- PRÁCTICA Nº1 TERMODINÁMICA -

TÍTULO DE UN VAPOR HÚMEDO.

ESTUDIO Y OBTENCIÓN

 

 

 

 

 

21/09/2012 - 1erSemestre - Curso: 2012-2013

Grupo y Mesa:

V‐17‐S1‐M2

Alumno: Nº Matrícula: Gr.Clase

MATEOPRIETO;DIEGO (Sinasignar) M‐206

RUAN;JUNCHAO 50.437 M‐206

RUIZRUIZ;SERGIO 50.440 M‐206

0  

INDICE:

1. ObjetivodelaPráctica Pág.1

2. Materiales Pág.1

3. Introducción Pág.2

4. Fundamentoteórico Pág.3y4

5. Procedimientoexperimental Pág.5

6. Cálculos Pág.6,7y8

6.1Tablaresumendecálculos Pág.8

7. Cálculodeerrores Pág.9

8. Gráfica(Tiempo–Temperatura) Pág.10

9. Conclusiones Pág.11

10._Bibliografía Pág.11

1  

1. OBJETIVO:

El objeto de esta práctica es determinar el título de un vapor húmedo, que se puede interpretar 

como la calidad que tiene el vapor, así como  el reconocimiento de equipos, instrumentales y 

técnica para obtención de dicho titulo o calidad de un vapor de agua. 

 

2. MATERIALES:

a) Calderín para producir el vapor con tubo de salida para el vapor y goma.b) Calorímetro adiabático de doble pared.c) Termómetro.d) Hornillo eléctrico.e) Vaso de precipitados.f)   Agitador. g) Pinzas de madera. h) Soporte, varilla para soporte y nuez.i)   Cronometro.j)   Agua líquida y sólida (hielos).k) Báscula digital.l) Tablas de propiedades térmicas del agua.

                                                       

2  

3. INTRODUCCIÓN:

Desde hace muchísimos años, el vapor de agua viene siendo el fluido térmico más ampliamente utilizado; por ello, la determinación del título o calidad de un vapor es practica habitual en determinados procesos industriales que utilizan vapor como agente caloportador.  La generalización de su empleo está basada en un conjunto de características singulares que le convierten en prácticamente insustituible.  De entre las características que lo sitúan en el lugar que ocupa cabe destacar las siguientes:   

‐ Materia prima barata y de elevada disponibilidad ‐ Amplio rango de temperaturas de empleo ‐ Ininflamable y no tóxico ‐ Fácilmente transportable por tubería ‐ Elevado calor de condensación ‐ Elevado calor específico ‐ Temperatura de condensación fácilmente regulable ‐  

El vapor de agua constituye el fluido energético ideal para aplicación en el campo industrial. La razón fundamental es la necesidad que tiene la industria de emplear fuentes de calor a muy diversos niveles de temperatura.   Su elevado calor latente y su baja densidad hacen que el vapor de agua sea especialmente efectivo en las operaciones de calentamiento. En la práctica, su empleo se extiende a un número muy elevado de procesos industriales.  El vapor empleado como fluido energético se caracteriza por ser capaz de transportar energía entre dos puntos en forma de entalpía.  El vapor se produce, a partir de agua, en un generador o caldera en el que aumenta su entalpía  a costa habitualmente del calor de combustión de un combustible y una vez en el punto de utilización pierde esta entalpía cediéndola o bien hacia el medio a calefactar, o bien mediante transformación en energía mecánica como por ejemplo en una turbina.  En una instalación de vapor se producen cambios energéticos caracterizados por sus correspondientes ganancias y pérdidas entálpicas en toda la banda que cubre desde agua líquida a cualquier temperatura hasta vapor sobrecalentado también a cualquier temperatura y viceversa, pasando por todos los estados intermedios caracterizados por calentamiento y enfriamiento de las fases líquido y vapor así como los cambios de fase.  A la hora de diseñar y dimensionar una instalación de vapor es muy importante comprender muy bien todos estos cambios así como las características y leyes por las que se rigen. 

 

 

 

 

 

 

 

3  

4. FUNDAMENTOTEÓRICO:(ObtenidodelguiondelaPráctica)

Proceso isóbaro de calentamiento de un líquido:  

La  producción  de  vapor  tiene  lugar  en  un  calderín  donde  se  calienta  agua  a  presión 

(atmosférica) constante.  

 

 

 

 

 

 

Al principio,  la  temperatura aumenta considerablemente mientras que  su volumen específico 

apenas  varía.  Cuando  la  temperatura  alcanza  los  100ºC  se  empieza  a  formar  vapor  a 

temperatura constante.  

