guia laboratorio

UNIVERSIDAD DEL BO-BODEPARTAMENTO DE INGENIERA MECNICA

AREA DE TERMOFLUIDOS

Asignatura: Termodinmica 440035 Gua de Laboratorios

Semestre I 2015

Gua de LaboratoriosTermodinmica

440035

I Semestre 2015

rea de Termofluidoswww.dimec.ubiobio.cl/termofluidoswww.ubiobio.cl Rev. 1.0

Pgina_1 Laboratorios_Termofluidos_2015




Semestre I 2015

PrefacioEl laboratorio de Termodinmica 440035, complementa la experiencia de aprendizaje para la teora. Los ejercicios de laboratorio permiten la oportunidad del estudio directo del comportamiento de variables en procesos termodinmicos como presin y temperatura adems propiedades como densidad, viscosidad, etc. de las sustancias de trabajo (agua, aire, combustibles, lubricantes). Algunos de los experimentos exponen algunos elementos o material no presentado explcitamente en teora, pero usted puede realizar la respectiva unin de estos elementos.Utilice el laboratorio como una oportunidad de enriquecer su conocimiento en mediciones bsicas y propiedades de sustancias.

Los siguientes Objetivos de Aprendizaje para el laboratorio lo guiarn en tomar un rol activo en su educacin.

1.- Familiarizacin con el comportamiento real en procesos termodinmicos tales como compresin, flujos de calor, sistemas bifsicos (lquido-gas), etc. Adems de aprender a operar el equipamiento de laboratorio con propiedad y de manera segura.

2.- Desarrollar y reforzar la capacidad de lectura en instrumentacin . Lectura de manmetros, medidores de temperatura, densidad, dinammetros, balanzas, etc. Medir eventos en unidades de tiempo cronometrados. Deber adems ser capaz de medir cantidades con el mximo de precisin utilizando los instrumentos provistos en el laboratorio.

3.- Desarrollar y reforzar la capacidad de observacin y documentacin.Debe desarrollar buenos hbitos en la organizacin y recoleccin de datos en terreno usando un cuaderno o block de notas y tener la precaucin con esos datos pues sern analizados despus de realizado el ensayo. Deber hacer un bosquejo de cada uno de los equipos fsicos usados en cada experimento. Poner principal atencin en la mecnica especfica y los detalles operacionales que permitan al equipo funcionar de la manera para la que fue diseado. Debe ser capaz de listar y describir los pasos usados para obtener las mediciones necesarias. Debe ser capaz de identificar cualquier accin que permita un correcto funcionamiento del equipo y correctos resultados del experimento. De la misma forma debe ser capaz de identificar cualquier accin que contribuya a resultados no deseados o que impliquen errores.

4.- Desarrollar habilidades para presentar un informe escrito.Usted crear informes para documentar su trabajo en el laboratorio. Usted debe usar escritura formal comnmente usada en documentacin tcnica en ingeniera. Su informe debe ser completo y conciso. Para desarrollar el informe , debe desarrollar un claro conocimiento del experimento de laboratorio y comunicar ese conocimiento en el docuemento escrito.





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NORMATIVA DE LABORATORIO DE TERMOFLUIDOS

Las sesiones de laboratorio comenzarn con un Test de Entrada correspondiente a la experiencia a realizar. Al finalizar deber entregar el Informe de la experiencia segn la Pauta de Informe entregada por el profesor.

I ASISTENCIA Las sesiones se realizarn segn calendarizacin en Plataforma ADECCA. El porcentaje de asistencia al laboratorio es del 100%. No se aceptarn alumnos o alumnas atrasados (as) una vez iniciada la experiencia y ste no es motivo de

recuperacin. En el caso que llegue una vez iniciado el TEST, tendr Nota 1 (uno) en l. La asistencia al Test de Ciclo es OBLIGATORIA, se asume como otra experiencia. Si la alumna o alumno falta a una experiencia:

a) Slo podr recuperarla, si existe CAUSAL DEBIDAMENTE JUSTIFICADA. Toda recuperacin se realizar a fin de semestre.

b) Debe presentar Solicitud de Recuperacin, como cualquier evaluacin.c) Autorizada la recuperacin, el profesor definir da, hora y sala.

