calculo de la calidad de vapor de calderas

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

Facultad de Ingeniería en Sistemas, Electrónica e Industrial

“Proyecto de Optativa II”

Título: Determinar las propiedades del vapor para la

Piscina de la Unidad Educativa Bolívar, teniendo

como base la temperatura y la calidad del vapor.

Carrera: Ingeniería Industrial en Procesos de

Automatización.

Área Académica: Industrial

Línea de Investigación: Industrial

Ciclo Académico y Paralelo: 7to “A”

Alumnos participantes: Chacha Garcés John Jairo

Llamuca Jairo

Maliza Moposita Vinicio Vladimir

Pérez Tonato Kelvin Eduardo

Módulo y Docente: Optativa II (Termodinámica)

Ing. Edison Jordan

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS, ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL

PERÍODO ACADÉMICO: OCTUBRE/2015 – MARZO/2016

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CONTENIDO INFORME DEL PROYECTO ................................................................................................... 3

1.1. Título ................................................................................................................................ 3

1.2. Objetivos .......................................................................................................................... 3

Objetivo general ...................................................................................................................... 3

Objetivos específicos ............................................................................................................... 3

1.3. Resumen ........................................................................................................................... 3

1.4. Palabras clave: ................................................................................................................. 4

1.5. Introducción ..................................................................................................................... 4

1.6. Materiales y Metodología ............................................................................................... 5

1.6.1. Materiales: ................................................................................................................ 5

1.6.2. Metodología .............................................................................................................. 6

1.7. Marco teórico ................................................................................................................... 6

GENERADOR DE VAPOR – CALDERA........................................................................... 6

DIAGRAMA DE CONEXIÓN DE LA CALDERA ..................................................................... 8

FICHA TECNICA DE LA CALDERA ...................................................................................... 9

MANTENIMIENTO DE CALDERA ...................................................................................... 10

QUE TIPO DE VAPOR ......................................................................................................... 14

COMO ES LA SALA DE CALDEROS .................................................................................... 20

COMO DEBERIA SER LA SALA DE CALDEROS ................................................................. 24

CALCULOS ........................................................................................................................ 25

1.8. Conclusiones .................................................................................................................. 29

1.9. Referencias bibliográficas ............................................................................................. 29

1.10. Fotografías y gráficos .................................................................................................... 30



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INFORME DEL PROYECTO 1. PP

2. YY

1.1. Título

Determinar las propiedades del vapor para la Piscina de la Unidad Educativa Bolívar,

teniendo como base la temperatura y la calidad del vapor.

1.2. Objetivos

Objetivo general

Investigar las características y especificaciones de un caldero y el vapor

generado por este para demostrar el desenvolvimiento práctico del mismo por

medio de la interpretación de la información obtenida mediante una

investigación bibliográfica y de campo acerca de sus principios de

funcionamiento.

Objetivos específicos

Visitar la sala de calderas y conocer su funcionamiento y disposición para

analizar la distribución del vapor generado mediante observación y una

investigación de campo.

Obtener los datos reales de trabajo de los calderos de la piscina, para determinar

las características del vapor que este genera mediante cálculos matemáticos

previamente establecidos.

Determinar el tipo de calderas que se utilizan en la piscina, para poder

determinar si el tipo de caldero utilizado es el adecuado para ese trabajo.

1.3. Resumen

En este informe se detallará las especificaciones técnicas del caldero utilizado en la

piscina del Unidad educativa Bolívar, así como su aplicación dentro de dicha



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empresa, sus condiciones básicas de funcionamiento, el tipo de caldero y

características adicionales que se pudieron observar durante la visita.

Se determinará las propiedades y el tipo de vapor que se produzca, con el que

trabaja para poder calentar el agua de la piscina y las duchas.

Se pudo notar que en la sala se encontraban tres máquinas:

1. Calentador

2. Calentador solar

3. Una Caldera

Se pudo observar y mediante la especificación de los técnicos encargados del

mantenimiento nos informaron que era una caldera ensamblada por lo que no

contaba con especificaciones, por lo cual se buscó una caldera similar con las mismas

especificaciones que los técnicos nos pudieron informar para poder realizar

nuestros cálculos matemáticos.

Además, los técnicos dieron a notar que la caldera era funcionable, versátil y

generaba un vapor saturado que era muy importante para nuestro próximo análisis

que sería de calidad del vapor.

