FES ARAGON
FES ARAGON
LAB DE APLICACIONES DE
LAB DE APLICACIONES DE PROPIEDADES DE L
PROPIEDADES DE LA MA
A MATERIA
TERIA
PROF: JOSÉ
PROF: JOSÉ MARIANO SA
MARIANO SANTA
NTANA COLÍN
NA COLÍN
EMMANUEL GONZALEZ ROMERO
EMMANUEL GONZALEZ ROMERO
# PRACTICA 6 Propiedde! de "! !!$%&i! pr!'
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(&e!$io%rio)
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/01/01/2
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4orrio: 5ier%e! /:0, /7:00 4r!
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Objetivo
El alumno : determinará las propiedades termodinámicas de una sustancia de trabajo a partir de un calorímetro de estrangulamiento
Actividades
1) Determinar la presión absoluta en la caldera y en el calorímetro 2) alcular las propiedades termodinámicas en el calorímetro !) Obtener la calidad de vapor en la caldera
") alcular las propiedades termodinámicas del vapor de agua en la caldera
#) Determinar las propiedades termodinámicas del vapor de agua en el calorímetro y en la caldera por medio del diagrama $%s
No$: De8ido 9e %o !e $ie%e% "o! &o%o&iie%$o! e% e" %e;o de "! $8"!
de 5por de + < !! propiedde!= !."o !e re!po%di. e" &e!$io%rio >i%"'
M?! e" de!rro""o !e ""e5. &8o &o% %or"idd= i%$er&$%do &o% " &"der
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De!rro""o
on la ayuda del pro&esor y dos alumnos se encendió el sistema de ciclo ran'ine obteniendo vapor de agua( la presión ejercida en el motor de vapor era controlada por medio de los controladores de resistencias( manómetro de caldera y manómetro del motor( mientras se encendían o apagaban para obtener el vapor de agua
Esto lo corroborábamos con ayuda de un termómetro colocado en la válvula reguladora
Ce!$io%rio >i%"
1) *+u, es una caldera- *uántos tipos
e.isten-/na caldera es un dispositivo 0ue está diseado para generar vapor saturado Este vapor saturado se genera a trav,s de una trans&erencia de energía en &orma de calor)( en la cual el &luido( originalmente en estado lí0uido( se calienta y cambia de estado 3a trans&erencia de calor se e&ect4a mediante un proceso de
combustión 0ue ocurre en el interior de la caldera( elevando progresivamente su presión y temperatura
3a presión( como se indicó al inicio( no puede aumentar de manera desmesurada( ya 0ue debe permanecer constante por lo 0ue se controla mediante el escape de gases de combustión( y la salida del vapor &ormado
3as calderas se clasi&ican por su diseo en pirotubulares o acuatubulares( sin embargo pueden ser clasi&icadas desde otros aspectos ( ente ellos el tipo de material con el 0ue están construidos ( por su aplicación( el tipo de combustible 0ue utili5an o por el &luido con el 0ue operan
• alderas acuotubulares
• alderas 7irotubulares
2) *+u, di&erencia e.iste entre una caldera y un generador de
vapor-El 8enerador de vapor( genera vapor sobrecalentado 3a caldera genera vapor saturado
!) Dibuje un ciclo 9an'ine imple anali5ando cada uno de sus componentes básicos
;uente: $ermodinámica <engel =ta Edición iclos de potencia y vapor 7ág #=!
") Dibuje un ciclo 9an'ine con sobrecalentamiento y recalentamiento( remarcando la &unción de la caldera al lograr el sobrecalentamiento y el recalentamiento
• Ciclo Rankine con sobrecalentamiento
• Ciclo Rankine con recalentamiento
El área sombreada en este
diagrama( representa el aumento en la entrada de calor De este modo( tanto el trabajo neto( como la entrada de calor aumentan( como resultado del
sobrecalentamiento del vapor a una temperatura más alta in embargo el e&ecto total es un incremento en la e&iciencia t,rmica( por0ue aumenta la
temperatura promedio a la cual se aade calor
#) >nvestigue el tipo de tratamiento 0ue tiene el agua antes de ser introducida a la caldera
7ara el tratamiento de agua en las calderas se siguen algunos parámetros 0ue se muestran a continuación Estos parámetros involucran la calidad del agua en las calderas
•
p4'
El p? representa las características ácidas o alcalinas del agua( por lo0ue su control es esencial para prevenir problemas de corrosión bajo p?) y depósitos alto p?)
