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UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA

ALUMNO: ALBERTO BERNAL RIVAS CODIGO: 211215947 MAESTRO: ARMANDO LÓPEZ ORNELAS SECCION D08 2015B LUNES 7am - 9am 30-NOVIEMBRE-2015

Introducción La planta de generación de vapor ideal que aparece en el esquema de la Figura 1 se puede analizar mediante el ciclo Rankine, cuyos diagramas presión-volumen y temperatura entropía aparecen en la Figura 2. El vapor saturado seco descargado por la caldera a una presión P1 es suministrado a la turbina, en donde se expande isoentrópicamente hasta la presión P2. En el condensador se transforma el vapor húmedo, isobárica e isotérmicamente, en líquido saturado mediante la remoción de calor. Puesto que la presión en el condensador P2 = P3 es mucho menor que la presión del vapor en la presión del vapor en la caldera P4 = P1, el líquido saturado se bombea isoentrópicamente hasta alcanzar la presión P4. El líquido comprimido es suministrado por la caldera, en donde se calienta primero hasta la temperatura de saturación correspondiente a la presión P1, y luego se evapora hasta transformarse finalmente en vapor saturado seco para terminar el ciclo termodinámico. La eficiencia térmica de este ciclo Rankine ideal puede obtenerse recurriendo a la primera ley de la termodinámica. En consecuencia: La diferencia de entalpía en el proceso isoentrópico 3-4 puede calcularse a través de la expresión: El trabajo requerido por la bomba es generalmente muy pequeño comparado con el trabajo desarrollado por la turbina. De aquí que la expresión del rendimiento generalmente se simplifique así: La eficiencia térmica del ciclo puede incrementarse aumentando la entalpía del vapor suministrado a la turbina. Dicha entalpía puede incrementarse aumentando la temperatura del vapor en la caldera. Este calentamiento puede lograrse mediante el empleo de un sobrecalentador, el cual permite aumentar isobáricamente la entalpía del vapor, transformándolo en vapor sobrecalentado. La Figura 3 ilustra en forma esquemática en ciclo Rankine con sobrecalentamiento. El trabajo desarrollado por el ciclo se incrementa por el área x-1-2-a-x, y el calor transferido a la caldera por el área x-12'-a'-x, aumentándose así la eficiencia térmica del ciclo. Obsérvese que el título del vapor descargado por la turbina también se incrementa, o en otras palabras, la humedad disminuye. La eficiencia térmica del ciclo Rankine también puede incrementarse disminuyendo la entalpía del vapor a la descarga de la turbina. Esta disminución generalmente se logra disminuyendo la

presión de operación de condensador. Sin embargo, una disminución de la presión de descarga trae como consecuencia un aumento en la humedad del vapor descargado por la turbina. Esta consecuencia es significativa si se considera que una humedad excesiva en los últimos pasos de la turbina origina una disminución en el rendimiento de ésta, y puede dar origen a la erosión de los alabes.

Ciclo Rankine con Recalentamiento La eficiencia del ciclo Rankine puede incrementarse también aumentando la presión de operación en la caldera. Sin embargo, un aumento en la presión de operación de la caldera origina un mayor grado de humedad en los últimos pasos de la turbina. Este problema puede solucionarse haciendo uso de recalentamiento, en donde el vapor a alta presión procedente de la caldera se expande solo parcialmente en una parte de la turbina, para volver a ser recalentado en la caldera. Posteriormente, el vapor retorna a la turbina, en donde se expande hasta la presión del condensador. Un ciclo ideal con recalentamiento, y su correspondiente diagrama temperaturaentropía aparece en la siguiente figura. Obsérvese en esta figura que el ciclo Rankine con sobrecalentamiento solamente, sería más eficiente que el ciclo con recalentamiento, si en el primero fuera posible calentar el vapor hasta el estado 1' sin incurrir en problemas de materiales. El ciclo Rankine con recalentamiento puede ayudar a elevar mínimamente la eficiencia del ciclo, pero se usa para alargar el tiempo de vida de la turbina. Idealmente podríamos usar una cantidad infinita de recalentamientos para continuar elevando la eficiencia pero en la práctica solo se usan dos o tres, ya que la ganancia de trabajos es muy pequeña.

Ciclo Rankine ideal con recalentamiento Ciclo Rankine con Regeneración. La eficiencia del ciclo Rankine es menor que un ciclo de Carnot, porque se añade calor distinto al de la temperatura más alta. Este defecto se puede compensar usando un ciclo regenerativo. A continuación se presentan dos métodos, aunque el primero es muy impráctico. En la figura A él líquido se bombea hacia unos serpentines en la turbina para lograr una transmisión de calor. Así, podemos decir que el fluido sufre un incremento de temperatura reversible de a hasta b, mientras que se expande y enfría reversiblemente desde d hasta e. La eficiencia térmica de este ciclo regenerativo es igual a la del ciclo de Carnot. La prueba es que en el ciclo existen tres condiciones: El calor es añadido al ciclo a una temperatura constante TA

El calor es rechazado del ciclo a otra temperatura constante TB. Todos los procesos son, o los consideramos, reversibles. Ahora, comparando con las condiciones del ciclo de Carnot, vemos que son iguales. Aunque una turbina como la descrita anteriormente se pudiera construir, seria dañino para ella ya que aumentaría considerablemente la humedad por la disminución de temperatura. Podemos sugerir un método alternativo, el cual consiste en extraer una pequeña porción del vapor en la turbina, antes de que se expanda completamente. Esta extracción se mezcla con él líquido proveniente de una primer bomba en un calentador "abierto" o "por contacto". De esta forma podemos incrementar la temperatura del fluido sin decrementar la calidad del vapor en la turbina. Si tuviéramos una cantidad infinita de puntos de extracción a diferentes temperaturas en el proceso de expansión, la diferencia de temperaturas entre el vapor extraído y él líquido proveniente de la bomba seria mínima, lo mismo pasaría con la irreversibilidad que se produce al mezclar ambos fluidos. Para este sistema hipotético, el calor se transfiere solamente en los puntos donde la temperatura es máxima y mínima. Si tenemos un número finito de puntos de extracción la irreversibilidad de las mezclas hace que exista una pérdida de energía. Aunque estas pérdidas se den, la eficiencia térmica de un ciclo regenerativo irreversible puede ser mayor que un ciclo Rankine reversible común. Esto es posible gracias a que en un ciclo regenerativo el calor se añade a una temperatura promedio más alta, y por eso un mayor porcentaje de este calor puede ser convertido en trabajo. Dado que la mayor pérdida de energía de una planta de potencia se presenta en el condensador, en donde se desecha calor al medio enfriador, es pertinente considerar métodos de reducir este calor desechado y de mejorar la eficiencia del ciclo. El método más deseable de calentamiento del condensador seria uno que fuera reversible y continuo. Suponiendo que esto fuera posible el diagrama T-S estaría representado por la figura siguiente:

En este diagrama se considera que el vapor está saturado al inicio de la expansión. La curva 4-5 es paralela a la 3-6 puesto que se postulo que el calentamiento es reversible. Se observara que el incremento de Entropía durante el calentamiento es igual a la disminución durante la expansión y enfriamiento del vapor, y que el área 4, 5, 6,3 es igual al área 1, 2, 3, 6,7. En la práctica, este ciclo ideal se obtiene de forma aproximada permitiendo que el condensado de la bomba de alimentación se caliente en un calentador o en calentadores separados por el vapor que se extrae de la turbina después que este se ha expandido en forma parcial y ha realizado un trabajo. El vapor extraído de la turbina puede mezclarse directamente con el condensado (como en un calentador abierto) o bien intercambiar calor en forma directa y condensar (como en un calentador cerrado)

En la figura se muestra un esquema de un ciclo práctico:

Se tienen dos tipos de calentadores: Abierto.- Donde se mezcla el vapor de extracción y el condensado logrando un liquido saturado. Cerrado.- Es el más común donde se transmite la energía del vapor extraído por convección al líquido saturado.

Calentador Abierto Calentador Cerrado Resumiendo esta sección, podemos decir que el rendimiento del ciclo RANKINE puede incrementarse disminuyendo la presión de salida, aumentando la presión durante la adición de calor y sobrecalentado el vapor. La calidad de vapor que sale de la turbina se incrementa por sobre el recalentamiento del vapor y disminuye bajando la presión de

salida y por el aumento de la presión durante la adición de calor. CONCLUSIONES: El objetivo central de este informe es dimensionar la capacidad de generación de las centrales térmicas de vapor, sus ventajas y desventajas, sus rendimientos típicos y su relevancia en la generación de potencia. En este documento aprendimos desde los inicios de la turbina de vapor hasta los avances más recientes en el área, quienes fueron los que promovieron el uso de las turbinas de vapor así de cómo aprovecharlas para realizar un trabajo o conseguir energía de ello, además de los distintos tipos o mejoramientos de ciclos rankine como es que trabajan cada uno de ellos y cuáles son sus desventajas y ventajas, se incluyeron gráficos e ilustraciones de cómo trabajan en los distintos ciclos y que es el ciclo real de rankine el que se utiliza en las centrales termoeléctricas aparte de algunos avances desarrollados en distintos países con el fin de mejorar la eficiencia de las calderas y su forma de usar la energía.

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ALUMNO: ALBERTO BERNAL RIVAS CODIGO: 211215947 MAESTRO: ARMANDO LÓPEZ ORNELAS SECCION D08 2015B LUNES 7am - 9am 30-NOVIEMBRE-2015 Tema 2:

Descripción y manejo de la balanza analítica

BALANZA ANALITICA

Definición de BALANZA: Dispositivo mecánico o electrónico empleado en hogares, laboratorios, empresas e industrias para determinar el peso o la masa (debido a la relación que existe entre ambas magnitudes) de un objeto o sustancia; también puede denominarse báscula en algunos casos. El mecanismo para pesar más sencillo es la balanza de brazos iguales, empleada por primera vez por los egipcios alrededor del 2500 a.C. BALANZA Y MÉTODOS DE PESADA Con las balanzas se compara el peso o la masa de dos cuerpos, uno de ellos patrón, dado por las pesas de la misma, y otro el cuerpo cuya masa se desea determinar. En el laboratorio se suelen emplear balanzas de precisión, como el granatario (con el que se pueden apreciar centésimas de gramo -dos decimales-) y la balanza analítica (con la que se aprecian diezmilésimas de gramo -cuatro decimales-). Las balanzas pueden ser de dos platos o monoplato.

Masa: propiedad física intrínseca de un cuerpo, que mide su inercia, es decir, la resistencia del cuerpo a cambiar su movimiento. La masa no es lo mismo que el peso, que mide la atracción que ejerce la Tierra sobre una masa determinada. La masa inercial y la masa gravitacional son idénticas. El peso varía según la posición de la masa en relación con la Tierra, pero es proporcional a la masa; dos masas iguales situadas en el mismo punto de un campo gravitatorio tienen el mismo peso CONDICIONES QUE DEBE CUMPLIR LA BALANZA:  Debe ser exacta: En equilibrio (fiel en el centro de la escala), el peso de un cuerpo colocado en un platillo debe ser igual al del cuerpo colocado en el otro.  Debe ser fiel: Colocando la misma cantidad varias veces indica siempre el mismo resultado.  Debe ser estable: La cruz debe volver a la posición inicial después de haber oscilado.  Debe ser sensible: Es tanto más sensible, cuanto menor es la diferencia mínima de peso que puede apreciar. Se fabrican con la mínima fricción de las partes móviles.  Debe tener un periodo de oscilación corto, por lo que se fabrican con brazos cortos y materiales ligeros. Las automáticas y electrónicas suelen tener un sistema de amortiguación para disminuir los tiempos de espera.

ADEMÁS LAS BALANZAS DEBEN CUMPLIR TAMBIÉN  La balanza debe estar bien nivelada, por lo que la burbuja de nivel se vigilará para que esté ajustada.  Deben estar en un lugar sólido, sin vibraciones (mesa de balanzas).  Deben estar en un lugar apartado, protegidas de gases corrosivos, humedad, etc. (en sala de balanzas con puerta cerrada).  Deben protegerse de las altas temperaturas, sol y de la electrostática.  Se deben mantener limpias y con una sustancia higroscópica en su interior.

   

No pesar objetos calientes (y a ser posible tampoco húmedos). Si poseen vitrina con puerta, esta debe estar cerrada (al efectuar la medición final y cuando no se utilice). En las balanzas provistas de disparador, el plato o platillos deben estar sin disparar al poner o quitar objetos o pesas. En las balanzas de dos platos que requieren utilizar caja de pesas, estas deben cogerse con pinzas y nunca con los dedos.

CALIBRACIÓN:  Usualmente la calibración de una balanza electrónica implica la pesada de una masa patrón de valor conocido y el ajuste de la corriente de modo que el peso del patrón se indique correctamente en el display.  Otros modelos incluyen la masa patrón dentro de la balanza, y el procedimiento de calibración se lleva a cabo automáticamente.  Objetos que se utilizan para pesar: Papel filtro, vidrio de reloj, pesafiltros y pesasustancias de formas especiales o embudos de pesada.  Utilizar siempre la espátula, descargando mediante vibraciones por golpes del dedo índice.  TARAR el recipiente donde se va a pesar (vidrio de reloj, pesafiltros, vaso de precipitados, etc.) MÉTODOS DE PESADA  Directa (se tara el pesafiltros o equivalente).  Por diferencia (se pesa el pesafiltros con la sustancia, se saca esta y se vuelve a pesar el pesafiltros con lo que pudiera quedar de sustancia, la diferencia es el peso de la sustancia sacada)  MÉTODOS DE PESADA EN BALANZAS DE DOS PLATOS: o Pesada simple o Doble pesada de Gauss o Doble pesada de Borda o de sustitución. ESQUEMA DE BALANZA ANALÍTICA MECÁNICA MONOBRAZO

ESQUEMA DE BALANZA ELECTRÓNICA

FORMAS DE LAS PESAS  Las pesas pueden tener diferentes formas. Siempre tendrán una muesca para facilitar su manipulación con pinzas.  Las pesas de menos de 1 gramo son láminas con un extremo doblado hacia arriba para facilitar su manipulación con pinzas.

La balanza analítica es uno de los instrumentos de medida más usados en laboratorio y de la cual dependen básicamente todos los resultados analíticos. Las balanzas analíticas modernas, que pueden ofrecer valores de precisión de lectura de 0,1 µg a 0,1 mg, están bastante desarrolladas de manera que no es necesaria la utilización de cuartos especiales para la medida del peso. Aún así, el simple empleo de circuitos electrónicos no elimina las interacciones del sistema con el ambiente. De estos, los efectos físicos son los más importantes porque no pueden ser suprimidos. Las informaciones de este texto tienen por objetivo indicar los puntos más importantes a considerar en las operaciones de medida del peso. La precisión y la confianza de las medidas del peso están directamente relacionadas a la localización de la balanza analítica. Los principales puntos que deben de ser considerados para su correcta posición son: Características de la sala de medida

- Tener apenas una entrada. - Tener el mínimo número de ventanas posible, para evitar la luz

directa del sol y corrientes de aire. - Ser poco susceptible a choques y vibraciones. Las condiciones de la mesa para la balanza

- Quedar firmemente apoyada en el suelo o fija en la pared, de manera a transmitir un mínimo de vibraciones posible. - Ser rígida, no pudiendo ceder o inclinarse durante las operaciones de medida. Se puede utilizar una de laboratorio bien estable o una de piedra. - Localizarse en los sitios más rígidos de la construcción, generalmente en los rincones de la sala. - Ser antimagnética (no contener metales o acero) y protegida de cargas electrostáticas (no contener plásticos o vidrios). Las condiciones ambientales

- Mantener la temperatura de la sala constante. - Mantener la humedad entre 45% y 60% (debe de ser monitoreada siempre que posible). - No permitir la incidencia de luz solar directa. - No hacer las medidas cerca de irradiadores de calor. - Instalar las luminarias lejos de la bancada, para evitar disturbios por radiación térmica. El uso de lámparas fluorescentes es menos problemático. - Evitar la medida cerca de aparatos que utilicen ventiladores (ej.: aire acondicionado, ordenadores, etc.) o cerca de la puerta. Cuidados básicos - Verificar siempre la nivelación de la balanza. - Dejar siempre la balanza conectada a la toma y prendida para mantener el equilibrio térmico de los circuitos electrónicos. - Dejar siempre la balanza en el modo "stand by", evitando la necesidad de nuevo tiempo de calentamiento ("warm up"). El frasco de medida

- Usar siempre el menor frasco de medida posible. - No usar frascos plásticos cuando la humedad esté abajo del 30-40%. - La temperatura del frasco de medida y su contenido deben de estar a la misma temperatura del ambiente de la cámara de medida. - Nunca tocar los frascos directamente con los dedos al ponerlos o sacarlos de la cámara de medida.

