ESPOL FCNM / CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE TERMODINÁMICA
“TÍTULO DE VAPOR” máximo 10 líneas) 1.- RESUMEN: (Desarrollar, máximo
2.- OBJETIVO GENERAL:
Determinar la calidad o título de vapor generado por el caldero del Laboratorio de Operaciones Unitarias de la FCNM, utilizando el método de condensación.
3.- MARCO TEORICO.Las calderas de vapor se caracterizan por la capacidad nominal de producción de vapor, en toneladas/hora, a una presión especificada y con una capacidad adicional de caudal. A la caldera se le exige, pues, mantener una presión de trabajo constante para la gran diversidad de caudales que se consumen. El funcionamiento de la caldera debe ser optimizado para lograr una rentabilidad y economía adecuada, lo cual es posible con un control digital y/o distribuido que permite optimizar la combustión (ahorros del 2% al 10% en combustible) y ganar en seguridad. (ANTONIO CREUS) El estado de vapor saturado corresponde corresponde al punto en que empieza la la ebullición y toda el agua ha ha pasado a estado de vapor, las moléculas que escapan del líquido es igual a las que vuelven a él. El vapor saturado puede ser seco o húmedo. En el mismo punto donde todo el líquido ha pasado a vapor, éste es saturado y seco. Pero un leve enfriamiento manteniendo la presión hace que sin variar la temperatura parte del vapor se condense condense y forme el vapor húmedo. La temperatura de vapor saturado es la misma que la de ebullición, dependiendo de la presión del vapor. Si seguimos cediendo calor a presión constante al vapor seco, obtenemos el vapor recalentado. (J.M.MATEO) Se denomina mezcla líquido líquido vapor a la relación que existe entre el Líquido saturado + Vapor saturado. En este caso para definir de qué v apor húmedo se trata, no basta con conocer la presión, a la que corresponderá una determinada temperatura, sino que además deberá darse un nuevo parámetro que nos indique en que proporciones en la mezcla se encuentra el líquido y el vapor. Para esto se introduce el llamado título de un vapor "x", que se define como el cociente entre la masa de vapor y la suma entre la masa de vapor y la masa líquida o sea que el título del vapor es la masa de vapor contenida en la unidad de masa de mezcla. (A que se demonina falta algo aquí) Se denomina así a un vapor que se encuentra a una temperatura superior a la de equilibrio con su líquido correspondiente a la presión a que está sometido. Para este
estado un pequeño cambio de temperatura produce un gran aumento del volumen específico del vapor sobrecalentado. (J.M.MATEO)
4.- MATERIALES Y EQUIPOS.4.1. MATERIALES:
Caldero Pirotubular del Lab. OU.
Línea de vapor.
Termómetro.
Balde plástico o cubeta.
Cronómetro
4.2. REACTIVOS:
Agua
5.- PROCEDIMIENTO.1. Depositar en la cubeta un volumen inicial de agua, determinar la temperatura del agua. 2. Purgar la línea de vapor para eliminar el c ondensado que pudo haberse retenido en ella. 3. Dejar pasar un poco de vapor y luego burbujear en el recipiente con agua. 4. Realizar medidas de temperatura cada 30 segundos hasta completar 10 mediciones. 5. Medir la presión de salida del vapor en el manómetro. 6. Retirar la línea de vapor y medir el volumen final. 7. Repetir dos veces más el mismo procedimiento con una presión de vapor diferente.