II OBLIGACIONES DEL ALUMNO O ALUMNA Estudiar y analizar previamente la experiencia en la Gua de Laboratorio. Antes de ingresar a Laboratorio se debe Apagar el Telfono Celular. Manejar un cuaderno personal, donde pueda llevar ordenadamente apuntes acerca de las experiencias realizadas y

las propuestas. Lpiz, calculadora, reglas y otras herramientas son de uso Personal. Vestir adecuadamente, usar zapatos cmodos. Evitar uso de gorros, sombreros, bufandas, alhajas, aretes o pulseras. Es obligatorio el uso de Guardapolvo o Delantal. Las experiencias contienen dos o ms actividades propuestas, en algunas se realizarn una o ms actividades,

quedando como su obligacin desarrollar las dems. Disponer de papel Milimetrado, Semilog, Log-Log, cuando corresponda. Revisar su Informe cuando el profesor le indique. Es responsabilidad del Alumno (a) verificar peridicamente sus calificaciones.

III EVALUACINLa nota final de laboratorio se obtendr de acuerdo a las siguientes ponderaciones:

Promedio Test de Entrada: 15%Promedio Informes: 40%Test de Ciclo: 45%

El Test de Ciclo incluye una o dos de las experiencias realizadas durante el semestre. Las experiencias sern fijadas por el profesor.

No existe nota mnima de aprobacin.

Recorte AquNOTA: (Entregue esta colilla al Auxiliar de Laboratorio)

Declaro conocer la Normativa de LaboratorioNombre Alumno/a:_______________________________________________________________

Cdigo Asignatura._______________________ Fecha:__________________

Firma: __________________________





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Contenidos

1 Medicin de Temperaturas 52 Medicin de Presin 103 Equivalente Mecnico del Calor 184 Medicin de Densidad 235 Ttulo del Vapor 276 Tablas y grficos 357 Anexo A: Informe Laboratorio 38





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Experimento 1

1.- OBJETIVO

Cuantificar el flujo de calor sensible durante un ensayo de Medicin de Temperaturas. Comparar y analizar la Potencia suministrada para producir dicho flujo de calor sensible.

2.- PRINCIPIOS TERICOS

2.1.- Temperatura

Temperatura es una caracterstica del estado trmico de un cuerpo o sustancia referida a su capacidad de comunicar calor a otros cuerpos. Si es absoluta se mide en Kelvin o grados Rankine y si es relativa en grados Celcius o Fahrenheit respectivamente.

Escala Fahrenheit:- Absoluta: Grados Rankine (R)- Relativa : Grados Fahrenheit (F)

R = F+ 460 ; en rigor: R = F + 459.69

Escala Centgrada (Celcius):- Absoluta: Kelvine (K)- Relativa: Grados Celcius (C)

K = C + 273 ; en rigor : K =C + 273.16

Relacin escalas Centgrada y Fahrenheit:

C = 5/9 (F - 32)

Para la medicin de temperaturas se aprovecha la dilatacin producida en el material o sustancia considerada, por efecto del estado terico del cuerpo medido esencialmente.


Medicin de Temperaturas




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2.2.- Flujo de calor sensible

Definiremos flujo de calor sensible como la cantidad de calor que absorbe o rechaza el sistema o sustancia en un cierto intervalo de tiempo. Para la medicin de este flujo de calor sensible, es necesario medir cada cierto intervalo de tiempo la temperatura del sistema o la sustancia.

3.- DESCRIPCIN DEL EQUIPOEl equipo se compone de un vaso precipitado que contiene agua lquida, el vaso se

ubica sobre un trpode y una rejilla metlica con base cermica, es calentado con llama directa de un mechero Bunsen. Para la medicin de temperatura se dispone de un termmetro de columna lquida ubicado en un soporte universal. El flujo volumtrico de gas, se mide con un medidor de flujo volumtrico ubicado sobre el mesn N2.

4.- PROCEDIMIENTO

Para la determinacin del Flujo de Calor

Leer la escala en el recipiente y definir la masa de agua contenida. Medir y definir la temperatura de inicio del ensayo Poner en cero 0 el cronmetro y comenzar a tomar el tiempo. Cumplidos 1 (un) minuto, se obtiene una medicin de temperatura. Se repite este procedimiento hasta cumplir los 10 minutos de ensayo y/o completar

la Tabla de Datos.

Para la determinacin de la Potencia Suministrada

Utilizando un medidor de volumtrico de gas, mida el volumen de gas consumido durante el ensayo.

Ubique un punto de referencia en la escala circular . Una revolucin implica 5 litros de gas 0,1 pie3 de gas (Depender del instrumento durante el ensayo). Tome el tiempo que demora en consumir ese volumen de gas el mechero Bunsen.





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5.- RESULTADOS

5.1.- Flujo total de calor durante el ensayo5.2.- Compare los resultados entre el Flujo de Calor y la Potencia Suministrada.5.3.- Que relacin existe entre estos resultados obtenidos en 5.1 y 5.2?5.4.- Cuales son las posibles causas de las diferencias presentes en el ensayo?5.5.- Grafique una curva Temperatura v/s Tiempo (en la hoja de informe).5.6.- Que representa dicha curva?

