Calidad De Un Vapor Humedo Presentacion De Proyecto De Proc..docx

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACULTAD DE TECNOLOGÍA QUÍMICA INDUSTRIAL

LABORATORIO DE PROCESOS II “ DETERMINACION DE LA CALIDAD DE UN VAPOR HUMEDO ”

ESTUDIANTE: UNIV. LIZET ROMUALDA TINCUTA MAMANI DOCENTE: ING. CESAR RUIZ ORTIS La Paz – Bolivia

UMSA

FACULTAD DE TECNOLOGIA

QUIMICA INDUSTRIAL

DETERMINACION DE LA CALIDAD DE UN VAPOR HUMEDO

1. OBJETIVO 

Determinar de la calidad de vapor húmedo por medio de un calorímetro casero de doble pared.

2. FUNDAMENTO TEORICO Se entiende por vapor saturado el vapor en contacto con el líquido que lo produce. El estado de un vapor saturado y por consiguiente, sus magnitudes específicas, pueden fijarse con sólo fijar su presión o su temperatura. En un vapor saturado, las magnitudes de estado que nos interesan son: entalpía, energía interna, entropía, calor latente, volumen específico, temperatura y presión. Todas estas características se hallan tabuladas en Tablas de vapor de agua saturado. Basta conocer una de estas magnitudes para obtener inmediatamente todas las demás. Las bases teóricas para el cálculo de estas cifras en función de T son: Entalpía: el Primer principio de la Termodinámica establece para una transformación reversible que: dQ = dU + p.dV para la misma transformación tendremos: dH = dU + p.dV + V.dp A presión constante será: dH = dU + p.dV = dQ siendo Dh la variación de entalpía, magnitud de estado que, de acuerdo con lo indicado, se mide por la variación del contenido calorífico, experimentada por un sistema que evoluciona reversible e isobáricamente. Si consideramos 0ºC como origen de temperatura y nos referimos a 1Kg de agua, tendremos que la entalpía a 0ºC valdrá: H0 = U0 + J.p.v0 J es el equivalente mecánico del calor (1Kcal/427 Kp.m1); U0 = energía interna a 0ºC (=0 por convección) y v0 = volumen específico del agua líquida a 0ºC, o sea, 0,001 m3 .Kg-1 aproximadamente. Por tanto podemos escribir que: H0 = J.p.v0 Si el agua líquida se calienta isobáricamente, se produce un aumento de temperatura y una dilatación, a expensas del calor recibido: H' = LABORATORIO DE PROCESOS II

2

UMSA

FACULTAD DE TECNOLOGIA

QUIMICA INDUSTRIAL

H0 + c.t = c.t + J.p.v0 Puesto que el término J.p.v0 es mucho menor que c.t, resulta que aproximadamente H' = c.t, donde c es el calor específico del agua líquida y t es la temperatura. La entalpía del vapor será la del agua líquida a la temperatura de ebullición (100ºC y 1 atm) más el calor latente de cambio de estado λ que hemos debido proporcionar al agua para convertirla de agua a 100ºC a vapor a 100ºC (puesto que la ebullición de verifica a t=cte) H'' (entalpía vapor sat.) = H' (entalpía agua liq.) + λ H'' = H' + λ = c.t + λ λ = H'' + H' Volumen específico: Es el volumen en m3 ocupado por 1 Kg de líquido o de vapor. En el caso de los vapores, su valor puede determinarse, por la ecuación general de los gases. Vapor Húmedo: El vapor producido en una caldera se conduce al punto de utilización por medio de tuberías. Siempre existe una pérdida de calor en las tuberías y este enfriamiento provoca una condensación parcial del vapor saturado, la cual tiene lugar en forma de niebla que es arrastrada por el vapor. 1 Kg de vapor saturado no será casi nunca 1 Kg de vapor, sino x Kg de vapor y (1x) Kg de agua líquida a la temperatura del vapor. Este vapor se dice que es vapor húmedo y su título es x. Proceso isobaro de calentamiento de un líquido La producción de vapor tiene lugar en un calderin donde se calienta agua a presión (atmosférica) constante.

