INFORME LABORATORIO Nº 4: MEDICIÓN DEL TÍTULO DE UN VAPOR

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INFORME LABORATORIO Nº 4:

MEDICIÓN DEL TÍTULO DE UN VAPOR

                                        Alumno: Mauricio Salgado Alvear

                                       Profesor: Bernardo Coloma

                                Ayudante: Diego González

1. Introducción

Determinar experimentalmente el título del vapor ha tomado importancia dentro de algunos procesos industriales, como por ejemplo en procesos de calefacción.

Lo anterior se debe a que en estos procesos se utiliza el vapor como “transportador de calor”, es por esto que se pretende tener una calidad del vapor lo más cercano a 100%, ya que esto implica un vapor más seco.

Mientras la calidad sea más baja significa que se tiene un vapor más húmedo y la humedad afecta el funcionamiento o vida útil de ciertos equipos o instrumentos.

En esta experiencia de laboratorio se busca comprender el concepto de título de un vapor cuantificándolo experimentalmente en un proceso de cambio de fase utilizando un calorímetro de mezcla.

2. Objetivos

• Cuantificar el Título de un vapor durante un proceso de cambio de fase en un calorímetro de mezcla.

3. Marco Teórico

• Entalpía: es una magnitud termodinámica, cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, es decir, la cantidad de energía que un sistema intercambia con su entorno.

• Líquido comprimido: líquido que está sometido a una presión mayor que la presión de equilibrio líquido.

• Líquido saturado: se dice que el líquido está saturado si al agregar energía (calor), una fracción de el pasa a la fase vapor. A presión ambiente (1 bar) esto ocurre a los 100 ºC de temperatura.

• Vapor sobrecalentado: vapor cuya temperatura es mayor a la temperatura de ebullición. Para este estado un pequeño cambio de temperatura produce un gran aumento del volumen específico del vapor sobrecalentado.

• Vapor saturado húmedo: vapor que contiene partículas de agua en suspensión. Mezcla de líquido saturado más vapor saturado. Para definir de qué vapor húmedo se trata, no basta con conocer la presión a la que corresponderá una determinada temperatura, sino que además debe determinarse un parámetro que indique en que proporciones en la mezcla se encuentra el líquido y el vapor. Para esto se introduce el llamado título de un vapor.

• Título del vapor (x): es el porcentaje en masa de vapor en una mezcla líquido-vapor. Su valor varía desde 0 (líquido saturado) hasta 1 (vapor saturado seco). Para valores del título cercanos a 1 se tiene una masa de líquido pequeña en forma de gotitas en suspensión. Para valores inferiores el líquido se deposita sobre el fondo del recipiente por efecto de la gravedad.

El título del vapor en una caldera se puede obtener de la siguiente forma:

         (1)[pic 2]

Donde:

𝑥: Calidad o Título del vapor [%]

ℎ𝑣ℎ: Entalpía del vapor saturado húmedo [kJ/kg]

ℎ𝑓: Entalpía del líquido saturado [kJ/kg] a presión considerada

ℎ𝑓𝑔: Calor latente de vaporización [kJ/kg] a presión considerada

Calor latente de vaporización: es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase de líquido a gaseoso.

• Calorímetro de mezcla: recipiente aislado térmicamente, que contiene agua en estado líquido, cuyo peso y temperatura son conocidos, lo que implica que se equipa con una balanza y un termómetro. Para el caso de la experiencia de laboratorio, a este calorímetro se le hace llegar desde una caldera una muestra de vapor saturado húmedo, el cual circula por un ducto que posee una válvula de bola para permitir/impedir el paso del vapor húmedo al recipiente.

El balance de masas en el calorímetro de mezcla es igual a:

               (2)[pic 3]

Donde:

𝑚𝑚: Masa de la mezcla final en el calorímetro [kg]

𝑚0: Masa de agua inicial en el calorímetro [kg]

𝑚𝑣ℎ: Masa del vapor húmedo desde la caldera al calorímetro [kg]

Y el balance de energía en el calorímetro resulta como:

                              𝑚𝑚 ∙ ℎ𝑚 = 𝑚0 ∙ ℎ0 + 𝑚𝑣ℎ ∙ ℎ𝑣ℎ       (3)

De (3)

          (4)[pic 4]

Donde:

ℎ𝑣ℎ: Entalpía del vapor húmedo desde la caldera al calorímetro [kJ/kg]

ℎ𝑚: Entalpía de la mezcla final en el calorímetro [kJ/kg]

ℎ0: Entalpía del agua inicial en el calorímetro [kJ/kg]

𝑐: 4,1868 [J]

𝑇0: Temperatura del agua [°C]

𝑇𝑚: Temperatura de la mezcla [°C]

4. Resultados

Usando una balanza se determinó la masa inicial del líquido (m0) y la masa final (mm) de la mezcla en el calorímetro, y las temperaturas de cada una de estas masas. La diferencia entre mm y m0 es igual a la masa del vapor húmedo (mvh) (ecuación (2)). Igualmente, se midió la presión manométrica del vapor saturado húmedo:

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