Determinación del título del vapor de salida de caldera por método de borboteo

UNIVERSIDAD ANDINA
NESTOR CACERES VELASQUEZ
FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS
JULIACA-2013
LABORATORIO DE MECANICA |
UAN C
V
Calderas De Vapor
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS pagina1
Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Diversidad"
INFORME Nº 005 – CSHW – 2013 – CAPIME/UANCV.
De
:
Estudiante del VIII Semestre CAP Ingeniera Mecánica
Eléctrica
Al
: Ing.
Docente del laboratorio MECANICA
Asunto : Presenta Informe de Laboratorio
Fecha
: Diciembre del 2013
Es grato dirigirme a Ud. Con la finalidad de saludarlo e informarle lo siguiente:
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FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS
CALDERAS DE VAPOR
FUNCIONAMIENTO DE LA CALDERA DE VAPOR Y DETERMINACIÓN DEL
TÍTULO DEL VAPOR DE SALIDA DE LA CALDERA POR EL MÉTODO DE
BORBOTEO.
- OBJETIVOS:
LOS OBJETIVOS DE ESTA PRÁCTICA SON LOS SIGUIENTES:
- Conocer las operaciones de puesta en marcha y funcionamiento de una caldera
de vapor; en este caso de trata de un modelo de tubos verticales cuyo horno
trabaja con un quemador de gas-oil.
- Conocer el funcionamiento del circuito de transporte del vapor, las razones de la
reducción de la presión del vapor y el funcionamiento de la válvula de purga de
condensados
- Determinar el cabal másico de vapor con el que trabaja nuestra instalación
- Determinar el título del condensado de salida de la válvula de purga por el
método de borboteo.
- FUNDAMENTO
La caldera de vapor es un elemento indispensable en la gran mayoría de las
Plantas Industriales Químicas (además de en otros sectores de la industria). Esto
es por las innegables ventajas técnicas y económicas que ofrece el vapor de agua
como agente de calefacción: desde la facilidad de obtención y manejo de la
materia prima de partida, el agua (es inocua eincombustible), hasta las óptimas
propiedades físico-químicas del vapor de agua (el calor latente de condensación
del vapor de agua es el mayor que se conoce). Dentro del campo de calefacción
de procesos desde 100 hasta 200 ºC, el vapor de agua no tiene rival. El vapor de
agua de salida de la caldera es VAPOR SATURADO, es decir, en equilibrio con el
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agua líquida a la presión de trabajo. El vapor saturado es idóneo para calefacción,
ya que está listo para ceder el calor latente de condensación, licuándose en un
serpentín o camisa exterior de calefacción de una determinada unidad de proceso.
El vapor saturado, al avanzar por las tuberías hasta el punto de utilización, sufre
pérdidas de calor al ambiente que se traducen en una condensación parcial en
forma de microscópicas gotas de agua que acompañan al vapor, formando una
neblina. El resultado es el denominado VAPOR
HÚMEDO. En realidad, se puede considerar que todo vapor saturado que
abandona la caldera empieza, en mayor o menor grado, a ser vapor húmedo. La
entalpía específica del vapor húmedo (y por tanto su capacidad calefactora),
disminuyen con el aumento de la fracción condensada. Un parámetro muy útil para
evaluar la calidad de un vapor es el llamado TÍTULO DEL VAPOR. El título del
vapor (que se suele simbolizar con una X) es un parámetro
ADIMENSIONAL QUE SE DEFINE POR LA SIGUIENTE FÓRMULA:
El valor del título está comprendido entre 0 y 1. El valor 1 representa el 100 % de
vapor
gaseoso, y el valor 0 representa el 100 % de agua líquida. En el momento en que
el vapor húmedo entra en el serpentín del aparato calefactor (donde se producirá
su condensación, cediendo el calor latente de vaporización), lo interesante a la
práctica es que su título sea lo más próximo a 1 posible. Para ello se procura
calorifugar al máximo la instalación de conducción de vapor desde la caldera.
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La separación del vapor condensado (agua líquida a temperatura muy próxima a
la de condensación a la presión de trabajo) en el serpentín, del resto de vapor aún
gaseoso, se verifica gracias a la válvula de purga de condensados. En general, el
condensado se conduce por una tubería hacia el depósito de agua de
alimentación a la caldera, cerrando el circuito. A la práctica, lo que interesa es que
la separación líquido/vapor en la válvula de purga sea lo más próxima al 100 %, es
decir que el condensado tenga un título de 0 (que todo sea agua líquida). No
obstante, esto no se consigue a la práctica, sino que parte del vapor pasa con el
líquido la válvula de purga, y el título es superior a 0. Aquí es importante que el
valor de X sea lo más próximo a 0 posible. Las instrucciones de operación y
mantenimiento preventivo de la caldera (indicadas por la documentación del
fabricante) deben ser estrictamente seguidas para conseguir la máxima duración
de las piezas y los instrumentos de ésta, y para trabajar en las máximas
condiciones de seguridad posible.
SEGURIDAD Y MEDIO AMBIENTE.