1.4. Palabras clave:

Calderos, Válvulas, Presión, Temperatura, Vapor

1.5. Introducción

La Unidad educativa Bolívar posee una Piscina de muy alta calidad la cual hace unos

años fue cerrada por el costo de mantenimiento, pero hace poco la piscina ha estado

en remodelación trayendo equipos o calentadoras de cuidado ambiental que

funcionan por medio de paneles solares para la implementación en este centro

deportivo.

Es por esta razón que decidimos hacer la investigación de nuestro proyecto aquí

debido a que la caldera no podía abastecer por si sola a la piscina por lo cual nosotros



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aremos un estudio para poder determinar si la caldera es la adecuada para dicha

función.

Se realizó la visita técnica a la Unidad Educativa Bolívar, en la cual se observó todas

las características y requerimientos necesarios, partir de los cuáles se realizó un

informe técnico en el cuál se detalla todo lo requerido.

Las calderas son la parte más importante del circuito de vapor, después de todo, es

donde se crea el vapor. Una caldera puede definirse como un recipiente en el que se

transfiere la energía de calorífica de un combustible a un líquido. En el caso de vapor

saturado, la caldera proporciona también energía calorífica para producir un

cambio de la fase de líquido a vapor.

Una caldera es a menudo el equipo más grande que se encuentra en un circuito de

vapor. Su tamaño puede depender de la aplicación en la que se usa. En una

instalación grande, donde existen cargas de vapor variables, pueden usarse varias

calderas.

1.6. Materiales y Metodología

1.6.1. Materiales:

COMPUTADORA CAMARA FILMADORA

CALCULADORA LIBRETA



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1.6.2. Metodología

Investigación

La metodología para la investigación fue mediante una investigación de campo y

linkográfica en diferentes páginas o fuentes de conocimiento, además de los

conocimientos adquiridos en el módulo de optativa II, Termodinámica.

De Campo: se realizó una investigación de campo debido a que se pudo observar la

fuente de investigación, permitiéndose adquirir los datos directamente y toda la

información necesaria.

1.7. Marco teórico

GENERADOR DE VAPOR – CALDERA

En la UNIDAD EDUCATIVA SIMÓN BOLÍVAR se maneja un generador de vapor

pirotubular de posición vertical que produce vapor saturado, usado para el sauna,

hidromasaje, duchas y para ayudar a calentar el agua de las duchas que posee la

UNIDAD EDUCATIVA. La caldera del presente trabajo de investigación es el

resultado de la modificación de una caldera vertical de tubos de humos PIMMSA [1]

por lo cual se basará las fichas técnicas de esta marca de caldera para obtener las

especificaciones técnicas de funcionamiento de la misma.

Ilustración 1 CALDERA DE REFERENCIA



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En la ilustración 2 tenemos la figura de la caldera de investigación, la modificación

que se hizo en esta caldera está en el quemador que es de tipo olla como se muestra

en la ilustración 3. Además de que posee tres recubrimientos: la cubierta exterior de

acero inoxidable, la intermedia de lana de vidrio y la interior de acero inoxidable

para evitar perder calor.

Ilustración 3 QUEMADOR DE TIPO OLLA

Ilustración 2 CALDERA DE INVESTIGACION



DIAGRAMA DE CONEXIÓN DE LA CALDERA


PERÍODO ACADÉMICO: OCTUBRE/2015 – MARZO/2016 Generalidades de la caldera

La clasificación de calderas se basa en varios factores propios del diseño y uso de

estos equipos, tales como:

Tipo de combustible que utilizan

Presión a la que trabajan

Volumen de agua

Forma de calefacción, etc.

Cada fabricante ha tomado o seleccionado algunos de estos aspectos, creando tipos

de calderas que se han llegado a popularizar en el ambiente industrial.

Así tenemos, por ejemplo, las calderas escocesas que son calderas horizontales, con

tubos múltiples de humo, de hogar interior de uno o más pasos y que pueden quemar

combustibles:

Sólidos

Líquidos

Gaseosos.