El plato de medida

- Poner el frasco siempre en el centro del plato de medida. - Remover el frasco del plato de medida luego que termine la operación de medida del peso. La lectura

- Verificar si el mostrador indica exactamente cero al empezar la operación. Tare la balanza, si es necesario. - Leer el resultado de la operación luego que el detector automático de estabilidad desaparezca del mostrador. Calibración

- Calibrar la balanza regularmente, más todavía cuando está siendo operada por vez primera, si fue cambiada de sitio, después de cualquier nivelación y después de grandes variaciones de temperatura o de presión atmosférica. Mantenimiento

- Mantener siempre la cámara de medida y el plato limpios. - Usar apenas frascos de medida limpios y secos. Cuando el mostrador de la balanza quede inestable, sea por variación continua de la lectura para más o menos o simplemente si la lectura está errada… ATENCIÓN: Ud. debe estar observando influencias físicas indeseables sobre la operación. Las más comunes son: Temperatura

Efecto observado: el mostrador varía constantemente en una dirección. Motivo: La existencia de una diferencia de temperatura entre la muestra y el ambiente de la cámara de medida causa corrientes de aire. Esas corrientes de aire generan fuerzas sobre el plato de medida haciendo con que la muestra parezca más leve (conocida por fluctuación dinámica). Este efecto solo desaparece cuando el equilibrio térmico es establecido. Además, el filme de humedad que cubre cualquier muestra, que varía con la temperatura, es encubierto

por la fluctuación dinámica. Esto hace con que un objeto más frío parezca más pesado, o un objeto más caliente parezca más leve. Acciones correctivas: - Nunca pesar muestras retiradas directamente de estufas, muflas o refrigeradores. - Dejar siempre que la muestra alcance la misma temperatura del laboratorio o de la cámara de medida. - Tratar siempre de manipular los frascos de medida o las muestras con pinzas. No siendo posible, utilizar una banda de papel. - No tocar con las manos la cámara de medida. - Usar frascos de medida con la menor área posible. Variación de masa

Efecto observado: el mostrador indica lecturas que aumentan o disminuyen, continua y lentamente. Motivo: aumento de masa debido a una muestra higroscópica (aumento de humedad atmosférica) o pérdida de masa por evaporación de agua o de substancias volátiles.

Acciones correctivas: - Usar frascos limpios y secos y mantener el plato de medida siempre libre de polvo, contaminantes o gotas de líquidos. - Usar frascos de medida con cuello estrecho. - Usar tapas o corchos en los frascos de medida. Electrostática

Efecto observado: El mostrador de la balanza queda inestable e indica masas distintas a cada medida de la misma muestra. La reproducibilidad de los resultados queda comprometida. Motivo: El frasco de medida está cargado electrostáticamente. Estas cargas son formadas por fricción o durante el transporte de los materiales, especialmente si son en gránulos o en polvo. Si el aire está seco (humedad relativa menor que 40%) estas cargas electrostáticas quedan retenidas o son dispersas lentamente. Los errores de medida ocurren por fuerzas de atracción electrostática que actúan entre la muestra y el ambiente. Si la muestra y el ambiente están bajo el mismo efecto de cargas eléctricas de misma señal [+ o

-] hay repulsión, mientras que bajo el efecto de cargas opuestas [+ y -] se observan atracciones. Acciones correctivas: - Aumentar la humedad atmosférica utilizando un humidificador o por ajustes apropiados en el sistema de aire acondicionado (humedad relativa ideal: 45-60%). - Descargar las fuerzas electrostáticas, poniendo el frasco de medida en un recipiente de metal, antes de la medida del peso. - Conectar la balanza a un "cable tierra" eficiente. Magnetismo

Efecto observado: baja reproducibilidad. El resultado de la medida del peso de una muestra metálica depende de su posición sobre el plato de la balanza. Motivo: Si el material es magnético (ej.: hierro, acero, níquel, etc.) puede estar ocurriendo atracción mutua con el plato de la balanza, y pueden estar siendo creadas fuerzas que originen una medida falsa.

Acciones correctivas: - Si posible, desmagnetizar las muestras ferromagnéticas. - Como las fuerzas magnéticas disminuyen con la distancia, separar la muestra del plato usando un soporte no-magnético (ej.: un béquer bocabajo o un soporte de aluminio). - Usar el gancho superior del plato de la balanza, cuando lo haya. Gravitación Efecto observado: el valor del peso varía de acuerdo con la latitud. Cuanto más cerca del ecuador, mayor la fuerza centrífuga debida a la rotación de la tierra, que se contrapone a la fuerza gravitacional. Así, la fuerza actuando sobre una masa es mayor en los polos que en el ecuador. Las medidas dependen además de la altitud en relación al nivel del mar (más exactamente, en relación al centro de la tierra). Cuanto más alto, menor la atracción gravitacional, que disminuye con el cuadrado de la distancia. Acciones correctivas: - Medidas diferenciales o comparativas o de precisión, hechas en distintas latitudes (ej.: en el piso bajo o en otros pisos de un mismo edificio) deben de ser corregidas.

ms = masa medida al nivel del suelo rt = rayo de la Tierra (~ 6370 km) h = altura donde se hizo la medida (m) mk = masa medida a una altura (h), en relación al nivel del suelo

Empuje

Efecto observado: el resultado de una medida del peso hecha a presión atmosférica no es el mismo que al vacío. Motivo: este fenómeno es explicado por el principio de Arquímedes, según el cual "un cuerpo sufre una pérdida de peso igual al peso de la masa del medio que es deslocado por él". Cuando se mide el peso de materiales muy densos (ej.: Hg) o poco densos (ej.: agua), deben de ser hechas correcciones, en favor de la precisión.

Acciones correctivas: - Medidas diferenciales o comparativas o de mucha precisión, efectuadas en días distintos, deben siempre ser corregidas con relación al empuje, teniéndose en cuenta la temperatura, la presión y la humedad atmosférica. Los trabajos corrientes de laboratorio normalmente dispensan estas acciones.

CONCLUSIONES:

En este informe aprendimos que existen diferentes tipos de balanzas y con ellas podemos medir diferentes pesos y además de que existen diferentes métodos para pesar un objeto, las medidas que se tienen en cuenta antes de pesar cualquier objeto y como desde hace siglos ha estado en la vida del ser humano; una de las balanzas principales y más usada en ingeniería es: La balanza analítica es muy útil ya que con esta podemos medir pesos de cualquier objeto relativamente pequeños ya que es muy exacta

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ALUMNO: ALBERTO BERNAL RIVAS CODIGO: 211215947 MAESTRO: ARMANDO LÓPEZ ORNELAS SECCION D08 2015B LUNES 7am - 9am 30-NOVIEMBRE-2015 Tema 3: Descripción y manejo del calorímetro adiabático pruebas con combustibles sólidos o líquidos en el calorímetro adiabático

CALORIMETRO ADIABATICO

¿QUE ES UN CALORIMETRO? Aparato utilizado para determinar el calor especifico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos. CARACTERISTICAS Un calorímetro idealmente puede ser insensible a la distribución espacial de las fuentes de calor dentro de el. Si este objetivo es alcanzado, entonces la potencia puede en principio ser medida a cualquier frecuencia por disipación en el calorímetro y determinar la correspondiente potencia dc que da la misma lectura que la potencia no conocida. Por supuesto la tarea de diseñar un calorímetro que sea completamente insensible a la distribución de calor, no es posible y lo mejor que puede alcanzarse es construir un instrumento el cual tenga un conocido factor de corrección, estos factores de corrección son evaluados de una combinación de mediciones y cálculos, tenemos la eficiencia efectiva: La eficiencia efectiva (e.e.) es un parámetro relativamente estable para más Instrumentos y siendo adimensional es independiente del sistema de unidades usado. Para la mayor parte de los calorímetros la e.e. puede ser evaluada con una incertidumbre de 0.1% a 1 GHz, 0.2 % a 40 GHz y 0.5 % a 100 GHz

Las correspondientes incertidumbres en los valores de la potencia absorbida rf o de microondas serán naturalmente un poco mayores que los dados, ya que dependen por ejemplo de los conectores Aunque el principio de medición de potencia por medio de sus efectos caloríficos es uno de los viejos métodos, los calorímetros actuales tienen sus orígenes en los desarrollos de los años 40 y 50. VENTAJAS · Alta precisión · Estabilidad de calibración Desventajas · Baja velocidad de respuesta · Muy voluminosos TIPOS DE CALORIMETROS · Estáticos · No estáticos CALORIMETROS COMUNMENTE USADOS · Dry load calorimeter · El microcalorimetro · Calorímetro de flujo OTROS TIPOS DE CALORIMETROS Calorímetro adiabático Calorímetro de cambio de estado DRY LOAD CALORIMETER En comparación con los instrumentos posteriores la precisión era muy modesta con una incertidumbre de 2% para la versión coaxial y uno a 2.5% para las versiones de guía de ondas. No obstante, estos diseños establecieron la dirección general para los siguientes instrumentos. Nueva precisión en cargas y conectores desarrollados en los años 60 llevaron a una nueva generación de calorímetros coaxiales con mejor performance e incertidumbres debajo de 0.5% para frecuencias arriba de los 8 GHz los calorímetros operan a niveles de potencia entre 100 mw y 10 w respectivamente. La carga de un calorímetro es un elemento crítico. Es deseable que esta pueda ser acoplada eléctricamente y que tenga un muy

pequeño error de equivalencia, que es igual a la rf disipada y a la potencia dc que pueden producir la misma lectura de temperatura. COMPONENTES ESENCIALES (DRY LOAD TYPE) - la carga donde la potencia es disipada. - línea de transmisión aislada isotérmicamente la cual conecta la entrada a la carga - un sensor de temperatura FUNCIONAMIENTO BASICO Muchos calorímetros utilizan el principio de carga dual, en el cual una absorbe mientras que la segunda actúa como temperatura de referencia. El sensor de temperatura registra la diferencia entre las temperaturas de las 2 cargas. En teoría los efectos de las fluctuaciones de la temperatura externa se cancelan debido a la simetría, sin embargo si los alrededores no tienen una temperatura uniforme el gradiente de temperatura puede causar error. El elemento de absorción de la carga es usualmente un thin film resistor, aunque dieléctricos de bajas perdidas son usados para las versiones de guías de ondas. El sensor de temperatura es montado en el lado de afuera de la carga en una posición donde no es influenciado directamente por los campos electromagnéticos. Siendo esta una de las características distintivas de un calorímetro y es esencial para su alta precisión.

EFECTO PELTIER Consiste en que la circulación de corriente en un sentido produce un calentamiento y al circular en el otro sentido produce un enfriamiento EL MICROCALORIMETRO Es el tipo de calorímetro más usado. Estrictamente hablando, no es un medidor de potencia pero es un instrumento para determinar la eficiencia efectiva de un montaje bolometrico. Fue originalmente inventado para la calibración de metal wire bolometers, pero termistores y películas bolometricas también pueden ser calibrados por este método.

FUNCIONAMIENTO Antes de comenzar la medición, el montaje bolometrico es insertado dentro del calorímetro, donde actúa como la carga, cuando la medición es completada el bolómetro es removido y entonces puede ser usado como una referencia calibrada. PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN el puente suple una dc para mantener la resistencia del elemento bolómetro a un valor especificado r. antes de comenzar la medición rf la sensibilidad g1 de la termopila es determinada(v/w) notando la subida en voltaje de salida de la termopila cuando la dc es aplicada. cuando la potencia rf es aplicada, la potencia disipada en el elemento es mantenida constante por el puente, pero la potencia es disipada adicionalmente en las paredes y en cualquier otro lugar del montaje. CALORIMETRO DE FLUJO La potencia es medida a través del calor de un fluido que fluye a través de la carga. Una indicación de la potencia es dada por la subida en la temperatura del fluido pasando del orificio de entrada al de salida. CARACTERISTICAS Las versiones de guías de ondas utilizan como fluido de trabajo agua. Mientras que el coaxial utiliza aceite y es construido para bajas frecuencias. Aire también puede ser usado, pero el uso de gases crea un problema adicional a causa del calor debido a la compresibilidad Los calorímetros de flujo pueden manejar mayores potencias que los tipos estáticos. Su principal aplicación es para potencias de muchos watts. Para medir las subidas de temperatura en un calorímetro usualmente se emplean termopilas, termómetros de resistencia y algunas veces termistores CALORIMETRO DE CAMBIO DE ESTADO Este tipo de calorímetro no es muy usado. El calor a ser medido funde una cantidad de sólido o hierve una cantidad de líquido. El medio está en equilibrio térmico y por eso todo el calor entrante es usado para producir el Cambio de estado, la potencia p está dada por:

Figura 2. Celda calorimétrica. Calorímetro isope− ribólico de inmersión. Esta celda se usa en la determinación de calores en procesos que ocurren en solución y en la determinación de calores

COMBUSTIBLES

COMBUSTIÓN

Se entiende por combustión, la combinación química violenta del oxigeno (o comburente), con determinados cuerpos llamados combustibles, que se produce con notable desprendimiento de calor. Para que se produzca la combustión, las 3 condiciones ya nombradas deben cumplirse, es decir que sea: una combinación química, que sea violenta y que produzca desprendimiento de calor. Analizaremos una por una: 1) Debe haber combinación química, los productos finales una vez producida la combustión debe ser químicamente distintos a los productos iniciales. Ej. : Antes de producirse la combustión tenemos combustible y oxigeno. Producida la combustión ya no tenemos combustible y oxigeno mezclado, sino gases de combustión. 2) La combinación química debe producirse violenta e instantáneamente. Ej. : Una lamina de hierro colocada en la intemperie se va a oxidar lentamente, luego de cierto tiempo, al combinarse con el oxigeno del aire. Pero esto no es combustión sino oxidación, porque el desprendimiento de calor se produce muy lentamente después de un tiempo. 3) Debe haber un desprendimiento de calor, se debe liberar cierta cantidad de calor. Para que se produzca la combustión se necesita oxígeno, el cual se encuentra en el aire, el que desperdiciando los gases que se encuentran en pequeña proporción, está constituido por 23 % de oxígeno y 77% de nitrógeno. También es necesario que la temperatura en algún punto de la mezcla de oxígeno y combustible, adquiera un determinado valor. Una combustión se considera imperfecta, cuando parte del combustible, que entra en reacción, se oxida en grado inferior al máximo, o no se oxida. La combustión es completa cuando el combustible quema en su totalidad, ya sea perfecta o incompleta. Todos los combustibles utilizados en los diversos procesos industriales están constituidos únicamente por dos sustancias químicas, el carbono y el hidrógeno los cuales están unidos entre sí, formando los diversos combustibles utilizados. La propagación de calor debe cesar para un valor finito de la velocidad de inflamación. Por lo tanto, la buena combustión está

comprendida dentro de dos valores, límites definidos de la velocidad de inflamación de la llama, y son los llamados límites inferiores de inflamación que se produce cuando falta combustible, y límite superior de inflamación que es cuando falta oxígeno. La forma de producirse la combustión varía según el estado del combustible, lo cual veremos a continuación: Los combustibles son elementos que se los utilizan en los procesos industriales para la producción de calor. Son formaciones de origen orgánico, animal o vegetal, que sufrieron los efectos de los movimientos y plegamientos terrestres. Están constituidos principalmente por carbono e hidrógeno, los que según vimos al combinarse con el oxígeno queman, desprendiendo calor. El carbono es el elemento que constituye el mayor porcentaje volumétrico del combustible, constituyendo el 80 a 90 % volumen del mismo. El carbono no arde directamente, sino que es llevado al estado de incandescencia por el hidrógeno. El hidrógeno constituye el 5 o 6 % de los combustibles sólidos y el 8 al 15 % de los líquidos. La presencia del oxígeno en la molécula de combustible, le resta al mismo poder calorífico, ya que, se va a combinar con parte del hidrógeno que tiene, para formar agua. En el combustible también se puede encontrar el azufre desde 0.5 % en combustible líquidos hasta 1 o 1.5 % en carbones, y el nitrógeno (en carbones) de 0.7 hasta 9.3 %. PODER CALORÍFICO La unidad que se emplea para medir la cantidad de calor desarrollada en la combustión se la denomina poder calorífico. Se entiende por poder calorífico de un combustible, la cantidad de calor producida por la combustión completa de un kilogramo de esa sustancia. Tal unidad se la mide en cal/kg de combustible. Si la cantidad de combustible que se quema en un mol, el calor desprendido recibe el nombre de efecto térmico (poco usado). De la diferencia entre el poder calorífico superior (NS) y el poder calorífico inferior (NI) se obtendría uno u otro según el estado de agregación que forma parte de los productos de combustión.

Si la temperatura de los productos finales de combustión es tal que el vapor de agua que se ha formado continué en ese estado, tendremos el poder calorífico inferior del combustible (NI). En cambio, si la temperatura de los productos finales es suficientemente baja como para que aquella se condense, tendremos el poder calorífico superior del combustible (NS). La diferencia entre ellos será igual el calor desprendido por la condensación del agua.