6.- FRMULAS

6.1.- Flujo de calor

Donde: Q : Flujo de calor [W ]m : Masa de agua en el contenedor [Kg ]Cp : Calor especficodel agua 4186 [ JKg K ] T : Variacin de temperatura del agua en el contenedor [K ]t : Tiempo deensayo [s ]

6.2.- Potencia Suministrada

Donde:P : Potencia suministrada [W ]

V gas : Flujo volumtricode gas [m3

s]

PCS : Poder calorfico superior [kJm3

]


Q =m Cp T

t

P = V gas PCS




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6.3.- Volumen de gas

6.4.- Flujo Volmtrico de gas

6.5.- PCS gas

7.- TABLA DE MEDICIONES

Medicin T (C) Tiempo (s)

1 0

2 60

3 120

4 180

5 240

6 300

7 360

8 420

9 480

10 540


V gas = Litros pie3

1000Litros = 1 m3

35,31 pie3 = 1 m3

1 kcal = 4186 J

1000 kcal = 1 Mcal

V gas =V gas

Tiempo




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Datos :

PCSgas licuado: 22.4 (Mcal/m3)

Densidad del agua : 1000 (kg/ m3 ) Volmen de Agua : (cm3)





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Experimento 2

1. - OBJETIVOS

Realizar la calibracin de un Manmetro de Bourdn utilizando un Calibrador de Peso Muerto. Construir una grfica Presin Terica v/s Presin Indicada, utilizando un mtodo de ajuste lineal (Regresin lineal).


La calibracin de presin es uno de los mas comunes tipos de calibracin realizados en laboratorios y aplicaciones industriales. El equipo es relativamente simple de utilizar y barato en relacin a otros equipos sofisticados.

La presin es una unidad derivada de las unidades fundamentales de longitud (l), masa (m), y tiempo (t). Sabemos que la fuerza se define como una masa (m), bajo una aceleracin (l/t2) y el rea como (l2).

2.1. Presin

Se define la presin como la fuerza aplicada sobre una unidad de superficie.

Smbolo en Sistema Internacional

2.2. Calibrador de Peso Muerto

Los Calibradores de Peso Muerto son el tipo de calibrador de presin mas apliamente utilizado, existe una gran variedad de tipos, con diferentes fluidos, rangos y unidades de presin. El tpico Calibrador consiste en una cmara llena de fluido y un mbolo que se desplaza dentro de esta cmara de forma manual, por medio de un vstago roscado o


P = Fuerzarea

Pa = Nm2

CALIBRACIN DE MANMETRO POR PESO MUERTO.




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algn tipo de fuerza externa.

2.3. Fuentes de error en la calibracin

Si no se adopta precauciones, el fluido escapa o se filtra por no cerrar bien la vlvula de salida.

El equipamiento debe ser manipulado con Confianza y Propiedad, no es necesario una presin excesiva sobre el mbolo.

Correcta definicin de pesos para cada medicin, verifique y ponga en la balanza cada uno de los pesos.

Lectura clara en el Manmetro de Bourdn a calibrar, verifique escala, rango y precisin del instrumento.





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3. - DESCRIPCIN DEL EQUIPO

Se emplea un Calibrador de Peso Muerto, equipo consistente en un mini-banco de pruebas y sus respectivos Pesos Calibrados.

Componentes: Cmara cilndrica vertical, conectada por medio de un conducto a una base

soportante del Manmetro a ensayar, ademas presenta un ducto de rebalse. Vstago cilndrico calibrado, calza perfectamente en la cmara vertical. Sobre este

vstago se disponen cada uno de los pesos calibrados. Pesos calibres. Balanza digital. Probeta con fluido para el ensayo.

Fig. 1

Banco de pruebas4. - PROCEDIMIENTO

Verificar la existencia y correcta disposicin de todos elementos descritos en el punto 3.- Descripcin del equipo.

Verificar el funcionamiento de la balanza digital.


Banco de Ensayo

Pesos Calibrados

Manmetro

Cmara cilndrica vertical

Vstago cilndrico

Vlvula




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Pesar el Vstago cilndrico. Pesar cada uno de los Pesos Calibre. Ordenar sobre el mesn de ensayo. Abrir la vlvula ubicada a la derecha del equipo (nica vlvula existente) y retirar

el fluido existente en la lnea. Siempre se presentarn gotas adheridas en las paredes del conducto, sto es normal.

Ubicar los conductos de desage dentro del Banco de Pruebas. Con la vlvula abierta, rellene lentamente con fluido la Cmara Vertical, cuando

observe que el fluido escurre por el ducto de desage ( zona de la vlvula ) cierre la vlvula. El fluido deber salir por el rebalse superior.

