Laboratorio de titulo de vapor.

  Universidad del Biobío[pic 1]

  Departamento de Ing. Mecánica

 Área de termofluidos

Laboratorio N°4

“Medición del título de un vapor”

Nombre: Joaquín Fuica Almonte

Asignatura: Termodinámica (440137)

                                                                                                              Profesora: Patricia Rebolledo

                                                                                                          Ayudante: Daniel Venegas

                                                                                                                          Fecha: 18/06/2016

                                                                                                              Sección: viernes, 12:40

Introducción

En este laboratorio se realizará la medición de la cantidad de agua que posea un vapor, es decir, se calculara el titulo o calidad del vapor, el cual es el porcentaje en masa de vapor de mezcla liquido-vapor (húmedo) y se denota con la letra "X", pero para lograr esto con la ayuda de una pesa, calorímetro de mezcla, manómetro y termómetros para tener las masas, presiones y temperaturas, tanto iníciales como finales y de estos valores aplicarlos en las formulas y de los valores obtenidos verificarlos en la tabla de vapor saturado para poder encontrar las incógnitas hf y hfg para encontrar el valor del título de vapor.

Objetivos

Cuantificar el Titulo de un Vapor durante un proceso de cambio de fase en un calorímetro de mezcla.

Marco teórico

En el vapor el uso del agua es el más empleado como agente energético y térmico en múltiples usos de la industria, este al entregarle calor, su temperatura aumenta y pasa del estado liquido a estado gaseoso obteniéndose vapor.

El titulo de vapor corresponde a la fracción en masa(o peso) de la mezcla total que corresponde al vapor, su determinación puede ser realizada utilizando un calorímetro de mezcla, de Ellison o de expansión y un sobre calentador, nos centraremos solo en el calorímetro de mezcla, este método  Consiste básicamente en un recipiente termo acumulador estanco, aislado térmicamente, el cual contendrá agua líquida, cuyo peso y temperatura sean conocidos previamente, por lo que se requiere equiparlo de un termómetro y de una balanza. A este recipiente se le hará llegar una muestra de vapor saturado húmedo desde la caldera mediante un ducto. Mediante una válvula de bola de cierre rápido se permite el paso del vapor saturado húmedo al recipiente.

Formulas

Balance de masas en el Calorímetro de Mezcla:

mm=m0 + mvh  [Kg]

Donde:

mm : Masa de la mezcla [kg]

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

mvh : Masa del vapor húmedo [kg]

Balance de energía en el Calorímetro de Mezcla:

mm*hm = m0 ∗h0 + mvh ∗hvh [KJ]

Donde:

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

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

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

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

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

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

Título del Vapor en la caldera:

hvh = hf  + X ∗ hfg [KJ/Kg]

Donde:

hf : Entalpía de líquido saturado (kJ/kg), a la presión considerada.

hfg : Calor latente de vaporización (kJ/kg), a la presión considerada.

X : Calidad o Título del Vapor (%).

Título del Vapor en el ensayo:

Del balance energía

mm ∗ hm = m0 ∗h0  + mvh ∗hvh

Despejando hvh se tiene que:

hvh =[pic 2]

Como la mezcla final y el agua inicial en el calorímetro se encuentran a presión atmosférica, esto implica un estado de “líquido sub-enfriado” (temperatura bajo la temperatura de saturación). Se puede aplicar lo siguiente:

h0 = C ∗ T0

hm = C ∗ Tm

Donde:

h0 : Entalpía del agua [kJ /kg].

hm : Entalpía de la mezcla [kJ /kg ].

C : Constante : 4,1868 [KJ/Kg°C].

T0 : Temperatura del agua [°C].

Tm : Temperatura de la mezcla [°C].

Ahora la ecuación de balance de energía en el calorímetro es:

[pic 3]

Como todos las variables son medibles o se obtienen durante el ensayo, es posible cuantificar la Entalpía del Vapor Húmedo en la caldera de experimentación. Finalmente como hvh es conocido, de la ecuación del título de vapor en la caldera se despeja X (Título del Vapor) y se tiene:

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