LABORATORIO DE PROCESOS II

3

UMSA

FACULTAD DE TECNOLOGIA

QUIMICA INDUSTRIAL

Al principio, la temperatura aumenta considerablemente mientras que su volumen específico apenas varía. Cuando la temperatura alcanza los 100ºC se empieza a formar vapor a temperatura constante. El inicio de la vaporización se denomina líquido saturado; el final, vapor saturado. Entre esos dos estados se produce la vaporización: el fluido está formado por dos fases, vapor y líquido y se denomina vapor húmedo. El fluido con una temperatura menor que la de vaporización es un líquido sub enfriado; el vapor con temperatura mayor que la de vaporización es un vapor sobrecalentado. En el intervalo en el que hay dos fases, la temperatura se mantiene constante. Por tanto, hay dos discontinuidades en la pendiente, que coinciden con el inicio y el final del cambio de fase. A presiones elevadas, se reduce la diferencia entre el volumen del líquido saturado y el del vapor saturado; las dos curvas se unen en el punto crítico. Por encima de la presión crítica, el paso de líquido a vapor se verifica de modo continuo, sin

LABORATORIO DE PROCESOS II

4

UMSA

FACULTAD DE TECNOLOGIA

QUIMICA INDUSTRIAL

aparición de superficies de separación entre las dos fases. En el caso del agua, las coordenadas críticas son: Pc =22,12 MPaT c =374.15 ° C

El título de un vapor húmedo es la proporción de la masa de vapor saturado entre la masa total. Siendo la masa total la suma de la masa de vapor saturado más la masa de líquido. masatotal =masa vapor saturado +masaliquido mT =mvs +ml (1)

X=

masa vapor saturado mvs = (2) masa total mT

Al introducir vapor de agua a 100°C en el calorímetro que contiene agua fría, se cumple el principio cero de la termodinámica: “Si dos o más cuerpos permanecen en contacto durante un tiempo, al final, el sistema alcanza una temperatura de equilibrio”. Por lo tanto, en nuestro experimento, el vapor de agua va a ceder calor al agua fría que lo va a coger, para igualar sus temperaturas. El agitador hace que la temperatura sea homogénea en toda la mezcla y se alcance esa temperatura de equilibrio más rápido. Por lo tanto, se obtiene la siguiente ecuación:

Calor cedido por el vapor húmedo:

Q=H inicial −H final =¿ LABORATORIO DE PROCESOS II

5

UMSA

FACULTAD DE TECNOLOGIA

QUIMICA INDUSTRIAL

Q=( H vs + H l )−H l ´ =mvs hvs +ml hl−mT h l´ (3)

Despejando

mvs

mvs =X mT (4 )

de la ecuación ml=mT −mvs

(1)

y despejando

ml

de la ecuación (2)

(5)

Remplazando (4) y (5) en la ecuación (3) Q=( H vs + H l )−H l ´ =¿ m (¿ ¿ T −mvs )hl−m T × hl ´ ¿ X mT hvs + ¿ m (¿ ¿ T −X mT ) hl−mT × hl ´ ¿ X mT hvs + ¿ Finalmente tenemos 1−X ¿m ¿ Q= XmT × hvs +¿

Calor absorbido por el calorímetro (con agua fría):

LABORATORIO DE PROCESOS II

6

UMSA

FACULTAD DE TECNOLOGIA

QUIMICA INDUSTRIAL

t ¿2−t 1×(¿ 1 )=(m 1+ K )(t 2−t 1)(7) Q=1× m1 ( t 2−t 1) + ¿

Igualando las ecuaciones (6) y (7) y despejando la calidad del vapor:

X=

( m1 + K ) ( t 2−t 1) +(m2−m1 )(hf ´ −hf ) ( m2−m1 )(h vs−h f )

(8)

Donde: m1=masa inicial de agua

t 1 =temperaturainicial delagua m2=masa final delliquido en el calorimetro

t 2 =temperatura final del agua hvs =entalpia especifica del vapor saturado

hf =entalpia especifica del agualiquida hf ´ =entalpia del agualiquida ala temperatura final (t 2)

Sabemos que: K=masacalorimetro × calor especifico=mc ×C e =¿

K=mc ×0.212 cal/ g °C 3. PARTE EXPERIMENTAL Equipos

LABORATORIO DE PROCESOS II

7

UMSA

FACULTAD DE TECNOLOGIA



Calderín para producir el vapor ( Patm=constante ¿



Calorímetro adiabático de doble pared



Termómetro



Cronómetro

QUIMICA INDUSTRIAL

 Tablas de las propiedades termodinámicas del agua saturada Sustancias  Agua potable

4. DIAGRAMA DE FLUJO

5. PROCEDIMIENTO Pesar el calorímetro para obtener

mc y

calcular el equivalente en agua del

calorímetro (K). Llenar el calorímetro hasta sus dos terceras partes con agua fría y pesar para obtener

m1 , y asi poder calcular la masa de agua por diferencia de pesadas.

Medir la temperatura del agua

t1 .

LABORATORIO DE PROCESOS II

8

UMSA

FACULTAD DE TECNOLOGIA

Realizaremos

las

mediciones

Patm =492.79 mmHg=0.065 MPa

a

QUIMICA INDUSTRIAL

presión

constante

y a temperatura ambiente.