Nivele por medio del ducto de rebalse. Controle bien el llenado, en caso de ocurrir un derrame, por favor use papel

secante. Ubique con Propiedad el vstago cilndrico, dentro de la Cmara vertical, use

papel secante para retirar el exceso de lquido. Observe el movimiento en la Aguja del manmetro. Apunte esto en su

cuaderno de notas. Verfique que por efecto del Vstago y su propio peso, la Presin Indicada en el Manmetro es la correcta.

Ubique en forma secuencial, cada uno de los Pesos Calibre, segn orden establecido por usted y/o grupo de trabajo.

Tome nota de cada uno de los fenmenos observados.

El peso de cada Calibre, debe ser medido con la mayor exactitud posible. Puede hacer una pequea marca con lpiz grafito o numerar

los Calibres. Una vez terminada la experiencia debe limpiar la superficie y todos los elementos utilizados.

5.- RESULTADOS Procesar los datos y realizar una calibracin lineal (Regresin Lineal).

Confeccionar curva de calibracin para el Manmetro (Presin Terica v/s Presin Indicada).

Analizar datos, grficos, presentar clculos en forma clara y una pequea conclusin sobre la experiencia realizada..

Desarrollar algn tema sugerido por el profesor.





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6.- TABLAS DE DATOS

Tabla N1 Tabla N2

Pesos Calibres Peso ( ) Vstago Vertical

1 Peso ( )

2 Dimetro (mm) 18

3

4

5


Tabla N3

Pesos Calibres Presin Indicada ( Pa)

Calibre #1

Calibres #1 y #2

Calibres #1 ,#2, #3

Calibres #1 ,#2, #3 y #4

Calibres #1 ,#2, #3, #4 y #5





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8.- TABLA DE RESULTADOS

Tabla N4Presin Terica

( )Presin Indicada

( ) % Error

9.- FRMULAS

rea Circular:

Presin

Error porcentual


Acrculo=D2

4

Presin = FA

Error porcentual = PresinTericaPresin IndicadaPresinTerica 100




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10.- ANEXORegresin Lineal

Se representa en un grfico los pares de valores de una distribucin bidimensional: la variable x en el eje horizontal o abcisa y la variable y en el eje vertical u ordenada. Vemos que la nube de puntos sigue una tendencia lineal:

El coeficiente de correlacin lineal nos permite determinar si, efectivamente , existe relacin entre las dos variables. Una vez que se concluye que s existe relacin, la regresin nos permite determinar la recta que mejor se ajusta a esa nube de puntos.

Una recta se define por la siguiente frmula:

Donde y sera la variable dependiente, es decir, aquella que se define a partir de la otra variable x (variable independiente). Para definir la recta hay que determinar los valores de los parmetros a y b:

El parmetro a es el valor que toma la variable dependiente y cuando la variable independiente x vale 0 (cero), y es el punto donde la recta cruza al eje vertical.

El parmetro b determina la pendiente de la recta, su grado de inclinacin.

La regresin lineal nos permite calcular el valor de estos dos parmetros, definiendo la recta que mejor se ajusta a esta nube de puntos.


y = abx




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El parmetro b se determina por la siguiente frmula:

El parmetro a se determina por:


b = x ix yiy xix 2

a = ybx




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Experimento 3

1.- OBJETIVOS

Determinar en forma experimental el Equivalente mecnico del calor.


La ley de la Conservacin de la Energa establece que en los fenmenos de la naturaleza, la energa no puede crearse ni destruirse, slo hay intercambios y/o transformaciones de sta.

El calor y el trabajo son mutuamente convertibles entre si, puesto que ambos son formas de energa. En el caso del calor sensible se transmite debido a una diferencia de temperatura y la otra que es energa mecnica, producto de una fuerza y un desplazamiento.

El equivalente mecnico del calor es el nmero de energa mecnica que se forma en unidades de calor. El equivalente mecnico queda representado as:

El valor acertado para el Equivalente mecnico del calor es de 4186(Joules/kcal) 427 (kgm/kcal).

Con este equipo el equivalente mecnico queda determinado midiendo la cantidad de trabajo hecho contra el roce de dos conos de bronce, el cual se mide multiplicando la fuerza medida en un dinammetro por el desplazamiento angular total y el calor desprendido por el roce de los conos, absorbido por la masa de agua que permanece constante.

Luego la ecuacin del equivalente mecnico queda:


J = Trabajo Realizado enel SistemaCalor Rechazado por el Sistema

J = 2Fnr(mh2 o+Eh2 o)Cph2 oT

Equivalente Mecnico del Calor




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Donde:J : Equivalente mecnico del calor.r : Radio del disco en metros.F : Fuerza leda en el dinammetro.n : Nmero de revoluciones del cono.Eh2O : Equivalente en agua de los conos, agitador y termmetro.