El  inicio de  la vaporización se denomina  líquido saturado; el final, vapor saturado. Entre esos 

dos estados se produce la vaporización: el fluido está formado por dos fases, vapor y líquido y 

se denomina vapor húmedo. 

El fluido con una temperatura menor que la de vaporización es un líquido subenfriado; el vapor 

con temperatura mayor que la de vaporización es un vapor sobrecalentado. En el intervalo en 

el  que  hay  dos  fases,  la  temperatura  se  mantiene  constante.  Por  tanto,  hay  dos 

discontinuidades en la pendiente, que coinciden con el inicio y el final del cambio de fase. 

A  presiones  elevadas,  se  reduce  la  diferencia  entre  el  volumen  del  líquido  saturado  y  el  del 

vapor saturado;  las dos curvas se unen en el punto crítico. Por encima de  la presión crítica, el 

paso de líquido a vapor se verifica de modo continuo, sin aparición de superficies de separación 

entre  las dos  fases. En el  caso del agua,  las  coordenadas  críticas  son: Pc = 22,12 MPa, Tc = 

374,15 °C. 

Calor Latente 

Es la cantidad de calor, agregado o eliminado a 1 Kg masa de una determinada sustancia, con 

el fin de lograr el cambio de fase de toda su masa. Puede ser calor latente de condensación o de 

vaporización. 

´´ ´

ó ó

´ í í í  

´´ í í  

4  

 

Título de un vapor húmedo 

En  las  regiones  bifásicas  líquido–vapor  se  define  el  título  o  calidad  del  vapor  (_)  como  la 

fracción en peso de vapor; es decir la masa de vapor que hay en la mezcla. 

;    

í   í

 

Para medir el título de un vapor se procede a condensarlo en un calorímetro con agua. En este 

proceso de condensación, que se produce a presión constante, se pierde una energía (en forma 

de calor) que la absorbe el calorímetro. 

   (3)         

Calor perdido (vapor de agua) = Calor absorbido (calorímetro) 

Calor cedido por el vapor de agua 

El vapor de agua al condensarse pasa desde el estado  inicial (salida del calderín) en forma de 

vapor húmedo hasta el estado final en forma de  líquido subenfriado a  la temperatura final TF 

(calorímetro).  

     (4)          ∆ ∆  

´ ´´ ´  

í í í

Calor absorbido en el calorímetro 

La temperatura inicial del agua del calorímetro, Ti, irá aumentando a medida que el vapor vaya condensando hasta alcanzar la temperatura final de equilibrio TF. El calor absorbido se invierte en calentar el agua y el propio calorímetro.  

(5)           ∆ ;   

í

í í í   

 

Nota: El calorímetro es de Aluminio cuyo calor específico es:  0,212  

Aplicando la condición de equilibrio (3) y con (4) y (5) se obtiene el título de un vapor húmedo: 

5  

5. PROCEDIMIENTOEXPERIMENTAL:

o En nuestra práctica, el primer paso fue conectar el hornillo eléctrico, sobre el cual ya se 

encontraba el calderín preparado con agua y el tubo por el cual posteriormente saldría el 

vapor conectado, con un aislante (corcho) en su parte final, para poder manipularlo con las 

manos sin quemarnos. 

 

o Posteriormente, y mientras se calentaba el agua del calderín, se pesa el recipiente 

calorimétrico vacío junto con el agitador, anotando  esta medida a la que llamaremos  . 

o Una vez obtenida  , se llena el vaso calorimétrico con agua del grifo hasta 

aproximadamente su mitad, y con hielos se consigue bajar su temperatura hasta una 

aproximadamente 10  por debajo de la temperatura ambiente, lo que llamaremos   

(no hay que olvidar agitar el agua con el agitador mientras se va enfriando). 

 

o Con recipiente calorimétrico a   sacamos los hielos, y pesamos de nuevo el conjunto SIN 

hielos en la bascula electrónica, masa la cual llamaremos   con agua fría. Posteriormente 

calcularemos la masa de agua liquida fría   mediante la diferencia entre  . 

 

o Seguidamente, estando el agua fría a una temperatura prácticamente constante  , 

sellamos el recipiente calorimétrico de doble pared con su tapa de material aislante 

(corcho), en la cual colocaremos el termómetro y el agitador en sus correspondientes 

orificios; y una vez hecho esto, introducimos el tubo de goma procedente del calderín, que 

en esos momentos ya esta expulsando vapor, en el recipiente calorimétrico; poniendo el 

cronómetro en marcha en ese mismo instante. 

