Fuente: Foto propia
Este post está hecho con la principal finalidad de dar a entender a la comunidad de steemit la importancia que tiene el saber todo lo relacionado con el Banco de Vapor como concepto, características, elementos que lo componen, funcionamiento, uso, entre otros.
El vapor de agua es agua en estado gaseoso que se emplea para generar energía y en muchos procesos industriales. Esto hace que las técnicas de generación y uso del vapor de agua sean componentes importantes de la ingeniería tecnológica. La producción de electricidad depende en gran medida de la generación de vapor, para lo que el calor puede provenir de la combustión de carbón o gas, o de la fisión nuclear de uranio. El vapor de agua también se sigue usando mucho para la calefacción de edificios, y sirve para propulsar a la mayoría de los barcos comerciales del mundo
Se pretenderá conocer el Banco de Vapor, el cual permite Titular el Vapor de Agua generado por una Caldera, y subsecuentemente el conocimiento de la calidad del vapor generado con sus respectivas pérdidas de calor.
Esquema del Banco de vapor en el laboratorio de la universidad Unexpo
Fuente: Foto propia
Los objetivos de este post son :
- Cálculo de la calidad del vapor.
- Cálculo de las pérdidas de calor a través de las tuberías.
Cuando una parte de una sustancia existe como un líquido y otra como vapor a la temperatura de saturación, su calidad se define como el cociente de la masa de vapor y la masa total teniendo significado solo cuando la sustancia se encuentra en un estado saturado, es decir a presión y temperatura de saturación.
Si una sustancia existe como vapor a la temperatura de saturación, se llama vapor saturado. Cuando el vapor está a una temperatura superior a la temperatura de saturación, se dice que existe como vapor sobrecalentado. La presión y la temperatura del vapor sobrecalentado son propiedades independientes, ya que la temperatura puede aumentar mientras la presión permanece constante.
Descripción del equipo.
Encendido del equipo
1)Asegúrese de que el depósito de agua de alimentación esté lleno hasta ¾ partes aproximadamente de su capacidad.
2)Asegúrese de que las válvulas de salida de la caldera y entrada al calorímetro de separación estén totalmente abiertas. Además la válvula de estrangulamiento deberá estar totalmente cerrada, al igual que la válvula de purga del calorímetro de separación y las válvulas de entrada a los subsistemas no utilizados en la práctica.
3)Abra la llave que permite circular el agua de la red por el condensador. Espere a que se estabilice la circulación del agua.
4)Pase el interruptor de corriente y accione el interruptor de la caldera. Deberá esperar entre 10 y 15 minutos para que la presión de la caldera suba a la presión de trabajo.
5)Una vez alcanzada la presión de trabajo abra lentamente la válvula de estrangulamiento comprobando mediante el manómetro de mercurio que la presión no aumente bruscamente. Espere unos minutos a fin de que se estabilice el sistema y se alcance el régimen estacionario.
6)Purgue el calorímetro de separación antes de realizar cualquier medición
Apagado del Equipo.
Apague la caldera.
Interrumpa la corriente.
Vacíe el calorímetro de separación.
Una vez que el manómetro de salida de la caldera indique que no hay flujo de vapor abra totalmente la válvula de estrangulamiento
Banco de vapor
Fuente: Fotos propias
Fuente: Fotos propias
Banco de Vapor
Es un tipo de Máquina de Vapor diseñada para ser utilizada en Laboratorios de prueba pedagógicos que simula el recorrido del Vapor de Agua desde su formación en una caldera hasta su cambio de estado nuevamente líquido como en Condiciones Normales de presión y temperatura en la cual se encuentra inicialmente cuando el Banco la toma del Tanque.
