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• Bryan Ortiz

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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA LABORATORIO DE TERMODINÁMICA INFORME DE PRÁCTICA N°5 NRC: 2430 INTEGRANTES: CORO MARILYN – GUANO CHRISTIAN – ORTIZ BRYAN – PALACIOS FABIÁN – RAMÓN ANGEL – SALAZAR LUIS – VEGA CARLOS – VILLAGRÁN ROBERTO – YANÉZ VÍCTOR

TEMA: CALORÍMETROS

Resumen En esta práctica se realizará un ensayo de banco de temperaturas, el cual, mediante un calentador de agua y un sistema de refrigeración es capaz de alterar la temperatura del agua a fin de poder realizar apreciaciones de los valores de temperatura. Esta será obtenida gracias a un termómetro patrón y se utilizarán para comparar la lectura de otros instrumentos y de esta manera poder calibrarlos. Palabras clave: calentador de agua, termómetro, temperatura, calibración Abstract In this practice we’re going to make a temperature test essay, and here, using a wáter heater and a refrigeration system we’ll be able to change the wáter temperatura values to make apreciations of this obtained measures. This temperatura will be obtained from a pattern termometer that is going to be used to compare the others instruments aprreciations and with this values, we can calibrate them. Keywords: wáter heater, termometer, temperature, calibration.

1. Introducción Dentro del ámbito de la industria y en general, en cualquier área técnica que de una u otra forma necesite realizar mediciones, para a determinación delas propiedades de un sistema, puede notarse que los parámetros que con más frecuencia se utiliza son Presión y Temperatura. Los sensores que se usan más en la industria son las termocuplas. 2. Objetivo



Calcular la calidad (x) por medio de los datos obtenidos experimentalmente.



Analizar la diferencia de funcionamiento entre el calorímetro de separación y el de estrangulación.

3. Marco Teórico Calorímetro Es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos.

Calorímetro de estrangulación Los calorímetros de tipo de estrangulación se fundan en que si el vapor se estrangula y a continuación se expande sin realizar trabajo o sin pérdida de calor, la energía total del vapor permanece constante. Los calorímetros de Estrangulamiento y Separación se utilizan para determinar la fracción de sequedad del vapor. En este equipo, un calorímetro combinado de separación y de estrangulamiento se utiliza para determinar la fracción de sequedad del vapor suministrado con el sistema. En el calorímetro de estrangulamiento, el vapor de entrada se alimenta dentro del cuerpo del calorímetro de estrangulamiento vía un orificio fijado. La presión dentro del calorímetro es más alta que la presión atmosférica. Eso hace que el vapor se ponga muy caliente y midiendo

la temperatura y las presiones finales de este vapor, la fracción de sequedad del vapor puede calcularse.

Calorímetro de Separación El calorímetro de separación es aquel proceso mecánico que permite cambiar la dirección del vapor húmedo de entrada a través de una serie de ángulos obtusos. Mientras el vapor viaja a través de estos ángulos, la inercia de las gotitas de agua les impide seguir los cambios en dirección del vapor y provoca la caída del vapor dentro de la cámara de colección.

4. Materiales y Equipos 

Calorímetro de estrangulación



Caldero



Probeta graduada



Termómetro



Calorímetro de separación

5. Procedimiento

Se enciende la planta de vapor, con el objetivo de que el agua que existe en el caldero se evapore y asa pase a las tuberías de los calorímetros. Calorímetro de Estrangulación 1. Eliminar el vapor que se encuentra en las tuberías para que el vapor que ingrese a los calorímetros sea puro. 2. Abrir la válvula de paso del calorímetro de estrangulación (Válvula B) y se asegura que las válvulas del calorímetro de separación se encuentren cerradas. 3. Cada ensayo tiene una duración de un minuto, y después de cada minuto se cambia la presión. 4. Al inicio del ensayo se coloca la probeta graduada al final de la tubería de evacuación del calorímetro de estrangulación.

5. A los 30 segundos de empezado cada ensayo se toma los datos de presiones y temperaturas en los termómetros respectivos. 6. Al finalizar cada ensayo (al minuto de empezado) se mide cuánta agua se ha logrado condensar en el calorímetro de estrangulación. Calorímetro de Separación 1. Se repiten los pasos 1 – 6 del calorímetro de estrangulación; con el único cambio que en el paso 2 se abre la válvula de paso del calorímetro de separación (Válvula A) y la válvula de salida (Válvula C), y se asegura que la válvula del calorímetro de estrangulación (Válvula B) se encuentre cerrada. 2. Al finalizar cada ensayo también se mide el nivel de humedad separada 6. Tabulación de Datos

Calorímetro de Estrangulación 1

2

3

4

5

P1. Entrada [bar]

7,5

8,5

7,5

7

7

T1. Entrada [ºC]

180

180

180

185

185

T2. Estrangulación

94

95

96

98

98

P2. Salida [mmHg]

50

70

100

130

150

T. Entrada Condensado de H2O [ºC]

60

63,5

65,5

66

30

T. Salida Condensado de H2O [ºC]

68

72

74,5

83

80

V. Condensado [ml]

120

135

160

170

52

T. Condensado [ºC]

26,5

84

93

93

89

Calorímetro de Separación 1

2

3

4

5

P1. entrada [bar]