 

o Mientras se esta introduciendo el vapor en el recipiente calorimétrico, la temperatura va 

aumentando, y se tomarán medidas con el cronómetro cada 20 segundos, hasta que la 

temperatura del agua ascienda aproximadamente 10  sobre la temperatura ambiente. 

Una vez conseguido esto, se retirara el tubo de goma del recipiente calorimétrico, 

quedando la temperatura del agua en equilibrio, la cual llamaremos  . 

 

o Con el agua a temperatura   se pesa de nuevo el recipiente calorimétrico obteniendo una 

nueva masa  . Con esta masa podremos calcular la masa final de agua  ,  siendo   , pudiendo calcular por último la masa de vapor   mediante la 

expresión  . 

 

o Una vez hecho esto, para finalizar la resolución de la práctica, queda tomar las medidas de 

presión y temperatura del laboratorio en el barómetro que este posee, lo que llamaremos 

. y  .. A la presión del laboratorio, posteriormente habrá que aplicarle un factor de 

corrección, obtenido en tablas y explicado en el apartado de cálculos, donde también se 

explica el procedimiento de obtención de las entalpías necesarias para calcular finalmente 

el título o la calidad del vapor húmedo. 

 

 

 

6  

 

6. CÁLCULOS:

**MasasyTemperaturas:

‐ Masa del recipiente calorimétrico vacío junto con el agitador,  M :     

190,0   

‐ Cálculo de K, (equivalente en agua del calorímetro)   0,212 : 

190,0 0,212 40,28     

‐ Temperatura inicial del agua del calorímetro enfriada con hielos,  T : 

13,9    

‐ Masa del recipiente calorimétrico con agua fría a  T 13,9 ,  M : 

533,8   

‐ Masa de agua inicial en el calorímetro a  T 13,9 ,  M : 

533,8 190,0 343,8    

‐ Temperatura final de equilibrio del agua caliente en el calorímetro,  T : 

35,1    

‐ Masa del recipiente calorimétrico con agua caliente a  T 35,1 ,  M : 

548,2   

‐ Masa de agua final en el calorímetro a  T 35,1    M : 

548,2 190,0 358,2    

‐ Masa de Vapor: 

358.2 343.8 14.4    

 

**Condicionesambientalesycorrecciones:

‐ Temperatura de laboratorio,  T . : 

. 26,5    

‐ Presión de laboratorio medida en Barómetro,  P : 

. 715,7  

 

7  

‐ Corrección de lectura barométrica,  P :  

Utilizando la TablaI de correcciones de lecturas barométricas a 0 ; con una temperatura de  

26 y una presión de 720 , tenemos que aplicar un factor de corrección de 

3,04 , obteniendo así la presión corregida, que posteriormente pasaremos a  .: 

P P 3,04 715,7 3,04 712,66  

P,

0,938   

**Entalpíasespecíficas:

‐ Entalpía específica del vapor saturado,  h : 

Utilizando ahora la TablaVI, con la presión obtenida de 0,938 , e interpolando con dicho 

valor de presión entre 0.80 1 , para entalpías de vapor obtenemos: 

, , ,                 638,38  

‐ Entalpía específica de agua líquida,  h : 

Utilizando de nuevo la TablaVI, con la presión obtenida de 0,938 , e interpolando con 

dicho valor de presión entre 0.80 1 , para entalpías de agua líquida obtenemos: 

, , ,                h 97,14  

‐ Entalpía específica de agua líquida a temperatura final   35,1 ,  H´ : 

Utilizando la TablaVI, con una temperatura de 35,1 , e interpolando con dicho valor de 

temperatura entre 32,5 y 45,4  , para entalpías de agua líquida obtenemos: 

, , , ,

´                h´ 35,41  

**Cálculodecalorescedidosyabsorbidos:

(Desarrollos obtenidos de la hoja resumen de la práctica).

a) Calorcedidoporelvaporhúmedo:

´ ´

Siendo:     masa de vapor saturado.          masa de líquido. 

    = masa total, que en nuestro caso hemos llamado   

Sabiendo que el título de vapor  , podemos sustituir     y    1  

1 ´

8  

b) Calorabsorbidoporelcalorímetro:

c) Cálculodetítulodevaporhúmedo:

Igualando  las dos ecuaciones anteriores y despejando  , podemos obtener el título del vapor 

húmedo con la siguiente fórmula:

´

. . . . . . . . .

. . . .0.93067 93.07%

6.1 TABLARESUMENDECÁLCULOS:

. %

Temperaturas   Masas  .