• @
Dre-'
3a dure5a del agua cuanti&ica principalmente la cantidad deiones de calcio y magnesio presentes en el agua( los 0ue &avorecen la &ormación de depósitos e incrustaciones di&íciles de remover sobre las super&icies de trans&erencia de calor de una caldera
• @
O+e%o'
El o.ígeno presente en el agua &avorece la corrosión de loscomponentes metálicos de una caldera 3a presión y temperatura aumentan la velocidad con 0ue se produce la corrosión
•
4ierro < &o8re
El 6ierro y el cobre &orman depósitos 0ue deterioran latrans&erencia de calor e pueden utili5ar &iltros para remover estas sustancias
• @
Di.ido de &r8o%o'
El dió.ido de carbono( al igual 0ue el o.ígeno(&avorecen la corrosión Este tipo de corrosión se mani&iesta en &orma de ranuras y no de tub,rculos como los resultantes de la corrosión por o.ígeno
• @
A&ei$e'
El aceite &avorece la &ormación de espuma y como consecuenciel arrastre al vapor
• @
Fo!>$o
El &os&ato se utili5a para controlar el p? y dar protección contrala dure5a
• @
S."ido! di!e"$o!
3os sólidos diosueltos la cantidad de sólidos• @
S."ido! e% !!pe%!i.%
3os sólidos en suspensión representan lacantidad de sólidos impure5as) presentes en suspensión no disueltas) en el agua
• @
Se&e!$r%$e! de o+e%o'
3os secuestrantes de o.ígenocorresponden a productos 0uímicos sul&itos( 6idra5ina( 6idro0uinona( etc) utili5ados para remover el o.ígeno residual del agua
• @
S"i&e
3a sílice presente en el agua de alimentación puede &ormarincrustaciones duras silicatos) o de muy baja conductividad t,rmica silicatos de calcio y magnesio)
•
A"&"i%idd
9epresenta la cantidad de carbonatos( bicarbonatos(6idró.idos y silicatos o &os&atos en el agua 3a alcalinidad del agua de alimentación es importante( ya 0ue( representa una &uente potencial de depósitos
•
Co%d&$i5idd'
3a conductividad del agua permite controlar la cantidadde sales iones) disueltas en el agua
onociendo estos materiales y su relación con la calidad de agua en las
calderas podemos observar los e0uipos de tratamiento de agua ( en donde se evita 0ue los niveles de estos materiales en el agua ( no sobrepasen las normas de prevención
A8"%ddore! :
3a &unción de los ablandadores es eliminar los iones de a y g( 0ue con&orman la dure5a del agua y &avorecen la &ormación deincrustaciones en una caldera El principio de &uncionamiento de estos e0uipos se basa en un proceso llamado Bintercambio iónicoC( 0ue consiste en la
sustitución de estos iones por sodio a) para obtener agua para ser utili5ada en calderas
De!+!i>i&dor:
3a &unción de un desgasi&icador en una planta t,rmica es eliminar el o.ígeno y dió.ido de carbono disuelto en el agua de alimentación de las calderas para prevenir problemas de corrosión o BpittingCProd&$o! i&o! Tr$ie%$o :
3os productos 0uímicos utili5ados generalmente en calderas son los secuestrantes de o.ígeno( dispersantes( anti%incrustantes( protectores y neutrali5antes para las líneas de retorno de condensado 3a dosi&icación de los productos 0uímicos debe ser reali5ada al estan0ue de almacenamiento de agua( en el caso de los secuestrantes de o.ígeno( 0ue son más e&ectivos mientras mayor es su tiempo de residencia en el agua antes de llegar a la caldera y a la línea de alimentación de agua en el caso de los dispersantes( anti%incrustantes y tratamiento para las líneas de retorno de condensado=) >nvestigue # aplicaciones de las calderas( 6aciendo una resea de cada aplicación
El vapor de agua generado por una caldera tiene las siguientes aplicaciones Dependiendo de su temperatura( presión y caudal) :
• alentamiento de ma0uinaria y e0uipos del proceso
• 8eneración de &uer5a motri5 mecánica( por má0uinas de vapor • 8eneración de &uer5a motri5 mecánica por turbinas
• 8eneración de energía el,ctrica por turbinas A trav,s de un ciclo 9an'ie y
la caldera es un recurso &undamental en las centrales termoel,ctricas
• Esterili5ación tindari5ación): era com4n encontrar calderas en los