FICHA TECNICA DE LA CALDERA CABALLOS CALDERA 15

MODELO CPV15

POTENCIA DE SALIDA 126532 kcal/h

EVAPORACION DE (100-100ᵒC) 234.5 Kg/h

SUPERFICIE DE CALEFACCIÓN 10.403 m²

PRESION DE DISEÑO 10 Kg/cm²

PRESION MAX DE FUNCIONAMIENTO 3 Bar

TEMPERATURA MAX DE CALDERA 90ᵒC

Dimensiones (mm)

DIAMETRO DE LA CALDERA A 950

ALTURA DE LA CALDERA B 2340

SALIDA DE VAPOR C 1815

ENTRADA DE AGUA D 1215

PURGA E 765

Medida de conexiones (mm)

SALIDA DE VAPOR 25.4

ENTRADA DE AGUA 25.4



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PURGA DE FONDO 25.4

SALIDAD DE GASES 250

Espacio mínimo requerido (mm)

AL FRENTE 1500

HACIA ATRÁS 1000

A LA DERECHA 1000

A LA IZQUIERDA 1000

Consumo máximo (lts/h)

AGUA 234.8

GAS L.P. 27.0

DIESEL 19.8

Carga Eléctrica (HP)

MOTOR VENTILADOR 0.25

MOTOR BOMBA DE AGUA 1.00

Pesos Aproximados (Kg)

DE EMBARQUE 750

EN OPERACIÓN 940

TOTALMENTE LLENA DE AGUA 1035

Tabla 1 Especificaciones del caldero

MANTENIMIENTO DE CALDERA

El mantenimiento que se realiza en la caldera es

de tipo preventivo que contribuir con vida útil

de la caldera además de reducir costos en la

producción de vapor, el (diésel), la energía

eléctrica, el tratamiento de agua para calderas,

etc. En este caso diariamente se revisa el buen

funcionamiento de todo el sistema de

generación de vapor como por ejemplo la

presión a la que está trabajando la caldera, el

consumo de combustible, los niveles de agua,

etc. Pero en lo que deben recalcar son la realización purgas de 5 a 10 segundos para

eliminar las impurezas formadas dentro de la caldera, lo cual se realiza tres veces al

día. Además, se realiza la revisión del PH y dureza del agua y el correcto



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funcionamiento de manómetro de presión cada 2 semanas. El mantenimiento de los

tubos de humo se realiza anualmente para limpiar el hollín formado dentro de estos,

para poder sacar el hollín se usa guaipe con aceite quemado, así también la revisión

del quemador y el buen funcionamiento del presostato.

En cuanto a los sistemas de maniobra eléctricos se realiza un control anual de

acuerdo a las conexiones y ajuste de los tornillos.

Elementos De La Caldera Vertical

Tablero De Control

El tablero de control realiza el arranque del ventilador de combustión, así como la

revisión de permisivos de seguridad de gas, tiempo de purga (barrido de gases)

encendido de quemador, monitoreo de flama y control de temperatura de proceso.

Estos requieren una salida de 4-20mA para la colocación de cualquier equipo

eléctrico.

TABLERO DE CONTROL

VALVULA DE SEGURIDAD

MANOMETROVALVULA MANUAL

VALVULA McDonalds

SALIDA DE VAPOR



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Elementos de un tablero de control

Gabinete metálico NEMA 12, 4X; según se requiera.

Switch desconestor general.

Arrancador con protección térmica para motor.

Circuitos derivados con disyuntores.

Transformador de control.

Botones pulsadores de arranque y paro

Lámparas de señalización.

Selectores de arranque de quemador.

Relevadores de control.

Timers.

Control de seguridad de Flama.

Control de temperatura.

Lógica de control para Permisivos e interlock.

Presión

Flujo de aire

Presión de gas alta y baja

Temperatura

Botón pulsador silenciador de alarma

Manómetro De Vapor

El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión en los

fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presión entre el fluido y la

presión local.

En la mecánica la presión se define como la fuerza por unidad de superficie que

ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie.

La presión suele medirse en atmósferas (atm); en el sistema internacional de

unidades (SI), la presión se expresa en newtons por metro cuadrado; un newton por

metro cuadrado es un pascal (Pa). La atmósfera se define como 101.325 Pa, y

equivale a 760 mm de mercurio en un barómetro convencional.

Cuando los manómetros deben indicar fluctuaciones rápidas de presión se suelen

utilizar sensores piezoeléctricos o electrostáticos que proporcionan una respuesta

instantánea.