Clasificación de los combustibles Combustibles sólidos Combustibles sólidos El proceso de combustión de estos combustibles difiere bastante con respecto a los combustibles líquidos y los gaseosos. La buena o mala combustión del sólido depende de la facilidad del acceso del aire ala diversas partículas del combustible. Estas deben estar distribuidas uniformemente sobre la superficie de combustión, no se debe encontrar amontonado o agolpado. El proceso de combustión de un sólido está dividido en cuatro períodos o fases a saber: a) secado del combustible Al comenzar a recibir calor, el combustible se seca, evaporando la humedad que posee, convirtiéndose en vapor de agua. b) la destilación: Comienza cuando se ha evaporado toda la humedad del combustible. Este se compone de hidrocarburos más simples, comenzando a quemar los más volátiles (requieren menor temperatura de inflamación.

C) Al aumentar la temperatura debido a la combustión de los primeros hidrocarburos que queman se alcanzan las condiciones para que se quemen los hidrocarburos menos volátiles, casi todos los componentes activos del combustible. D) Quemadas todas las sustancias volátiles, la llama se apaga. Quedando las cenizas del sólido, considerándose la escoria y los componentes inactivos. Entre ellos podemos encontrar: Maderas: utilizados como combustibles en bosques o en estufas hogareñas (poder calorífico hasta 4500 cal / Kg. secos). Carbones fósiles: cuantos más antiguos son los restos orgánicos y mayores presiones soportan, mayor es la cantidad del carbón. Antracita: son los carbones más antiguos. Tienen gran contenido de carbono y pocos materiales volátiles y oxígeno. (NS = 7800 a 8600 cal /kg). Hulla: son los carbones más utilizados en la industria, se distingue tres tipos: hulla seca, hulla grasa y la hulla magra. Hulla seca: hornos de arrabio y en la producción de coque metalúrgico. (NS = 7500 cal / kg.) Hulla grasa: en la producción de gas alumbrado y coque. (NS = 8300 a 8600 cal / kg.) Hulla magra: desprende pocas materias volátiles. (NS = 7900 a 8370 cal / kg.). Todas las hullas son de color negro o gris oscuro. Lignito: son combustibles que proceden de la carbonización natural de la madera. Al quemarse desprende el azufre provocando mal olor y daños en metales y estructuras. Hay dos tipos distintos: Lignitos perfectos: más antiguos (poder calorífico = 6000 cal / Kg.) Lignitos leñosos: más jóvenes. (Poder calorífico = 5000 a 5700 cal /Kg.) Turba: son carbones de menor calidad. De 3200 a 4000 cal / Kg. = NS. Residuos orgánicos: son restos muy grasos comprendidos entre los carbones y el petróleo. Prácticamente no se utilizan.

Carbón vegetal o de leña: provienen de la carbonización de la madera. NS = 6000 a 7000 cal / Kg., no contiene azufre. Combustibles líquidos Al calentarse un combustible líquido, existe un período de destilación en el cual el líquido se descompone en diversos componentes volátiles. Se cebe distinguir dos casos según la forma en que se queman. Si son suficientemente volátiles para que al calentarse emitan vapores en suficiente cantidad como para continuar ardiendo, se comporta como un combustible gaseoso En cambio, en los líquidos menos volátiles no es necesario efectuar una vaporización para que se produzca la combustión. En tal caso se forma una mezcla de aire combustible, conservándose este último en estado líquido todavía, aunque finalmente pulverizado, constituyendo una mezcla carbónica. Por ejemplo esta mezcla se produce en un carburador de un motor a explosión. El punto de inflamación es aquel para el cual el líquido desprende materias volátiles inflamables. Cuando la temperatura y la presión alcanza determinado valor la propagación del frente de combustión se hace más rápida que en condiciones normales. Los combustibles líquidos presentan, en general, mejores condiciones que los sólidos para entrar en combustión. Los combustibles líquidos son sustancias que se las obtienen por destilación, ya sea del petróleo crudo o de la hulla. Sometiéndolos a procesos térmicos se puede obtener mayor diversidad de productos derivados. El punto de inflamación es la temperatura a la cual el combustible, al ser calentado y producirse la inflamación por un foco exterior, comienza a presentar por primera vez una llama corta. El punto de combustión, que se produce por encima del punto de inflamación, es la temperatura a la cual el combustible es capaz de proseguir por si solo la combustión, una vez que este se ha iniciado en un punto de su masa. El punto de inflamación espontáneo, se produce a aquella temperatura a la cual el combustible es capaz de entrar por si solo en combustión, sin necesidad de un foco exterior que la produzca. Este

punto depende de la presión a la que se halle sometido el líquido. Si la presión es mayor, menor será la temperatura de inflamación.

Combustibles líquidos artificiales Petróleo

El petróleo, llamado también oro negro, se ha formado en épocas muy remotas. Su origen responde a restos fósiles, depositados en las profundidades. Los petróleos están constituidos por distintos hidrocarburos, de distintos grados de densidad y volatilidad. La diversidad en las proporciones en los elementos que los componen, hacen que difieran fundamentalmente las características del petróleo obtenido en lugar con respecto al obtenido en otro sitio. Los diversos subproductos obtenidos, tanto en la dilatación primaria como en la secundaria, son sometidos a procesos de refinación, con el objeto de eliminar los componentes indeseables y nocivos que puede contener los mismos. El petróleo en estado crudo tiene muy poco uso como combustible, pues desprende vapores sumamente inflamables. Si la destilación primaria y secundaria a la que se somete el petróleo se obtiene una gran diversidad de subproductos, los principales de los cuales se indican en el cuadro siguiente conjuntamente con el uso al que se los destina. · · · · · ·

Nafta Kerosene Gas−oil Diesel−oil Fuel−oil Alquitrán de hulla

· Alquitrán de lignito · Alcohol Nafta: Es un combustible altamente volátil, muy inflamable y es utilizado, sobre todo, como combustible para motores a explosión. Su poder calorífico es 11000 cal / Kg. Kerosene: Constituye un derivado menos volátil e inflamable que la nafta. Su poder calorífico es de 10500 cal / Kg. Se utiliza en calefacción y en las turbohélices y reactores de las turbina de gas de los motores de aviación. Gas−oil: es denso, menos volátil que el petróleo. Su poder calorífico es igual a 10250 cal / Kg. Se lo utiliza mucho en calefacción y para hornos industriales y metalúrgicos. Diesel−oil: es un subproducto obtenido de los derivados más pesados del petróleo. Se quema más lentamente que el gas−oil. Se utiliza sólo en motores Diesel lentos en los cuales el combustible dispone más tiempo para quemar. Su poder calorífico es de 11000 cal / Kg. Fuel−oil: es un subproducto obtenido de los derivados más pesados del petróleo. Se quema con dificultad. Su poder calorífico es igual a 10000 cal / Kg. Alquitrán de hulla: es un subproducto obtenido de la fabricación del coque. Puede quemar directamente pero se lo utiliza poco como combustible, usándolo sólo en hogares especiales para este, que puedan vencer la viscosidad del mismo. Su poder calorífico es de 9100 cal /Kg. Alquitrán de lignito: se lo obtiene de la destilación del lignito. Su poder calorífico es 9600 cal / Kg. Es muy similar al gas−oil, pero al utilizarlo en motores diesel, su comportamiento es muy inferior del de los derivados del petróleo. Alcoholes: pueden quemar muy fácilmente. Tienen diversos orígenes (derivaciones de: petróleo, vino, papas, etc.). Los alcoholes puros, como combustibles tienen muy poco uso. Su mayor empleo está en la fabricación de mezclas con benzol, bencina o naftas con objeto de mejorar la calidad de las mismas. Combustibles gaseosos El estado gaseoso de los combustibles es que mayor facilidad brinda para que se produzca una eficiente combustión, la cual recibe el nombre de explosión. La facilidad de acceso del aire a las diversas partículas del combustible, hace que la propagación se efectué en forma rápida.

Si la presión o la temperatura, alcanza un valor por arriba de un límite determinado, la propagación adquiere valores muy grandes y deja de ser una explosión para ser una detonación, en la cual la velocidad de la reacción química que se produce sea mucho mayor. La velocidad de propagación en una onda detonante, para una combustión de hidrógeno y oxígeno puro alcanza un valor 2000 m/seg. El punto de inflamación de una mezcla esta dado por la temperatura: Para el acetileno 425 ºC Para el metano 700 ºC Para el hidrógeno 585 ºC Para el óxido de carbono 650 ºC Los combustibles gaseosos son los que mejores condiciones tienen para entrar en combustión. · · · · · · ·

Gas natural Gas de alumbrado Acetileno Gas de agua Gas de aire Gas pobre o mixto Gas de alto horno

Gas natural: Es el gas que se obtiene directamente de los yacimientos petrolíferos. Este gas es el encargado de empujar al petróleo a la superficie. Su uso es muy utilizado en los alrededores de los yacimientos. Su poder calorífico es de 9500 cal / m3. Gas de alumbrado: Se lo denomina también gas de hulla. Se lo obtiene de la combustión incompleta de la hulla. Por cada 100 Kg. de carbón que se carbonizan, se obtienen unos 30 ó 35 metros cúbicos de gas de alumbrado. Es un excelente combustible, usado principalmente para usos domésticos y para pequeños hornos industriales. Su precio es elevado. Su poder calorífico es de entre 4380 y 5120 cal / m3. Acetileno: Se obtiene del tratamiento del carburo de calcio del agua. Es un excelente combustible. Su poder calorífico es superior a 18000 cal / m3. Gas de agua: Se obtiene haciendo pasar vapor de agua a través de una masa de carbón de coque incandescente. Su poder calorífico es de 2420 cal / m3.

Gas de aire: Se lo obtiene haciendo pasar aire por un manto de hulla o lignito incandescente de gran espesor. Su poder calorífico es de 1080 cal / m3. Gas pobre o mixto: se lo obtiene haciendo pasar una corriente de aire húmedo, es decir, una mezcla de aire y vapor de agua a través de una masa de gran espesor de hulla o lignito incandescente. La mezcla de vapor de agua y aire, quema parcialmente, produciendo cantidades variables de oxido de carbono e hidrógeno, estas sustancias van a constituir los elementos activos del gas mixto. Tiene un poder calorífico de entre 1200 y 1500 cal / m3. Gas de altos hornos: Se obtiene de los hornos de fundición. Al cargar un alto horno con mineral para obtener lingotes de hierro, se desprende una serie de gases que salen parcialmente quemados y pueden ser posteriormente utilizados en la misma planta industrial como combustible. Se los utiliza principalmente para la calefacción o para la producción de fuerza motriz. Su poder calorífico es de 900 cal / m3. Gasógenos Los gasógenos son hornos que se los utiliza para la transformación de combustibles sólidos en gaseosos, obteniéndose en algunos casos de la misma combustión parcial que se produce, el calor necesario para realizar dicho proceso. El manto de carbón que se coloca en los hornos de los gasógenos es de grueso espesor, ya que al penetrar el aire por la parte inferior del manto de carbón, quema totalmente produciendo anhídrido carbónico, el que luego, al atravesar las capas superiores, que se hallan también incandescentes, se reduce a oxido de carbono. Calorímetros Son aparatos que se los utilizan en los laboratorios para la determinación de los poderes caloríficos de los combustibles.

Calorímetro de Junkers

Se lo usa para determinar el poder calorífico de los combustibles líquidos o gaseosos. La transmisión entre los gases de combustión y el agua, se hace por medio del principio de contracorriente, existiendo circulación permanente mientras dure la experiencia. Consta de dos cilindros coaxiales a y b, de paredes delgadas. En la parte inferior del cilindro interior se coloca un mechero con el combustible cuyo poder calorífico se quiere determinar. Los productos de combustión siguen el camino indicado, saliendo al exterior por un tubo d cuya válvula V1 fija la velocidad de salida de dichos gases, indicando To la temperatura de los mismos. El agua de condensación se junta en e y sale por f al exterior donde se recoge en una probeta graduada de un litro aproximadamente. (NS = poder calorífico superior; M = cantidad de agua en circulación, que recogemos mientras quemamos los G gramos de combustible; G = masa del combustible que quemamos; t2 = temperatura de salida del agua y t1 = temperatura de entrada del agua.)NS * G = M (t2 − t1) " NS = M / G (t2 − t1) Calor latente Se entiende por calor latente de condensación, la cantidad de calor desprendida por la condensación de un kilogramo de vapor, en estado de condensación lapso durante el cual la temperatura del cuerpo permanece constante. Este calor representa el desprendimiento de una cierta cantidad de la energía interna que posee el vapor, debido a que al pasar del estado de vapor al estado líquido, disminuye la energía interna de sus moléculas y aumenta la cohesión molecular.

Combustión del carbono En el proceso de la combustión completa, con el oxigeno químicamente necesario, el carbono se combina con esta sustancia produciendo anhídrido carbónico. C + O2 (g)! CO2 (g) + calor

1M 1M 1M 12Kg 32Kg 44Kg 22.4m3 22.4m3 Esto significa que un mol1 de carbono se combina con un mol de oxigeno produciendo 1 mol de anhídrido carbónico. Conocidos los pesos molares de estas sustancias resulta que 12kg de carbono, al reaccionar con 32kg de oxigeno, producen 44kg de anhídrido carbónico. Como se ve, se cumple aquí la ley de la conservación del peso, es decir, la suma de los pesos de las sustancias antes de reaccionar es igual al peso de los productos de la reacción. En esta combustión, la cantidad de oxigeno presente es, exactamente, la necesaria para que todo el carbono queme produciendo, únicamente, anhídrido carbónico; se la llama cantidad mínima o teórica de oxigeno. COMBUSTIBLES LIQUIDOS Características más importantes de los combustibles líquidos Como derivados que son del petróleo crudo, los combustibles líquidos están formados básicamente por compuestos hidrocarbonados. Pueden contener, además, O2, S, N,.. Las principales características que caracterizan a un combustible líquido serán: poder calorífico, densidad específica, viscosidad, volatilidad, punto de inflamación, punto de enturbiamiento y congelación, contenido de azufre, punto de anilina y presión vapor Reid. 1) Poder Calorífico: Es el calor de combustión: energía liberada cuando se somete el combustible a un proceso de oxidación rápido, de manera que el combustible se oxida totalmente y que desprende una gran cantidad de calor que es aprovechable a nivel industrial. Se tratará de evaluar el rendimiento del combustible en una instalación industrial. Hay que recordar la diferencia entre PCS y PCI: En uno consideramos la formación de agua en estado líquido y en otro en estado vapor. Así, la diferencia entre ambos será el calor de vaporización del H2O (540 Kcal/kg) 2) Densidad específica o relativa: Fue la primera que se utilizó para catalogar los combustibles líquidos. Los combustibles se comercializan en volumen, por ello es importante saber la densidad que tienen a temperatura ambiente. Se define la densidad específica como:

Densidad

específica

o

relativa

=

La escala más comúnmente utiliza es la escala en grados API (a 15ºC) API definió sus densímetros perfectamente, estableciendo sus características y dimensiones en las especificaciones. Las densidad específicas o relativas de los combustibles líquidos varían, pero los más ligeros serán los que tengan menor contenido en átomos de carbono. De este modo, las gasolinas serán las que tengan menor densidad específica, mientras que los fuel-óleos serán los que mayor densidad específica tengan. Esto se comprueba con los siguientes datos: Gasolinas: 0,60/0,70 Gasóleos: 0,825/ 0,860 Fuelóleos: 0,92/1 Es importante conocer la densidad específica y la temperatura a la que se midió, porque los combustibles líquidos, como ya dijimos, se comercializan midiendo su volumen, el cual va a variar con la temperatura. Hay ecuaciones que correlacionan la variación de densidad con la variación de la temperatura (tablas ASTM) 3) Viscosidad: Mide la resistencia interna que presenta un fluido al desplazamiento de sus moléculas. Esta resistencia viene del rozamiento de unas moléculas con otras. Puede ser absoluta o dinámica, o bien relativa o cinemática. La fluidez es la inversa de la viscosidad. Por ello la medida de la viscosidad es importante porque nos va a dar una idea de la fluidez del combustible; permite apreciar la posibilidad del bombeo de un producto en una canalización y de este modo nos permite saber si podemos tener un suministro regular. La viscosidad es muy importante en el caso de los fuel-oils, ya que éstos se clasifican siguiendo criterios de viscosidad a una determinada temperaturas. La unidad de la viscosidad es el Poise: g.cm-1.s-1 La viscosidad cinemática se define como:

Viscosidad cinemática= La viscosidad relativa se define como:

Viscosidad relativa = Para medir la viscosidad en combustibles líquidos se emplean viscosímetro de vidrio. Es muy importante decir la temperatura a la cual se ha evaluado la densidad. Existen diversas escalas para expresar la viscosidad de un producto petrolífero y existen también ecuaciones de correlación entre ellas. El hecho de que un combustible (o un líquido en general) tenga la viscosidad muy alta quiere decir que es poco fluido. 4) Volatilidad. Curva de destilación: La volatilidad se determina con la curva de destilación. Un combustible líquido es una fracción de la destilación del crudo de petróleo. Tendremos una u otra cosa dependiendo de donde cortemos en la destilación, es decir, de las temperaturas donde recojamos en el intervalo de destilación. No tendremos una temperatura única, sino que a medida que el volumen recogido va aumentando va variando la temperatura. La temperatura va a ascendiendo porque tenemos otros compuestos con más átomos de C en la cadena que se van evaporando poco a poco. Después de condensan al ponerse en contacto con las paredes frías y se recogen. Así, cuanto mayor sea la temperatura, se evaporarán los más pesados, los de mayor número de átomos de carbono en la cadena