Calentar el calderín, para que el agua que contiene llegue a la temperatura de ebullición. Conducimos el vapor resultante por un tubo de goma hasta introducirlo dentro del agua del calorímetro. Registrar las temperaturas cada 20 segundos desde la temperatura inicial hasta la temperatura final. Una vez alcanzada la temperatura final ( t 2 ), se retira la manguera y se pesa de nuevo el calorímetro obteniendo así la

m2

. Una vez tomado el peso del

calorímetro con agua caliente, se resta la masa inicial del calorímetro y se obtiene la masa de agua caliente.

6. CALCULOS Y RESULTADOS mc =252.0 g m1=481.9 g

t 1 =10° C m2=503.9 g

t 2 =22° C 6.1.

Determinación de las entalpias

A una t 1 =10° C

por tablas tenemos

LABORATORIO DE PROCESOS II

9

UMSA

FACULTAD DE TECNOLOGIA

QUIMICA INDUSTRIAL

h ´=hf =42.01 kj/kg 10

A una t 2 =22° C

por tablas tenemos Interpolando:

h f −83.96 22−20 = 104.89−83.96 25−20 22° C

hf

22° C

hf

22° C

=

22−20 ( 104.89−83.96 ) +83.96 25−20

=92.33 kj/kg

LABORATORIO DE PROCESOS II

1 0

UMSA

FACULTAD DE TECNOLOGIA

QUIMICA INDUSTRIAL

Interpolando:

hg −2538.1 22−20 = 2547.2−2538.1 25−20 22° C

hg = 22° C

22−20 ( 2547.2−2538.1 )+2538.1 25−20

h g =2541.7 kj/kg 22° C

6.2.

Calcular masas

6.2.1. Calcular la masa del agua en el calorímetro magua=m2 −m1=503.9 g−481.9 g=22 g=0.022 kg

6.2.2. Calcular la masa final mfinal=magua + mc =22.0 g+503.9 g=525.9 g=0.5259 kg 22 °

6.2.3. Calcular la masa de vapor mc =mvs−mc =¿ 22°

por tanto despejando mv =503.9−252.0=251.9 g=0.2519 kg

m v =0.2519 kg LABORATORIO DE PROCESOS II

1 1

UMSA

FACULTAD DE TECNOLOGIA

QUIMICA INDUSTRIAL

Patm =492.79 mmHg

t amb =17 °C Calculemos K: K=

mc × Ce(aluminio ) 0.252kg × 0.217 kcal/kg ° C = =0.05468 Ce (H O ) 1 kcal/kg ° C 2

Calculemos la calidad

m1−mc + K ( t 2−t 1 ) + ( h f −h f m2−m1 X= h g−hf

(

)

10

22° C

)

22 ° C

0.4819−0.252+0.03689 ) ( 22−10 )+(42.01−92.33) 0.5039−0.4819 X= 2541.7−92.33 (

X =0.0389 6.3. Graficar temperatura vs tiempo Los valores medidos de temperatura y tiempo para trazar la gráfica son:

Temperatura (°C) 10

Tiempo (s) 0

11.5

20

14.5

40

16.8

60

19.0

80

21.5

100 LABORATORIO DE PROCESOS II

1 2

UMSA

FACULTAD DE TECNOLOGIA

23.8

7.

QUIMICA INDUSTRIAL

120

CONCLUCIONES

Al obtener la X =0.0389, nos indica que el vapor que sale del calderín contiene poca masa de vapor del total. Por lo tanto, se trata de un vapor bastante seco, con poca agua líquida. En los procesos termodinámicos se buscan vapores lo más secos posibles, con su título lo más próximo al 1. El resultado concuerda con la teoría ya que 0 < x < 1. 8.

RECOMENDACIONES

LABORATORIO DE PROCESOS II

1 3

UMSA

FACULTAD DE TECNOLOGIA

QUIMICA INDUSTRIAL

Para obtener una buena calidad de vapor se debe evitar fugas en el calderin en la mangera y en el calorímetro 9.

BIBLIOGRAFIA

http://www.meteosort.com/meteosort/cas/q_d_2.htm http://www.meteored.com/ram/numero4/pdf/tablas.pdf

LABORATORIO DE PROCESOS II PROYECTO DE LABORATORIO DETERMINACION DE LA CALIDAD DE VAPOR HUMEDO PORMEDIO DE UN CALORIMETRO CASERO DE DOS PAREDES

LABORATORIO DE PROCESOS II

1 4

UMSA

FACULTAD DE TECNOLOGIA

QUIMICA INDUSTRIAL

ESTUDIANTE: Univ. ANAHI INGRITH GONZALES ZELAYA Fecha: octubre de 2018

La Paz – Bolivia

LABORATORIO DE PROCESOS II

1 5