus propiedades termodinmicas deben ser obtenidas mediante tablaso grficas.

Fig. Diagrama de Moliere del vapor de agua

El diagrama anterior es un diagrama T-s general, vlido para una sustancia

tpica hipottica. En ella podemos observar una zona de lquido sub-enfriado olquido comprimido a la izquierda de la campana, y otra de vaporsobrecalentado, a la derecha de la misma. En estas dos zonas se consideraque la sustancia es completamente lquida o completamente vapor. La zonadentro de la campana corresponde a un estado de transicin en la cual lasustancia se considera un vapor hmedo, es decir, si consideramos que lasustancia es calentada, parte de ella an no se ha vaporizado, o siconsideramos que la sustancia es enfriada, parte de ella an no se hacondensado. As pues para la sustancia de esta campaa se puede definir unacalidad, que es la fraccin (o porcentaje) en masa que es vapor con respecto ala masa total de sustancia, o bien la humedad, que sera lo contrario, es decirla fraccin en masa que es lquido con respecto a la masa total de la sustancia.

La curva que forma la campana, a la izquierda del punto crtico recibe elnombre de curva de lquido saturado y representa el lugar geomtrico detodos los puntos donde la calidad de la sustancia es 0. A la derecha del puntocrtico esta curva recibe el nombre de curva de vapor saturado (aqu calidad =1).


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D) Propiedades de una mezcla vapor-lquido:

Toda mezcla de vapor y lquido en equilibrio necesariamente se encuentra a

las condiciones de cambio de fase (presin y temperatura de saturacin). Eneste caso, como la presin y la temperatura no son propiedadesindependientes es necesario dar alguna otra propiedad o parmetro quepermita identificar un estado dado. Para la mezcla vapor-lquido o vaporhmedo los parmetros ms empleados son la CALIDADy HUMEDAD.

Calidad y humedad de una mezcla lquido-vapor:

La calidadconocida tambin como ttulo de un vapor hmedo no es ms quela fraccin o porcentaje en masa, de vapor existente en una mezcla lquido-vapor.

La humedadviene a ser la fraccin en masa, correspondiente al lquido. Esdecir:

mg= Masa de vapor

mf = Masa de lquido

m = mg + mf

Calidad :

Tambin:

Humedad:

De estas relaciones se observa que:

Propiedades especficas de un vapor hmedo:

Propiedad especfica es toda aquella que est referida a la unidad de masa dela sustancia. Por ejemplo, el volumen especfico es el volumen por unidad demasa.

Como las tablas de vapor dan las propiedades nicamente para vaporsaturado y lquido saturado, ms no para mezclas, deduciremos expresionesque nos permitan determinar las propiedades especficas de una mezclalquido-vapor (o vapor hmedo) en funcin de los valores dados por las tablasy de la calidad o la humedad. Para esto, sea:

n = Una propiedad especfica cualquieranf = La propiedad n correspondiente al lquido saturado.


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ng = La propiedad n correspondiente al vapor saturado.

mf = Masa de lquido saturado

mg= Masa de vapor saturado m = Masa total = mf+ mg

Tambin por definicin de propiedad especfica:

Donde es la propiedad para toda la masa m y el subndice i indica cualquierade las fases o la mezcla total.

Luego para una mezcla de las fases lquido y vapor, la propiedad N para todala mezcla ser:

De donde:

Sabiendo que: , se obtiene:

Y haciendo:

Se tendr finalmente:

O en funcin de y:

Para el caso particular en que n sea la entalpa especfica, se tendra:


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E) Calormetro separador:

Este tipo de calormetro se utiliza especialmente con vapores que por sus

caractersticas de presin o temperatura se suponen hmedos. Es estos casosla densidad del vapor es slo una puy pequea fraccin de la de las gotitas deagua en suspensin. As, a unos 20 kg/cm2, la densidad del agua saturada esaproximadamente cien veces mayor que la del vapor saturado. Si se inviertebruscamente la direccin del movimiento del vapor hmedo, las gotitas deagua tienden a seguir en la direccin primitiva y, por lo tanto, se separan delvapor.

En los calormetros separadores, el vapor de entrada se ve obligado a cambiarbruscamente de direccin. Las gotitas de agua se separan y se juntan en la

cmara de separacin. Un nivel indica el nivel de agua en la cmaraseparadora y lleva una escala que permite leer la cantidad de agua presente.El vapor seco contina su camino por un pasaje que rodea la cmara deseparacin y a travs de un pequeo orifico en el fondo del calormetro.

Fig. Parte interna de unCalormetro separador

F) Calormetro de estrangulamiento:

La mayora de los vapores saturados dan lugar a un vapor sobrecalentadocuando se los somete a un proceso de estrangulacin. El estado de un vaporsobrecalentado est determinado por su presin y temperatura.

