Autores: Miguel Delgado Pérez (49924), Katsuthoshi Dextre Fernández (49617), Jorge Guillermo Fernández Yáñez (49932) y Lucas Esteban González (49931)

Transcripción

1 PRACTICA DE TERMODINÁMICA : Octubre 2011 CALIDAD DE UN VAPOR HUMEDO Indice: - Introducción - Pg 1 - Procedimiento experimental Pg 2 - Cálculos y errores Pg 3 - Discusión y conclusión Pg 5 Grupo V15S3 Autores: Miguel Delgado Pérez (49924), Katsuthoshi Dextre Fernández (49617), Jorge Guillermo Fernández Yáñez (49932) y Lucas Esteban González (49931)

2 CALIDAD DE UN VAPOR HUMEDO Octubre 2011 Introducción En esta práctica vamos a hallar la calidad de un vapor húmedo, el vapor de agua. Esta práctica es muy realizada en procesos industriales, y elegimos el agua ya que incluye muchas ventajas técnicas, económicas y tiene el mayor calor latente. Vamos a necesitar un calderin para producir vapor, un calorímetro adiabático de doble pared, un agitador, un termómetro, un cronometro y las tablas de las propiedades termodinámicas del agua saturada. Y los conceptos teóricos serán que el experimento se realizará a presión constante, el análisis de la producción de vapor mediante una grafica, denotando en ella el inicio de vaporización (liquido saturado), el final (vapor saturado) y entre estos do puntos la vaporización a temperatura constante, donde el fluido esta en dos fases (liquido y vapor, y se denomina vapor húmedo). Cuándo el fluido esta a menor temperatura se le llama liquido subenfriado, y cuando la sobrepasa vapor sobrecalentado. Para hallar el punto crítico hace falta elevar la presión, en el agua es de 22,12MPa y 374,15ºC. Otros conceptos teóricos son el calor latente (Qʟ) y el titulo de un vapor húmedo o calidad de vapor (x). El primero tiene relación con la cantidad de calor asociada a un Kg. de una determinada sustancia. Puede ser de condensación o de vaporización. Y el segundo nos viene indicado con la fracción en peso de vapor, la masa de vapor respecto la total. Q L = m (h vs -h L ) en (kj) h L = Entalpía especifica del liquido saturado a T.ini. (KJ/Kg.) m=masa h va = Entalpía especifica del vapor saturado a T.ini. (KJ/Kg.) x = M v /M t = (Masa del vapor)/(masa total) Masa total = masa vapor + masa liquido 0 < x < 1 El procedimiento a seguir, para desarrollar los conceptos teóricos, es el siguiente: Calentamos el agua en el calderón y se conecta mediante unos tubitos al calorímetro, donde el vapor saliente del calderin se va condensando. En este proceso de condensación se pierde energía, la cual se absorbe por el calorímetro. T i = temperatura inicial T f = temperatura final equilibrio Mt = masa final k = (masa calorímetro) * (calor especifico del calorímetro) = equiv. en agua del calorímetro h L = Entalpía especifica del liquido saturado a T.final (kj/kg.) Calor cedido Q = H i - H f = M vs *h vs + M ʟ *h L - M t *h L Q = x*m t *h vs + (1-x)*M t *h L - M t *h L Calor absorbido Q= (Mi+k)*(T f -T i ) + k*(t f -T i ) = (M i +k)(t f -T i ) Igualando calor cedido y calor absorbido, y despejando x se determina la calidad.

3 Procedimiento experimental 1º - Lo primero que hacemos es hallar las condiciones iniciales. La temperatura y presión del ambiente y la masa del calorímetro. También podremos calcular k. La temperatura nos servirá para establecer un intervalo. La diferencia de temperatura de la ambiente con la del agua inicial deberá ser semejante a la diferencia de la temperatura ambiente y la temperatura final (T Ti = Tf T). También debemos hallar el error de la temperatura que se produce por la dilatación del mercurio. Esta corrección se hará con unas tablas restándoles la cifra que corresponda, y puede que haga falta interpolar. Con estas medidas podemos obtener las entalpias del líquido y el vapor según la presión. Necesitaremos las tablas y seguramente interpolar. 2º - Posteriormente llenamos el calorímetro de agua del frigorífico y lo pesamos. Con esta medida obtenemos la masa del agua. Medimos también la temperatura inicial (Ti) de dicho agua. Después ponemos en contacto el extremo del tubito del calderin con el agua del calorímetro. Encendemos calderin. 3º - Cuando empiece a evaporizar el agua estaremos atentos y anotaremos la variación de la temperatura dentro de él cada 20 segundos gracias al cronometro y el termómetro. En la masa del calorímetro está incluida la del agitador también en las pesadas. Realizamos la tabla para ver cómo se comporta la temperatura respecto el tiempo. 4º - Al llegar a Tf paramos y hallamos la nueva masa. También, según Tf, miramos en las tablas la nueva entalpia del líquido. 5º - Por último disponemos las ecuaciones de calor cedido y calor absorbido para despejar la calidad (x) y la hallarla.

4 Resultados

5 Errores

6 Discusión En principio la calidad del vapor de agua tiene que estar entre 0 y 1. En nuestro caso nos ha dado en ese intervalo, 0,76 por lo que posiblemente no hayamos cometido ningún error. Que nos dé un 0,76 quiere decir que la calidad es alta o lo que es lo mismo, que su calor latente de condensación sea alto. Esto es positivo ya que además de ser una materia prima económica, abundante, fácil de obtener, etc. ayuda mucho en procesos industriales. Algunas desventajas que tiene este experimente es que a partir de aproximadamente 50ºC para arriba no seríamos capaces de manipular el calorímetro con las manos por lo que tendríamos que parar, esperar a que se enfríe y empezar de nuevo. Conclusión Viendo los resultados podríamos decir que no hay grandes errores, aunque si los hubiera, podría ser la medición de las masas, de la temperatura, etc. También cuando está entrando vapor al calorímetro haya algún escape de vapor, o que al medir la temperatura no agitáramos lo suficiente con el fin de repartir el calor a todo el líquido, etc. Podría decir que no nos ha salido mal la práctica y afirmar que la calidad del vapor de agua es muy buena.