6.- DATOS.Tabla1. Datos obtenidos en la práctica Primera determinación
Masa inicial de agua Masa final de agua Presión absoluta del vapor
100 lb 106 lb 28 psi
Segunda determinación
Masa inicial de agua Masa final de agua Presión Absoluta del Vapor
100 lb 106 lb 22 psi
Tercera determinación
Masa inicial de agua Masa final de agua Presión absoluta del vapor
100 lb 105 lb 17 psi
Tabla 2. Datos adicionales
Densidad del agua Cp H2O(27 °C) Cp H2O(54 °C) Cp H2O(59 °C) Cp H2O(61 °C)
62,48 lb/ft3 4.179 KJ/Kg-K 4.182 KJ/Kg-K 4.184 KJ/Kg-K 4.185 KJ/Kg-K
Tabla 3. Mediciones obtenidas en la práctica Primera determinación Segunda determinación Tercera determinación Nº T(°C) t (s) Nº T(ºC) t(s) Nº T(ºC) t(s) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
27.0 31.0 33.0 36.0 38.5 42.0 45.0 48.0 52.0 55.0 59.0
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
27.0 30.0 34.0 37.0 40.5 44.0 47.0 51.0 54.0 57.0 61.0
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
27.0 29.0 33.0 35.0 38.5 41.0 44.0 46.0 49.0 51.0 54.0
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
7.- CALCULOS.7.1 Determinación de la Entalpía del vapor (Hg) y del líquido (Hf), empleando tablas de vapor (a través de las presiones absolutas). P1= 28 psi
P2= 22 psi
P3= 17 psi
Hf = 216.56 BTU/lb
Hf = 200.35 BTU/lb
Hf = 188.23 BTU/lb
Hg= 1163.4 BTU/lb
Hg= 1157.8 BTU/lb
Hg= 1153.4 BTU/lb
Hfg= 946.8 BTU/lb
Hfg= 957.4 BTU/lb
Hfg= 965.2 BTU/lb
7.2 Determinación de la entalpía del líquido a la temperatura final del agua, empleando tablas de vapor. 1era. Determinación
2da. Determinación
3era. Determinación
Tf =59°C= 138 °F
Tf =61= 142°F
Tf =54°C=129°F
Hf = 105.95 BTU/lb
Hf = 109.95 BTU/lb
Hf = 97.96 BTU/lb
7.3 Cálculo del Título de vapor, en base a un balance de energía:
− − = −
= +
1era. Determinación
1,799 ) 332−300 106 − 100 ( −105,95 ) = 100 ( . = +946,8 1065 =216,56 =, 2da. Determinación
1,799 )334−300 106 − 100 ( −109,95 100 ) = ( . =, +957,4 1129,38 =200,35 =,
3ra. Determinación
1,798 )327−300 105 − 100 ( −97,96 100 ) = ( . =, +957,4 1068,88 = 200,35 =,
8.- ANALISIS DE RESULTADOS.Los valores de título de vapor obtenidos para el primer y segundo ensayo fueron de 0.896 y 0.970 respectivamente, estos valores están relacionados directamente con las presiones con las que se trabajó que fueron 28psi para la primera determinación y 22psi para la segunda, existiendo un error en este resultado debido a que a mayor presión debía aumentar la cantidad de vapor en el agua aumentando también el volumen final en esta y por lo tanto obtener un mayor título de vapor, este error se pudo producir debido a que la caldera no estaba totalmente cargada y existieron variaciones de presión mientras se cargaba, las cuales no se pudieron definir con precisión y registrando mal la presión en el primer ensayo. En el tercer ensayo la caldera estaba cargada y trabajando correctamente a presión constante y se obtuvo un título de vapor de 0.907 a una presión de 17psi, comparando este valor con el segundo ensayo se observa que al tener una presión menor la cantidad de vapor presente en la mezcla disminuye.
9.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.CONCLUSIONES
Utilizando el método de condensación logramos obtener el título de vapor producido por una caldera a diferentes presiones en los mismos intervalos de tiempo, observando la variación que se establece en la temperat ura la cual aumentaba conforme pasaba el tiempo, es decir, cuanto mayor cantidad de vapor se condensaba con el agua aumentaba la temperatura de ésta; los valores obtenidos de títulos de vapor nos permitieron observar la relación directa que existe entre la presión y el volumen final de la muestra de agua, el cual en todos los casos aumento por la c antidad de masa de vapor que se le ag regó a esta.
RECOMENDACIONES
Cargar la caldera completamente de manera que esta pueda trabajar manteniendo una presión constante a lo largo de la producción del vapor.
Tener cuidado con la presión a la que se trabaja ya que de ser muy alta producirá que el agua caliente salga de su recipiente y lastime a las personas que se encuentren realizando las mediciones.
No manipular sin protección la manguera ya que el vapor que emite está a temperaturas altas y al tener un contacto directo con este puede causar quemaduras.
10.- BIBLIOGRAFIA. Antonio Creus, (2011), “INTRUMENTACI´N INDUSTRIAL”, Octava Edición, Barc elona-España,
Editorial: NDENU DISENNY GRAFIC.
José M. Mateo S.(2004), “INTRODUCCIÓN A LA ESTANQUEDAD INDUSTRIAL” Primera Edición, Madrid- España, Editorial: VISION NET, p.p.55-57
