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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SOFTWARE DE CÁLCULO Y

VISUALIZACIÓN DE ESTADOS DEL VAPOR BAJO LA PLATAFORMA ANDROID

MIGUEL SANTIAGO CAICEDO GARCÍA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA MECÁNICA

BOGOTÁ

2017

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SOFTWARE DE CÁLCULO Y

VISUALIZACIÓN DE ESTADOS DEL VAPOR BAJO LA PLATAFORMA ANDROID

MIGUEL SANTIAGO CAICEDO GARCÍA

Trabajo de grado presentado como requisito

para optar al título de Ingeniería Mecánica

Tutor:

Ing. LUIS FELIPE WANUMEN SILVA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA MECÁNICA

BOGOTÁ

2017

3

Nota de aceptación:

Firma del tutor

Firma del jurado

4

CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN 6

2. OBJETIVOS 7

2.1. OBJETIVO GENERAL 7

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 7

3. JUSTIFICACIÓN 8

4. MARCO TEÓRICO 9

5. REQUERIMIENTOS FUNCIONALES 13

6. ANÁLISIS 15

7. DISEÑO 18

8. FUNCIONAMIENTO DEL SOFTWARE 21

9. PRUEBAS 25

9.1. Región de líquido subenfriado 25

9.2. Región de saturación. 26

9.3. Región de vapor sobrecalentado 27

9.4. Caso de uso: Ciclo Rankine ideal simple 28

10. RESULTADOS 32

11. CONCLUSIONES 33

12. BIBLIOGRAFÍA 34

13. INFOGRAFÍA 35

5

LISTA DE ILUSTRACIONES

Figura 1. Diagrama T –S para el agua. 11

Figura 2 Diagrama de Mollier para el agua (Diagrama T - S) 12

Figura 3. Bloques de funcionamiento del software 13

Figura 4. Diagrama de flujo para propiedades. 17

Figura 5. Clases y métodos del software. 19

Figura 6. Diagrama de clases. 20

Figura 7. Pantalla de inicio del programa. 21

Figura 8. Menú de inicio desplegado. 22

Figura 9. Modo gráfico T – S. 23

Figura 10. Pantalla de importación de texto. 24

Figura 11. Diagrama T- S generado por el software. 30

Figura 12. Diagrama T – S para el ejemplo 10-1. 30

Figura 13. Diagrama de Mollier generado por el software. 31

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Punto1 de líquido subenfriado. 25

Tabla 2.Punto 2 de líquido subenfriado. 26

Tabla 3. Comparación de presiones de saturación 26

Tabla 4. Punto 1 de vapor sobrecalentado. 27



6

1. INTRODUCCIÓN

La tecnologías de los terminales de telecomunicación portátiles han supuesto una

gran revolución dentro de los sistemas de la información, para nadie resulta extraño

utilizar uno de estos dispositivos en la vida diaria y (a pesar de ello) pocos son

conscientes de la gran capacidad de cómputo, y de cómo esta puede ser utilizada

para aplicaciones que van más allá del ocio y la comunicación. Mi intención con este

proyecto de desarrollo es presentar una aplicación, con el objetivo de mostrar las

posibilidades existentes para desarrollar aplicaciones que sean utilizadas tanto en

un ámbito pedagógico como profesional y que escapen a la generalidad

mencionada.

7

2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GENERAL

Implementar una aplicación que calcule y grafique los resultados de los estados del

vapor de agua, de manera visual y numérica en la plataforma móvil Android.

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Desarrollar un sistema de cálculo de propiedades del vapor en sus diferentes

estados con exactitud.

Desarrollar un sistema de interfaz que sea accesible desde la plataforma

Android.

