INTRODUCCION

Una caldera puede describirse generalmente como un generador de vapor o como “la

combinación de equipos para producir o recuperar calor, junto con aparatos para transferir

el calor disponible a un fluido” (según el código ASME).

Es una máquina o instalación, que ha sido diseñada y construida para producir vapor de

agua a elevada presión y temperatura existen, desde pequeñas instalaciones locales para la

producción de vapor para cocción de alimentos, planchado en serie de ropa, tratamientos

sépticos de instrumentales y labores similares, con vapor de baja temperatura y presión,

hasta enormes instalaciones industriales, utilizadas para la alimentación de turbinas de

generación de electricidad, y otros procesos industriales donde se requiere vapor en grandes

cantidades.

Existen tres tipo de calderas:

1. Acuotubular: el agua va por dentro de los tubos

2. Pirotubular: el fuego va por dentro de los tubos

3. Caldera de fundición seccional: la caldera se compone de secciones huecas dentro

de las cuales circula el agua.

Para nuestro laboratorio utilizamos la caldera acuotubular, es decir que el agua va por

dentro de los tubos.

OBJETIVOS:

o GENERAL:

- Estudiar la caldera como intercambiador de calor, su funcionamiento térmico y su

rendimiento calórico.

o ESPECÍFICOS:

1. Calcular la velocidad de salida del vapor.

2. Calcular el calor cedido por el paso de una intensidad de corriente determinada por

una resistencia.

3. Calcular la eficiencia de la caldera.

4. Conocer el funcionamiento de una caldera.

MARCO TEORICO

Se sabe que en un determinado ambiente en el cual la presión no varía, se da calor a un

líquido, este se calienta, pero a cierto punto la temperatura deja de aumentar y comienza la

transformación del líquido en vapor.

Se entiende además que un vapor en presencia del líquido del cual es producido y en

equilibrio térmico con el mismo tiene una temperatura perfectamente determinada por cada

valor de presión. Entonces, existe una correspondencia entre los valores de presión y

temperatura.

Hasta el momento se está hablando de vapor en presencia de líquido, pero si en el espacio

no ocupado por el líquido no se encuentra solo vapor sino también otro gas el problema se

complica, por lo tanto es necesario hacer un vaciado de aire antes de iniciar la medición de

las parejas de valores de presión y temperatura.

La caldera de Marcet consta con un hervidor eléctrico, si suministramos calor al agua

(debido a la intensidad que circula por la resistencia), contenida en el hervidor generara un

aumento de la actividad molecular provocando la liberación de las moléculas desde la

superficie del líquido hasta obtener el equilibrio. Cuanto menor sea la presión, mayor será

la facilidad de las moléculas para abandonar la superficie liquida necesitando menos calor

para alcanzar la temperatura de ebullición (punto de equilibrio).

A esta temperatura en la cual verificamos la condición de equilibrio a una determinada

presión se denomina temperatura de saturación.

DESCRIPCION DEL EQUIPO

El equipo del laboratorio (Caldera de Marcet), permite determinar la correspondencia de la

temperatura y los valores de presión para vapor saturado húmedo del agua.

El equipo está estructurado de la siguiente manera:

1. Hervidor Cilíndrico: Fabricado de acero, con un revestimiento aislante conocido

como lana de roca, aquí se introducirá el agua necesaria para el ensayo, cuenta con

una capacidad máxima de 3 litros. Se introduce el agua necesaria para el ensayo.

2. Cuadro eléctrico de control de la resistencia eléctrica para el calentamiento y la

vaporización del agua: Resistencia Eléctrica blindada 220/240 V Monofásica 50 Hz

de 2000 W.

3. Válvula de descarga.

4. Válvula de alimentación.

5. Manómetro para la lectura de la presión relativa en el hervidor: 0 a 25 bares,

división de 1 bar.

6. Termómetro de Mercurio para la lectura de la temperatura en el hervidor: de -10 a

25°C, división de 1°C.

7. Válvula de seguridad.

8. Válvula para regular la cantidad máxima de agua en el hervidor.

9. Resistencia eléctrica blindada.

10. Presostato de seguridad: Calibrado a 17 bares.

DESARROLLO DEL ENSAYO

1. Cerramos las válvulas (3), (4), (8).

2. Introducimos el agua en el hervidor abriendo la válvula de alimentación (4) y la válvula de regulación (8) hasta que el agua salga de la portagoma de la misma.

3. Cerrar la válvula de alimentación (4).

4. Dejando abierta la válvula de regulación (8), insertar la resistencia eléctrica (9) pulsando el botón negro del cuadro eléctrico (2).

5. Esperar hasta que el vapor salga libremente fuera de la válvula (8). Esto sirve para cerciorarse de que todo el aire haya sido expulsado del hervidor.

6. Adquirir la temperatura del termómetro (6) y la presión ambiente (Patm), luego cerrar la válvula (8) y sacar el tubo desde el portagoma de la válvula (4).

7. Proseguir en el calentamiento y adquirir la temperatura del termómetro (6) Tcal, con aumento de presión relativa de un bar (por medio del manómetro (5)), hasta una presión relativa máxima de 17 bares.

8. Desconectar el calentador (9) pulsando el botón rojo del cuadro eléctrico (2) y proceder a una análoga serie de lecturas del termómetro (6) Tenf, a medida que la caldera se enfría.

CUADRO DE DATOS

Se dan a conocer las lecturas realizadas en el experimento:

P manom. (bar) P relat. (bar) P abs. (bar) T cal (C°) T enfr (C°) T media (C°)

0 0 1 117 120 118.51 1 2 131 136 133.52 2 3 142 143 142.53 3 4 150 152 1514 4 5 157 158 157.55 5 6 164 167 165.56 6 7 169 172 170.57 7 8 175 177 1768 8 9 179 182 180.59 9 10 184 185 184.5

CÁLCULOS Y RESULTADOS:

patm [Bar] = patm[mmHg] / 760

pabs [Bar] = prel + patm [Bar]

tmedia = 0.5*(tcal + tenfr)

Hallando: patm [mmHg].patm [Bar] 1 bar.