Parámetros de la destilación Dependerán del combustible a destilar. Son: Punto inicial de destilación: IBP: Temperatura a la que cae la primera gota de destilado Punto final de destilación: EBP Volumen de pérdida (P) Volumen de residuos (r) Volumen de recogido (R) Si ponemos inicialmente 100 ml, las pérdidas serán 100-(R+r)

Los residuos son los que no son capaces de pasar a fase vapor Todo lo dicho es referido a una presión de 760 mm Hg Como la presión del ensayo no va a ser esa, se mide la presión del ensayo y después se hacen las correcciones para que las temperaturas medidas estén referidas a 760 mm Hg Este ensayo de volatilidad se aplica a gasolinas, naftas y querosenos, combustibles de turborreactores y gasóleos. El ensayo para los combustibles más pesados habría que hacerlo a presión reducida, no a la atmosférica, y es por ello que no se hace a los fueloils. 5) Punto de Inflamación: Se define como la mínima temperatura a la cual los vapores originados en el calentamiento a una cierta velocidad de una muestra de combustible se inflaman cuando se ponen en contacto con una llama piloto de una forma determinada. Esto en lo que se refiere a un combustible líquido. El punto de inflamación nos da una idea de la cantidad de compuestos volátiles o muy volátiles que puede tener un combustible. Teniendo en cuenta el punto de inflamación podremos estimar cuales van a ser las condiciones de almacenamiento de ese combustible. Según como vayan a ser las condiciones de almacenamiento, el punto de inflamación se determinará en vaso abierto Cleveland o en vaso cerrado PerskiMaters 6) Punto de enturbiamiento y congelación: Todas las características que se han mencionado se refieren al número de átomos de carbono en las cadenas. El punto de enturbiamiento sólo se aplica a los gasóleos, y es la temperatura mínima a la que sometiendo el combustible a un enfriamiento controlado se forman en el seno del mismo los primeros cristales de parafina (de cadenas carbonadas lineales, alcanos. Son los de mayor punto de congelación y los más pesados. Los componentes más pesados son los que cristalizan y solidifican antes, son los de más alto punto de congelación (lo hacen con “más calor”). Esto va a dificultar el fluir del combustible. Esta característica se suele sustituir hoy en día por el punto de obstrucción del punto en frío (PDF), y que consiste en una prueba análoga a la anterior (se observa la formación de los primeros cristales de parafina), pero que se realiza de un modo distinto Punto de congelación: La diferencia con el punto de enturbiamiento está en el termómetro utilizado. Se aplica a gasóleos y a fuel-oils. En el punto de enturbiamiento el termómetro toca el fondo del tubo de ensayo; en la prueba del punto de congelación, no se toca el fondo del tubo de ensayo, ya que aquí se mide la temperatura a la cual se ha solidificado toda la muestra.

En el de enturbiamiento vemos cuando solidifican los primeros cristales (es decir, los de punto de congelación más alto). En el de congelación ya ha solidificado toda la muestra. Si ponemos el tubo horizontal, la muestra no debe moverse en 3 segundos Prueba de enturbiamiento: Vemos cristales de compuestos parafínicos, que son los que tienen el punto de congelación más alto Punto de congelación Hay un mayor número de compuestos hidrocarbonados solidificados. A esta temperatura el producto no puede fluir por la canalización en la que se encuentra. Hay que tener que no se alcance este punto en la operación del combustible porque podría acarrear graves problemas. 7) Contenido en azufre: El azufre que se encuentra en un combustible líquido deriva del crudo de petróleo del que procede el combustible y a veces puede derivar de algún proceso al que ha sido sometido en el fraccionamiento. Nos interesará que el contenido en azufre sea el menor posible, ya que la legislación marca unos límites. Los problemas que nos pueden provocar el azufre contenido en un combustible líquido son: - Corrosiones en los equipos en los que se quema el combustible, en equipos auxiliares (chimeneas), precalentadores de aire,... - Contaminación ambiental, que se debe evitar - Influye sobre el poder calorífico del combustible, pudiendo hacer que sea menor. Puede variarlo bastante - Si estamos utilizando el combustible en una planta donde se van a utilizar los gases de combustión, puede traer problemas al entrar en contacto directo con lo que se está produciendo en la planta. 8) Punto de anilina: El punto de anilina es la temperatura mínima a la cual una mezcla de anilina y muestra al 50% en volumen son miscibles (la anilina es una fenil-amina) dibujo. Se trata pues de la temperatura de solubilidad de la anilina y la muestra. Este punto caracteriza muy bien a los productos petrolíferos, pues tanto éstos como la anilina son compuestos aromáticos, y como lo semejante disuelve a lo semejante, resulta que si el punto de anilina es bajo, el contenido de aromáticos es mayor, y si es alto, el contenido de

parafinas será entonces mayor. De este modo podemos determinar si un petróleo tiene un carácter más parafínico o más aromático. El ensayo para determinar el punto de la anilina consiste en meter la muestra en un baño de calentamiento. A temperatura ambiente son miscibles. Se aumenta la temperatura hasta que se mezclan, que será cuando la mezcla se vuelve transparente (aquí es cuando se ve el filamento de la bombilla, que está situada detrás del tubo, sujeta a la placa metálica que sostiene el tubo) 9) Presión de vapor de Reid: Aunque esta no sea una medida exacta de la volatilidad, nos mide la tendencia que presenta el combustible a pasar a fase vapor. Para determinarla se mide la presión de vapor formado en el calentamiento de una muestra de un combustible líquido a 37.8ºC (ASTM-D323) Esta prueba se emplea para saber qué ocurrirá en el almacenamiento de los productos en la refinería. Este ensayo no es una medida de la presión de vapor real, porque el aire que contiene la cámara va a estar en contacto con los vapores que se producen en el ensayo. Los sí es una medida indirecta de elementos ligeros o muy volátiles que contiene el combustible a ensayar. De esto deduciremos las conclusiones necesarias de cara al almacenamiento y transporte del combustible. Para hacer esta ensayo hay que tener cuidado de no perder materia volátil de la muestra en su manipulación. Se leerá la presión en el manómetro, siendo ésta una medida indirecta de las materias volátiles que contiene.

CONCLUSION: En esta investigación encontramos información acerca de los calorímetros y de combustibles, en los calorímetros se pueden determinar el calor especifico de cualquier elemento y se vio los tipos de calorímetros k existen además de cómo se utilizan y el proceso para determinar el calor especifico En los combustibles aprendimos que existen combustibles sólidos, líquidos y gaseosos y cuál es su poder calorífico y sus características más importantes, además de donde provienen todos los combustibles que es el petróleo.

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ALUMNO: ALBERTO BERNAL RIVAS CODIGO: 211215947 MAESTRO: ARMANDO LÓPEZ ORNELAS SECCION D08 2015B LUNES 7am - 9am 30-NOVIEMBRE-2015 Tema 4: Descripción, manejo y pruebas en la copa cerrada para punto de inflamación

PUNTO DE INFLAMACION

1. METODO 1.1. INTRODUCCION Es conveniente disponer de datos preliminares sobre la inflamabilidad de la sustancia antes de proceder al ensayo. Este procedimiento es aplicable a las sustancias líquidas cuyos vapores pueden ser inflamados por fuentes de ignición. Los métodos de ensayo descritos en el presente documento sólo son válidos para los intervalos de punto de infamación especificados en cada uno de los distintos métodos. A la hora de seleccionar el método hay que tener en cuenta las posibles reacciones químicas entre la sustancia y el soporte de la muestra. 1.2. DEFINICIONES Y UNIDADES El punto de inflamación es la temperatura mínima, corregida a una presión de 101,325 kPa, a la cual un líquido desprende vapores, en las condiciones definidas en el método de ensayo, en una cantidad tal que se produzca una mezcla vapor/aire inflamable en el recipiente de ensayo. Unidad: °C t = T - 273,15 (t en °C y T en K)

1.3. SUSTANCIAS DE REFERENCIA No es necesario utilizar sustancias de referencia cada vez que se examina una nueva sustancia. Su principal función es la de servir para comprobar las características del método de vez en cuando y comprobar con los resultados obtenidos según otros métodos. 1.4. PRINCIPIO DEL METODO Se coloca la sustancia en un recipiente de ensayo y de calienta o se enfría hasta la temperatura de ensayo según el procedimiento descrito en cada método concreto. Se hacen pruebas de ignición para observar si la muestra se inflama o no a la temperatura de ensayo. 1.5. CRITERIOS DE CALIDAD 1.5.1. REPETIBILIDAD La repetibilidad depende del intervalo del punto de inflamación y del método de ensayo utilizado; máximo 2 °C. 1.5.2. Sensibilidad La sensibilidad depende del método de ensayo utilizado. 1.5.3. Especificidad La especificidad de ciertos métodos de ensayo se limita a algunos intervalos de punto de inflamación y depende de las características de la sustancia (por ejemplo, alta viscosidad). 1.6. DESCRIPCION DEL METODO 1.6.1. Preparación Se coloca una muestra de la sustancia problema en un aparato de ensayo, de conformidad con los puntos 1.6.3.1. y/o 1.6.3.2. Por seguridad, se recomienda para sustancias energéticas o tóxicas segur un método que exija una muestra pequeña, alrededor de 2 cm³. 1.6.2. Condiciones de ensayo Se debe instalar el aparato lejos de corrientes de aire, siempre que esto no suponga ningún problema de seguridad. 1.6.3. Desarrollo del ensayo

1.6.3.1. Método de equilibrio Véanse las normas ISO 1516, ISO 3680, ISO 1523 e ISO 3679. 1.6.3.2. Métodos de no equilibrio Véanse las normas BS 2000, parte 170, NF M07-011 y NF T66-009. Aparato Abel-Pensky: Véanse las normas EN 57, DIN 51755 primera parte (para temperaturas de 5 a 65 °C). DIN 51755 segunda parte (para temperaturas inferiores a 5 °C) y NF M07-036. Aparato Tag: Véase la norma ASTM D-56. Aparato Pensky-Martens:

Véanse las normas ISO 2719, EN 11, DIN 51758, ASTM D 93, BS 200034 y NF M07-019. Observaciones: Cuando el punto de inflamación determinado por un método de no equilibrio del punto 1.6.3.2, tiene los siguientes valores: 0 ± 2 °C, 21 ± 2 °C o 55 ± 2 °C, es conveniente confirmarlo mediante un método de equilibrio utilizando el mismo aparato. Únicamente se pueden utilizar para la notificación los métodos que puedan dar la temperatura del punto de inflamación.

Para determinar en punto de inflamación de líquidos viscosos (pinturas, gomas, etc.) que contengan disolventes, sólo se pueden utilizar los aparatos y métodos de ensayo que permitan determinar en punto de inflamación de los líquidos viscosos. Véanse las normas ISO 3679, ISO 3680, ISO 1523 y DIN 53213 primera parte. INFORME El informe de ensayo incluirá, a ser posible, la siguiente información: - Especificación precisa de la sustancia (identificación e impurezas). - Descripción del método utilizado, así como cualquier desviación. - Los resultados y cualquier otra información u observación que puedas ser útil para la interpretación de los resultados.

CONCLUSIONES: Esta investigación trata de saber cuál es el punto de inflamación de sustancias, para esto se coloca cierta sustancia inflamable dentro de una copa cerrada y se le incrementa la temperatura asta observar que la sustancia empieza a incinerarse sin necesidad de la flama aplicada y así entender mas el uso de cierta sustancia inflamable para utilizarla en maquinas de combustión interna.

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ALUMNO: ALBERTO BERNAL RIVAS CODIGO: 211215947 MAESTRO: ARMANDO LÓPEZ ORNELAS SECCION D08 2015B LUNES 7am - 9am 30-NOVIEMBRE-2015 Tema 5: Descripción y manejo de analizador de gases de combustión

ANALISIS DE LOS GASES DE ESCAPE DE LOS MOTORES DE COMBUSTION INTERNA.

Del resultado del proceso de combustión del motor se obtienen diversos gases y productos, entre ellos los más importantes son el CO ( monóxido de carbono ), el CO2 ( dióxido de carbono ), el O2 ( Oxigeno ) , Hidrocarburos no quemados ( HC ), Nitrógeno , Agua y bajo ciertas condiciones Nox ( óxidos de Nitrógeno). Un correcto análisis de las proporciones de los gases puede dar lugar a diagnósticos muy importantes del funcionamiento del motor. El analizador de gases de escape analiza la química de estos gases y nos dice en que proporciones se encuentran los mismos. Todos estos productos se obtienen a partir del aire y del combustible que ingresa al motor, el aire tiene un 80 % de Nitrógeno y un 20 % de Oxigeno (aproximadamente). Podemos entonces escribir lo siguiente: AIRE + COMBUSTIBLE ====== > CO + CO2 + O2 + HC + H2O + N2 + Nox (bajo carga) Una combustión completa, donde el combustible y el oxigeno se queman por completo solo produce CO2 (dióxido de carbono) y H2O (agua). Este proceso de una combustión completa y a fondo muy pocas veces se lleva a cabo y entonces surge el CO (monóxido de carbono) y consiguientemente aparece O2 (Oxigeno) y HC (Hidrocarburos), tengamos en cuenta que la aparición de los mismos es porque al no completarse la combustión "siempre queda algo sin quemar."

Los valores normales que se obtienen a partir de la lectura de un analizador de gases conectado a un motor de un vehículo de Inyección Electrónica son los siguientes: CO < 2 % O2 < 2% CO2 > 12% HC < 400 ppm. El nitrógeno normalmente así como entra en el motor, sale del mismo y en la medida que el motor no esté bajo una carga importante no forma Óxidos de Nitrógeno. CO (monóxido de carbono): El Monóxido es resultado del proceso de combustión y se forma siempre que la combustión es incompleta, es un gas toxico, incoloro e incoloro. Valores altos del CO, indican una mezcla rica o una combustión incompleta. Normalmente el valor correcto está comprendido entre 0,5 y 2 %, siendo la unidad de medida el porcentaje en volumen. CO2 (Dióxido de Carbono): El dióxido de Carbono es también resultado del proceso de combustión, no es toxico a bajos niveles, es el gas de la soda, el anudrido carbónico. El motor funciona correctamente cuando el CO2 está a su nivel más alto, este valor porcentual se ubica entre el 12 al 15 %. Es un excelente indicador de la eficiencia de la combustión. Como regla general, lecturas bajas son indicativas de un proceso de combustión malo, que representa una mala mezcla o un encendido defectuoso. HC (Hidrocarburos no quemados): Este compuesto representa los hidrocarburos que salen del motor sin quemar. La unidad de medida es el ppm, partes por millón de partes, recordemos que el porcentaje representa partes por cien partes y el ppm, partes por millón de partes. La conversión seria 1%=10000 ppm. Se utiliza el ppm, porque la concentración de HC en el gas de escape es muy pequeña.

Una indicación alta de HC indica: Mezcla rica, el CO también da un valor alto. Mala combustión de mezcla pobre. Escape o aceite contaminado. El valor normal está comprendido entre 100 y 400 ppm.

O2 (Oxigeno): Este compuesto es el oxigeno del aire que sobro del proceso de combustión. Un valor alto de Oxigeno puede deberse a mezcla pobre, combustiones que no se producen o un escape roto. Un valor de 0% significa que se ha agotado todo el oxigeno, si el Co es alto es indicativo de un mezcla rica. Normalmente el Oxigeno debe ubicarse debajo del 2 %. Nox (Óxidos de Nitrógeno): Los óxidos de Nitrógeno se simbolizan genéricamente como Nox, siendo la "x" el coeficiente correspondiente a la cantidad de átomos de Nitrógeno, puede ser 1, 2,3 etc. Estos óxidos son perjudiciales para los seres vivos y su emisión en muchos lugares del mundo se encuentra reglamentada. Los óxidos de Nitrógeno surgen de la combinación entre sí del oxigeno y el nitrógeno del aire, y se forman a altas temperaturas y bajo presión. Este fenómeno se lleva a cabo cuando el motor se encuentra bajo carga, y con el objetivo de disminuir dicha emisión de gases, los motores incorporan el sistema EGR (recirculación de gas de escape). El EGR está constituido por una válvula, de accionamiento neumático o eléctrico, que permite que partes de los gases de escape pasen a la admisión del motor, y de esta forma se encarezca la mezcla. Si bien el motor pierde potencia, la temperatura de combustión baja y ello lleva aparejado una disminución en la emisión de Nox. Tenemos que destacar que la válvula EGR, se abre en motores naftenos sólo bajo condiciones de carga y su apertura es proporcional a la misma.