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Hay que tener en cuenta que la mayoría de los manómetros miden la diferencia entre

la presión del fluido y la presión atmosférica local, entonces hay que sumar ésta

última al valor indicado por el manómetro para hallar la presión absoluta. Cuando

se obtiene una medida negativa en el manómetro es debida a un vacío parcial.

Presostato

El presostato también es conocido como interruptor de presión. Es un aparato que

cierra o abre un circuito eléctrico dependiendo de la lectura de presión de un fluido.

El fluido ejerce una presión sobre un pistón interno haciendo que se mueva hasta

que se unen dos contactos. Cuando la presión baja un resorte empuja el pistón en

sentido contrario y los contactos se separan.

Un tornillo permite ajustar la sensibilidad de disparo del presostato al aplicar más o

menos fuerza sobre el pistón a través del resorte. Usualmente tienen dos ajustes

independientes: la presión de encendido y la presión de apagado.

Válvula De Seguridad (Mcdonald)

Para protección del cuerpo de presión de la caldera, se instalan las válvulas de alivio

o seguridad de acuerdo al código ASME. Conbraco (Modelo 19M), las cuales vienen

calibradas a la presión de diseño de la caldera. (Standard: 150 Psi). Las válvulas de

seguridad, abren por un exceso de presión en el cuerpo de las calderas. En

condiciones normales de operación, las válvulas de seguridad no deberán abrir, ya

que el aumento de presión en la caldera, está regulado en forma automática por los

controles de presión de la caldera. Un mal funcionamiento de los mismos, provocará

la apertura de las válvulas de seguridad. Las válvulas de seguridad de la caldera

abren normalmente, a la presión de diseño de la caldera.

Cuando abren, descargan vapor de alta presión y alta temperatura, que tiende a

expandirse rápidamente en la atmósfera. Su descarga puede significar peligro, por

lo que se recomienda entubar su descarga hasta un lugar alto y libre hacia la

atmósfera.

Válvula Manual

Esta es una válvula o también conocida como llave de paso la cual permite el paso

del fluido en este caso estará conectado a la purga s decir a la salida del desperdicio



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del vapor generado por una caldera, por lo general las válvulas manuales para

liberar los desperdicios tienen un giro de 90 grados y 180, para nuestra caldera es

de 90 el cual es activada 3 veces por día.

QUE TIPO DE VAPOR

El vapor que se utiliza esta caldera es “VAPOR SATURADO”

El "vapor saturado" es vapor a la temperatura de ebullición del líquido. Es el vapor

que se desprende cuando el líquido hierve. Se obtiene en calderas de vapor.

El vapor saturado se utiliza en multitud de procesos industriales difícil de señalar

de un vistazo, pues interviene en procesos físicos, químicos, etc. en la obtención de

múltiples elementos. También es el método más efectivo y de menor costo para

esterilizar la mayoría de los objetos de uso hospitalario, mediante autoclaves. Se

utiliza el vapor saturado a presión atmosférica en la hidrodestilación, que son

procesos donde por ejemplo se obtiene el aceite esencial de una planta aromática.

En labores de limpieza con vapor. En la pasteurización de alimentos y bebidas, etc.

En sistemas de calefacción central urbana (district heating). Etc.



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Todos los puntos que corresponden a un estado de líquido saturado o a vapor saturado

se han unido por una línea, de tal modo que en el diagrama se ve una curva en forma de

campana, a menudo llamado domo de saturación ya que dentro de esta curva se

agrupan los estados en que coexisten las fases de líquido y vapor.

El punto más alto del domo en el cual se unen las líneas de líquido saturado y vapor

saturado es el llamado punto crítico.

Dicho nombre deriva de que por encima de dicho estado no puede existir un

equilibrio de fases.

El punto crítico se caracteriza por un valor de presión, volumen y temperatura

particular para cada sustancia.

Para definir estados dentro de la zona de saturación liquido

El vapor podemos utilizar una propiedad llamada calidad (x) definida como.

𝑥 =𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑎𝑠𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑡𝑒𝑚𝑎

Vemos que si la calidad es unitaria el fluido estará como vapor saturado y cuando la

calidad sea cero estará como líquido saturado.

