Cálculo del calor en una caldera industrial

TERMODINAMICA
LABORATORIO#1
CÁLCULO DE CALOR EN EL CALDERO.
OBJETIVO.
El objetivo de esta práctica es determinar experimentalmente la cantidad de calor suministrada al caldero de la
planta de vapor para un sistema cerrado y un sistema abierto.
EQUIPO.−
El equipo en el que se desarrollará la práctica es el caldero de la planta de vapor del laboratorio de Ing.
Industrial. El esquema de la planta de vapor en conjunto se muestra en la figura adjunta:
PROCEDIMIENTO.−
Sistema cerrado.− Se denomina así al proceso de generación de vapor antes de que se abra la válvula de paso
para consumo del vapor.
• Primeramente se deberá identificar cada uno de los equipos de la planta de vapor.
• Luego antes de iniciar la práctica se deberán tomar los datos iniciales del estado de la planta de vapor.
• Se pasa al encendido del caldero
• Después de 20 minutos se pasa a tomar los primeros datos de la presión del caldero; y se continúa
cada 5 minutos hasta que el caldero alcance su presión de trabajo que es de 75 psi.
TIEMPO [min]
0
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
PRESIÓN
MANOMÉTRICA [Psi]
−
8.5
10
12
4
16
9
22
24
28
30
34
38
42
46
52
56
TEMPERATURA [ºC]
49
35
137
140
142
145
148
150
154
156
158
160
164
166
168
171
175
NIVEL DE VOLUMEN
[m3]
12
15
15
15.2
15.2
15.3
5.4
15.4
15.4
15.6
15.6
15.6
15.8
15.8
15.8
16
16
1
115
60
178
16.2
120
66
180
16.2
127
75
184
16.4
Sistema Abierto.− Se caracteriza porque ya se empieza a consumir el vapor generado, para esto:
• Se hace circular agua a atemperar en el intercambiador
• Una vez el caldero alcanza su presión de trabajo se abre la válvula de paso de vapor al
intercambiador.
• Controlar con la llave de paso de vapor que la presión de trabajo no supere los 75 psi para que o se
apague la llama del quemador.
• Trabajar de este modo entre 20 a 30 minutos. Y calcular datos cada 5 minutos.
DESARROLLO.
Investigación.
1.− Defina ¿Qué es calor?
Es una forma de energía que se transmite a través del límite del sistema que está a una cierta temperatura a
otro sistema o medio exterior que está a una temperatura inferior en virtud de la diferencia de temperatura.
2.− Explicar la diferencia entre energía interna y entalpía.
La diferencia la marca la presión por el volumen, ya que
H = U + P*V,
Donde : H : Entalpía
U : Energía interna
P : Presión
V : Volumen
La energía interna es la suma de Energía cinética molecular + Energía potencial molecular
3.− ¿ Qué es la capacidad calorífica?
Es el calor necesario para calentar cierta masa, una temperatura dada.
4.− ¿ Qué es calor específico y calor latente?
Calor específico es el calor total sobre la masa.
Calor latente es la cantidad de calor necesario para aumentar la temperatura de una sustancia, pero con cambio
de fase.
5.− Explique sobre la capacidad calorífica del agua o caloría.
Caloría, es el calor necesario para calentar 1° C, un gr. de agua.
2
6.− ¿ Cuáles son los tipos de transferencia de calor y explicarlos?
Los tipos de transferencia de calor, son directa e indirectamente.
Sistema cerrado
ESTADO 1 ESTADO 2
Líquido Vapor
Líquido
E−1 E−2
P1 = 1.58 Kgf/cm2
T1 = 1.58 Kgf/cm2
V1 = 0.0849 m3
Ts = 110 ° C
Como T1 < Ts entonces la sustancia se encuentra como Líquido comprimido(LC)
Consideremos ( calidad ) x = 0
v1 = vL = 0.00011 m3/kg
u1 = uL = 48.85 kcal/kg
h1 = hL = 48.85 kcal/kg
P2 = 6.0 kgf/cm2
Ts = 58.64
V2 = 0.15 m3
vL = 0.001 m3/kg
vV = 0.372 m3/kg
hL = 159.94 kcal/kg
hV = 658.11 kcal/kg
uL = 159.78 kcal/kg
uV = 62.94 kcal/kg
3
Cálculo de 1Q2
1Q2 = U −> 1Q2 = m * ( u2 − u1 )
1Q2 = 83.98 ( 160.165 − 48.85 ) −> 1Q2 = 9348.2614 kcal
Se calculó con...
Cálculo de la masa ( m )
v = V/m −> m1 = V1/v1
m1 = 0.0849 m3 / 0.0001 m3/kg −> m1 = 83.98 kg.
Cálculo de volumen específico 2 ( v2 )
v2 = V2/m2 −> v2 = 0.115 m3 / 0.001369 kg v2 = 0.001369 m3/kg
Cálculo de Calidad final (x2)
−> x2 = 0.00085
Cálculo de energía específica 2 (u2)
u2 = uv * x + ( 1 − x )uL
u2 = 612.94 * 0.0085 + ( 1 − 0.00085 ) * 159.78
u2 = 160.65 kcal/kg
4
5