6ospitales( las cuales generaban vapor para esterili5ar el instrumental m,dicoF tambi,n en los comedores( con capacidad industrial( se genera vapor para esterili5ar los cubiertos( así como para elaborar alimentos en marmitas antes se creyó 0ue esta era una t,cnica de esterili5ación) G) *uáles son las bombas 0ue se usan para alimentar de agua calderas y
generadores de vapor- *uál es el tipo más usado-H) *+u, es una má0uina de
vapor-Es un motor de combustión e.terna 0ue trans&orma la energía t,rmica contenida en el vapor de agua en energía mecánica
El vapor de agua generado en una caldera cerrada produce la e.pansión del volumen de un cilindro( 0ue empuja a un pistón ediante un balancín( el movimiento de subida y bajada del pistón del cilindro se trans&orma en un
movimiento de rotación 0ue acciona( por ejemplo( las ruedas de una locomotora o el rotor de un generador el,ctrico
I) >ndi0ue si en los siguientes estados termodinámicos el agua se encuentra como lí0uido comprimido( como vapor 64medo o como vapor sobrecalentado
a) pJ " bar $ J 12#K omo vapor 64medo b) pJ !L bar $ J 2LLK omo vapor 64medo c) pJ 1# bar $ J "LLK Mapor sobrecalentado d) $ J #LL K 6 J !"#L Ngr Mapor sobrecalentado e) 7J 1# bar v J 2"L cm!gr omo vapor 64medo &) $ J 1#LK v J 1LL cm!gr omo lí0uido comprimido
1L) A 0u, presión trabaja una caldera de vapor de una planta termoel,ctrica convencional
3as presiones de operación en las calderas se 6an incrementado en &orma gradual a lo largo de los aos desde 2G 7a "LL psia) en 1II2( 6asta más de !L 7a "#LL psia) actualmente( generando el su&iciente vapor para producir una salida neta de potencial de 1LLL P
11) >nvestigar cómo trabaja una caldera acuotubular( realice un cro0uis para dar la e.plicación
7or dentro de tubos circula el agua y la me5cla de agua y vapor 7or &uera( generalmente en &lujo cru5ado( intercambian calor los 6umos productos de la combustión En este tipo de calderas además el 6ogar recinto donde se produce la combustión) está con&ormado por paredes de tubos de agua En ellas el
En este tipo de calderas es el agua o &luido t,rmico 0ue se pretende calentar( es la 0ue circula por el interior de los tubos 0ue con&orman la cámara de combustión y 0ue están inmersos entre los gases o llamas producidas por la combustión El vapor o agua caliente se genera dentro de estos tubos
E.isten dos tipos de agrupaciones de tubos( de subida y de bajada 0ue se comunican entre sí en dos domos
12) >nvestigar cómo trabaja una caldera pirotubular( realice un cro0uis para dar la e.plicación
3a caldera de vapor pirotubular generalmente tienen un 6ogar integral denominado caja de &uego) limitado por super&icies en&riadas por agua 3as 6ori5ontales con 6ogar integral se utili5an en instalaciones de cale&acción a baja presión Estas calderas( diseadas especialmente para el aprovec6amiento de gases de recuperación( presenta las siguientes características: El cuerpo de la caldera( está &ormado por un cuerpo cilíndrico de disposición 6ori5ontal( incorpora interiormente un pa0uete multitubular de transmisión de calor y una cámara
superior de &ormación y acumulación de vapor ;igura 1) 3a circulación de gases se reali5a desde una cámara &rontal dotada de brida de adaptación( 6asta la 5ona posterior donde termina su recorrido en otra cámara de salida de 6umos
1!) En un 6ogar domestico *E.istirá alg4n tipo de caldera- i es cierto e.pli0ue cuál es y su &uncionamiento
i ( e.isten calderas de uso dom,stico para la cale&acción y el a6orro de energía( estas calderas pueden ser calderas de condensación( de baja temperatura( de biomasa A continuación e.plicaremos el &uncionamiento de la primera
C"der de &o%de%!&i.% :
e denomina condensación al cambio de &ase de una sustancia gaseosa a estado lí0uido En este proceso se libera una cierta energía denominada calor latente Este calor latente liberado o energía es la 0ueaprovec6an las calderas Pol& 8Q para aumentar su rendimiento( y por tanto( el a6orro energ,tico
Al 0uemar el combustible( se genera una cantidad de vapor de agua altamente energ,tico En las calderas convencionales este vapor de agua se e.pulsa junto al resto de gases generados a una temperatura 0ue puede alcan5ar los 1HLR En el caso de las calderas de condensación( lo 0ue se pretende es bajar la temperatura de estos gases para 0ue condensen y así aprovec6ar el calor latente 0ue se
