P4_SCET-G13_SNA - Axel

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Universidad Nacional Autónoma de México 
 
Facultad de Ingeniería 
 
 
Sistemas de Conversión de Energía Térmica 
 
 
 
Práctica 4: Calderas. 
 
 
Fecha de realización: 28/09/2021 
 
Grupo: 13 Semestre 2022-1 
 
 
Alumno: Sánchez Nazario Axel 
 
 
 
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Objetivo 
• Conocer las transformaciones que tiene la energía en la caldera. 
• Evaluar la energía que interactúa la caldera con el medio que la rodea. 
 
Conceptos 
Caldera 
Es un recipiente metálico y cerrado, que produce vapor de agua, por medio de la 
aplicación de calor a una temperatura superior a la del ambiente y una presión 
mayor que la atmosférica. Tiene la finalidad de determinar el calor específico de una 
sustancia. 
 
Clasificación de calderas 
Pirotubular Acuatubular 
Calor por el interior de los tubos 
• Agua por el exterior de los tubos 
• Para bajas presiones: máximas de 20 bar 
• Económicas, de alto rendimiento 
y fácil mantenimiento. 
Calor por el exterior de los tubos 
• Agua por el interior de los tubos 
• Se usan normalmente para presiones 
altas. 
• Costosas. 
 
 
 
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Caballo Caldera 
Es la cantidad de energía necesaria para evaporar 15.65 [kg/h] de agua a 100 [°C], 
a una presión de 1.013 [Bar]. 
1 𝑐𝑐 = 35322 [
𝑘𝐽
ℎ
] 
 
Equivalencia de unidades 
1 cc = 9.81 [kW] por cada 0.93 [m2], así la capacidad nominal en cc: 
 
Calorímetro de estrangulamiento 
Un calorímetro de 
estrangulación es un 
instrumento utilizado para 
determinar la calidad del 
vapor húmedo que fluye por 
un cabezal. 
El vapor se estrangula con una válvula y la expansión se lleva cabo en una cámara 
para finalmente salir a la atmósfera. 
 
 
Donde: 
• Q: calor que se le suministra al vapor al entrar al calorímetro, Q = O 
• Z1 y Z2: elevaciones que determinan la energía potencial (Z1 = Z2) 
• V1 y V2: velocidades antes y después de la estrangulación (V1 = V2) 
• g0: constante gravitacional o 2(9.81 [kg m m/kg f – S2]) 
• J: constante de Joule, J = 778.16 [lb ft/Btu] o 427 [kg m/kcal] 
• h1 y h2: entalpías antes y después de la estrangulación 
 
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• W: trabajo que realiza el vapor en el calorímetro 
Calorímetro eléctrico 
Dispositivo para medir el calor 
evolucionado. las cantidades 
medidas de calor se suman 
eléctricamente a la muestra, y el 
aumento de la temperatura es apreciable. El vapor húmedo que se obtiene de la 
caldera se sobrecalienta gracias a una resistencia eléctrica. El calor que la 
resistencia suministra es igual al calor que el vapor absorbe al sobrecalentarse. 
 
 
 
 
▪ V: voltaje medido en un voltímetro 
▪ I: corriente medida en un amperímetro 
▪ mv: gasto de vapor medido con una cubeta y un v cron6metro ([lb/h], [kg/h]) 
▪ hl: también se obtiene de las tablas de vapor húmedo teniendo como dato la 
temperatura (Tl) o la presión del vapor 
▪ K: 3.41 [Btu/watt h] = 0.86 [cal/watt h] 
 
Desarrollo 
1. Con los siguientes datos: 
Temperatura de calorímetro estrangulamiento: 130 [°C]. 
Presión caldera (manométrico): 6.23 [bar]. 
Presión calorímetro eléctrico (manométrico): 2.23 [bar]. 
Temperatura calorímetro eléctrico: 150 [°C]. 
 
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Diferencia de potencial: 120 [V], Intensidad de corriente: 30 [A], masa de 
condensado 10 [kg] en 90 [s]. 
Gasto de combustible (tanque en forma de prisma cuadrangular): 0.305 [m] por lado. 
diferencia de nivel de combustible: h = 0.03 [m] en 60 [s]. 
Densidad del Diesel: 850 [kg/m3], poder calorífico: 43200 [kJ/kg]. 
Gasto de vapor: 0.2 [kg/s]. 
 
Nos apoyamos con el programa CATT3 para encontrar las calidades de los 
diferentes calorímetros. 
 
 
▪ 1-2 Suposición dentro de la caldera 
1: calidad 0% 
2: calidad 100% 
 
▪ 3-4 Calorímetro de estrangulamiento (entalpía cte.) 
3: salida del calorímetro 
4: interior de la caldera 
 
▪ 5-6 Calorímetro eléctrico 
5: salida del calorímetro 
6: interior de la caldera 
 
 
6 
Calidad calorímetro estrangulamiento: 
𝑋 = 0.9879 𝑜 98.79% 
 
Calidad calorímetro eléctrico: 
𝑋 = 0.9932 𝑜 99.32% 
 
Conclusiones 
Los objetivos de la práctica fueron cumplidos, ya que por medio de videos 
observamos las interacciones que tiene la caldera dentro y fuera del medio. Se 
conocieron conceptos nuevos como caballo caldera y calorímetro, los cuales 
contribuyeron al estudio de la caldera. Por último, Nos apoyamos de un programa 
para encontrar las calidades y así realizar la práctica. 
 
Referencias: 
• Otazú Ramos, A. R., & Ancco Mendoza, W. E. (2019). Diagnóstico y 
mejoramiento del tiempo y presión de operación mediante la producción 
continua de vapor para la caldera del laboratorio de máquinas térmicas de la 
Carrera Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica del Campus San 
Antonio–UJCM 2018. 
• Cengel, Y. A., Boles, M. A., Campos Olguín, V., & Colli Serrano, M. T. (2003). 
Termodinámica. 
• denis. (2019, January 7). Descripción de Calderas y Generadores de... 
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vapor/ 
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