Ya que el volumen es una propiedad extensiva dependiente de la masa, la calidad nos

permite calcular el volumen específico dentro de la zona de saturación como una

ponderación másica de los volúmenes específicos de la fase gaseosa (𝑣𝑔) y la fase líquida

(𝑣𝑓):

𝑣 =𝑣𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 + 𝑣𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜

𝑚 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

𝑣 =𝑚𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑣𝑓𝑔 + 𝑚𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜𝑣𝑓

𝑚 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

𝑣 = 𝑥𝑣𝑓𝑔 + (1 − 𝑥)𝑣𝑓



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El volumen de cada fase por separado puede relacionarse con su volumen específico y

su masa particular, independientemente de la presencia de las demás fases. Por

"comodidad" , expresa como.

𝑣𝑧 = 𝑥 ∗ 𝑣𝑓𝑔 + 𝑣𝑓

Dónde:

El término (fg) se refiere a la diferencia en la propiedad del vapor saturado con

respecto al del líquido saturado.

El término (f) se refiere a la diferencia en la propiedad del vapor saturado con

respecto al del fluido.

Para producir diagramas bidimensionales bastaría proyectar la superficie sobre algún

plano de modo de perder perspectiva de uno de los ejes.

Diagrama de Mollier

El refrigerante cambia de estado a lo largo del ciclo frigorífico como hemos visto en el

capítulo anterior. Representaremos sobre el diagrama de p-h las distintas

transformaciones que sufre el refrigerante y obtendremos importantes conclusiones a

partir del mismo. Cada refrigerante tiene su propio diagrama ph.

En el eje vertical, se encuentra la presión absoluta a escala logarítmica. Cuidado con este

tipo de escalas, ya que las distancias entre los distintos puntos no son iguales como en

una escala decimal. En el eje horizontal se representa la entalpía específica (h) en kJ por

kg de refrigerante. La entalpía podemos definirla como la cantidad de calor que posee

el refrigerante en un estado determinado.

En el diagrama P-h se distinguen tres zonas bien diferenciadas que se corresponden con

distintos estados físicos del refrigerante y que quedan delimitadas por la curva de

Andrews:

Zona de vapor, situada a la derecha de la curva de Andrews



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Zona de líquido y vapor, situada en el interior de la curva de Andrews

Zona de líquido, situada a la izquierda de la curva de Andrews

LÍNEAS DEL DIAGRAMA DE MOLLIER

Tablas termodinámicas

Si bien los gráficos son muy útiles a nivel cualitativo y para comprender el

comportamiento de ciertas sustancias, obtener una buena precisión a partir de ellos no

es sencillo. Por tal motivo en muchas oportunidades se prefiere discretizar la relación

entre propiedades en forma de tablas.

Las tablas más conocidas son las del agua denominadas genéricamente tablas de

vapor.



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Las tablas se identifican de acuerdo a la zona de los diagramas que representan, así

tablas de saturación, ya sea:

Líquido-vapor

Sólido-vapor;

Tablas de vapor sobrecalentado

De líquido comprimido entre otras.

Se podría, en teoría tabular otras zonas como las de sólido y las de saturación sólido

líquido. Sin embargo, las propiedades volumétricas de las fases sólidas y líquidas no

experimentan variaciones tan notables como las de las fases fluidas. En dichos casos es

conveniente utilizar un modelo de sustancia incompresible, en el cual el volumen

específico de una sustancia se considera independiente de las condiciones de presión y

temperatura, ahorrándonos entonces el uso de tablas, gráficos o ecuaciones de estado.

La forma de tabular los datos depende de cada autor en particular. Sin embargo, como

operacionalmente las variables más fáciles de medir son la temperatura y presión, las

tablas se diseñan para encontrar a partir de estas dos variables las demás.



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Tabla de la densidad del agua



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COMO ES LA SALA DE CALDEROS

SALA DE CALDERAS

Las salas de calderas son locales técnicos destinados a albergar equipos de

producción de calor. La sala de calderas deberá ser de dimensiones suficientes para

que todas las operaciones de mantenimiento y conservación puedan efectuarse en

condiciones de seguridad, deben cumplir con la normativa en relación a

ventilaciones, protecciones y prevenciones por los riesgos de incendios y explosión

a que podrían estar expuestos.