Generar un subsistema de reportes o visualización que permita mostrar los

resultados del sistema mediante un plano cartesiano

Implementar un sistema de exportación de datos, tanto gráficamente como

en forma de texto plano

Implementar un subsistema de captura de datos que reciba los datos

entregados por el usuario del sistema y permite posteriormente su

visualización

8

3. JUSTIFICACIÓN

Con el desarrollo de las tecnologías móviles es posible la ejecución de programas

cada vez más complejos con autonomía y comodidad, además el uso de

plataformas móviles se ha extendido de manera sin precedentes. Es por esto que

es uno de los sectores de más auge en la informática. El desarrollo de aplicaciones

de cálculo en plataformas portátiles permite un acceso más cercano por parte tanto

de estudiantes como de profesionales en estas áreas del conocimiento.

Se encuentran en el mercado varias aplicaciones que son utilizadas para encontrar

las propiedades del vapor las más destacadas dentro de la tienda virtual de android

(Consultada en: https://play.google.com/) son las siguientes: Steam Property

(ADLS), International Steam Tables (Hans-Joachim Kretzschmar), Steam Tables

(Chemical Applications) y Steam Tools Mobile App (Spirax Sarco). Los elementos

que diferencia este programa de otros parecidos son: la capacidad de importar los

datos calculados en formato de texto plano asi como su el motor de graficación

capaz de visualizar varios puntos termodinámicos al mismo tiempo tanto en el

diagrama T – S, como en el diagrama H –S y su capacidad de importar dichas

graficas en formato de imagen.

Desde un punto de vista computacional se puede utilizar un sistema muy parecido

para desarrollar otras aplicaciones como calculadoras de sustancias refrigerantes,

tablas de psicometría para aire acondicionado entre otras, así como otros diagramas

parecidos aplicables a materiales, hidráulica, etc.

9

4. MARCO TEÓRICO

Las tablas termodinámicas de propiedad del vapor, son representaciones de las

propiedades energéticas del agua en diferentes estados termodinámicos, dentro

de las fases líquida y gaseosa. Estas propiedades, son estimaciones basadas en

las observaciones y son muy difíciles de definir por medio de ecuaciones simples.

Las propiedades del vapor son utilizadas comúnmente para el análisis energético

de procesos de generación en plantas térmicas.

Dentro de las propiedades que podemos encontrar en las tablas de vapor están

las siguientes:

Presión (P). La presión es definida como “la fuerza normal que ejerce un fluido por

unidad de área” (CENGEL, y otros, 2012). La unidad de medida oficial en

unidades internacionales es el Newton sobre metro cuadrado (N/m2) también

llamado Pascal (Pa), aunque se utilizan otras unidades, como la atmósfera (atm),

los bares (ba). Así mismo en las unidades inglesas la unidad de presión es la libra

fuerza por pulgada cuadrada (psi). Al leer las tablas de vapor se debe entender

que la presión que se utiliza es absoluta, eso quiere decir que su cero de

referencia es el vacío.

Temperatura (T). Es una manifestación palpable de la energía interna de una

sustancia. La unidad de medida de temperatura en el sistema internacional es el

kelvin (K), ésta es una medida absoluta y adimensional (escalar), aunque es de

uso más extendido el grado centígrado (°C), el cual utiliza la misma magnitud,

pero un cero diferente (el punto de congelación del agua a una determinada

presión). En unidades inglesas se encuentran el Rankine (°R) y Fahrenheit (°F).

Es importante aclarar que una diferencia de temperatura no varía si pasamos

dicha diferencia de °C a k y viceversa.

Volumen específico (v). Es la relación entre el volumen y la masa, es una unidad

intrínseca (que no varía con la cantidad de materia) y escalar. La unidad de

referencia en el sistema internacional el metro cúbico sobre kilogramo (m3/kg),

mientras que en unidades inglesas se mide en pies cúbicos sobre libra (ft3/lb). Es

importante aclarar que volumen específico es la unidad inversa a la densidad, y es

10

por esto que dicha propiedad no se encuentra dentro de las propiedades

tabuladas del vapor.