El sistema EGR disminuye las emisiones de óxidos de nitrógenos, por una baja significativa en la temperatura de la cámara de combustión, como consecuencia del ingreso del gas de escape a la misma. Relación Lambda: Se define a la relación Lambda como Rel. Lambda = R. Real / 14.7 Siendo R.Real la relación en peso aire- combustible real que tiene el motor en ese momento. La relación ideal aire-combustible es de 14.7 gr. de aire y 1 gr. de nafta. Supongamos que el motor está funcionando con una mezcla un poco rica, por ejemplo con una relación 13.8:1, entonces la relación lambda será R. Lambda= 13.8/14.7 Vemos que este valor será 0.9. En resumen una relación lambda menor que 1, significa que la mezcla aire combustible se está produciendo en una condición de riqueza. Una relación lambda mayor que 1, significa que la relación aire combustible se está efectuando en una condición de pobreza. Tengamos presente algo muy importante: Una relación lambda=1, significa que el aire y el combustible han sido mezclados en la proporción exacta, lo que no implica que el motor después queme bien esos productos. Esto puede interpretarse como que a pesar que la mezcla es correcta, el motor puede tener deficiencias y quemar mal esa mezcla. Este concepto es importante porque nos puede indicar problemas en el motor, como una mala puesta a punto de la distribución, un encendido defectuoso, combustiones desparejas por inyectores sucios, etc. Analizadores de Gases Infrarrojos Funcionamiento y principios básicos: Actualmente existen diversos tipos de sistemas para análisis de gases de escape. Trataremos a continuación la teoría y explicación del funcionamiento de los analizadores de gases de

escape infrarrojos. La energía infrarroja IR es una forma de luz. La longitud de onda de esta energía es más larga que la de la luz que nosotros podemos llegar a ver, de todas maneras el ser humano no puede ver la energía infrarroja directamente desde sus ojos. De hecho existen algunos dispositivos que pueden detectar la presencia de ondas de luz infrarroja. Muchos gases tienen la propiedad de absorber ondas de luz específicas. Los gases principales en el campo de trabajo automotriz como lo son: monóxido de carbono, hidrocarburos, dióxido de carbono, etc. tienden a absorber las bandas estrechas de longitudes de ondas infrarrojas 5 ó 6 veces más largas que la luz visible. La absorción del ancho de las bandas de cada uno de los componentes de un gas es relativamente estrecha. Afortunadamente hay un muy pequeño lapso de absorción de bandas en varios gases presentes en una corriente de gases. Es posible detectar la presencia de un gas, por medición del equivalente de la luz infrarroja absorbida en una onda particular de energía infrarroja que pasa a través de las células contenidas en la mezcla de un gas. Si un gas absorbe un espectro de luz infrarroja, y este espectro es característico y específico de dicho gas, entonces la indicación de esta absorción puede ser usada como indicación de la concentración de dicho gas. La concentración de un gas que se quiere medir puede ser expresada porcentualmente de acuerdo a la absorción de IR que pasa a través de una celda que contenga ese gas en una mezcla de gases. El método frecuentemente usado en analizadores de gases de escape para poder medir la concentración de los gases presentes en la mezcla, consiste en hacer pasar luz infrarroja por una celda que contiene el gas, y detectar la energía absorbida por cada uno de los gases con detectores apropiados. Estos detectores consisten en un filtro óptico formando por un lente que permite solo pasar las longitudes de onda del espectro infrarrojo correspondientes al gas cuya concentración se quiere medir. Luego de este filtro, la luz es sensada por un sensor óptico electrónico (fotodiodo o fototransistor). Esquemáticamente:

Entre la celda de medición y el emisor de infrarrojo existe un disco ranurado que deja pasar la luz infrarroja en intervalos irregulares (CHOPPER), en el caso el analizador de gases sea de dos gases existe un filtro para cada uno de estos gases, la celda de medición es también sometida a una leve temperatura que es controlada por un dispositivo. Los sensores ópticos, así constituidos envían señales eléctricas a circuitos electrónicos amplificadores, los cuales terminan marcando en un display los valores de cada uno de los gases que son sensados por estos dispositivos. RESUMEN: Motores sin catalizador CO 1-2 % CO2 > 13% O2 < 2% HC < 300ppm Nox, depende de la condición de carga del motor. En motores con catalizador se busca disminuir las concentraciones de monóxido de carbono, Hidrocarburos y óxidos de nitrógenos. Los catalizadores pueden tener varias vías, y se denomina vía, a la posibilidad de disminuir cada uno de los gases. Por ejemplo un catalizador de 2 vías, disminuye las emisiones de CO y HC. Uno de 3 vías, las emisiones de CO, HC y Nox. El sensor lambda, ubicado antes del catalizador, le asegura al mismo una concentración mínima de oxigeno a los efectos de que pueda trabajar. Tengamos presente que para cada uno de los procesos químicos que se llevan a cabo en un catalizador, siempre hace falta Oxigeno. Cuando el motor se encuentra frío, el oxigeno resulta insuficiente, ya que la mezcla es rica, a los efectos de garantizar oxigeno aun en esas condiciones, los motores mas ecológicos incorporan la bomba de aire (bombea aire al sistema de escape), para que el convertidor (o catalizador) pueda trabajar. CONCLUSIONES: Aquí analizamos el uso del el analizador de gases y con los datos que nos proporciona podemos dar un diagnostico certero acerca del motor que estamos analizando ya que cada gas analizado arroja información que nos ayuda a entender la situación del motor en prueba, además aprendimos que algunos gases son más nocivos que

otros y tenemos que tener cuidado con estos gases peligrosos y cuidar de nuestro medio ambiente.

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ALUMNO: ALBERTO BERNAL RIVAS CODIGO: 211215947 MAESTRO: ARMANDO LÓPEZ ORNELAS SECCION D08 2015B LUNES 7am - 9am 30-NOVIEMBRE-2015 Tema 6: Unidad de la combustión Calorímetro de estrangulación Diagrama de Mollier

“BALANCE TÉRMICO DE UNA CALDERA” INTRODUCCION Al diseñarse una caldera, se debe tener en cuenta que tenga una superficie lo suficientemente grande, como para permitir una buena transferencia de calor para que la combustión se realice de la forma más eficiente posible y también de un modo tal, que las perdidas en calor sean lo más pequeñas, para así, obtener el máximo rendimiento. Estas se clasifican, atendiendo a la posición relativa de los gases calientes y del agua, en acuotubulares y pirotubulares. En las calderas acuotubulares, por el interior de los tubos pasa agua o vapor, y los gases calientes se hallan en contacto con la superficie externa.

Una caldera se puede elegir para un servicio determinado depende del combustible de que se disponga, tipo de servicio, capacidad de producción de vapor requerida, duración probable de la instalación, y de otros factores de carácter económico. Con respecto a la operación de la caldera, es importante realizar el Balance Térmico, el cual consiste en saber la distribución del calor resultante de la combustión del combustible, el balance térmico consiste en la confección de una tabla con el calor absorbido por el generador de vapor y con las varias perdidas caloríficas concurrentes en la combustión. En la presente experiencia se utiliza una caldera del tipo acuotubular para realizar el balance térmico de la misma. OBJETIVOS Determinar cuantitativamente y en forma experimental, la distribución del calor contenido por el combustible, para un generador de vapor. EQUIPO USADO  Caldera Para la realización de la experiencia se utilizó una caldera de las siguientes características: Marca y año de fabricación: BROSSE-1968 150 Kg Capacidad vapor/hora Superficie

6.85 m2

Tipo

Acuotubular

Presión nominal

8 atmósferas (relativas)

 Calorímetro de mezcla Los calorímetros del tipo de mezcla, utilizan la mezcla de un líquido con entalpía conocida, que se mezcla con el líquido del cual se desea saber la entalpía. A través, de los valores de temperatura y masa inicial y final, se puede determinar el valor de la entalpía.  Calorímetro de estrangulación Los calorímetros del tipo de estrangulación se fundan en que si el vapor se estrangula y a continuación se expansiona sin realizar trabajo o sin pérdida de calor, la energía total del vapor permanece invariable. . El vapor entra por una tobera de toma de muestra y expansiona al pasar por un orificio.  Analizador de Orsat Mediante el Analizador de Orsat puede efectuarse un análisis de los productos de escape a partir del cual es posible calcular la relación aire/combustión. También puede determinarse el grado de efectividad

de la combustión, este dato es de vital importancia para el funcionamiento de una caldera. Las partes fundamentales de un analizador de Orsat típico son: La bureta de medida, el frasco nivelador, el filtro de gas y las pipetas de absorción, las cuales se conectan entre sí mediante las llaves. Cada una de las pipetas de absorción va provista de un pequeño número de tubos de vidrio, con el fin de exponer una gran cantidad de superficie, mojada por los reactivos absorbentes, al gas sometido a análisis. La bureta de medida está rodeada de una camisa de agua, para evitar las variaciones de temperatura y densidad del gas. El anhídrido carbónico es absorbido en una pipeta, la cual está llena de potasa cáustica KOH; en otra pipeta queda retenido el oxigeno, dicha pipeta contiene una disolución alcalina de ácido pirogálico; finalmente, el óxido de carbono es absorbido por una solución ácida de cloruro cuproso en otra otras pipetas. Estas pipetas deben contener algo de cobre metálico, con el fin de mantener la solución activada. Las absorciones deben realizarse en el orden indicado, obteniéndose el nitrógeno por diferencia. Deben utilizarse reactivos recién preparados, y han de mantenerse protegidos del aire. Las conexiones existentes entre las diversas partes del aparato no deben presentar fugas.  Indicador de consumo de combustible En la caldera existe un elemento que nos indica cantidad de combustible (en este caso un litro), para determinar el gasto de combustible se toma el tiempo que demora en consumirse esta cantidad (un litro).

CALORIMETRIA, CAMBIOS DE FASE y LEY GENERAL DE LOS GASES

INTRODUCCIÓN Calorimetría significa “medición de calor”. Calor es la transferencia de energía durante los cambios de temperatura. El calor también interviene en los “cambios de fase”, como la fusión del hielo o la ebullición del agua, sin embargo, en este proceso la energía se emplea en otro cambio importante a nivel molecular del cuerpo. El estudio, será medir estas transferencias, considerando las variables que intervienen y que podemos controlar, nos permitirá predecir o anticipar lo que ocurrirá en los cuerpos. Se estudiara la termodinámica en sus variables macroscópicas, por de pronto, es importante comprender que es distinto un gas real de uno ideal, como también en qué relación están las variables de presión, volumen y temperatura. La ley de los gases es la que nos permite relacionar las variables de presión, volumen y temperatura, ésta surge de diversos descubrimientos entre los cuales podemos señalar a Robert Boyle (inglés), Jacques Charles (francés), Joseph Gay Lussac, quienes con su contribución se pudo determinar la ley de los gases ideales.

Calorimetría y cambios de fase Algunas definiciones de conceptos importantes a considerar en esta unidad: 1) Calor es la energía en tránsito (en movimiento) entre 2 cuerpos o sistemas, proveniente de la existencia de una diferencia de temperatura entre ellos. 2) Unidades de Cantidad de Calor (Q) Las unidades de cantidad de calor (Q) son las mismas unidades de trabajo (W). Sistema Técnico Kilográmetro (Kgm) Sistema Internacional (S.I.) o M.K.S. Joule (J) Sistema C.G.S. Ergio (erg) Hay otras unidades que usan para medir el calor: • Caloría (cal), • Kilocaloría (Kcal) = 1000 cal • British Termal Unit (BTU).

Caloría: es la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de 1 gramo de agua, en 1ºC, (de 14,5 °C a 15,5 °C) a la presión de 1 atmósfera (Presión normal). Relación entre unidades 1 Caloría (cal) = 4,186 Joules 1 Kilo calorías = 1x103 cal 1 BTU = 252 cal 1 Joule (J) = 1x107 erg 3) Calor de combustión: Es la razón entre la cantidad de calor (Q) que es suministrada por una determinada masa (m) de un combustible al ser quemada: Qc= calor de combustión en cal/gr mQQc=

4) Capacidad térmica de un cuerpo C: Es la relación entre la cantidad de calor (Q) recibida por un cuerpo y la variación de temperatura (Δt) que éste experimenta. Además, la capacidad térmica es una característica de cada cuerpo y representa su capacidad de recibir o ceder calor variando su energía térmica. C= capacidad térmica en cal/ºC 5) Calor específico de un cuerpo: Es la razón o cociente entre la capacidad térmica (C) de un cuerpo y la masa (m) de dicho cuerpo. Además, en el calor específico se debe notar que es una característica propia de las sustancias que constituye el cuerpo, en tanto que la capacidad térmica (C) depende de la masa (m) y de la sustancia que constituye el cuerpo: También, debemos notar que el calor específico de una sustancia varía con la temperatura, aumentando cuando está aumenta; pero en nuestra unidad consideraremos que no varía, es decir permanecerá constante. El calor específico del agua es la excepción a esta regla, pues disminuye cuando la temperatura aumenta en el intervalo de 0 °C a 35 °C y crece cuando la temperatura es superior a 35 °C. En este caso consideraremos el calor específico (c) del agua “constante” en el intervalo de 0 °C a 100 °C y es igual a 1 C·ºgrcal Tabla del calor específico de algunas sustancias Material Agua Hielo Aire Aluminio

Calor específico en Cal/gr·ºC 1 0.5 0.24 0.217

Plomo Hierro Latón Mercurio Cobre Plata

0.03 0.114 0.094 0.033 0.092 0.056

Calor cedido o absorbido (recibido) de un cuerpo: Es la cantidad de calor recibido o cedido por un cuerpo al sufrir una variación de temperatura (ΔT) sin que haya cambio de estado físico (sólido, líquido o gaseoso) La expresión matemática es la ecuación fundamental de la calorimetría.

2do Principio: “La cantidad de calor recibida por un sistema durante una transformación es igual a la cantidad de calor cedida por él en la transformación inversa”. Puntos de Ebullición y de Fusión En el lenguaje cotidiano solemos confundir los términos calor y temperatura. Así, cuando hablamos del calor que hace en el verano o lo mal que saben los refrescos calientes, realmente nos referimos a la temperatura, a la mayor o menor temperatura del aire o los refrescos. La temperatura es una magnitud física que nos permite definir el estado de una sustancia, lo mismo que cuando decimos que un coche circula a 90 km/h o que una casa tiene 5 m de alto. Cuando se ponen en contacto dos sustancias a distinta temperatura, evolucionan de forma que el cuerpo a mayor temperatura la disminuye y el que tenía menor temperatura la aumenta hasta que al final los dos tienen la misma temperatura, igual que al echar un cubito de hielo a un refresco, que el refresco se enfría y el cubito de hielo se calienta y termina convirtiéndose en agua. Decimos que la sustancia a mayor temperatura ha cedido calor a la sustancia que tenía menor temperatura. Sin embargo, el calor no es algo que esté almacenado en el cuerpo más caliente y que pasa al cuerpo más frío. Tanto uno como otro poseen energía, que depende de la masa del cuerpo, de su temperatura, de su ubicación, etc. y recibe el nombre de energía interna. Cuando esta energía interna pasa de una sustancia a otra a causa de la diferencia de temperatura entre ellas la llamamos calor. Una catarata es agua que pasa de un sitio a otro porque están a

distinta altura, de forma similar el calor es la energía que pasa de un cuerpo a otro porque están a distinta temperatura. Punto de ebullición: Si ponemos al fuego un recipiente con agua, como el fuego está a mayor temperatura que el agua, le cede calor y la temperatura del agua va aumentando, lo que podemos comprobar si ponemos un termómetro en el agua. Cuando el agua llega a 100 °C, empieza a hervir, convirtiéndose en vapor de agua, y deja de aumentar su temperatura, pese a que el fuego sigue suministrándole calor: al pasar de agua a vapor de agua todo el calor se usa en cambiar de líquido a gas, sin variar la temperatura.