ELEMENTOS QUE CONFORMA LA SALA DE CALDERAS

1. QUEMADOR BT332

2. CALDERA VERTICAL S/S

3. QUEMADOR VERTCAL SOLAR S/S

4. BOMBAS HIDRAULICAS

5. TUBERIAS

6. TABLERO DE CONTROL

7. TANQUE DE COMBUSTIBLE

8. TANQUE DE RESERVA



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QUEMADOR BT332CALDERA VERTICAL

S/N 1QUEMADOR

VERTCAL SOLAR S/N

BOMBAS HIDRAULICAS

TUBERIASTABLERO DE

CONTROL

TANQUE DE COMBUSTIBLE

TANQUE DE RESERVA



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QUEMADOR BT332

• Es una caldera acuotubular horizontal de fabricacion Canadiense, quefunciona por medio de la combustion del diesel, el cual enciende unfuego que conduce vapor humedo el cual es transferido por medio detuberias hacia la picsina.

CADERA VERTICAL S/S

• Es una caldera de fabricacion nacional (ensamblada) la cual funcionapor medio la combustion de diesel, esta posee un sistema deseguridad que apaga la caldera cuando excede la presion de 70 psi,esta transfiere vapor y ayuda a temperar la picsina.

QUEMDOR VERTIAL SOLAR S/S

• Es una caldera vertical de tubos de fabricacion nacional que esaccionada por medio de paneles solares los cuales prenden lasbombas hidraulicas haciendo que el fluido pase por la caldera, lafuncion de esta es suministrar agua caliente a las duchas.

BOMBAS HIDRAULICAS

• Una bomba hidráulica es una máquina generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía del fluido incompresible que mueve. Estas bombas son de uso exclusivo de la caldera solar.

TUBERIAS

• Las tuberias son el medio de conduccion del fluido tanto dealimentacion de la maquinas como para de salida de vapor.

TABLERO DE CONTROL

• Circuito electrico el cual sirve para controlar las calderas.

TANQUE DE COMBUSTIBLE

• Almacena el diesel que se utiliza para las calderas.

TANQUE DE RESERVA

• Es el tanque de agua el cual suministra a la caldera para que pueda producir vapor.



DESCRIPCION DE LA SALA DE CALDERAS

La sala de calderos es un área destinada a albergar máquinas y equipos que produzcan calor el cual será transferido por medio de tuberías a diversas partes

ya sea a la piscina, hidromasaje o las duchas, esta sala cuenta con tres calderas las cuales una de ellas es ensamblada la otra es hecha en ecuador y una es

comprada.

PLANO DE LA SALA DE CALDERAS



COMO DEBERIA SER LA SALA DE CALDEROS

Una sala de calderos que funcionan a diésel debe tener salidas de emergencia debido que tienen peligro de explosión, además así contar con un botiquín de

primeros auxilios y extintor, también debe tener servicios higiénicos. Esta sala no tenía la adecuada señalización por lo que se debería implementar.

PLANO DE LA SALA DE CALDEROS NUEVO

CUARTO DE

COMBUSTIBLE



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CALCULOS

Para la realización de los cálculos se procede a sacar los datos obtenidos en la tabla 1 pagina

Calidad del vapor (x) 10%

Presión 3 Bar

Temperatura 90ᵒ C

Tipo de Vapor Vapor Saturado

SOLUCIÓN BASÁNDONOS EN LA TABLA DE PROPIEDADES DE VAPOR SATURADO EN

RELACION A PRESIONES B-13.

Primero Transformamos la presión y la temperatura a las unidades de trabajo de las tablas de

las propiedades del vapor saturado.

Para la presión

𝑃 = 3 𝐵𝑎𝑟 ∗1 ∗ 105𝑃𝑎

1𝐵𝑎𝑟∗

𝑁𝑚2

𝑃𝑎∗

1𝑃𝑠𝑖

6895𝑁

𝑚2

𝑃 = 43,5097 𝑃𝑠𝑖

Para la temperatura

𝐹 = 1.8ᵒ𝐶 + 32

𝐹 = 1.8 ∗ (90) + 32

𝐹 = 194ᵒ

Con los datos encontrados y sabiendo que el tipo de vapor es un vapor saturado procedemos a

sacar los datos de la Tabla B-13.