Energía Interna (u). “La energía interna se define como la suma de todas las

formas microscópicas de energía de un sistema. Se relaciona con la estructura

molecular y el grado de actividad molecular y se puede considerar como la suma

de las energías cinética y potencial de las moléculas” (CENGEL, y otros, 2012). La

energía interna se encuentra en las tablas como una propiedad intensiva y sus

unidades de medida en el sistema internacional kilojulios sobre kilogramos (kJ/kg)

y en el inglés unidades térmicas británicas sobre libra (Btu/lb).

Entropía (s). Es una propiedad que nos ayuda a determinar la reversibilidad de un

proceso térmico, y está directamente relacionado con el cambio de la energía

interna de una sustancia. En las tablas lo podemos encontrar como kilojulios sobre

kilogramos (kJ/kg) para el sistema internacional y en unidades térmicas británicas

sobre libra (Btu/lb) para las unidades inglesas.

Entalpía (h). Es la suma de la energía interna de una sustancia y la energía

derivada por la presión a la que está sometida una sustancia (u + P ∙ v). . En las

tablas lo podemos encontrar como kilojulios sobre kilogramos (kJ/kg) para el

sistema internacional y en unidades térmicas británicas sobre libra (Btu/lb) para las

unidades inglesas.

Calidad. Al cambiar la fase de una sustancia pura, toda ella no cambia de golpe,

sino que cambia poco a poco, en el caso del agua, la proporción de vapor, con

respecto al líquido (en valores de masa), lo llamamos calidad. Y este valor es muy

importante, ya que en el cambio de fase hay también un cambio significativo de

propiedades, como el volumen y la energía interna. La calidad es una medida

adimensional, que se mide de cero a cien por ciento (líquido a vapor).

Los diagramas más empleados para la visualización de estados termodinámicos

son los T-S (Figura 1.) y los de Mollier (Figura 2.). Ambos diagramas permiten el

análisis de los cambios térmicos de una sustancia (en este caso el agua) ya que

nos permiten visualizar de manera clara las transformaciones energéticas por las

que pasa un fluido dentro de un ciclo térmico:

Diagrama T-S (temperatura-entropía o Diagrama Entrópico): es muy empleado,

pues (si las evoluciones son reversibles) el área encerrada por el ciclo o bajo la

curva representa los calores intercambiados.

Diagrama H-S (entalpía-entropía o Diagrama de Mollier): También es diagrama

común, pues permite representar con facilidad evoluciones reales y estudiar las

variaciones de entalpía. Esto último es clave al momento de estudiar intercambios

de calor y trabajo basándose en el primer principio.

11

Figura 1. Diagrama T –S para el agua.

Fuente: Y. Cengel and M. Boles, Thermodynamics. New York, NY: McGraw-Hill, 2011. Página 924.

12

Figura 2 Diagrama de Mollier para el agua (Diagrama T - S)


13

5. REQUERIMIENTOS FUNCIONALES

Durante el desarrollo del presente proyecto se espera que el software cumpla con

los objetivos propuestos para el presente proyecto, para ello se necesita que el

programa tenga los siguientes componentes funcionales.

Un método de entrada de datos.

Un método de cálculo de datos.

Un método de visualización de datos en forma de texto

Un método de visualización de datos en forma gráfica

Un método que permita la exportación de los datos de forma gráfica y en

forma de texto

Figura 3. Bloques de funcionamiento del software

Fuente: Autor.

14

Tal y como se observa en la Figura 3, se espera tener partes claramente

diferenciadas para cada uno de los métodos descritos anteriormente. Así mismo

este esquema permite trazar una ruta para el desarrollo del software.

15

6. ANÁLISIS

Para el desarrollo del proyecto se tomaron en consideración dos formas principales

para el cálculo de las propiedades; por un lado está el método IAPWS 97 que

describe los diferentes sectores por medio de sucesiones de sumatorias, por otro

lado está la posibilidad de utilizar tablas termodinámicas para facilitar los cálculos.

A pesar de que la formulación dada por IAPWS - 97 es muy exacta, presenta varias

dificultades a la hora de ser programado, especialmente por la cantidad de valores

que necesitan ser desarrolladas y la precisión para hacerlo (entre 100 y 150

operaciones por cada valor calculado), mientras que las operaciones disminuyen

drásticamente (en términos de cantidad) al utilizar interpolación lineal entre los

valores dados por las tablas termodinámicas.