La temperatura a la que una sustancia cambia de líquido a gas se llama punto de ebullición y es una propiedad característica de cada sustancia, así, el punto de ebullición del agua es de 100 °C, el del alcohol de 78 °C y el hierro hierve a 2750 °C. Punto de fusión: Si sacas unos cubitos de hielo del congelador y los colocas en un vaso con un termómetro verás que toman calor del aire de la cocina y aumentan su temperatura. En un principio su temperatura estará cercana a -20 °C (depende del tipo de congelador) y ascenderá rápidamente hasta 0 °C, se empezará a formar agua líquida y la temperatura que permanecerá constante hasta que todo el hielo desaparezca. Igual que en el punto de ebullición, se produce un cambio de estado, el agua pasa del estado sólido (hielo) al estado líquido (agua) y todo el calor se invierte en ese cambio de estado, no variando la temperatura, que recibe el nombre de punto de fusión. Se trata de una temperatura característica de cada sustancia: el punto de fusión del agua por ejemplo es de 0 °C, el alcohol funde a -117 °C y el hierro a 1539 °C. r Otro dato importante son los puntos de ebullición y de fusión de distintas sustancias. A continuación una tabla en relación a esto:

Sustancia

Punto de Punto de ebullición fusión (°C) (°C)

Agua Alcohol Hierro Cobre Aluminio Plomo Mercurio

0 -117 1539 1083 660 328 -39

100 78 2750 2600 2400 1750 357

TABLA DE VALORES DE CALOR ESPECÍFICO, FUSIÓN Y DE VAPORIZACIÓN Material

Específico (Ce)

Kcal/kg.°C Aceite de Oliva Acero Agua Alcohol Alpaca Aluminio Antimonio Azufre Bronce Cadmio Carbón Mineral Carbón Vegetal Cinc Cobalto Cobre Cromo Estaño Éter etílico Fenol Glicerina Hierro Ladrillo Refractari o Latón Manganes o Mercurio Mica Naftalina

kJ/kg.K 0,400 0,110 1,000 0,600 0,095 0,217 0,050 0,179 0,086 0,056 0,310 0,201 0,093 0,104 0,093 0,108 0,060 0,540 0,580 0,113 0,210 0,094 0,110 0,033 0,210 0,110 0,031 0,778 0,056 0,031 0,031 0,019

Fusión (Lf) kJ/kg

1,675 0,460 4,183 2,513 0,398 0,909 0,210 0,750 0,360 0,234 1,300 0,840 0,389 0,435 0,389 0,452 0,250 2,261 2,430 0,473 0,880 0,394 0,460 0,138 0,880 0,461 0,130 3,260 0,235 0,130 0,130 0,080

205 335 377 164 38 46 117 243 172 59 113 113 109 176 168 155 11,7 151 234 67 147 109 113 23 59

Vaporiza ción (Lv) kJ/kg 2250 880 281 -

Níquel Oro Parafina Plata Platino Plomo Potasio Tolueno Vidrio

0,380 0,200

1,590 0,838

-

365 -

Diagrama de Mollier: En este acápite abordaremos el estudio del Diagrama de Mollier. Como tal se ha estructurado el acápite de la siguiente forma: o Aspectos generales de diagrama de Mollier: representación H-S, zonas principales en el diagrama, rectas de condensación. o Uso práctico de diagrama de Mollier: como utilizar el diagrama en el caso de las evoluciones más usuales. Aspectos Generales del Diagrama de Mollier: En la siguiente figura se visualiza el diagrama H-S para el agua y vapor de agua llamado también Diagrama de Mollier.

Diagrama de Mollier

Uso práctico del Diagrama de Mollier:

En este párrafo daremos las indicaciones más básicas para el uso de este diagrama. Mayores detalles se verán en los párrafos sobre los ciclos termodinámicos de vapor. a) Aspectos generales: En la figura se ilustra el diagrama de Mollier en general. Al usar los ejes H-S se tiene la enorme ventaja de que es sencillo poder determinar los intercambios de calor y trabajo para casi cualquier evolución. Basta aplicar el primer principio. En efecto: H = Q - Wtec Si la evolución es adiabática, la variación de entalpía da directamente el trabajo técnico realizado. Además si la evolución es sin roce, será una identrópica (vertical).

b) Zona de campana de cambio de fase: Dentro de la campana de cambio de fase se debe tener claro que las isotermas y las isóbaras se confunden en una línea única que llamamos rectas de condensación. En el diagrama se lee directamente la presión. Para leer la temperatura es necesario subir por la recta de condensación y leer la temperatura en x=1 (línea de vapor saturado). Las otras líneas de importancia en esta zona son las líneas de igual título. Definiremos al título x del vapor como: x = Masa Vapor saturado liq. + Vap. satur.

No olvidar que un líquido está saturado cuando está en equilibrio con su fase vapor. Asimismo el vapor está saturado cuando está en equilibrio con la fase líquida. Por lo tanto el concepto de título representa la fracción de vapor saturado que existe en una masa unitaria de líquido y vapor saturado. El concepto de título no tiene sentido fuera de la campana de cambio de fase. c) Zona de vapor sobrecalentado: En esta zona se separan las isóbaras de las isotérmicas. Además de la información obvia que se extrae directamente del diagrama (Entalpía y Entropía en un punto), se puede además obtener información adicional. En efecto se puede:  Calor específico a presión constante: En la zona de vapor sobrecalentado la pendiente de la isóbara está relacionada con Cp, en efecto Cp = dQ/dT; por lo tanto si uno supone un calentamiento isobárico se tiene que dQ = dH o bien Q = H para un valor de T razonable (por ejemplo 5 a 10ºC).  Calor específico a volumen constante: Si en el diagrama de Mollier aparecen las isócoras (líneas de volumen específico constante) también es posible obtener los valores de Cv en diferentes partes de la zona de vapor sobrecalentado usando un método análogo al anterior.

CONCLUSION: La unidad de combustión o caldera es el lugar donde se quema la el combustible para producir vapor de agua, una caldera por lo regular es más eficiente que cualquier otra clase de motor ya casi no hay perdida de calor y hace rendir mas el combustible utilizado. Además de que se mostraron los utensilios o equipo necesario para hacer de la caldera una maquina eficaz. Los calorímetros del tipo de estrangulación se fundan en que si el vapor se estrangula y a continuación se expansiona sin realizar trabajo o sin pérdida de calor, la energía total del vapor permanece invariable. . El vapor entra por una tobera de toma de muestra y expansiona al pasar por un orificio. El diagrama de Mollier es una representación de las propiedades del agua y vapor de agua. Los diagramas de Mollier usuales solo representan una porción del espacio completo H-S. Esta representación se limita a las temperaturas y presiones más usuales y en general se excluye la zona de líquido saturado o subsaturado.

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ALUMNO: ALBERTO BERNAL RIVAS CODIGO: 211215947 MAESTRO: ARMANDO LÓPEZ ORNELAS SECCION D08 2015B LUNES 7am - 9am 30-NOVIEMBRE-2015 Tema 7: Determinación y tratamiento de la dureza en agua para calderas Análisis y determinación de otras sustancias contaminantes en el agua para calderas

DETERMINACION DE LA DURESA EN AGUA PARA CALDERAS Objetivo General: Realizar análisis Físico – Químicos del agua, evaluando los resultados frente a los estándar de calidad para agua potable. Objetivos Específicos: Determinar el material que queda en la cápsula luego de la evaporación de la muestra de agua y secado en una estufa a una temperatura determinada. Determinar cuál es la intensidad de la alcalinidad y acidez del agua, con la ayuda de un potenciómetro. Determinar la alcalinidad del agua representada por el contenido de bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos, utilizando un indicador para determinar su punto final por la titulación calorimétrica. (Esta va a ser denominada alcalinidad total). Determinar la alcalinidad fenolftaleinica del agua debido a la presencia de iones bicarbonatos, midiéndose con fenolftaleína como indicador.

Determinar el contenido de sales carboniticas y no carboniticas asociadas con los iones calcio y magnesio (dureza total). Determinar si el agua contiene cloro residual.

INTRODUCCIÓN. En nuestro planeta, el agua (H2O) es la única sustancia que coexiste abundantemente en los tres estados físicos posibles. Es nuestro único líquido común y el sólido pura más ampliamente distribuido, estando siempre presente en todas partes de la atmósfera suspendido en forma de partículas de hielo o sobre la superficie terrestre en diversos tipos de nieve y hielo. Es esencial para la vida; como importante reguladora de la temperatura corporal, como disolvente y vehículo portador de nutrientes y productos catabólicos, como reactante y medio de reacción, como lubricante y plastificador, como estabilizante de la conformación de biopolímeros, como probable inductora del comportamiento dinámico de macromoléculas, incluyendo sus propiedades (Enzimáticas) catalíticas y de otras formas ignoradas. Es verdaderamente sorprendente que la vida orgánica dependa tan íntimamente de esta pequeña molécula inorgánica y quizás más destacable aun que muy pocas personas y científicos se hayan percatado de ello. Pero el agua como principal componente de muchos alimentos; realiza una serie de tratamientos tanto industriales como domésticos; para obtener los:       

Residuos totales PH Alcalinidad Fenolftaleína Total Dureza Total Cloro residual

Lo dicho anteriormente es lo que vamos a demostrar en el siguiente con una muestra de agua tomada en un hogar del Estado Cojedes

Para saber que calidad tiene el agua que estamos consumiendo; todo estará respaldado de las normas COVENIN y referencias bibliográficas. Materiales Utilizados:                

Cápsula de porcelana Phmetro Bureta Fiola de 250 ml Fiola Yodométrica Pipeta de 50 ml (volumétrica) Buffer pH 4  0,01 Buffer pH 7  0,01 Fenolftaleína (indicador) Anaranjado de Metilo (indicador) H2SO4 0,0113 N Solución amortiguadora pH 10 Negro de eriocromo T (indicador) E.D.T.A 0,01 N Almidón soluble 1 % (indicador) H2PO4 25 %

Muestra de agua tomada en el "pueblo nuevo" callejón "El trópico" casa nº 51 – 56 Tinaco Edo – Cojedes a las 6:00 am (25 – 02 – 04) por David Ramos C.I.: 15.628.626. Los Análisis Realizados Residuos totales: Cápsula sin residuos = 47,15 gramos Cápsula con residuos = 47,16 gramos pH de la muestra de agua = 7,2 Alcalinidad Fenolftaleína: Alcalinidad resultó 0 (cero) "no dio color" Total: se utilizaron con un volumen de 12 ml de H 2SO4 al 0,0113 N para obtener la coloración naranja. Dureza total: se utilizó un volumen de 16,5 ml de EDTA al 0,02 N para obtener al punto final un "azul". Cloro residual: se utilizó un volumen de 2,3 ml de tiosulfato de sodio al 0,001 N Reporte de los Resultados:  1.- Residuos Totales: RF = 47, 16 gr – 47, 15 gr = 0, 01 gr. 50 ml mustra = 0, 05 lt 0, 5 lt  0, 01 gr 1 lt  x (?) x = 0, 01 gr x 1 lt / 0, 05 = 0, 2 gr / lt = 200 mg/lt  2.- pH: pH de la muestra de agua = 7,2.



3.- Alcalinidad:



4.- Dureza Total:



5.- Cloro Residual.

Discusión de Resultados: Residuos Totales: Para el agua de tomar: el límite es 500 mg/lt (0,5 gr/lt)  según las normas internacionales. Según COVENIN 2342 – 86. Agua Potable. Establece que el residuo filtrante total a 180 ºC, debe ser menor de 0,5 mg. En la muestra de agua que se utilizó en el laboratorio, se puede decir que el residuo total, está en los parámetros de las normas internacionales. Porque fue de 200 mg/lt  0,2 gr/lt. Determinación del pH El valor normal del pH para el agua de consumo es de 7,6. Según COVENIN 2187 – 84. Agua Potable. Establece que la determinación de acidez en el agua, debe estar entre 6,5 – 8,5 pH. Entonces se puede decir que la muestra de agua utilizada, es apta para el consumo ya que se encuentra entre los rangos establecidos por COVENIN. (El agua tuvo un pH de 7,2). Determinación de la Alcalinidad: Según las normas COVENIN 2188 – 84. Agua Potable. Establece que para la determinación de la alcalinidad en el agua potable, esta debe ser menor de 20 mg/lt de CaCo3. Comparando el resultado de la muestra de agua utilizada que fue de 2,71 mg/lt, con las normas COVENIN, se puede decir que la alcalinidad del agua es bastante baja. Determinación de la Dureza Total: Según COVENIN 2408 – 86. Agua. Establece que para la determinación de la Dureza Total del agua, debe ser menos de 5 mg/lt. Se puede decir que la muestra de agua utilizada es poco dura, ya que su resultado fue de 3,30 mg/lt. Antecedentes Acidez pH: La acidez de un agua es una medida de la cantidad total de substancias ácidas (H+) presentes en esa agua, expresados como partes por millón de carbonato de calcio equivalente. Se ha demostrado que un equivalente de un ácido (H+) es igual al equivalente de una base (OH-). Por lo tanto no importa si el resultado

se expresa como ácido o como base y, por conveniencia, la acidez se reporta como el CaCO3 equivalente debido a que en muchas ocasiones no se sabe con exactitud que ácido está presente. Alcalinidad: Es una medida de la cantidad total de sustancias alcalinas (OH-) presentes en el agua y se expresan como partes por millón de CaCO 3 equivalente. También se hace así porque puede desconocerse cuáles son los álcalis presentes, pero éstos son, al menos, equivalentes al CaCO3 que se reporte. "La actividad de un ácido o un álcali se mide mediante el valor de pH. En consecuencia, cuanto más activo sea un ácido, menor será el pH y cuanto más activo sea un álcali, mayor será el pH. Cloro Residual: La concentración del cloro residual "libre", así como la porción relativa entre los cloros residuales "libre" y "combinado", son importantes cuando se practica la cloración q residual libre. En un determinado abastecimiento de agua aquella porción del cloro residual total "libre", sirve como medida de la capacidad para "oxidar" la materia orgánica. Cuando se práctica la cloración q residual libre, se recomienda que cuando menos, el 85 % del cloro residual total quede en estado libre. La cloración es también un método relativamente eficiente como tratamiento correctivo, si se aplica en las cantidades adecuadas, adicionales a las que se requieren para propósitos de desinfección. A veces se requieren tan grandes concentraciones de cloro, que se necesita de un decloración posterior para que no se presenten sabores ni olores de cloro en el agua. Una técnica de cloración relativamente reciente, incluye el uso de cloruro de sodio junto con la cloración ordinaria. En esta reacción se produce bióxido de cloro. Post – Laboratorio (Anexado): Tratamiento que recibe el H2O antes de su uso industrial o doméstico: Los tratamientos recomendados para un H2O cualquiera dependerán del uso al cual ella se destine: doméstico, industrial, etc. El H 2O que se utiliza para el abastecimiento de una población (usos básicamente domésticos) debe ser, específicamente, un agua exenta de organismos patógenos que evite brotes epidémicos de enfermedades de origen hídrico. Para lograr esto será necesario desinfectar al agua mediante tratamientos físicos o químicos que garanticen su esterilidad microbiano – patógena. Los tratamientos más conocidos son la cloración propiamente dicha, hipocloración y cloraminación; la aplicación de ozono, rayos ultravioletas, cal y plata. De ellos, el primero es el casi universalmente adoptado, en razón, principalmente, a que el cloro deja residuos que pueden eliminar contaminaciones posteriores. Tratamiento de Desinfección de Agua para uso Industrial o Domestico: El Ozono (O3): Es en realidad oxigeno trimolecular, presentando la propiedad de desintegrarse fácilmente y convertirse en oxígeno nacientes, el cual tiende a oxidar rápidamente las materias orgánicas presentes en la reacción. Si aplicamos ozono al agua, podremos con tal virtud obtener una desinfección cuyo procedimiento se denomina ozonificación. Lo

aparatos ozonificadores inyectan al agua el aire ozonificado; luego se mezcla ese aire durante un tiempo suficiente para que actúe su poder desinfectante. Los Rayos Ultravioletas: Los rayos ultravioletas, producido en el espectro solar inmediatamente después de los violetas, son invisible y poseen la propiedad de destruir bacterias y esporas en virtud de la longitud de onda de sus rayos. Esta desinfección se efectúa haciendo pasar el agua, en filetes debe ser de un espesor de unos 10 cm. Esta técnica motivo muchos gastos excesivos y diseños complicados, pocos prácticos, para desinfectar volúmenes apreciables de agua, como es en el caso de abastecimientos municipales. Plata: Mediante el procedimiento denominado electrocadismo se puede desinfectar el agua con la ayuda de plata, metálica. La técnica consiste en pasar el agua a través de un tubo que contenga electrodos de plata metálica conectados a un generador de corriente directa de 1,5 voltios. Tratamiento del H2O ante del uso Industrial (Físico o Químico): La purificación del agua para uso industrial puede ser muy compleja o relativamente simple, dependiendo de las propiedades del agua cruda y del grado de pureza requerid. Se emplean muchos métodos y combinaciones de ellas, pero todos abarcan tres procesos básicos: tratamiento físico, químico y fisicoquímico. Tratamiento Físico: El tratamiento físico abarca los procesos mediante los cuales las impurezas se separan del agua sin producirse cambios en la composición de las sustancias. Los métodos más comunes son sedimentación, colado y filtrado, destilación. Sedimentación En la sedimentación se aprovecha la acción que ejerce la fuerza de gravedad sobre las partículas más pesadas que el agua, que descienden depositándose sobre el fondo. Las aguas superficiales contiene diferentes cantidades de materia en suspensión y este método se emplea para clarificar el agua cruda, ya sea por sedimentación simple o mediante la adición de coagulantes químicos. Los recipientes donde se lleva a cabo este proceso se denominan tanque de sedimentación. Colado y Filtrado: Los coladores y filtros pueden utilizarse cuando se necesario eliminar sólidos suspendidos o flotantes en el agua, ya sea como paso adicional, después de la sedimentación, o cuando el espacio disponible no permite la instalación de depósitos de sedimentación. Existen varios coladores de uso comercial, siendo los más comunes los de tela, malla metálica, tambor giratorio y disco giratorio. Los filtros de tela y malla metálica se utilizan cuando os materiales suspendidos son relativamente finos y están en concentraciones bajas. Destilación:

La destilación es el método más antiguo para obtener agua pura de alta calidad. Mediante este proceso puramente físico de evaporación y condensación pueden eliminarse casi totalmente tanto sólidos disueltos como los suspendidos. El equipo de destilación debe estar diseñado en tal forma que la eliminación de lodos e incrustaciones pueda hacerse con un mínimo de mano de obra. Tratamiento Químico: El tratamiento químico es uno de los procesos en los que la separación de las impurezas del agua implica la alteración de la composición del material contaminante. Precipitación: Cuando se añaden a una solución acuosa algunas sales solubles, parte de los iones libres pueden reaccionar para formar compuestos comparativamente insolubles. Suavizamiento: El primer proceso químico de precipitación que se empleó comercialmente, fue la adición de cal hidratada (Ca (OH) 2) al agua para eliminar la dureza de bicarbonatos. La cal disminuye la dureza de bicarbonato formando carbonato de calcio relativamente insoluble: Ca (OH)2 + Ca (HCO3)2  2CaCO3 + 2H2O Métodos Empleados para Eliminar la Dureza del H2O Agua: Los métodos son: Decantación Filtración El tratamiento dependerá de la dureza del H2O La dureza puede ser carbonática y no carbonática, dependiendo de que las sales de Ca y Mg sean carbonatos y bicarbonatos o sulfatos y cloruros. La dureza puede ser reducida por el método de cal – soda, en el cual el óxido de calcio, Ca (OH) 2 cal viva o apagada reacciona con la dureza temporal bicarbonática, produciendo precipitados de Ca o Mg y la soda ash (Na2Co3) (sulfatos y cloruros), produciendo también precipitados de Ca y Mg. Estos precipitados son removidos por decantación y filtración. ¿Cómo Influye la Dureza del H2O en la Calidad Final de los Alimentos?: el empleo de H2O con dureza (proviene del carbonato de calcio) y en el escaldado de vegetales reduce la absorción de agua totalmente carente de cationes también ejerce efectos negativos en estos productos. En el caso de las frutas que contiene pectinas, los iones divalentes producen una mayor rigidez. El agua es el principal componente de muchos alimentos, teniendo cada alimento su propio y característico contenido de este componente. El agua en la cantidad, localización y orientación apropiados influyen profundamente en la estructura, aspecto y sabor de los alimentos y en su susceptibilidad a la alteración debido a que la mayoría de los alimentos frescos contienen grandes cantidades de agua, se necesitan modos de conservación eficaces si se desea su almacenamiento a largo plazo.