Volumen especifico (𝑓𝑡3/𝑙𝑏)

𝑉𝑓 0,016598

𝑉𝑓𝑔 37,808

Utilizando la ecuación de la calidad del vapor despejamos Vz

𝑥 =𝑣𝑧 − 𝑣𝑓

𝑣𝑓𝑔


𝑣𝑧 = 0,10 ∗ 37,808 + 0,016598



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𝑣𝑧 = 3,797398𝑓𝑡3

𝑙𝑏

Por lo tanto, el volumen especifico del trabajo es 𝑉𝑧 = 3,797398𝑓𝑡3

𝑙𝑏

De tablas sacamos los datos de entalpia:

Entalpia (𝐵𝑇𝑈/𝑙𝑏)

ℎ𝑓 162,05

ℎ𝑓𝑔 981,6

ℎ𝑧 = 𝑥 ∗ ℎ𝑓𝑔 + ℎ𝑓

ℎ𝑧 = 0,10 ∗ 981,6 + 162,05

ℎ𝑧 = 260,21 𝐵𝑇𝑈

𝑙𝑏

El poder calorífico del vapor es de ℎ𝑧 = 260,21 𝐵𝑇𝑈

𝑙𝑏

De tablas sacamos los datos de entropía:

Entropía (𝐵𝑇𝑈

𝑙𝑏∗ᵒ𝐹)

𝑠𝑓 0,2848

𝑠𝑓𝑔 1,5017

𝑠𝑧 = 𝑥 ∗ 𝑠𝑓𝑔 + 𝑠𝑓

𝑠𝑧 = 0,10 ∗ 1,5017 + 0,2848

𝑠𝑧 = 0,43497 𝐵𝑇𝑈

𝑙𝑏 ∗ ᵒ𝐹

Fuerza que entrega el proceso es de 𝑠𝑧 = 0,43497 𝐵𝑇𝑈

𝑙𝑏∗ᵒ𝐹

SOLUCIÓN BASÁNDONOS EN LA TABLA DE PROPIEDADES DE VAPOR SATURADO EN

RELACION A TEMPERATURAS B-13.

𝑇𝑟𝑒𝑓 = 194

Con los datos encontrados y sabiendo que el tipo de vapor es un vapor saturado procedemos a

sacar los datos de la Tabla B-14.

𝑇1 = 193,21 𝑉𝑓1 = 0,016592 𝑉𝑓𝑔1 = 38,404

𝑇2 = 212 𝑉𝑓2 = 0,016719 𝑉𝑓𝑔2 = 26,782



27

Para encontrar 𝑉𝑓𝑖

𝑣𝑓𝑖 = 𝑣1 +(𝑇𝑟𝑒𝑓 − 𝑇1) ∗ (𝑣𝑓2 − 𝑣𝑓1)

(𝑇2 − 𝑇1)

𝑣𝑓𝑖 = 0,016592 +(194 − 193,21) ∗ (0,016719 − 0,016592)

(212 − 193,21)

𝑣𝑓𝑖 = 0,016592 + 0,04204 ∗ (0,016719 − 0,016592)

𝑣𝑓𝑖 = 0,01659𝑓𝑡3

𝑙𝑏

Para encontrar 𝑉𝑓𝑔𝑖

𝑉𝑓𝑔𝑖 = 38,404 + 0,04204 ∗ (26,782 − 38,404)

𝑉𝑓𝑔𝑖 = 37,9131 𝑓𝑡3

𝑙𝑏

Sabemos que la calidad es:

𝑥 =𝑣𝑧 − 𝑣𝑓

𝑣𝑓𝑔


𝑣𝑧 = 0,10 ∗ 37,9131 + 0,01659

𝑣𝑧 = 3,8079𝑓𝑡3

𝑙𝑏

Por lo tanto, el volumen especifico del trabajo es 𝑉𝑧 = 3,8079𝑓𝑡3

𝑙𝑏

De tablas sacamos los datos de entalpia:

Entalpia (𝐵𝑇𝑈

𝑙𝑏)

ℎ𝑓1 = 161,26 ℎ𝑓𝑔1 = 982,1

ℎ𝑓2 = 180,17 ℎ𝑓𝑔2 = 970,3

Para encontrar ℎ𝑓𝑖

ℎ𝑓𝑖 = 161,26 + 0,04204 ∗ (180,17 − 161,26)

ℎ𝑓𝑖 = 162,0549𝐵𝑇𝑈

𝑙𝑏

Para encontrar ℎ𝑓𝑔𝑖

ℎ𝑓𝑔𝑖 = 982,1 + 0,04204 ∗ (970,3 − 982,1)