DT:Variacin de temperatura del agua en C.mh2O: Masa de agua contenida en los Conos.

3.- DESCRIPCIN DEL EQUIPO

El equipo est formado por un sistema de transmisin manual compuesto de una manivela, poleas y engranajes cnicos. Intercalado entre las poleas y los engranajes va un cuenta revoluciones que es parte integral del sistema.

Este sistema trasmite el movimiento de rotacin a una camisa calormetro que reduce la prdida de calor, en ella se alojan un par de conos de bronce, uno dentro del otro.

El cono externo es el que va fijo a la camisa calorimtrica y gira junto con ella produciendo el roce con el cono interno, que se fija a un disco metlico puesto en el equipo en forma horizontal por medio de tuercas no metlicas.

El disco metlico tiene un orificio donde va alojado un tarugo de caucho con dos perforaciones; en una va un agitador y en la otra un termmetro que mide la temperatura del agua en el cono interno.

Un dinammetro y una polea con horquilla estn ubicados en una varilla soporte.

Otros instrumentos son:- Balanza- Termmetros- Regla.

Especificaciones:Dinammetro: Rango 0 4.5 NSensibilidad = 0.1 NMarca Sargent Welch

Termmetro de Hg : Rango = -10 a 110CSensibilidad = 1C





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Fig. 1 Equipo experimental para Equivalente Mecnico

4.- PROCEDIMIENTO

- Familiarizarse con el equipo a utilizar.

- Pesar los conos y el agitador, adems determinar la cantidad de agua en los conos (por diferencia de pesos).

- Medir la temperatura inicial del agua en los conos.- Girar la manivela por un periodo de tiempo determinado, a la vez medir la cantidad de revoluciones hasta que se termine el trabajo.

- El trabajo se realiza tratando de mantener la fuerza constante en el dinammetro.- Al finalizar se mide la temperatura- Se repite el procedimiento anterior unas dos o tres veces.

5. - RESULTADOS5.1. Tabule los resultados y obtenga el valor del Equivalente mecnico del calor y comprelo con el valor real.

5.2. Calcule el error del trabajo efectuado en el laboratorio y disctalo.


Aislacin

Disco

Cono InferiorCono Superior

Termmetro

Tuerca

TornilloAgitador




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5.3. Desarrolle algn tema entregado por el profesor.

6.- BIBLIOGRAFIASeminario de Ttulo : Ensayo de equipos y mediciones del laboratorio de

termofluidos.Autor: Orlando Madrid Pozo 1977

Mecanica, calor y sonido. voi. 1 Autor : Francis w. Sears

7.- TABLA DE DATOS

Medicin T1( ) mH2O T2( ) n F( )123


Medicin J (J/kcal) Eporc(%)123


Error Porcentual = J terico J experimentalJ terico 100




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9.- ANEXO9.1.- Equivalente en AguaSe define como equivalente en agua, a la masa de un cierta sustancia que rechaza o absorbe la misma cantidad de calor que una cierta masa de agua.Matemticamente:

Como la sustancia y el agua estaran sometidos a la misma variacin de temperaturas

Despejando :

9.2.- Equivalente en Agua de los slidos presentes en el Sistema

Donde:

Constantes:


Q s = Qh2o

msCps t s = mh2oCph2o th2o

t s = th2o

Cps =mh2oCph2o

ms

E h2o =mconosCp conos + magitadorCpagitador + Vol termmetroCptermmetro

Cph2o

Eh2o : Equivalente en agua de los slidos presentes en el sistemamconos : Masa de los conosCpconos : Calor especfico de los conosmagitador : Masa del agitadorCpagitador : Calor especfico del agitadorVoltermmetro : Volumen del termmetroCptermmetro : Calor especfico del termmetro

Cpconos = Cpagitador 0.096[ calgr C ] Vol termmetro : 0.4 cm3

Cptermmetro : 0.043[ calcm3C ] Cph2o : 1[ kcalkg C ]




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Experimento 4

1.- OBJETIVOMedir densidades relativas usando densmetros para algunos lquidos . Determinar

densidades, pesos especficos , grados API y grados Baume.


Densidad (): Se define como la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia. En mediciones al ambiente, de precisin, debe corregirse el valor medido para considerar el efecto de flotacin.

= mv kgm3

Donde: m =masa

v =volumen

Peso especfico (): Se define como el peso del material o sustancia por unidad de volumen.

= wv Nm3

Donde w= m * g

v = volumen

w = peso

g = aceleracin de gravedad


Medicin de densidad, peso especfico, gravedad especfica




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Gravedad especfica (S): o bien Densidad Relativa. Relacin entre el peso especfico de un volumen dado de fluido a 15.5C y el peso especfico del agua destilada a 4C.