En el caso de los diagramas, el manejo de los datos es mucho más sencillo dado

que los datos pueden ser directamente leídos desde la base para luego ser

graficados, lo que aumenta enormemente la velocidad en el desarrollo y

visualización de gráficas.

Para conseguir la base de datos, se utilizó como fuente la versión compacta de las

tablas de vapor del ASME1, ya que es considerada como una fuente confiable según

la IAPWS2. Así mismo para el método de cálculo se utilizó la interpolación lineal de

dichos datos, ampliamente explicada en la sección “Tabla de propiedades” de la

termodiámica de Cengel3

Dado que en dicho libro no hay datos para el sector de líquido subenfriado, se utilizó

un método mixto de cálculo, para la combinación de entrada principal (presión

contra temperatura), se utiliza directamente el método de formulación de AIPWS -

1 ASME, ASME Steam Tables. [S.l.]: American Society of Mechanical Engineers,U.S., 2006. 2 "Main IAPWS Thermodynamic Property Formulations", Iapws.org, 2017. {En línea}{Consultado: 11 de Septiembre 2017}. Disponible en: http://www.iapws.org/newform.html. 3 Cengel and M. Boles, Thermodynamics. New York, NY: McGraw-Hill, 2011, p. 126 - 137.

16

97, para la región 1 de líquido subenfriado4. Mientras que para otras combinaciones,

se toma el valor del punto de saturación a la temperatura o presión dadas.

En caso de hallar una indeterminación de la combinación temperatura / presión en

de punto de saturación, el programa inmediatamente asumirá el punto como un

punto de vapor a una calidad del 100%.

Cabe aclarar, que el diagrama de la Figura 4 es válido para reflejar el proceso de

cálculo de los datos al utilizar las tablas termodinámicas como fuente, pero no

incluye el método de graficado.

4 IAPWS (2012) Revised Release on the IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam, IAPWS R7-97 (p. 5 – 8), IAPWS, 2012.

17

Figura 4. Diagrama de flujo para propiedades.

Fuente: Autor.

18

7. DISEÑO

Para el presente software se utilizó como metodología de desarrollo la computación

extrema, la cual consiste en la iteración del software a partir de una versión primitiva

añadiendo a éste nuevas funcionalidades, generando así versiones iterativas del

programa. Como se mencionó anteriormente podemos ver que el diseño del

proyecto se presta para este tipo de desarrollo dado que posee bloques claramente

diferenciados y dependientes de métodos anteriores.

Se empezó tomando cada una de las partes y se analizó detenidamente para hallar

posible código utilizado previamente por otros desarrolladores, de tal forma que

fuera más rápido el desarrollo. Así es como se usó la clase ExternalDbOpenHelper

para la interfaz entre el programa y la base de datos en SQLite5, mientras que para

las gráficas se hizo uso de la librería MP Android Chart6.

La Figura 5 enumera las clases y métodos dentro de ellas, haciendo una pequeña

descripción de la función de cada una. La Figura 6 es un diagrama de cases, el cual

enseña las relaciones entre estas y como cada una maneja diferentes archivos

auxiliares.

5 “Using a Pre-Populated SQLite Database in Android" Softeq Developer Corp, 2017. {En línea} {Consultado: 11 de Septiembre 2017} Disponible en: https://www.softeq.com/blog/2012/12/14/ using-pre-populated-sqlite-database-android. 6 "PhilJay/MPAndroidChart", GitHub, 2017 {En línea} {Consultado: 11 de Septiembre 2017} Disponible en: https://github.com/PhilJay/MPAndroidChart.

19

Figura 5. Clases y métodos del software.

Autor.

20

Figura 6. Diagrama de clases.

Fuente: Autor.