28

ℎ𝑓𝑔𝑖 = 981,60 𝑓𝑡3

𝑙𝑏

Por lo tanto tenemos que:

ℎ𝑧 = 𝑥 ∗ ℎ𝑓𝑔 + ℎ𝑓

ℎ𝑧 = 0,10 ∗ 981,6 + 162,0549

ℎ𝑧 = 260,2149 𝐵𝑇𝑈

𝑙𝑏

El poder calorífico del vapor es de ℎ𝑧 = 260,2149 𝐵𝑇𝑈

𝑙𝑏

De tablas sacamos los datos de entropía:

Entropía (𝐵𝑇𝑈

𝑙𝑏∗ᵒ𝐹)

𝑠𝑓1 = 0,2836 𝑠𝑓𝑔1 = 1,5013

𝑠𝑓𝑔2 = 0,3121 𝑠𝑓𝑔2 = 1,4447

Para encontrar 𝑠𝑓𝑖

𝑠𝑓𝑖 = 0,2836 + 0,04204 ∗ (0,3121 − 0,2836)

𝑠𝑓𝑖 = 0,28479 𝐵𝑇𝑈


Para encontrar 𝑠𝑓𝑔𝑖

𝑠𝑓𝑔𝑖 = 1,5013 + 0,04204 ∗ (1,4447 − 1,5013)

𝑠𝑓𝑔𝑖 = 1,4989 𝑓𝑡3


Por lo tanto, tenemos que:

𝑠𝑧 = 𝑥 ∗ 𝑠𝑓𝑔 + 𝑠𝑓

𝑠𝑧 = 0,10 ∗ 1,4989 + 0,28479

𝑠𝑧 = 0,43468 𝐵𝑇𝑈


Fuerza que entrega el proceso es de 𝑠𝑧 = 0,43497 𝐵𝑇𝑈

𝑙𝑏∗ᵒ𝐹



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1.8. Conclusiones

Durante la visita a la piscina de la Unidad Educativa Bolívar se pudo notar primero

un desorden en la distribución de la sala de calderos y falta de mantenimiento,

también se pudo notar que la caldera además de abastecer al calentamiento de la

piscina también el vapor generado servía para poder calentar el agua para las

duchas por la misma razón que no abastecía el vapor generado por la máquina.

Se determinó que las caldera con que se emplea para calentar la Piscina de la Unidad

Educativa Bolívar están en medias condiciones, ya que la caldera existente es

ensamblada y ya posee un tiempo de duración de aproximadamente 10 años, por lo

tanto se trabajó con datos reales de una caldera similar, es decir con una presión de

3 Bares y a una temperatura de 90°C, con una calidad de vapor del 20% dada por

sus condiciones, esto nos permitió calcular las propiedades de dicho vapor, teniendo

como resultado un: Volumen especifico de trabajo= 3,7973 ft3/pulg, un Poder

calórico del vapor de 260,21 𝐵𝑇𝑈/𝑙𝑏 y una Fuerza que entrega el proceso 0.4349

𝐵𝑇𝑈/𝑙𝑏*°𝐹 , identificando que el vapor no es aprovechado totalmente.

Para esta caldera se utiliza diésel el cual se pudo notar que se encontraba en una

mala ubicación por lo que se hiso un nuevo diseño de disposición del cuarto de

máquinas para que tenga la adecuada seguridad al momento de que la maquina sea

encendida.

Pudimos comprobar al momento de realizar los cálculos los valores arrojados tanto

con las tablas de presiones como de temperaturas nos dieron similares pudiendo así

comprobar que los valores son correctos.

1.9. Referencias bibliográficas http://www.dienterprise.com.mx/enterpriseintegra/tablero%20de%20control.htm

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/manometro/manometr

o.html

http://www.powermaster.com.mx/www/informacion/valvulas.html

http://www.todoexpertos.com/categorias/ciencias-e-ingenieria/ingenieria-

industrial/respuestas/1723288/vapor-sobrecalentado-o-saturado

«PIMMSA,» 26 01 2016. [En línea]. Available:

http://www.calderaspimmsa.com.mx/c_verticales.htm



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1.10. Fotografías y gráficos

TABLA B-14



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TABLA B-13



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calculo de la calidad de vapor de calderas

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