¿Cuáles son los Métodos de Cloración de H2O?: Según las normas COVENIN los métodos son: Método de Mohr: Este método se basa en que en una solución neutra o ligeramente alcalina, el cromato de potasio puede indicar el punto final de la titulación de cloruros con nitratos de plata. El cloruro de plata es precipitado cuantitativamente antes de que el cromato de plata rojo se haya formado. Método de Charpentier – Volhard: En este método los cloruros de un volumen conocido de agua precipitan en presencia de ácidos nítricos por un exceso de nitrato de plata valorado. Este exceso de sal de plata se determina con una solución valorada de sulfocianuro amónico en presencia de alumbre de hierro que actúan como indicador. Método de Nitrato de Mercurio: En este método los cloruros pueden ser titulados con nitrato de mercurio debido a la formación de cloruro de mercurio soluble y ligeramente disociado. En el intervalo de pH 2,3 – 2, 8 la difenilcarbonaza indica el punto final de la titulación por la formación de un complejo púrpura con exceso de iones mercúricos. Tratamiento que Recibe el Agua antes de Alimentar las Calderas: Adición en frío de una determinada dosis de calcio: el calcio y el magnesio de los bicarbonatos precipitan bajo la forma de carbonatos que se eliminan por filtración. Cambios iónicos "Permutación" debida a filtros de zeolitas (silicio – aluminatos de sodio) que retienen los iones Ca 2+ y Mg2+ y ceden, en su lugar iones Na+, Este intercambio tiene por efecto crear un agua rica en bicarbonatos de sodio (o carbonato de sodio, después de la eliminación del anhídrido carbónico durante la ebullición), fuertemente alcalina y que no es aconsejable como agua bebida. Desmineralización por intercambio iónico sobre Resinas Sintéticas: los cationes presentes en el agua se reemplazan por iones hidrógeno y los aniones por iones hidroxilo; tan sólo deja de eliminarse, si el agua la contiene, la sílice (SiO2), que no está ionizada. Destilación, aplicable especialmente cuando se dispone de un excedente de calor residual. Hay que resaltar que las aguas desmineralizadas por destilación o intercambio de iones, son muy agresivas frente al hierro, porque los gases, concretamente el oxígeno y el anhídrido carbónico, son muy solubles en ellas; por lo tanto se necesita desgasificarlas antes de introducirlas en un generador de vapor. CLASIFICACION DE LAS SUSTANCIAS PELIGROSAS Considerando sus características, las sustancias peligrosas se clasifican en: CLASE DENOMINACION

        

1 Explosivos. 2 Gases comprimidos, refrigerados, licuados o disueltos a presión. 3 Líquidos inflamables. 4 Sólidos inflamables. 5 Oxidantes y peróxidos orgánicos. 6 Tóxicos agudos (venenos) y agentes infecciosos. 7 Radiactivos. 8 Corrosivos. 9 Varios.

Los explosivos o Clase 1 comprende:  SUSTANCIAS EXPLOSIVAS: Son sustancias o mezcla de sustancias sólidas o líquidas que de manera espontánea o por reacción química, pueden desprender gases a una temperatura, presión y velocidad tales que causen daños en los alrededores.  II. SUSTANCIAS PIROTECNICAS: Son sustancias o mezcla de sustancias destinadas a producir un efecto calorífico, luminoso, sonoro, gaseoso o fumígeno o una combinación de los mismos, como consecuencia de reacciones químicas exotérmicas autosostenidas no detonantes.  III. OBJETOS EXPLOSIVOS: Son objetos que contienen una o varias sustancias explosivas. Dependiendo el tipo de riesgo la Clase 1 comprende 6 divisiones que son: DIVISION DESCRIPCION DE LAS SUSTANCIAS 1.1 Sustancias y objetos que representan un riesgo de explosión de la totalidad de la masa, es decir que la explosión se extiende de manera prácticamente instantánea a casi toda la carga. 1.2 Sustancias y objetos que representan un riesgo de proyección pero no un riesgo de explosión de la totalidad de la masa. 1.3 Sustancias y objetos que representan un riesgo de incendio y de que se produzcan pequeños efectos de onda expansiva, de proyección o ambos, pero no riesgo de explosión de la totalidad de la masa. Se incluyen en esta división las sustancias y objetos siguientes: a) Aquellos cuya combustión da lugar a una radiación térmica considerable. b) Aquellos que arden sucesivamente con pequeños efectos de onda expansiva, de proyección, o ambos. 1.4 Sustancias y objetos que no representan un riesgo considerable. 1.5 Sustancias muy poco sensibles que presentan un riesgo de explosión de la totalidad de la masa, pero que es muy improbable su iniciación o transición de incendio o detonación bajo condiciones normales de transporte. 1.6 Objetos extremadamente insensibles que no presentan un riesgo de explosión a toda la masa, que contienen sólo sustancias

extremadamente insensibles a la detonación y muestran una probabilidad muy escasa de iniciación y propagación accidental. La Clase 2 que comprende gases comprimidos, refrigerados, licuados o disueltos a presión, son sustancias que: I.- A 50º C tienen una presión de vapor mayor de 300 kPa. II.- Son completamente gaseosas a 20º C a una presión normal de 101.3 kPa. Para las condiciones de transporte las sustancias de Clase 2 se clasifican de acuerdo a su estado físico como: Gas comprimido, aquél que bajo presión es totalmente gaseoso a 20º C. Gas licuado, el que es parcialmente líquido a 20º C. Gas licuado refrigerado, el que es parcialmente líquido a causa de su baja temperatura. Gas en solución, aquél que está comprimido y disuelto en un solvente. Atendiendo al tipo de riesgo de Clase 2 se divide en: DIVISION DESCRIPCION DE LAS SUSTANCIAS 2.1 Gases inflamables: Sustancia que a 20º C y a una presión normal de 101.3 kPa.: Arden cuando se encuentran en una mezcla de 13% o menos por volumen de aire o tienen un rango de inflamabilidad con aire de cuando menos 12% sin importar el límite inferior de inflamabilidad. 2.2 Gases no inflamables, no tóxicos: Gases que son transportados a una presión no menor de 280 kPa. a 20º C, o como líquido refrigerados y que: a) Son asfixiantes. Gases que diluyen o reemplazan al oxígeno presente normalmente en la atmósfera; o b) Son oxidantes. Gases que pueden, generalmente por ceder oxígeno, causar o contribuir, más que el aire a la combustión de otro material. c) No caben en los anteriores. 2.3 Gases tóxicos: Gases que: a) Se conoce que son tóxicos o corrosivos para los seres humanos por lo que constituyen un riesgo para la salud; o b) Se supone que son tóxicos o corrosivos para los seres humanos porque tienen un CL igual o menor que 5000 Mo/M3 (ppm). Nota: Los gases que cumplen los criterios anteriores debido a su corrosividad, deben clasificarse como tóxicos con un riesgo secundario corrosivo. Clase 3 o líquidos inflamables. Son mezclas o líquidos que contienen sustancias sólidas en solución o suspensión, que despiden vapores inflamables a una temperatura no superior a

60.5º C en los ensayos en copa cerrada o no superiores a 65.6° C en copa abierta. Las sustancias de esta clase son: Líquidos que presentan un punto de ebullición inicial igual o menor de 35º C. Líquidos que presentan un punto de inflamación (en copa cerrada) menor de 23º C y un punto inicial de ebullición mayor de 35º C. Líquidos que presentan un punto de inflamación (en copa cerrada) mayor o igual a 23º C, menor o igual de 60.5º C y un punto inicial de ebullición mayor de 35º C. Clase 4, sólidos inflamables, son sustancias que presentan riesgo de combustión espontánea, así como aquellos que en contacto con el agua desprenden gases inflamables. Atendiendo al tipo de riesgo se dividen en: DIVISION DESCRIPCION DE LAS SUSTANCIAS 4.1 Sólidos inflamables. Sustancias sólidas que no están comprendidas entre las clasificadas como explosivas pero que, en virtud de las condiciones que se dan durante el transporte, se inflaman con facilidad o pueden provocar o activar incendios por fricción. 4.2 Sustancias que presentan un riesgo de combustión espontánea. Sustancias que pueden calentarse espontáneamente en las condiciones normales de transporte o al entrar en contacto con el aire y que entonces puedan inflamarse. 4.3 Sustancias que en contacto con el agua desprenden gases inflamables. Sustancias que por reacción con el agua pueden hacerse espontáneamente inflamables o desprender gases inflamables en cantidades peligrosas. Clase 5, oxidantes y peróxidos orgánicos, son sustancias que se definen y dividen tomando en consideración su riesgo en: DIVISION DESCRIPCION DE LAS SUSTANCIAS 5.1 Sustancias oxidantes. Sustancias que sin ser necesariamente combustibles, pueden, generalmente liberar oxígeno, causar o facilitar la combustión de otras. 5.2 Peróxidos orgánicos. Sustancias orgánicas que contienen la estructura bivalente -0-0- y pueden considerarse derivados del peróxido de hidrógeno, en el que uno de los átomos de hidrógeno, o ambos, han sido sustituidos por radicales orgánicos. Los peróxidos son sustancias térmicamente inestables que pueden sufrir una descomposición exotérmica autoacelerada. Además, pueden tener una o varias de las propiedades siguientes: a) Ser susceptibles de una descomposición explosiva; b) Arder rápidamente; c) Ser sensibles a los impactos o a la fricción;

d) Reaccionar peligrosamente al entrar en contacto con otras sustancias; e) Causar daños a la vista. Clase 6, tóxicos agudos (venenos) y agentes infecciosos, son sustancias que se definen y dividen, tomando en consideración su riesgo en: DIVISION DESCRIPCION DE LAS SUSTANCIAS 6.1 Tóxicos agudos (venenos): Son aquellas sustancias que pueden causar la muerte, lesiones graves o ser nocivas para la salud humana si se ingieren, inhalan o entran en contacto con la piel. Los gases tóxicos (venenos) comprimidos pueden incluirse en la clase “Gases”. 6.2 Agentes infecciosos: Son las que contienen microorganismos viables incluyendo bacterias, virus, parásitos, hongos, o una combinación híbrida o mutante; que son conocidos o se cree que pueden provocar enfermedades en el hombre o los animales. Clase 7 radiactivos, para los efectos de transporte, son todos los materiales cuya actividad específica es superior a 70 kBq/Kg (2 nCi/g). Clase 8 corrosivos, son sustancias liquidas o sólidas que por su acción química causan lesiones graves a los tejidos vivos con los que entra en contacto o que si se produce un escape pueden causar daños e incluso destrucción de otras mercancías o de las unidades en las que son transportadas. Clase 9 varios, son aquellas sustancias que durante el transporte presentan un riesgo distinto de los correspondientes a las demás clases y que también requieren un manejo especial para su transporte, por representar un riesgo potencial para la salud, el ambiente, la seguridad a los usuarios y la propiedad a terceros.

CONDENSADOR PARA AGUA DE UNA CALDERA

http://grupos.emagister.com/mensaje/_condensador_multitubular_par a_enfriadora_o/1787-3315276

INTRODUCCION AGUA: Es el compuesto más abundante y más ampliamente extendido. En estado sólido, en forma de hielo o nieve, cubre las regiones más frías de la tierra; en estado líquido, lagos, ríos, y océanos, cubre las tres cuartas partes de la superficie terrestre. Está presente en el aire en forma de vapor de agua. Hay agua en toda materia viva, constituyendo el 65% del cuerpo humano. Todos los alimentos contienen agua. Debido a su gran abundancia y a que su ebullición se efectúa a temperaturas convenientes, puede ser convertida en vapor, resulta un medio ideal para la generación de la fuerza.

CONSTITUYENTES DEL AGUA El agua es el fluido de trabajo de los sistemas de vapor y una de las sustancias naturales más abundantes; sin embargo, nunca se encuentra en estado puro, adecuado para la alimentación directa de una caldera. Por lo común en estado natural, el agua se encuentra turbia, con materias sólidas en suspensión fina. Incluso cuando está clara, el agua natural contiene soluciones de sales y ácidos que dañan con rapidez el acero y los metales a base de cobre de los sistemas de vapor.

Según los elementos que la acompañan, podríamos considerar las mismas en dos grandes grupos: "Elementos Disueltos" y "Elementos en Suspensión", esto lo constituyen los minerales finamente divididos, como las arcillas y los restos de organismos vegetales o animales; y la cantidad de sustancias suspendidas, que son mayor en aguas turbulentas que en aguas quietas y de poco movimiento. Es importante destacar que es necesario añadir a las descritas, los residuos que las industrias lanzan a los recursos fluviales procedentes de distintos procesos de producción. Constituyen los elementos disueltos en el agua, las sustancias orgánicas, los gases disueltos, las sales minerales y la sílice, aunque ésta también suele aparecer como elemento en suspensión en forma de finísimas partículas o coloides. Las aguas pueden considerarse según la composición de sales minerales presentes, en:

Aguas duras: Importante presencia de compuestos de calcio y magnesio, poco solubles, principales responsables de la formación de depósitos e incrustaciones.

Aguas Blandas: Su composición principal está dada por sales minerales de gran solubilidad.

Aguas Neutras: Componen su formación una alta concentración de sulfatos y cloruros que no aportan al agua tendencias ácidas o alcalinas, o sea que no alteran sensiblemente el valor de pH. Aguas Alcalinas:

Las forman las que tienen importantes cantidades de carbonatos y bicarbonatos de calcio, magnesio y sodio, las que proporcionan al agua reacción alcalina elevando en consecuencia el valor del pH presente.

Los gases disueltos en el agua, provienen de la atmósfera, de desprendimientos gaseosos de determinados subsuelos, y en algunas aguas superficiales de la respiración de organismos animales y vegetales. Los gases disueltos que suelen encontrarse son él oxigeno, nitrógeno, anhídrido carbónico presente procede de la atmósfera arrastrado y lavado por la lluvia, de la respiración de los organismos vivientes, de la descomposición anaeróbica de los hidratos de carbono y de la disolución de los carbonatos del suelo por acción de los ácidos, también puede aparecer como descomposición de los bicarbonatos cuando se modifica el equilibrio del agua que las contenga. El gas carbónico se disuelve en el agua, en parte en forma de gas y en parte reaccionando con el agua para dar ácido carbónico de naturaleza débil que se disocia como ión bicarbonato e ión hidrógeno, el que confiere al agua carácter ácido.

Problemas derivados de la utilización del agua en calderas Los problemas más frecuentes presentados en calderas pueden dividirse en dos grandes grupos: Problemas de corrosión Problemas de incrustación Aunque menos frecuente, suelen presentarse ocasionalmente: Problemas de ensuciamiento y/o contaminación.