21

8. FUNCIONAMIENTO DEL SOFTWARE

Cuando inicia el programa el usuario se encuentra con la pantalla del MainActivity,

tal y como se observa dentro de la Figura 7, éste se compone por una barra de título

en la parte superior, un sector de entrada de datos, un bloque de texto para mostrar

información y un sector de botones.

Figura 7. Pantalla de inicio del programa.

Fuente: Software.

22

En la barra de títulos se encuentra el nombre de la aplicación, y el menú principal,

donde podemos acceder a las otras pantallas como las de visualización de

diagramas o de importación de texto tal y como encontramos en la Figura 8. En el

sector de entrada de datos hay dos spinners (menús desplegables), y dos cajas de

texto, de tal forma que se puedan seleccionar diferentes combinaciones de tipos de

valores. El texto muestra información general de la aplicación, y en caso de hacer

el cálculo los valores de respuesta. Los botones sirven para diferentes operaciones

como calcular (con el botón “Calcular”) utilizando los datos añadidos, almacenar y

borrar puntos calculados dentro una tabla de la base de datos. Es importante anotar

que para usar los datos calculados en otras pantallas es necesarios almacenarlos

dentro de la memoria.

Figura 8. Menú de inicio desplegado.

Fuente: Software

23

Al acceder por medio del menú desplegable de la barra de título nos encontramos

con los modos “Modo Grafico T - S” y el “Modo Grafico de Mollier” que nos permiten

visualizar los datos utilizando estos dos tipos de diagrama.

Tanto el “Modo Grafico T - S” como el “Modo Grafico de Mollier”, funcionan de la

misma manera, permiten una visualización de su respectivo diagrama, así como

utilizar gestos dactilares para agrandar, reducir y mover la gráfica. Se puede

acceder por medio de menú de título a una pantalla de opciones gráficas con

“Opciones Graficas”, así como acceder a “Guardar imagen” (tal y como se ve en la

Figura 9), el cual almacena de manera inmediata la vista contenida en la pantalla

en ese momento de tal forma que el usuario pueda ubicarla de la forma que más le

convenga. Es importante mencionar que aún sin tener puntos almacenados es

posible visualizar y almacenar la gráfica como referencia.

Figura 9. Modo gráfico T – S.

Fuente: Software.

24

Al pulsar “Guardar Resultados” en la pantalla principal el usuario accede a una

pantalla (Figura 10) que permite ver los datos almacenados en forma de texto y

guardar los en forma de texto plano (formato “.txt”).

Figura 10. Pantalla de importación de texto.

Fuente: Software.

Para mayor información se puede acceder a la pantalla de ayuda del software, que

se encuentra pulsando “Ayuda”, dentro de la pantalla principal.

25

9. PRUEBAS

Para probar el software se utilizarán las operaciones que están en el documento de

formulación IAPWS - 97 (bajo su sección de verificación de programa

computarizado) como puntos de control para calcular la exactitud. Para las pruebas

se usará una tablet Lenovo A5500 - F con una pantalla de 7 pulgadas y con sistema

operativo Android 4.2.2.

Dentro de cada sector se hará una comparativa entre los valores dados por el

software y como estos difieren de los valores dentro del documento base, así mismo

se analizará un ejemplo de análisis de un ciclo térmico simple para evaluar la

visualización y resultados.

9.1. Región de líquido subenfriado

Para la región de vapor subenfriado se presentan los valores de la tabla 5 del

documento7, en la imagen se pueden ver los resultados graficados en el diagrama

T – S. Se puede ver los resultados y sus diferencias con el resultado dado en el

programa, en la Tabla 1 y en la Tabla 2.

Tabla 1. Punto1 de líquido subenfriado.

Punto Tabulado Punto calculado Dif (%)

Temperatura (T) 300 k = 26.85 °C 26.85 °C

Presión (p) 3 MPa = 3 000 kPa 3 000 kPa

Volumen(v) 0.100 215 x 10-2 m3 kg-1 0.0010 m3 / kg 0.21%

Entalpía (h) 0.115 331 x 103 kJ kg-1 115.33 kJ / kg 0.00%

Energía Interna (u) 0.112 325 x 103 kJ kg-1 112 .32 kJ / kg-1 0.00%

Entropía (s) 0.392 295 kJ kg-1 k-1 0.392 3 kJ / kg k 0.00%

Fuente: Autor.