La estrangulacin causa normalmente una gran reduccin del caudal. As, la

energa cintica antes del dispositivo de estrangulacin es muy baja y resultadespreciable. Durante la estrangulacin del fluido, hay un aumento de


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velocidad y, por tanto de energa cintica. No obstante, esta energa cinticadesaparece a poca distancia del punto en que se produce la restriccin. Elhecho de que el fluido conserve o no una cantidad apreciable de energa

cintica dependen del rea trasversal del flujo, de la densidad del flujo y delcaudal expresado en unidades de masa por unidad de tiempo. Es posibledisear el dispositivo de estrangulacin de manera que no haya una variacinapreciable de la energa cintica.

Si el estrangulador est diseado de manera que no haya variacin netaapreciable de la energa cintica ni intercambio apreciable de calor, no hayentonces una variacin apreciable de entalpa y se puede considerar como unproceso de entalpa constante.El calormetro de estrangulacin est previsto para producir la estrangulacin

de vapores saturados, dando lugar as a vapores sobrecalentados cuyatemperatura y presin pueden medirse. stas a su vez permiten ladeterminacin de las dems propiedades.

Al usar el calormetro de estrangulacin, se supone que la entalpa del vaporen el calormetro, tal como queda determinada por la presin y la temperaturaes igual a la del vapor en la tubera. Si se mide la presin en la tubera,entonces se puede determinar la calidad del vapor que circula por sta: parauna presin de saturacin dada se pueden obtener de tablas hf y hfg(entalpas de lquido saturado y diferencia de entalpas entre ste y vapor

saturado, ambos para dicha presin). Luego:

A continuacin se muestra la disposicin tpica de un calormetro deestrangulacin:


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Vlvula de

entrada

MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS:

1. Regular la vlvula de admisin de vapor de agua hasta que la presinen el punto de entrada al calormetro sea 20 psi aproximadamente.

2. Antes de abrir la vlvula de entrada tener cuidado que la vlvula deadmisin no est abierto para evitar el derrame de mercurio delbarmetro diferencial.

3. Tomar los valores de la temperatura de admisin del vapor de agua (T);presin y temperatura en el estrangulador (P yT); el flujo de masa en elseparador.


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4. Finalmente se mide el flujo de masa en el condensador tomando

volumen en una probeta para cierto tiempo.

5. Repetir el paso anterior para presiones de 50 y 60 psi.


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HOJA DE DATOS


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CLCULOS Y RESULTADOS

Datos tomados en el laboratorio

ENTRADA Salida delestrangulador

masa dellquido

separado

masa delvapor

condensado

P T P T

40 psi 165 C 1.5 pulgHg 150 F 10 ml 75 ml



Datos convertidos a medidas en el sistema internacional

ENTRADASalida del

estranguladormasa del

lquido

separado

masa delvapor

condensado

P T P T

275.71 kPa 165 C 5.0796 kPa 65.56C 10 ml 75 ml

344.64 kPa 170 C 7.7887 kPa 65.56C 10 ml 115 ml

413.57 kPa 162 C 10.1592kPa

65.56C 10 ml 320 ml

Con esta tabla de datos se trabajar para hallar las caracteristicas del fluido en cada estado segn

las tablas de vapor en unidades del sistema internacional


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TABLAS

TABLAS


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TABLAS

TABLAS


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TABLAS

TABLAS


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CONCLUSIONES

En la grfica podemos apreciar:

Que nuestra toma de calidad aumenta conforme transcurre la secuencia demediciones esto es correlativo con el aumento de presin.

Se puedo apreciar la finalidad del estrangulador el cual era elevar lacalidad siendo:

PUNTO 1 PUNTO 2

MEDICIN 1 0.8424 0.9548

MEDICIN 2 0.8733 0.9493

MEDICI N 3 0.9161 0.9447

Existen prdidas de presin y temperatura en la tubera, que ocasionanque elvapor de agua de la caldera pierda calidad. Estas prdidas puedenserocasionadas por envejecimiento de las tuberas y deficiencias enel aislamiento.

0.8

0.82

0.84

0.86

0.88

0.9

0.92

medicion 1 medicion 2 medicion 3

CA

LIDAD


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OBSERVACIONES

Se mejorara los resultados trabajando con sustancias y equipo convenientes

tales como el mantenimiento constante del caldero y trabajando con agua

destilada para evitar la formacin de sarro en el caldero.

Seria ventajoso contar con un equipo elctrico que pueda medir la calidad en

forma directa y de esta madera comprarla con el calormetro

Medidor de flujo de vapor


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BIBLIOGRAFA:

LABORATORIO DEL INGENIERO MECANICO Autor: Saymour Doolittle

GUIA DE LABORATORIO DE INGENIERA MECNICA

Mechanical Engineering Laboratory, J. Benton Jones - 2001

Documents

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