S =Fluido 15.5Cagua 4C

S =Fluido 15.5Cagua 4C

Para la medicin del peso especfico, es corriente en la industria del petrleo, emplear los grados API (American Petroleum Institute) y los grados Baum (Bureau of Standards). Ambas escalas se basan en atribuir al agua un peso especfico de 10 grados.

API = 141.5S

131.5

Ba = 140S

130


El instrumento que se utiliza para medir densidad relativa en lquidos es el Aermetro, que consiste en un tubo de vidrio con lastre y provisto de un vstago en que est impresa la escala (densmetro). Cuanto ms espeso es un lquido, mayor es la flotabilidad y ms baja es la graduacin indicada por la lnea de flotacin. Mide no solamente la densidad sino tambin el grado de concentracin de una disolucin, la fuerza de un alcohol (alcoholmetro), etc.





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3.1.- Esquema instalacin

4.- PROCEDIMIENTO

Orden de mediciones:

Disponer de la sustancia (agua, bencina, petroleo, glicerina).

Familiarizarse con la sensibilidad y rango de los instrumentos.

Medir con el densmetro, introducindolo en cada uno de los lquidos.

5.- RESULTADOSDeterminar para cada muestra:

Densidad Peso especfico Gravedad especfica

Segn valores encontrados, comparar con valores tericos o reales y entregar


Escala

Aermetro

Lquido

Probeta




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caractersticas del tipo de muestra.

Para el peso especfico transformar a grados API y Baum.

6.- BIBLIOGRAFA

Laboratorio del Ingeniero Mecnico, Doolitle, J. Seymour Editorial HASA Catalogo ESSO Control de calidad. Mediciones en Ingeniera, Collet, C. V., Hope, A.D Editorial G. Gili. Instrumentos para medicin y control, Holzbock, W. G.


S Agua Bencina Petroleo Glicerina


S API BaAguaBencinaPetroleoGlicerina

Datos:

S.R.C/2015





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Experimento 5

1.- OBJETIVO

Cuantificar el Ttulo de un Vapor durante un proceso de cambio de fase en un calormetro de mezcla.


Para determinar el estado de una sustancia, se requiere conocer previamante dos propiedades fundamentales e independientes, normalmente se mide presin y temperatura, de modo que tambin quedan determinadas todas las dems.Para los gases y vapores sobrecalentados (vapor cuya temperatura es mayor a la de saturacin (ebullicin) a la presin dada) lo anterior es suficiente. Sin embargo, si un vapor est saturado (es decir, si su temperatura es la de saturacin), solo puede tener una temperatura para cada presin.Ahora si este vapor saturado contiene lquido en suspensin se denomina vapor saturado hmedo y su presin y temperatura son dependientes y por lo tanto insuficientes para determinar sus propiedades, ya que ellas dependen de esta cantidad de lquido, razn por la cual se emplea como parmetro til o propiedad independiente la Calidad o Ttulo del Vapor, la que puede medirse con un calormetro.

Relaciones de clculo para determinar el Ttulo del Vapor

0: Condicin inicial (sin vapor)m: Condicin final mezcla (con vapor condensado)

Balance de masas: mm = m0 mvh kg

Balance de energas: mm hm = m0 h0 mvh hvh kJ


Medicin del Ttulo de un Vapor




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Donde:

hvh =mm hm m0 h0

mvh

hvh =mm c T m m0 c T 0

mvh kJkg Por otra parte se sabe que para un vapor hmedo a una presin determinada su entalpa se puede calcular a partr de:

hvh = h f X h fg

hf y hfg se obtienen a partir de tablas, diagramas (Mollier), como tambin a travs de relaciones de clculo.


3.1.- Calormetro de mezclaConsiste bsicamente en un recipiente termoacumulador estanco, aislado

trmicamante, el cual contendr agua lquida, cuyo peso y temperatura sean conocidos previamente, por lo que se requiere equiparlo de un termmetro y de una balanza.

A este recipiente se le har llegar una muestra de vapor saturado hmedo desde la caldera mediante un ducto.

Mediante una vlvula de de bola de cierre rpido se permite el paso del vapor saturado hmedo al recipiente.





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3.2.- Esquema

Fig. N1 Instalacin Caldera - Calormetro de mezcla

4.- PROCEDIMIENTO

Alcanzar la condicin de rgimen de trabajo de la caldera, es decir fijar la presin determianda para el ensayo.