7 IAPWS (2012) Revised Release on the IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam, IAPWS R7-97 (p. 9), IAPWS, 2012.

26

Tabla 2.Punto 2 de líquido subenfriado.



Presión (p) 80 MPa = 80 000 kPa 80 000 kPa

Volumen(v) 0.971180 x 10-3 m3 kg-1 0.0010 m3 / kg 0.30%


Energía Interna (u) 0.106 448 x 103 kJ kg-1 106 .45 kJ / kg-1 0.00%

Entropía (s) 0.368 564 kJ kg-1 k-1 0.368 6 kJ / kg k 0.00%

Fuente: Autor.

9.2. Región de saturación.

Para la comprobación de la región de saturación comparamos la presión y la

temperatura de saturación documentada en la tabla 358 con la encontrada con el

software, los resultados pueden ser vistos en la Tabla III. Para encontrar la presión

de saturación se puede digitar la temperatura deseada y cualquier valor valido de

calidad (entre 0 y 100).

Tabla 3. Comparación de presiones de saturación

Temperatura Presión tabulada Presión Calculada Dif. (%)

300k (26.85°C) 0.353 659 x 10-2 MPa (3.53659kPa) 3.57kPa 0.94%

500k (226.85 °C) 0.263 890 x 101 MPa (2 638.90kPa) 2 641.24 kpa -0.09%

600k (326.85 °C) 0.123 443 x 102 MPa (12 344.3kPa) 12 349.59 kPa -0.04%

Fuente: Autor.


27

9.3. Región de vapor sobrecalentado

Para los valores de vapor sobrecalentado(los cuales coinciden con la región 2 y 3

del IAPWS - 97), se compararán los valores de la tabla 33 del texto9 con los

resultados entregados por el software.

Tabla 4. Punto 1 de vapor sobrecalentado.



Densidad 500 kg/m3 500 kg/m3

Presión (p) 0.255 837 x 102 MPa =25 583.7 kPa 27 976.67 kPa -9.35%


Energía Interna (u) 0.181 226 x 104 kJ kg-1 1 792.43 kJ / kg-1 1.10 %

Entropía (s) 0.405 427 x 101 kJ kg-1 k-1 4.022 8 kJ / kg k 0.77 % Fuente: Autor.





Presión (p) 0.222 931 x 102 MPa = 22 293.1 kP 21 433.26 kPa 3.86%

Entalpía (h) 0.237 512 x 104 kJ kg-1 2 320.41 kJ / kg 2.30%

Energía Interna (u) 0.226 366 x 104 kJ kg-1 2 213 .24 kJ / kg-1 2.23%

Entropía (s) 0.485 439 x 101 kJ kg-1 k-1 4.7759 kJ / kg k 1.62% Fuente: Autor





Presión (p) 0.783 096 x 102 MPa = 78 309.6 kPa 79 478.95 kPa -1.49%

Entalpía (h) 0.225 869 x 104 kJ kg-1 2 252.49 kJ / kg 0.27%

Energía Interna (u) 0.210 207 x 104 kJ kg-1 2 093 .53 kJ / kg-1 0.41%

Entropía (s) 0.446 972 x 101 kJ kg-1 k-1 4.454 9 kJ / kg k 0.32% Fuente: Autor


28

9.4. Caso de uso: Ciclo Rankine ideal simple

Para ejemplificar un caso de uso, se utilizará el software para resolver y visualizar

el ejemplo 10-1 del libro de termodinámica de Cengel10, y se compararán los datos

entregados por el software con los presentados en el texto.

“Considere una central eléctrica de vapor que opera en el ciclo Rankine ideal simple.

El vapor de agua entra a la turbina a 3 MPa y 350 °C y es condensado en el

condensador a una presión de 75 kPa. Determine la eficiencia térmica de este

ciclo”11.