desprende Esto se consigue con una super&icie amplia de intercambio en la caldera y con una temperatura de retorno baja( menor a los #LR
3as calderas de condensación tienen un rendimiento del 11LS sobre el 7> %7oder alorí&ico >nterior( es decir( la cantidad de calor 0ue se puede producir a partir de un combustible% Este calor no comprende el calor latente de la condensación de los gases generados en la combustión Es ,sta la ra5ón por la 0ue las calderas de condensación tienen un rendimiento superior al 1LLS sobre el 7>
Estas calderas de condensación emiten menos gases contaminantes al medio ambiente( ayudando a disminuir la destrucción de la capa de o5ono y
contribuyendo a la conservación de nuestro medio ambiente 1") Dibuje un diagrama $%s( un ciclo 9an'ine con recalentamiento
1#) *+u, tipo de calor tenemos en estado de saturación-( justi&i0ue su respuesta alor latente ( ya 0ue para &undir un sólido o vapori5ar un lí0uido se re0uiere una gran cantidad de energía ( además de 0ue las magnitudes de los calores latentes dependen de la temperatura o presión en la 0ue sucede el cambio de &ase
1=) *+u, tipo de calor tenemos en estado de sobrecalentado-( justi&i0ue su respuesta
alor sensible( ya 0ue este calor aumenta la temperatura( pero sin a&ectar su estructura molecular( por lo tanto su estado
1G) *e llegara a presentar un estado de sublimación en las tablas de vapor-E.pli0ue
i sucede ( en una tabla se observa la presión y la temperatura juntas
1H) 3as propiedades termodinámicas del vapor de agua son: 7resión( temperatura volumen especí&ico( energía interna( entalpía( entropía De&ina cada una de ,stas
Pre!i.%
: Es una magnitud &ísica 0ue mide la proyección de la &uer5a en dirección perpendicular por unidad de super&icie( y sirve para caracteri5ar cómo se aplica una determinada &uer5a resultante sobre una líneaTeper$r
: agnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico( de&inida por el principio cero de la termodinámicao"e% e!pe&>i&o
: Es el volumen ocupado por unidad de masa de un material Energía interna: En un sistema intenta ser un re&lejo de la energía a escalamacroscópica
E%$"pi
: es una magnitud termodinámica( simboli5ada con la letra ? may4scula( cuya variación e.presa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico( es decir( la cantidad de energía 0ue un sistema intercambia con su entornoL e%$rop
: es una magnitud &ísica 0ue( mediante cálculo( permite determinar la parte de la energía 0ue no puede utili5arse para producir trabajo Es una &unción de estado de carácter e.tensivo y su valor( en un sistema aislado( crece en el transcurso de un proceso 0ue se d, de &orma natural1I) *+u, es el vapor saturado y el lí0uido
saturado-•
Li9ido !$rdo
: /n lí0uido 0ue esta a punto de evaporarse se llamalí0uido saturado
•
por !$rdo
: /n vapor 0ue está a punto de condensarse (considerando un cilindro%,mbolo ( se llama vapor saturado Observe la &igura
2L) *+u, es el punto triple y el punto crítico- *+u, ocurre &ísicamente en esos
puntos-El punto triple es a0uel en el cual coe.isten en e0uilibrio el estado sólido( el estado lí0uido y el estado gaseoso de una sustancia e de&ine con una temperatura y una presión de vapor
/n punto crítico es a0uel límite para el cual el volumen de un lí0uido es igual al de una masa igual de vapor o( dic6o de otro modo( en el cual las densidades del lí0uido y del vapor son iguales
Fe%$e!
6ttp:recursosticeducacionessecundariaedad2esobiologia20uincena!20!Tcontenidos T2c6tm 6ttp:UUUmonogra&iascomtrabajosIGcalderos%tiposcalderos%tiposs6tml 6ttp:UUUmonogra&iascomtrabajosI!descripcion%del%&uncionamiento%generador% vapordescripcion%del%&uncionamiento%generador%vapors6tml 6ttp:esUi'ipediaorgUi'ialderaTmS!SA10uina) 6ttps:UUUyoutubecomUatc6-vJ;sHVjPQUl?Articulo t,cnico: $ratamiento de agua para calderas Arnul&o Oel'er Qe6n 6ttp:UUUsoliclimaescalderas%de%condensacion