Un ejemplo de aplicación de un Banco de Vapor es en una Central Carbo-Eléctrica, tal como se muestra en el círculo rojo de la Figura:
Datos
Procedimientos de los calculos
Con las presiones manométricas de las tablas 1 y 2 determinamos las presiones absolutas con las cuales se va a trabajar en las tablas de vapor (tablas tomadas del libro introducción a la termodinámica cuyo autor es Van Wylen)
Para 80 cc en el calorímetro de separación tendremos:
(a) en la caldera
(b) en el calorímetro de separación:
Con la presión y la temperatura a la salida de la caldera buscamos en las tablas de vapor de agua el volumen específico, la energía interna y la entalpía de ese estado interpolando:
De igual manera efectuamos esta misma operación con los datos del calorímetro de separación
En el condensado a la salida del condensador tendremos que a 101,325 Kpa:
Para la válvula de estrangulamiento tendremos
Interpolamos para determinar el volumen específico, la energía interna y la entalpía del vapor en la válvula de estrangulamiento.
Calculamos la masa de vapor generada por la caldera en este caso es:
De donde el flujo másico de agua será:
La masa del condensador es:
De donde el flujo másico será:
De aquí entonces obtenemos la masa de vapor generado por la caldera no es otra cosa más que la sumatoria de los flujos másicos de los condensados, así que:
Determinación de la calidad del vapor a la entrada del calorímetro de separación.
Determinación de las pérdidas de calor entre la caldera y el calorímetro de separación:
Determinación del calor intercambiado en el condensador
Para 60cc en el calorímetro de separación tendremos:
(a) en la caldera
(b) en el calorímetro de separación
Con la presión y la temperatura a la salida de la caldera buscamos en las tablas de vapor de agua el volumen específico, la energía interna y la entalpía de ese estado interpolando como en el caso anterior como ya tenemos los resultados no lo volveré a hacer.
Haciendo los cálculos.
Fuente: propia
Análisis de los Resultados.
La caldera produce vapor saturado a una presión manométrica media de 2,16 bar (siendo la máxima presión manométrica que puede generar la caldera de 2,76 bar) que en presión absoluta corresponde a 320,187 Kpa y reporta a esta presión una temperatura a la salida de la misma de 123,33°C; pero a dicha presión debería reportarse a la salida de la caldera una temperatura de 135,74°C (según las tablas de vapor de agua del Van Wylen); mientras que en la entrada del calorímetro de separación se reporta una presión medi9a manométrica de 2,13 bar que corresponde a 317,145 Kpa y una temperatura de 129,33°C. Comparando la temperatura reportada a la salida de la caldera y a la entrada del calorímetro de separación se observa que al vapor de agua se le añade calor en la tubería, lo cual no corresponde con la realidad; ya que el vapor de agua pierde calor por radiación al aire del medio ambiente, lo cual nos lleva a la conclusión de que el termómetro a la salida de la caldera puede estar mal calibrado o se hayan adherido al bulbo del mismo residios de oxido los cuales no permite4n obtener una lectura correcta de la temperatura. Ahora bien, utilizando la temperatura reportada en las tablas de vapor de agua del Van Wylen así como el volumen específico, la energía interna y la entalpía determinamos el flujo másico de vapor de agua generado por la caldera, el calor transferido al medio ambiente, el calor transferido al condensador y la calidad del vapor.
Nota:La temperatura a la salida de la caldera debe ser mayor a la de la entrada del calorímetro de separación, debido a que la tubería por la que circula el vapor de agua no esta aislada térmicamente y por consiguiente hay pérdidas de calor.
De acuerdo con la determinación de la calidad en el calorímetro de separación se observa que se obtiene muy poco vapor de agua, el cual pasará por la válvula de estrangulamiento para convertirse en vapor sobrecalentado
Referencias Bibliograficas
Van Wylen (2002). Fundamentos de Termodinámica. 2da. Edición
Editorial Limusa. México. 892 pp.Wark, Kenneth y Donald E. Richards (2001). Termodinámica. 6ta. Edición.
Mc Graw-Hill / Interamericana de España. Madrid. 1048 pp
3.http://www.todomonografias.com/industria-y-materiales/calderas/
4.https://es.wikipedia.org/wiki/Caldera_(m%C3%A1quina)