13,9

35,1

. 26,5

190,0

533,8

343,8

548,2

358,2

14.4

Condicionesambientales   Entalpíasespecíficas:

. 715,7  

P . 712,66  

P . 0,938  

638,38

h 97,14

h´ 35,41

TítulodelVapor:

. %

9  

7. CÁLCULODEERRORES:

Mediante la ecuación del título del vapor, realizamos la siguiente simplificación:

´ ´

´

Una vez hecha la simplificación de la ecuación, aplicamos el Método de los Logaritmos para 

calcular errores haciendo los siguientes cambios de variable: 

  

´    

 

≫ →

→ →

→ ∆ ´ ∆ ´ ∆ ´ ∆ ´ ∆ ´ ∆ ´ ∆ ´ →

→ ∆ ´ ∆ ´ ∆ ´ ∆ ´ ∆ ´ ∆ ´ ∆ ´

Considerando los diferentes aparatos de medida y los errores asociados a cada uno existentes 

se tienen los siguientes valores:     

∆ ´ 0,1 0,1 →  ∆ ´ 0,1 0,1 →  ∆ ´ 0,01 0,01 → í í  ∆ ´ 0,1 0,1 →  ∆ ´ 0,01 0,01 → í í  

 

Por último, dando estos valores en la ecuación anterior, y desaciendo el cambio de variable, 

obtenemos el error ∆ ´: 

∆ ´ 0,1 0,1

. .

0,1 0,1

. .

0,1 0,1

. .

0,01 0,01

. .0,93067

0,01 0,01

. .

0,01 0,01

. .0,93067 0,0040317  

∆ ´ 0.004 100 0.4%

| | . %

10  

8. GRÁFICOS:

En este apartado se va a representar de forma gráfica la evolución o aumento de temperatura que 

se va a producir en el agua que esta en el interior del calorímetro cuando se le esta introduciendo 

vapor procedente del calderín, frente al tiempo en segundos, medido en intervalos de 20 segundos. 

En nuestra práctica, el tiempo total que transcurrió desde el inicio, con el agua a una temperatura 

en equilibrio de 13,9  hasta conseguir una temperatura final de 35.1 , fue de 132 . 

Tabla de tiempos frente a temperaturas: 

 

Gráfica de tiempo frente a incremento de temperatura: 

 

 

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 20 40 60 80 100 120 132

Temperatura   (ºC)

Tiempo   (sg)

Temperatura ‐ Tiempo

Temperatura Tiempo Temperatura Tiempo

13.9 0 26.6 80

17.3 20 30.2 100

20.5 40 33.5 120

23.9 60 35.1 132

11  

9. CONCLUSIONES:

Teniendo en cuenta el fundamento teórico de la práctica, y sabiendo que el título de vapor (x) es 

el porcentaje en masa de vapor en una mezcla líquido‐vapor donde el valor de x varía desde 0 

(líquido saturado) hasta 1 (vapor saturado); y que para valores del título cercanos a 1 se tiene 

una masa de líquido pequeña en forma de gotitas en suspensión (vapor de mayor calidad). Y 

para valores inferiores el líquido se deposita sobre el fondo del recipiente por efecto de la 

gravedad. (La coexistencia de líquido y vapor se indica normalmente con el término vapor 

húmedo  o mezcla de vapor saturado). 

Una de las conclusiones que podemos sacar es que estamos ante un vapor de calidad cercana 

al 1, lo que nos indica que se puede considerar un vapor de calidad bastante aceptable. 

Por otro lado, en la gráfica donde se representa el tiempo frente a la temperatura, podemos 

apreciar que el aumento de la temperatura es muy constante y prácticamente lineal. 

10. BIBLIOGRAFÍA:

‐ Guion de la práctica: 

http://mandelbrot.fais.upm.es/html/Laboratorios/Termodinamica/practicas/practica1_LaboTe

rmo_guion.pdf  

‐ Hoja resumen: 

http://mandelbrot.fais.upm.es/html/Laboratorios/Termodinamica/practicas/practica1_LaboTe

rmo_resumen.pdf   

‐ Teoría de Errores y Gráficas.  (UPM – EUITI) 

‐ TablaI; de correcciones de lecturas barométricas a 0 . 

‐ TablaVI;Magnitudestermodinámicasdelvapordeaguasaturado. ‐ Manual técnico. Diseño y cálculo de redes de vapor: 

http://www.eren.jcyl.es/web/jcyl/EREN/es/Plantilla100Detalle/1273563855326/_/1284159036

625/Redaccion