Agregar agua de la red al calormetro, medir su masa y temperatura inicial. Conectar el recipiente a la lnea de toma de muestra. Abrir la vlvula de bola lentamente, permitiendo el paso de una masa de vapor al

recipiente. Desconectar el recipiente de la toma de muestra. Medir la masa de la mezcla y su temperatura.





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5.- RESULTADOS

5.1.- Tabla con datos de entrada (mediciones).5.2.- Tabla de resultados.5.3.- Memoria de clculo.5.4.- Responder:

a) De que depende el Ttulo del Vapor en una caldera?b) Como se podra mejorar la calidad de este vapor?c) Cual de las variables medidas tiene mayor incidencia en el clculo del ttulo del vapor?





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6.- FRMULAS

6.1.- Balance de masas en el Calormetro de Mezcla

mm = m0 mvh kg

Donde: mm : Masa de la mezcla [kg ]m0 : Masa deagua inicial en el calormetro [kg ]mvh : Masa del vapor hmedo [kg ]

6.2.- Balance de energa en el Calormetro de Mezcla

mm hm = m0 h0 mvh hvh kJ

Donde:mm : Masa de la mezcla final enel calormetro [kg ]hm : Entalpade la mezcla final enel calormetro [kJ /kg ]m0 : Masa deagua inicial enel calormetro [kg ]hm : Entalpadel agua inicial enel calormetro [kJ /kg ]mvh : Masa del vapor hmedo desdela caldera al calormetro [kg ]hvh : Entalpa del vapor hmedo desdela caldera al calormetro [kJ /kg ]

6.3.- Ttulo del Vapor en la caldera

hvh = h f X h fg

Donde:hf : Entalpa de lquido saturado (kJ/kg), a la prresin considerada.hfg : Calor latente de vaporizacin (kJ/kg), a la prresin considerada.X : Calidad o Ttulo del Vapor (%).





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6.4.- Ttulo del Vapor en el ensayo

Del balance energa

mm hm = m0 h0 mvh hvh

Despejando hvh se tiene que:

hvh =mm hm m0 h0

mvh

Como la mezcla final y el agua inicial en el calormetro se encuentran a presin atmosfrica, esto implica un estado de lquido sub-enfriado (temperatura bajo la temperatura de saturacin). Se puede aplicar lo siguiente:

h0 = C T 0hm = C T m

Donde: h0 : Entalpa del agua [kJ /kg ]h0 : Entalpa de la mezcla [kJ /kg ]C : Constante : 4,1868T 0 : Temperatura del agua [ C ]T m : Temperatura de la mezcla [ C ]

Ahora la ecuacin de balance de energa en el calormetro es:

hvh =mm c T m m0 c T 0

mvh

Como todos las variables son medibles o se obtienen durante el ensayo, es posible cuantificar la Entalpa del Vapor Hmedo en la caldera de experimentacin.





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Finalmente como hvh es conocido, de la ecuacin 6.3 se despeja X (Ttulo delVapor) y se tiene:

X =hvh h f

h fg





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Variable Descripcin Valor Unidad de Medida

P Presin manmetrica del vapor saturado hmedo kg/cm2

m0 Masa inicial de lquido en el calormetro kg

mm Masa final de lquido en el calormetro kg

To Temperatura inicial del lquido en el calormetro C

Tm Temperatura final del lquido en el calormetro C

Datos :

Masa del Calormetro: (kg) Presin atmosfrica: (mm Hg)





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Tablas y grficos





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Tabla de Vapor SaturadoTabla N1

Presin Absoluta Temperatura Saturacin

Entalpa Especfica

Lquido (hf) Calor Latente de Vaporizacin (hfg) Gas (hg)

bar C kJ/kg kJ/kg kJ/kg

1,013 100,00 419,0 2257,0 2676,0

1,213 105,10 440,8 2243,4 2684,2

1,413 109,55 459,7 2231,3 2691,0

1,613 113,56 476,4 2220,4 2696,8

1,813 117,14 491,6 2210,5 2702,1

2,013 120,42 505,6 2201,1 2706,7

2,213 123,46 518,7 2192,8 2711,5

2,413 126,28 530,5 2184,8 2715,3

2,613 128,89 541,6 2177,3 2718,9

2,813 131,37 552,3 2170,1 2722,4

3,013 133,69 562,2 2163,3 2725,5

3,213 135,88 271,7 2156,9 2728,6

3,413 138,01 580,7 2150,7 2731,4

3,613 140,00 589,2 2144,7 2733,9

3,813 141,92 597,4 2139,0 2736,4

4,013 143,75 605,3 2133,4 2738,7

4,213 145,46 612,9 2128,1 2741,0

4,413 147,20 620,0 2122,9 2742,9

4,613 148,84 627,1 2117,8 2744,9

4,813 150,44 634,0 2112,9 2746,9

5,013 151,96 640,7 2108,1 2748,8

5,213 153,40 647,1 2103,5 2750,6

5,413 154,84 653,3 2098,9 2752,2

5,613 156,24 659,3 2094,5 2753,8

5,813 157,62 665,2 2090,2 2755,4

6,013 158,92 670,9 2086,0 2756,9





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Diagrama de Mollier

Fuente: EngineeringTolbox

Fig. N2 Diagrama de Mollier





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Anexo AInforme de Laboratorio