El primer punto está definido por el punto 3 MPa (3000 kPa) y 350 °C; el segundo

punto está definido por la entropía del primer punto, pero con una presión de 75 kPa

(proceso isoentrópico ideal); el tercer punto está ubicado en al salir del proceso de

condensación, pero con la misma presión, es decir a 75 kPa; el cuarto paso está

definido por la temperatura del punto tres pero con la presión del primer punto. Esto

cierra el ciclo, de manera analítica, es decir que cerramos el ciclo con el primer

punto.

El resultado exportado al calcular y almacenar todos los puntos es el siguiente:

Analisis Completo

Punto numero 1

Temperatura 350,00 °C

Presion: 3000,00 KPa

Volumen: 0,0906 m3/Kg

Energia interna: 2844,30 Kj/Kg

Entalpia: 3116,10 Kj/Kg

Entropia: 6,7449 Kj/Kg k

Punto numero 2


Presion: 75,00 KPa





Punto numero 3


Presion: 75,00 KPa

10 Cengel and M. Boles, Thermodynamics. New York, NY: McGraw-Hill, 2011, p. 563 – 565. 11 Cengel and M. Boles, Thermodynamics. New York, NY: McGraw-Hill, 2011, p. 563.

29





Punto numero 4







Punto numero 5







Calculo realizado con Calculadora de Vapor. Fecha de Analisis

:Mon Sep 11 17:47:05 GMT-05:00 2017

Ahora bien, para resolver el problema tenemos que decir que:

qEntrada = h4 - 1 = 3116,10 Kj/Kg - 386,25 Kj/Kg = 2729.85 Kj/Kg (1)

qSalida = h2 - 3 = 2402,38 Kj/Kg - 384,07 Kj/Kg = 2018.32 Kj/Kg (2)

𝝶 = 1 - qSalida / qEntrada = 1 - 2018.32 Kj/Kg / 2729.85 Kj/Kg

= 0.2606 = 26.06 % (3)

Se observa que la respuesta dada al problema por el autor es de 26.0%12, cifra

cercana a la encontrada al utilizar los datos obtenidos por el software.

Sin embargo, ya que el software no puede detectar cuando una transformación es

isobárica o no, para dibujar correctamente el esquema hay que añadir los puntos

dentro de la línea de saturación, el resultado puede ser observado en la Figura 11

y puede ser comparado con el resultado gráfico dado por el autor del texto que se

encuentra en la Figura 12.

12 Cengel and M. Boles, Thermodynamics. New York, NY: McGraw-Hill, 2011, p. 565.

30

Figura 11. Diagrama T- S generado por el software.

Fuente: Autor.

Figura 12. Diagrama T – S para el ejemplo 10-1.


31

Comparando los dos esquemas se observa como el punto 1 y 2 de la figura 12 en

la figura 11 están tan juntos que es imposible captarlos como puntos diferentes, ya

que el esquema de la figura 12 es simplemente para ilustrar el cambio, mientras que

en la figura 11 se presentan en una escala más precisa.

La figura 13 presenta el diagrama de Mollier del caso presentado, visualizando los

mismos puntos del diagrama 9, vista que puede complementar el análisis del

ejemplo.

Figura 13. Diagrama de Mollier generado por el software.

Fuente: Software.

32

10. RESULTADOS

A partir del desarrollo del trabajo se pudo comprobar que el software puede calcular

estados termodinámicos a partir de diferentes combinaciones de dos variables. Se

determinó que el programa permite almacenar, y visualizar resultados de estados

termodinámicos en forma gráfica y en texto.

Se puede observar también que los datos entregados (tanto en forma de texto, como

en forma gráfica) pueden leídos, y copiados para ser utilizados en documentos,

como por ejemplo el presente informe.

Como se observa con las pruebas realizadas en el software, se encuentra que los

resultados son congruentes y que tienen diferencias con respecto a los valores de

referencia dentro de la literatura dentro de rangos inferiores al 10%.