PROBLEMAS DE CORROSIÓN: Para que esta aparezca, es necesario que exista presencia de agua en forma líquida, el vapor seco con presencia de oxígeno, no es corrosivo, pero los condensados formados en un sistema de esta naturaleza son muy corrosivos. En las líneas de vapor y condensado, se produce el ataque corrosivo más intenso en las zonas donde se acumula agua condensada. La corrosión que produce el oxígeno, suele ser severa, debido a la entrada de aire al sistema, a bajo valor de pH, el bióxido de carbono abarca por si mismo los metales del sistema y acelera la velocidad de la corrosión del oxígeno disuelto cuando se encuentra presente en el oxígeno.

El oxígeno disuelto ataca las tuberías de acero al carbono formando montículos o tubérculos, bajo los cuales se encuentra una cavidad o celda de corrosión activa: esto suele tener una coloración negra, formada por un óxido ferroso- férrico hidratado. Una forma de corrosión que suele presentarse con cierta frecuencia en calderas, corresponde a una reacción de este tipo: 3 Fe + 4 H2O ----------> Fe3O4 + 4 H2 Esta reacción se debe a la acción del metal sobre calentado con el vapor.

Otra forma frecuente de corrosión, suele ser por una reacción electroquímica, en la que una corriente circula debido a una diferencia de potencial existente en la superficie metálica. Los metales se disuelven en el área de más bajo potencial, para dar iones y liberar electrones de acuerdo a la siguiente ecuación:

En el ánodo Feº - 2 e- ---------------> Fe++ En el cátodo O2 + 2 H2O + 4 e- ----------> 4 HO-

Los iones HO- (oxidrilos) formados en el cátodo migran hacia el ánodo donde completan la reacción con la formación de hidróxido ferroso que precipita de la siguiente forma: Fe ++ + 2 OH- ----------> (HO)2 Fe

Si la concentración de hidróxido ferroso es elevada, precipitará como flóculos blancos. El hidróxido ferroso reacciona con el oxígeno adicional contenido en el agua según las siguientes reacciones:

4 (HO)2 Fe + O2 ---------- 2 H2O + 4 (HO)2 Fe 2 (HO)2 Fe + HO- ----------> (HO)3 Fe + e

(HO)3 Fe ----------> HOOFe + H2O 2 (HO)3 Fe ----------> O3Fe2. 3 H2O

PROBLEMAS DE INCRUSTACIÓN La formación de incrustaciones en el interior de las calderas suelen verse con mayor frecuencia que lo estimado conveniente. El origen de las mismas está dado por las sales presentes en las aguas de aporte a los generadores de vapor, las incrustaciones formadas son inconvenientes debido a que poseen una conductividad térmica muy baja y se forman con mucha rapidez en los puntos de mayor transferencia de temperatura. Por esto, las calderas incrustadas requieren un mayor gradiente térmico entre el agua y la pared metálica que las calderas con las paredes limpias. Otro tema importante que debe ser considerado, es la falla de los tubos ocasionados por sobrecalentamientos debido a la presencia de depósitos, lo que dada su naturaleza, aíslan el metal del agua que los rodea pudiendo así sobrevenir desgarros o rupturas en los tubos de la unidad con los perjuicios que ello ocasiona. Las sustancias formadoras de incrustaciones son principalmente el carbonato de calcio, hidróxido de magnesio, sulfato de calcio y sílice, esto se debe a la baja solubilidad que presentan estas sales y algunas de ellas como es el caso del sulfato de calcio, decrece con el aumento de la temperatura. Estas incrustaciones forman depósitos duros muy adherentes, difíciles de remover, algunas de las causas más frecuentes de este fenómeno son las siguientes:

Excesiva concentración de sales en el interior de la unidad. El vapor o condensado tienen algún tipo de contaminación. Transporte de productos de corrosión a zonas favorables para su precipitación. Aplicación inapropiada de productos químicos. Las reacciones químicas principales que se producen en el agua de calderas con las sales presentes por el agua de aporte son las siguientes:

CONCLUSION: Aquí observamos la calidad y tipos de agua utilizada en las calderas, como están compuestas cada una de ellas y el tratamiento que se empela para crear un vapor más eficiente a la hora de llegar a las turbinas, y de análisis de algunas sustancias contaminantes que pueden llegar o crearse dentro de la caldera como lo son algunas venenos, también oxidación, líquidos radiactivos entre otras y que podemos hacer para reducir o anular la creación de este tipo de sustancias nocivas tanto para la maquina como para los seres humanos.

UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA

ALUMNO: ALBERTO BERNAL RIVAS CODIGO: 211215947 MAESTRO: ARMANDO LÓPEZ ORNELAS SECCION D08 2015B LUNES 7am - 9am 30-NOVIEMBRE-2015 Tema 8: Descripción y manejo del generador de vapor Condensador para agua de caldera

GENERADOR DE VAPOR Desarrollo histórico de los Generadores de Vapor en las Centrales Nucleares 1. Resumen 2. Introducción 3. Clasificación de las Centrales Nucleares según su equipamiento 4. Función del Generador de Vapor en las Centrales Nucleares 5. Desarrollo histórico de los Generadores de Vapor en Centrales Nucleares 6. Generadores de vapor horizontal 7. Generadores de vapor verticales 8. Situación actual 9. Selección de los materiales para la construcción de Generadores de Vapor 10.Conclusiones 11.Bibliografía Resumen. En el presente trabajo se realiza un estudio de las diferentes clasificaciones que reciben las centrales nucleares según su equipamiento, demostrando la importancia del funcionamiento correcto de los Generadores de Vapor como equipo eje de nuestra investigación. Se aprecia la necesidad de su surgimiento a raíz de la utilización pacífica de la energía nuclear y las transformaciones en

dos líneas fundamentales de trabajo en ambas regiones del planeta a medida que se fueron desarrollando. Introducción. El mundo actual presenta una gran dependencia del consumo de energía eléctrica y a estructurado su desarrollo sobre la base de la misma, ya no se concibe una casa sin alumbrado eléctrico, ni a una gran empresa sin sus computadoras. Son estas hoy, cosas de nuestra vida cotidiana que tiene un fundamento en el pasado de nuestra historia. Para satisfacer la alta demanda energética, el hombre ha creado según sus necesidades varios tipos de centrales generadoras de energía eléctricas tales como: termoeléctricas, plantas renovables y centrales nucleares, en dependencia del combustible utilizado en ellas; así como del equipamiento de las mismas. A mediados de la década de los años 50 surgen las centrales nucleares. Estas utilizan como combustible fundamental el Uranio enriquecido 235, aunque vale destacar que existen otros como pueden ser el plomo y el torio. El reactor, la turbina, el generador eléctrico, el condensador, las bombas y el generador de vapor son los elementos que forman su equipamiento básico. Clasificación de las Centrales Nucleares según su equipamiento. Al tener en cuenta para la clasificación de una central nuclear el equipamiento utilizado, así como sus principios de funcionamiento se incorpora el análisis a la amplia gama actual que existe de clasificación. El reactor nuclear se puede clasificar: a) Según el combustible b) Según el moderador. c) Según el material utilizado como refrigerante d) Según la velocidad de los neutrones que producen las reacciones de fisión, en reactores rápidos o reactores térmicos. La turbina se puede clasificar: a. Según la sustancia de trabajo, en sobresaturada, saturado, de vapor seco, etc. b. Según el número de etapas. Las bombas se pueden clasificar: a. Según su función, de corte, centrífuga, etc. b. Y los generadores de vapor se pueden clasificar: c. Según su estructura, en GV horizontales, GV verticales. Función del Generador de Vapor en las Centrales Nucleares. En el reactor de las Centrales nucleares ocurre la fisión nuclear del combustible, el refrigerante es el encargado de absorber la energía calorífica producida y llevar esta hasta el generador de vapor. En el generador de vapor para el caso de una central nuclear de dos o de tres circuitos, el refrigerante cede su calor al agua de segundo circuito, convirtiéndola en vapor; en caso de una central nuclear de un solo circuito el reactor actúa como el generador de vapor. Después

que el vapor realiza su trabajo en la turbina cae en el condensador, donde se enfría con ayuda del sistema de enfriamiento, transformándose nuevamente en agua la que es bombeada al generador de vapor por la bomba de condensado y de alimentar. Otra función que presenta para el caso de las centrales nuclear de dos o tres circuitos la existencia del GV es el control de la radioactividad producida en el primer circuito; es decir permite el agua, el vapor, las tuberías y equipos que componen el segundo circuito sea completamente limpio,. Esto se logra debido a que el equipo actúa como frontera entre el refrigerante del primer circuito y la sustancia de trabajo del segundo. Desarrollo histórico de los Generadores de Vapor en Centrales Nucleares. Al comenzar a funcionar en Obninsk, ciudad situada en la desaparecida Unión Soviética, la primera central nuclear del mundo el 27 de junio de 1954 se realizo el sueño de la energética nuclear. La humanidad, hasta ese momento, solo asociaba la energía nuclear como medio de destrucción. Esta central nuclear generaba solo 5MW de potencia eléctrica, pero demostró la posibilidad técnica real de la utilización de la energía nuclear con fines pacifico. Por primera vez en la tierra, para responder a las crecientes necesidades electroenergéticas, fue utilizada la energía liberada por la fisión de los núcleos atómicos. Esta central constaba con un generador de vapor lo más primario existente, el que presentaba un economizador, un evaporador y un sobrecalentador. El economizador tenia la función de llevar la temperatura del agua hasta la temperatura de saturación o cercana a esta, mientras que en el evaporador se producía el cambio de fase de la sustancia de trabajo hasta vapor saturado y ya en el sobrecalentador se obtenía vapor con los parámetros requeridos. Otros países desarrollados también acometieron la tarea de asimilar esta novedosa tecnología. En 1956 inicio su trabajo la primera central nuclear de Gran Bretaña, en la ciudad de Colder-Hall con refrigerante gaseoso. Mientras que los Estados Unidos paralelamente a esto se construían el primer generador de vapor del tipo horizontal en la central nuclear de Shippingport, con dos construcciones diferentes uno con tubos rectos y otro con tubos curvos en forma de U. Y no es hasta 1957 que comienza su funcionamiento. En esta construcción se apreciaron varias ineficiencias la fundamental fue en el aspecto constructivo; lo cual influyo considerablemente en el costo de la instalación. Además se contaba con otro equipo acoplado fuera del ya mencionado, el domo separador. Más tarde en ambas regiones del planeta se cambiaron las líneas de desarrollo. El Este paso a los esquemas de los generadores de vapor horizontales y el Occidente a los generadores de vapor verticales. En ambos casos se paso al esquema unificado de generador de vapor, de una sola vasija. Generadores de vapor horizontales.

La función del generador de vapor horizontal se basa, en la absorción del calor del refrigerante primario, por la sustancia de trabajo del segundo circuito, el colector de entrada es la puerta del refrigerante al generador de vapor; una vez dentro, se distribuye por la superficie de transferencia. Esta superficie forma paquetes de tubos los cuales permiten obtener canales verticales entre ellos, que ayudan al movimiento de la sustancia de trabajo durante su calentamiento. El refrigerante sale posteriormente por el colector de salida hacia el reactor nuevamente. El agua de alimentar proveniente del sistema regenerativo llega al generador de vapor a través del colector de agua de alimentar, desciende y se distribuye por colectores más pequeños cercana al colector de entrada del refrigerante primario. Estos colectores permiten una distribución del agua en forma muy fina y homogénea gracias a los sistemas de toberas que conforman los orificios de salida. Esa agua que alcanza la temperatura de ebullición, empleara el calor a partir de ese momento, para la formación de vapor de la mezcla agua-vapor y para su circulación. La mezcla de menor densidad asciende por el enrejillado que forma el haz de tubos, mientras que por los canales verticales desciende el agua de mayor densidad. De la mezcla que asciende, la parte correspondiente a la fase liquida descenderá y la parte correspondiente a la fase vapor ascenderá separándose en lo que se llamará superficie de evaporación. En los generadores de vapor horizontal se produce vapor, con un contenido de humedad que será reducido por las instalaciones de secado las cuales se encuentran situadas dentro del propio equipo. Este generador presenta un esquema muy sencillo para el proceso de secado. En la parte inferior del generador de vapor existen unas tubuladuras cuya función es la extracción del agua con un alto contenido de sales, o sea, impurezas, las cuales se introducen con el agua de alimentar. La primera experiencia con este tipo de generador fue en la central nuclear de Novovoronezh la cual dio la base para lograr el desarrollo de los WWER-210. Donde con el aumento de los números de tubo y la reducción del diámetro se logro duplicar la potencia eléctrica producida hasta llegar al WWER-1000. Esta planta constaba con una potencia de 760MW. Mientras que la primera central nuclear de Czechoslovakia "V1" también presenta este tipo de generadores de vapor de marca VITKOVICE. Pero aunque esta es una versión útil debido a las ventajas que nos brinda y una de las más utilizadas, presenta la desventaja de que la potencia unitaria no se puede aumentar, siendo el valor límite el de

250MW y como respuesta se tiende a incrementar el número de lazos de la CEN. Tabla 1.1. Tabla 1.1 Características técnicas de los WWER. N GV Kg/s H(m2) Coef. Global (w/m2 C) N tubos Diámetro por espesor Gasto especifico de metal (Kg metal/ Kg vapor) Potencia MW

Generadores de vapor verticales. Estos generadores también están formados por un solo elemento donde se produce el vapor y se efectúa la separación de la humedad. En este caso también estamos en presencia de un sistema con circulación natural, pero en este caso se necesita calcular el circuito de circulación, cosa que no se efectúa en el generador de vapor de tipo horizontal. En este se plantea que el proceso de circulación ocurre mediante la convección libre que tiene lugar de la ebullición en grandes volúmenes. En este caso como la presión estática en la parte inferior es mayor que la correspondiente a la temperatura de saturación dada, el agua ahí se encontrara subenfriada, por lo que instantáneamente no se producirá la ebullición de la misma; por lo que deberá realizar cierto recorrido antes de comenzar la ebullición. El área de evaporación o zona interfase aquí es menor, comparado con un generador de vapor horizontal de igual potencia, la velocidad de ascenso del vapor es más grande lo que complica, notablemente el proceso de secado para lograr la humedad permisible. Esta es una de las dificultades de este equipo. Además, en caso de parada, como hemos visto, no ocurre circulación natural a diferencia del horizontal para extraer el calor residual del reactor. Por los procesos físicoquímicos salen de servicio antes de terminada su vida útil ya que se decantan las sales en la evaporación y provoca sedimento. También la curvatura de mayor tensión se encuentra en la zona de cambio de fase donde el contenido de iones cloro y cobre provoca corrosión bajo tensión y grietas intercristalinas. Sin embargo estos generadores permiten un aumento considerable de la potencia unitaria mediante el aumento de la altura, el área que

ocupa es pequeña lo que hace que se hayan difundido tanto en la actualidad. Situación Actual. Como hemos visto en el inicio se producía sobrecalentamiento del vapor, ya en la actualidad están muy difundidos los generadores de vapor del tipo WWER y los PWR. Es decir las centrales nucleares de ciclo directo. Muestra de esto es la planta nuclear de Krosko en Eslovenia que comenzó su funcionamiento en 1983. En cuanto a la superficie de transferencia hubo una gran variedad en su desarrollo siempre para lograr una mayor eficiencia. Estas pueden ser planas, espirales y helicoidales. En las plantas PWR pueden ser serpentines planos de tipo en U y de tubos rectos. Y los WWER verticales tubos en espiral o tubos en U con domo separador. Ejemplo de este tiene la central MeleKesska. Los serpentines planos más sencillos son los del tipo U, ya que cuando son muchas las vueltas, se encarecen y complican la superficie. Tres años después de fundada la primera CEN del mundo, el 29 de Julio de 1957 se creó en Viena, Austria, el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA). Esta organización consta con 110 países. Además del OIEA existen en el mundo otros organismos relacionados con la utilización pacífica de la energía nuclear. Uno de ellos lo es la Asociación Mundial de Operadores Nucleares (WANO) que fue fundada en Moscú en Mayo de 1988. Selección de los materiales para la construcción de Generadores de Vapor. Para la construcción de los generadores de vapor se utilizan una gran gama de marcas de acero. En dependencia de la temperatura de la pared y de la intensidad corrosiva y erosiva del medio circulante se pueden utilizar los aceros al carbono, de baja aleación, de alta aleación hasta los inoxidables. Los factores que determinan las condiciones de trabajo del metal son conocidos después de los cálculos térmicos, constructivos e hidráulicos. El material de la superficie de transferencia se selecciona de acuerdo al cálculo térmico por la temperatura del refrigerante primario y secundario y por las presiones, siendo esta selección bastante precisa. Los criterios fundamentales que determinan la selección de un tipo de acero son en primer lugar la compatibilidad de un acero barato y tecnológicamente satisfactorio con el refrigerante y en segundo lugar, las condiciones de trabajo y las exigencias en su elaboración. Para superficies con temperatura