7,5

7,25

7,5

8,5

8

T1. Entrada [ºC]

180

180

180

185

185

T2. Separación

94

95

96

98

98

P2. Salida [mmHg]

50

70

100

130

150

T. Entrada Condensado de H2O [ºC]

94

95

96

98

98

T. Salida Condensado de H2O [ºC]

52

66

70

76

80

V. Condensado [ml]

115

130

170

7085

132,5

T. Condensado [ºC]

26,5

84

93

93

93

7. Análisis de Resultados Ejemplo de cálculos: Calidad del calorímetro de estrangulación: Para el primer dato. ℎ2′ + 𝐶𝑃 (𝑇2 − 𝑇2′ ) − ℎ𝑓1 𝑋𝐸 = ℎ𝑓𝑔1 𝑋𝐸 =

2765,7 + 2,01(445,4 − 383) − 709,24 2056,4 𝑋𝐸 = 0,93778

Calidad del calorímetro de separación: 𝑋𝑠 =

𝑚𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑚𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑠𝑒𝑐𝑜 − 𝑚ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑

𝑋𝑠 =

0,00103510 0,00103510 − 0,000004 𝑋𝑠 = 0,876123

Calidad total: 𝑋𝑇 = 𝑋𝐸 . 𝑋𝑆 𝑋𝑇 = (0,93778)(0,876123) 𝑋𝑇 = 0,821610

7.1. Calorímetro de estrangulación.

T. Estrangulación Cp (K) (kJ/(kmol*K)) h2' (kJ/kg)

T2' (K) 318,625

hfg1 (kJ/kg)

hf1 (kJ/kg)

CALIDAD (XE)

367,8

1,8937150

2583,1994

2051,0584 716,11027 0,9567045

369,8

1,89975213

2602,7373 329,65833 2025,9493 748,21139

0,954387

371,8

1,903819837

2615,6464 337,12778 2031,0422 741,79177

0,962841

450,7

1,905453136

2625,5317 342,89722 2035,2206 736,45791 0,9662519

384,8

1,906813051

2633,6725 347,64444 2041,1399 728,90159 0,9694416

7.2. Calorímetro de estrangulación y separación.

T. Estrangulación Cp (K) (kJ/(kmol*K)) h2' (kJ/kg)

hfg1 (kJ/kg)

T2' (K)

hf1 (kJ/kg)

383,1

1,901871463 2583,1994

386,6

1,904612061 2602,7373 329,65833 2022,5172 752,53766 0,9638554

390,2

1,907801539 2615,6464 337,12778 2023,2922 751,56076 0,9698001

391,3

1,909692976 2625,5316 342,89722 2027,2779 746,53671

0,973629

395,9

1,910452697 2633,6725 347,64444 2031,6226 741,09399

0,975292

Flujo másico humedad (kg/s)

Flujo másico vapor (kg/s)

318,625

CALIDAD (XE)

2041,8363 728,01262 0,9618897

CALIDAD

CALIDAD TOTAL

(XS)

(X = XE*XS)

0,0004

0,002992399 0,882089352

0,848472688

0,0004

0,003740126 0,903384585

0,870732109

0,000133333

0,004404335

0,97061633

0,941303831

0,0002

0,004984647

0,96142457

0,936070801

0,0002

0,005148646 0,962607362

0,938823214

8. Gráficos. Presiones 160 140 120 100

80 60 40 20 0 16:04:48 -20

16:12:00

16:19:12

16:26:24

16:33:36

16:40:48

16:48:00

Temperaturas 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 16:04:48



16:12:00

16:19:12

16:26:24

16:33:36

16:40:48

16:48:00

El valor de calidad total para cada volumen es:

CALIDAD TOTAL (X = XE*XS) 0,848472688 0,870732109 0,941303831 0,936070801 0,938823214

8. Conclusiones 

Los calorímetros deben regularse a una presión constante para el bajo porcentaje de calidad.



Los calorímetros de separación baja presión se utilizan para determinar la calidad de vapores de agua muy húmedos.



Los calorímetros de separación y de estrangulamiento se utiliza para determinar la fracción de sequedad del vapor suministrado con el sistema. En el calorímetro de

estrangulamiento, el vapor de entrada se alimenta dentro del cuerpo del calorímetro de estrangulamiento vía un orificio fijado. 9. Recomendaciones 

Siempre debemos verificar que el control del calor del caldero se encuentre en automático, para que el panel de instrumentos controle el calor y no se provoquen accidentes.



Debemos configurar el ordenador para que las unidades estén en las mismas unidades, para una recogida de datos correcta.



Debemos verificar siempre que las temperaturas del caldero y de las tuberías no lleguen a los máximos límites mostrados en los manómetros.

10. Bibliografía 

[1] Ayres, A., Bundell, C. (2006) “Calibración de Termométros”, Disponible en: http://www.isotech-china.com/pdfs/tempcal-es.pdf



[2] Página Web – GUNT – Hamburg, “Equipos para la educación de la ingeniería”, Disponible en: http://www.gunt.de/index.php?lang=es



[3] Página Web “Actuadores de Presión”– Disponible en: http://www.stefanelli.eng.br/webpage/simtermo/p_sim_tp.html