1*760 = patm[mmHg].

760 = patm[mmHg].

Pmanom. (bar) = prelat. [bar] = 0 bar.

pabs [Bar] = prel + patm [Bar]

pabs [Bar] = 0 + 1 [Bar]

pabs [Bar] = 1 Bar

Pmanom. (bar) = prelat. [bar] = 1 bar.

pabs [Bar] = prel + patm [Bar]

pabs [Bar] = 1 + 1 [Bar]

pabs [Bar] = 2 Bar

Pmanom. (bar) = prelat. [bar] = 2 bar.

pabs [Bar] = prel + patm [Bar]

pabs [Bar] = 2 + 1 [Bar]

pabs [Bar] = 3 Bar

Pmanom. (bar) = prelat. [bar] = 3 bar.

pabs [Bar] = prel + patm [Bar]

pabs [Bar] = 3 + 1 [Bar]

pabs [Bar] = 4 Bar

Pmanom. (bar) = prelat. [bar] = 4 bar.

pabs [Bar] = prel + patm [Bar]

pabs [Bar] = 4 + 1 [Bar]

pabs [Bar] = 5 Bar

Pmanom. (bar) = prelat. [bar] = 5 bar.

pabs [Bar] = prel + patm [Bar]

pabs [Bar] = 5 + 1 [Bar]

pabs [Bar] = 6 Bar

Pmanom. (bar) = prelat. [bar] = 6 bar.

pabs [Bar] = prel + patm [Bar]

pabs [Bar] = 6 + 1 [Bar]

pabs [Bar] = 7 Bar

Pmanom. (bar) = prelat. [bar] = 7 bar.

pabs [Bar] = prel + patm [Bar]

pabs [Bar] = 7 + 1 [Bar]

pabs [Bar] = 8 Bar

Pmanom. (bar) = prelat. [bar] = 8 bar.

pabs [Bar] = prel + patm [Bar]

pabs [Bar] = 8 + 1 [Bar]

pabs [Bar] = 9 Bar

Pmanom. (bar) = prelat. [bar] = 9 bar.

pabs [Bar] = prel + patm [Bar]

pabs [Bar] = 9 + 1 [Bar]

pabs [Bar] = 10 Bar

Hallando: tmedia = 0.5*(tcal + tenfr)

1) Para tcal = 117°C; tenfr = 120°C

tmedia = 0.5*(117 + 120)

tmedia = 118,5 °C

2) Para tcal = 131°C; tenfr = 136°C

tmedia = 0.5*(131 + 136)

tmedia = 133,5 °C

3) Para tcal = 142°C; tenfr = 143°C

tmedia = 0.5*(142 + 143)

tmedia = 142,5 °C

4) Para tcal = 150°C; tenfr = 152°C

tmedia = 0.5*(150 + 152)

tmedia = 151 °C

5) Para tcal = 157°C; tenfr = 158°C

tmedia = 0.5*(157 + 158)

tmedia = 157,5 °C

6) Para tcal = 164°C; tenfr = 167°C

tmedia = 0.5*(164 + 167)

tmedia = 165,5 °C

7) Para tcal = 169 °C; tenfr = 172 °C

tmedia = 0.5*(169 + 172)

tmedia = 170,5°C

8) Para tcal = 175°C; tenfr = 177°C

tmedia = 0.5*(175 + 177)

tmedia = 176°C

9) Para tcal = 179°C; tenfr = 182°C

tmedia = 0.5*(179 + 182)

tmedia = 180,5°C

10) Para tcal = 184°C; tenfr = 185°C

tmedia = 0.5*(117 + 120)

tmedia = 184,5°C

GRAFICOS:

DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS:

- El vaciado de aire de la caldera es importante por que eso, nos ayudará a determinar

la relación que existe entre la presión y la temperatura.

- La medición del contenido de agua en el aire o en una sustancia sólida desempeña

un papel importante en muchos ramos industriales, por ejemplo en los procesos de

secado o en la climatización de edificios y vehículos.

CONCLUSIONES:

- En la realización de este informe sobre “calderas”, hemos tomado el conocimiento

de cómo opera esta maquina/herramienta, sus funciones, clasificaciones, objetivos.

- Hemos concluido, también, la importancia de un procedimiento de trabajo seguro en

los procesos industriales en la operación de calderas y generadores de vapor.

- La eficiencia de la caldera obtenida por método directo e indirecto, son diferentes en

magnitud.

- Se sabe además que la magnitud del flujo másico de vapor cambia según

condiciones de carga, por ello no es método tan confiable y no es tan utilizado en la

industria nacional con tanta frecuencia.

RECOMENDACIONES:

- Antes de operar un caldero hay que tener presente leer el dimensionamiento del

equipo proporcionado por el fabricante para evitar accidentes en el área de trabajo.

- También se recomienda seguir los capítulos de operación y mantenimiento de este

informe.

- Debemos recordar que el agua de alimentación de la caldera siempre debe ser

tratada previamente para evitar daños en los equipos de la planta de operaciones que

utilizan vapor.

BIBLIOGRAFIA

- HOLLMAN, J. P. “TRANSFERENCIA DE CALOR”. Editorial Mc GRAW

HILL. 8° Edición.

- KERKN, Donald. “PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR”.

Editorial CONTINENTAL S.A. México 1998.

- PERRY. “MANUAL DEL INGENIERO QUÍMICO”. Editorial Mc GRAW –

HILL. Barcelona 1996.