También se encontró que comparando los porcentajes de diferencia con los valores,

que la interpolación se acercan más en el sector de líquido subenfriado que en el

sector de vapor sobrecalentado, dado que los valores entregados dentro del sector

subenfriado están calculados con el método de IAPWS – 97 mientras que el sector

de vapor sobrecalentado usa interpolación lineal usando los valores de las tablas

termodinámicas.

33

11. CONCLUSIONES

Con base en las pruebas realizadas se encontró una diferencia inferior 10%

entre los valores entregados por el software con respecto a los utilizados

como patrón base, se encuentra que tanto las magnitudes como las unidades

son consistentes.

Cuando se calcula un punto termodinámico, al utilizar la formulación IAPWS

– 97 se logran resultados más precisos que al usar interpolación lineal. A la

hora de usar el software no hay diferencias notables de tiempo de cálculo.

Por ello se recomienda utilizar el método formulado en el documento IAPWS

– 97.

En el desarrollo de la aplicación se implementó una base de datos, la cual

contiene los datos de la tabla de Vapor, se aconseja seguir esta estrategia

para trazar las gráficas en futuros desarrollos y mejoras a la aplicación, dado

que no usar esta base de datos involucraría que la aplicación tendría que

generar automáticamente las tablas y esto disminuiría drásticamente el

rendimiento de la aplicación.

Para mejorar la precisión de la gráfica en la aplicación, se aconseja disminuir

la distancia entre los datos utilizados y esto se lograría incorporando nuevos

datos a las tablas. Sin embargo dado el área de visualización en el dispositivo

no se aconseja aumentar el número de líneas que se visualizan ya que esto

empeora la visualización para los usuarios. Para evitar que esto pase, el

software permite aumentar o disminuir el número de líneas visibles, aunque

se recomienda en futuros desarrollos mejorar dicho sistema.

Este desarrollo se puede tomar como base para otro tipo de cálculos y

visualizaciones dentro del área de las ciencias térmicas, como por ejemplo,

al visualizar y calcular propiedades en diagramas psicométricos, y diagramas

de refrigerantes.

La selección de un API para realizar la graficación mejora notablemente el

desarrollo de aplicaciones en cuanto ofrecen estabilidad, interoperabilidad y

reducen el tiempo de desarrollo, permitiendo al programador concentrarse en

la lógica de programación y no en elementos de visualización de puntos y

coordenadas.

34

12. BIBLIOGRAFÍA

CENGEL, Yunus A and BOLES, Michael A. Termodinámica. New York: McGraw-

Hill. 2011

CENGEL, Yunus A. Heat and mass transfer. Boston: McGraw-Hill. 2007

INCROPERA, Frank P and DEWITT, David P, Introduction to heat transfer. New

York: Wiley. 1996

CRUZ ZAPATA, B. (2015). Android Studio essentials. Packt Publishing

FRIESEN, Jeff. Learn Java for Android development. Berkeley, Calif: Apress. 2010

Revised Release on the IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic

Properties of Water and Steam, IAPWS R7-97. IAPWS. 2012

ASME. ASME Steam Tables. [S.l.]. American Society of Mechanical Engineers,U.S.,

2006.

35

13. INFOGRAFÍA

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(https://developer.android.com/)

CORTIZO, J., EXPOSITO, D. y RUIZ M. eXtreme Programming {En línea}. {10

Septiembre de 2016}. Disponible en: (http://www.josek.net/publicaciones/xp.pdf)

Using a Pre-Populated SQLite Database in Android" Softeq Developer Corp, 2017.

{En línea} {11 de Septiembre 2017} Disponible en:

(https://www.softeq.com/blog/2012/12/14/ using-pre-populated-sqlite-database-android).

"PhilJay/MPAndroidChart", GitHub, 2017 {En línea} {11 de Septiembre 2017}

Disponible en: (https://github.com/PhilJay/MPAndroidChart).

ANEXO A

ENLACE DE DESCARGA PARA CÓDIGO FUENTE Y SOFTWARE

miguel santiago caicedo garcÍa -...

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