En esta practica no se trabaja con reactivos peligrosos.
Hemos de tener en cuenta que corremos el riesgo de sufrir quemaduras al tocar la
instalación sin protección adecuada, ya que está a elevada temperatura.
Vigilar con el vapor que quema!. Vigilar de no romper el material y trabajar siempre
con la bata y las gafas puestas.
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MATERIAL
TABLA 1. LISTA DE MATERIAL.
CANTIDAD ELEMENTO CARACTERÍSTICAS
Caldera
1
de
vapor
Lab. ing. química
Recipiente
1
plástico
15L
Báscula
o
1
probeta
1
Soporte
1
Termómetro 100ºC
1
Cronómetro
Vaso
1
precipit.
1L
de
600 mL
- REACTIVOS
TABLA 2. LISTA DE REACTIVOS.
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Producto Calidad
Agua
Cantidad
Desmineralizada 12L
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
RESULTADOS
TABLA 3 . RESUTADOS EXPERIMENTALES.
VALOR
VARIABLES EXPERIMENTAL UNIDADES
T1
21
ºC
T2
40
ºC
M1
12
L
M2
13,92
L
CÁLCULOS:
Cálculo del flujo másico de vapor ( W, en Kg/h) de trabajo:
(13,92 - 12) l 60 min. 1 Kg H2O
W= ----------------- X --------------- X --------------- = 33,408 Kg/h
25 min. 1 h 1 l H2O
Cálculo del título de vapor (X) en la tubería de condensados:
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(M2-12) [ H''1X + h'1(1-X) ] = 12 (T2-T1) + (M2-12) h'2
1.92 * (649.84 X + 128.05 - 128.05 X) = 12 * 19 + 1.92 * 100.26
1000.97 X + 245.86 = 228 + 192.50
1000.97 X = 174.64
X = 0.174
Preguntas adicionales
Si el vapor de salida de la caldera está a 6 Kg/cm2 absolutos de presión ¿Que
ventaja práctica representa someter al vapor a una reducción de presión hasta 2´5
Kg/cm2 absolutos antes de entrar en el serpentín del evaporador?
Al realizar esta reducción de presión el vapor se expande manteniendo la
temperatura, cosa que hace que el punto de condensación sea menor que a la
presión anterior haciendo que si quedaban restos de agua líquida se evaporen y
así la fracción de vapor será mas elevada.
La utilización, en las instalaciones industriales, de un circuito cerrado en el que el
condensado retorna al depósito de agua de alimentación a la caldera es debida a
una estrategia de recuperación de energía calorífica contenida en el agua
condensada. ¿ Qué problema práctico relacionado con la corrosión puede
ocasionar en el circuito esta estrategia? ¿De qué forma se puede solventar?
Esta estrategia puede provocar incrustaciones de algunas sales de calcio y
magnesio que lleva el agua en las tuberías ya que su solubilidad mengua al
aumentar la temperatura del agua. La solución sería hacer entrar en el circuito
agua desmineralizada para que no se produjeran estas incrustaciones o en mucho
menor rapidez alargando la vida de la instalación.
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
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Podemos observar claramente por los resultados experimentales, que se ha
retenido gran cantidad de agua dentro del recipiente donde inicialmente teníamos
los 12 litros de agua, en los 25 minutos del experimento.
Al hacer pasar el vapor que salía del intercambiador de calor, ha incrementado la
masa de agua, aumentando la temperatura del agua. Esto sucede, ya que el agua
y el vapor que nos sale por la tubería de condensados, ceden calor al agua del
recipiente que está a más baja temperatura, haciendo condensar el vapor y
reteniendo el agua que sale caliente de la tubería.
El valor del título de vapor en la tubería de condensados es de 0.174, cosa que
indica que una gran parte de vapor se ha condensado, cediendo su calor en el
intercambiador de calor.
-CONCLUSIONES
En los 25 minutos que tenemos el circuito de vapor abierto, se observa que el
agua que hay en el intercambiador de calor se calienta y llega a ebullición gracias
al calor cedido por el vapor que viene de la caldera.
La fracción de vapor/líquido es muy pequeño, ya que el vapor cede su calor que
tiene, pasando a líquido y por las pérdidas de calor del circuito.
El recipiente en el que teníamos los 12 litros de agua, acaba teniendo 13,92 litros
ya que todo el líquido y la mayoría del vapor que sale del circuito queda allí
retenido haciendo incrementar la masas de agua y también su temperatura.
NOMENCLATURA
Tabla 4. Variables Físico - químicas
Variable Magnitud
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W
Flujo másico vapor
Kg/h
M1
Masa inicial agua
Kg
M2
Masa final agua
Kg
T1
Temperatura inicial
ºC
T2
Temperatura final
ºC
Entalpía especifica del vapor en las condiciones de
H''1
condensación
Kcal/kg
Entalpía específica del líquido en las condiciones de
h'1
condensación
Kcal/Kg
Entalpía específica del líquido en las condiciones finales
H'2
-
del proceso de condensación
Kcal/kg