El objetivo primario de un Informe en ingeniera es transmitir informacin tcnica a individuos que tengan la misma preparacin que el autor. La informacin en el informe debe ser presentada tan clara y precisa como sea posible, pero siempre con el detalle suficiente para que el mtodo y los datos sean comprendidos por el lector.

Contenidos

El informe de laboratorio se compone de las siguientes secciones:

1.- Tapa Cubierta. Esta tapa permite la rpida identificacin del informe. Debe presentar el nmero y el ttulo del experimento, el nombre del autor y/o autores, la fecha de la experiencia y la seccin de laboratorio (identificar por da y horario).2.- Introduccin. La introduccin es donde se explica el propsito del experimento. Dada una visin general de los mtodos usados y de resultados esperados. Para este caso la introduccin debe ser breve. Un prrafo es suficiente.3.- Equipamiento. Un breve bosquejo del equipamiento y una descripcin breve en palabras. Las figuras y esquemas deben numerarse segn convencin (presentada mas adelante). 4.- Procedimiento. Brevemente describir el procedimento usado en el experimiento. No copie literalmente la gua de laboratorio. Describa los pasos necesarios para lograr los resultados correctos.5.- Datos. Debe presentar claramente los datos de la experimentacin en las unidades correspondientes. Puede ser una Tabla de datos segn convencin (presentada mas adelante). 6.- Ejemplo de clculo. Dar un ejemplo de clculo, comenzando con los datos originales y realizando los correspondientes cambios de unidades para presentar un resultado coherente.7.- Resultados. Los resultados deben presentar los datos procesados en formato tabular (una tabla) y/o grfico. La tablas y gficos deben presentar una leyenda que describa que contiene o representan estos elementos. Una frase es suficiente. Los resultados que NO presenten esta narrativa sern ignorados.8.- Conclusin. Representa la comprensin del ensayo y el significado de los resultados. En esta seccin puede discutir los resultados, explicar las fuentes de error, verificar los lmites





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de precisin que expliquen discrepancias en datos, si algo se olvid o est errado con el experimento. Si es posible entregar procedimientos alternativos para obtener lo mismo o mejores resultados. Responder cualquier pregunta hecha en la gua de laboratorio. Cumplimiento del objetivo de la experiencia.

Convencin de Forma

Los informes tcnicos en ingeniera son documentos estructurados con los contenidos descritos en la seccin anterior. El informe de laboratorio debe ser presentado conforme a los estandares comunicacionales profesionales y el buen uso del idioma espaol. La apariencia visual debe ser clara y precisa.

Formato:

1.- Debe ser escrito con letra clara y explicando en forma precisa lo realizado:

Por ejemplo:Mal: Los nmeros estn cercanos considerando el total de los datos

Bien: Los valores de viscosidad estn dentro del 15% de los valores presentados en la tabla 3.1

2.- En tercera persona.

Primera persona: Repetimos el ensayo tres veces y calculamos el promedio con esos datos.Tercera persona: El ensayo se repiti tres veces y el promedio se calcul con estos datos.

Figuras y tablas

Una figura es cualquier dibujo, fotografa o grfico de datos. Todas las figuras y tablas deben ser numeradas. Cuando su informe sea evaluado las figuras y tablas que NO estn numeradas NO se evaluarn.Las tablas deben ser tituladas incluyendo el nmero y una breve descripcin que indique el contenido de la tabla. Ejemplo Tabla 1.1 implica que es la tabla nmero uno del captulo uno.





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Las figuras se describen en la parte inferior indicando el nmero y una breve descripcin del contenido.

Ejemplo de tabla y figura.

Tabla 1.1: Resultados de la medicin de viscosidad a 20C. El porcentaje de desviacin es relativo a los valores publicados.

Valores de viscosidad, kg/m*s

Fluido Esfera test Experimental Publicado Porcentaje de desviacin

Glicerina Metal pequea 1,85 1,50 +23

Glicerina Metal grande 1,72 1,50 +15

Agua Metal grande 0,75x10-3 1,00x10-3 -25

Agua Vidrio 1,13x10-3 1,00x10-3 +13

Figura 1.1: Curvas de rendimiento v/s caudal y NPSH req. para la bomba centrfuga ensayada.


guia laboratorio

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