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INGENIERIA MECANICA ELECTROMECANICA
LABORATORIO DE TERMICAS
TERMODINAMICA TECNICA I
LABORATORIO N° 2
MEC 2244-MEC 2254
EVALUACION ENERGETICA DE LOS CAMBIOS DE FASE DEL
AGUA
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EVALUACION ENERGÉTICA DE LOS CAMBIOS DE FASE EN EL AGUA
1. INTRODUCCIÓN
1.1.
ANTECEDENTES
Se llama cambio de fase (estado agregado) de una sustancia al paso de una fase a otra que
coexiste con la primera.
Estos procesos tienen importantes aplicaciones en la rama térmica, como por ejemplo en
centrales térmicas de vapor, sistemas de refrigeración y centrales termonucleares.
1.2.- OBJETIVOS
-
-
Mediante el seguimiento experimental de procesos de cambio de fase del agua
a través de la medición de la temperatura, tiempo, masa y parámetros de
consumo energético, consolidar los conceptos vinculados con los cambios de
fase a través de la cuantificación experimental del calor latente y calor sensible.
Consolidar el concepto de rendimiento y los recursos vinculados con la
aplicación de la primera ley y el balance de energías.
1.3.- FUNDAMENTO TEORICO
Cuando se habla de fases de una sustancia pura se tienen en cuenta por lo general las
fases: gaseosa, líquida y sólida, que en términos tecnológicos son las más accesibles y
comunes.
Estas fases están vinculadas con la naturaleza de interacción y ordenamiento molecular de
las substancias:
Cuerpo Gaseoso
Fig.1.1. Fases comunes de una sustancia
Los cambios de fase dan lugar a una redefinición del calor ganando o perdido de una
sustancia, a través de la especificación de los conceptos de:
CALOR SENSIBLE Y
CALOR LATENTE.
Jefe Lab.: Ing. Edgar S. Peñaranda Muñoz
Fecha límite de entrega informe:20/III/2015
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AGUA
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Los cambios de fase (cambios de estado agregado) convencionales son:
Fig. 1.2. Cambios de fase comunes de una sustancia
Los cambios de fase vienen asociados con una ganancia o rechazo de calor de la
sustancia; en cuyos cambios progresivos de fase conviven dos o más fases de la sustancia,
la naturaleza de estos cambios viene explicitada a través de diagramas característicos para
cada sustancia.(Fig.1.3.)
Estos procesos pueden también representarse en gráficos Temperatura-Tiempo y/ó
Temperatura-Calor, que sirven para visualizar el comportamiento de las substancias en
estos procesos respecto de la Temperatura, que es probablemente la opción didáctica que
mejor se adecua para una conceptuación clara de estos procesos. (Fig. 1.4.)
Fig. 1.3. Curvas de saturación en diagramas p-T y V-p
Jefe Lab.: Ing. Edgar S. Peñaranda Muñoz
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A-B: proceso de fusión; B-C: Proceso de calentamiento; Proceso C-D: Proceso de
evaporación
Fig.1.4. Gráfica temperatura-tiempo para los cambios de fase del agua.
La cantidad de calor generado por la COMBUSTION completa de un combustible líquido,
gaseoso o sólido, cuando existe la provisión del aire necesario, está dada en función del Poder
Calorífico, normalmente Inferior; propiedad característica de cada combustible.
q = m · HU (J) ó Q = m° · HU (W)
(1.1)
q = Calor ó Energía calórica generada en la combustión (J)
Q = Flujo de Calor generado en la combustión (W)
m = Masa de combustible que se quema (kg)
m° = Flujo de Masa de combustible que se quema(Kg/s)
HU = Poder Calorífico Inferior del Combustible (J/kg)
Para combustibles gaseosos:
Q = V · HU (W) ó Q = Caudal · HU (W)
(1.2)
q = Calor ó Energía calórica generada en la combustión (J)
Q = Flujo de Calor generado en la combustión (W)
V=volumen de combustible quemado (m3)
Caudal= Caudal del combustible que se quema (m3/s)
HU = Poder Calorífico Inferior del Combustible Gaseoso (J/ m3)
2. METODOLOGÍA
El trabajo será encarado por grupos, en el laboratorio de Máquina Térmicas y será necesario
traer 3 kg de hielo.
2.1. EQUIPO, MATERIAL E INSTRUMENTOS
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o
o
o
o
o
o
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Termocupla de inmersión
Termómetro digital
Recipiente de 4 litros
2 Kilos de hielo
Hornilla GLP
Balanza electrónica
Copa plástica
Cronómetro
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2.2. MONTAJE
Debido a lo común de los elementos que se usarán en esta prueba, el uso y montaje de
estos elementos estará dictamina por el criterio de uso adecuado y eficiente de los equipos y
espacios disponibles, dejando a iniciativa de los laboratoristas algún pedido adicional.
2.3. PROCEDIMIENTO
1. Depositar 2 Kg de hielo en el recipiente.
2. Con la garrafa previamente pesada, proceder a la fusión de hielo, calentamiento de
agua y ebullición del agua, controlando los tiempos de cada proceso.
3. Hacer hervir el agua hasta que se evapore aproximadamente 1 lt.
4. Proceder a la medición exacta del volumen remanente del agua en el recipiente.
3. REGISTRO DE DATOS
N° Medida t( s)
T (°C)
Observaciones
Tabla 3.1. Planilla de datos
4. CALCULOS
Tomando como referencia el comportamiento del sistema de la prueba y de sus
rendimientos en cada uno de los procesos, inducir resultados de consumo de combustible y
tiempo de proceso como se hubiese propiciado la evaporación completa de la masa de
hielo.
1. Construir el diagrama a escala Temperatura-Calor (papel milimetrado) de los
procesos observados en el laboratorio (20%)
2. Calcular los rendimientos del sistema y sus respectivos diagramas de Sankey para
cada uno de los procesos observados e inducidos.(30%)
3. En los diagramas de Mollier, s-T y h-p para el agua (a escala) graficar los procesos
observados en el laboratorio. (30%)
5. CUESTIONARIO
BIBLIOGRAFÍA:
Cengel Y.A., Boles M.A., Termodinámica, Edit. Mc Graw Hill, México, 2009
Faires Moring Virgil (1978), Termodinámica, Edit.Hispano Americana, España 1978
Jefe Lab.: Ing. Edgar S. Peñaranda Muñoz
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