Didacta ItaliaT135D Boiler de Marcet Manual del Usuario Didacta Italia T135D Boiler de Marcet Manual del Usuario El presente manual describe las características técnicas y las modalidades operativas del sistema didacta T135D Boiler de Marcet, permitiendo al docente o al estudiante conocer perfectamente el grupo y sus posibilidades aplicativas. Didacta Italia Srl - Strada del Cascinotto, 139/ 30 - 10156 Torino Tel. +39 011 273.17.08 273.18.23 - Fax +39 011 273.30.88 http://www.didacta.it - e-mail:
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Principios físicos relativos al cambio de estado líquido- aeriforme..................................................................................3 3. Instalación................................................................................5 3.1 Alimentaciones.......................................................................................... 5 3.2 Descargas.................................................................................................. 5 3.3 Predisposición al ensayo.......................................................................... 5 4. Ejecución del ensayo.............................................................7 5. Determinación de la relación presión-temperatura...........9 6. Ejemplo numérico.................................................................11 7. Discusion de los resultados..................................................13 8. Características técnicas.......................................................15 9. Normas de seguridad...........................................................17 10. Características del vapor de agua saturado.....................19 11. APÉNDICE 1 - Presostatos......................................................21 11.1 Características generales...................................................................... 21 indice vi Didacta Italia 11.2 Características técnicas.........................................................................21 Capítulo 1. T135D —Manual del Usuario 1/ 22 1. Descripción del aparato La caldera de Marcet de la Didacta permite determinar la correspondencia entre los valores de la presión y de la temperatura para el vapor saturado húmedo del agua a todas las presiones comprendidas entre la presión atmosférica y 17 bar. El aparato está estructurado de la siguiente forma: (Ref. pág. 2) 1. hervidor cilíndrico, en el cual se introduce el agua necesaria para el ensayo; 2. cuadro eléctrico de control de la resistencia eléctrica para el calentamiento y la evaporación del agua; 3. válvula de descarga; 4. válvula de alimentación; 5. manómetro para la lectura de la presión relativa en el hervidor; 6. termómetro de mercurio para la lectura de la temperatura en el hervidor; 7. válvula de seguridad; 8. válvula para regular la cantidad máxima de agua en el hervidor; 9. resistencia eléctrica blindada; 10. presostato de seguridad. Descripción del aparato 2/ 22 Didacta Italia Figura 1.1 Capítulo 2. T135D —Manual del Usuario 3/ 22 2. Principios físicos relativos al cambio de estado líquido-aeriforme Consideremos la transformación de un cuerpo desde el estado líquido al estado aeriforme o viceversa (evaporación o condensación). Es sabido que si en un ambiente en el cual reina una presión invariable se da calor a un líquido, el mismo se calienta, pero a un cierto punto la temperatura cesa de aumentar y comienza la transformación del líquido en vapor, y la temperatura no varía hasta que haya presencia de líquido a evaporar. Un vapor cualquiera en presencia del líquido del cual es producido y en condiciones de equilibrio térmico con el mismo tiene una temperatura perfectamente determinada por cada valor de la presión. Para los vapores, por tanto, es posible escribir una relación Ψ(pt) =0 que expresa la correspondencia entre los valores de la presión y de la temperatura. Pero es necesario tener en cuenta una advertencia. Se ha hablado de vapor en presencia del líquido del cual es producido. Si en el espacio no ocupado por el líquido no se encuentra sólo su vapor sino también un gas, por ejemplo aire, el problema se complica. Es necesario por tanto hacer de manera que el aire, inicialmente presente en el hervidor a presión ambiente, se haga salir antes de iniciar la medición de las parejas de valores de presión y temperatura. Si se suministra calor al agua contenida en el hervidor, el resultante aumento de actividad a nivel molecular provoca una siempre creciente liberación de las moléculas desde la superficie del líquido hasta obtener el equilibrio. La condición de equilibrio es función de la presión que actúa sobre la superficie de separación líquido-vapor; cuanto menor es la presión, tanto mayor será la facilidad con la cual las moléculas abandonarán la superficie liquida, y por tanto será suficiente suministrar una menor cantidad de calor para alcanzar el punto de equilibrio (ebullición). La temperatura a la cual se verifica la condición de equilibrio a una determinada presión se denomina temperatura de saturación. En el hervidor la suministración de calor al agua se realiza a volumen total constante, y no a presión constante, por lo cual la evaporación progresiva del líquido determina un aumento de la presión en el volumen cerrado, y por tanto de la temperatura de saturación. Principios físicos relativos al cambio de estado líquido-aeriforme 4/ 22 Didacta Italia Capítulo 3. T135D —Manual del Usuario 5/ 22 3. Instalación El grupo necesita alimentación eléctrica e hídrica. 3.1 Alimentaciones • Eléctrica: 220/240 V - 50 Hz con potencia máxima absorbida de 2 kW • Hídrica: desde la red 3.2 Descargas Una para la descarga del agua en el hervidor por medio del portagoma de la válvula (3) y una para la descarga del vapor en el caso de intervención de la válvula de seguridad (7), a través del portagoma de la misma. 3.3 Predisposición al ensayo • Conectar con el tubo flexible en dotación los dos portagomas de las válvulas (3) y (7) y canalizarlo en un pozuelo de descarga. • Conectarse siempre por medio del tubo flexible de la red hídrica al portagoma de la válvula (4). • Conectar el cuadro eléctrico (2) con la alimentación eléctrica. • Colocar el termómetro (6) en su alojamiento, introduciendo en el pozuelo algunas gotas de aceite para mejorar la transmisión del calor. Instalación 6/ 22 Didacta Italia Capítulo 4. T135D —Manual del Usuario 7/ 22 4. Ejecución del ensayo 1. Cerrar las válvulas (3) (4) (8). 2. Introducir el agua en el hervidor abriendo la válvula de alimentación (4) y la válvula de regulación (8) hasta que el agua salga desde el 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 (p atm ), luego cerrar la válvula (8) y sacar el tubo desde el portagoma de la válvula (4). 7. Proseguir en el calentamiento y adquirir la lectura del termómetro (6) t cal con aumentos de presión relativa de un bar (por medio del manómetro (5)), hasta una presión relativa máxima de 17 bar. 8. Desconectar el calentador (9) pulsando el botón rojo del cuadro eléctrico (2) y proceder a una análoga serie de lecturas del termómetro (6) t enfr a medida que la caldera se enfría. Nota Importante Durante la ejecución del ensayo no se deben abrir nunca las válvulas (3) (4) (8). Ejecución del ensayo 8/ 22 Didacta Italia Capítulo 5. T135D —Manual del Usuario 9/ 22 5. Determinación de la relación presión- temperatura Convertir las lecturas de presión relativa en presión absoluta añadiendo la presión atmosférica, en bar, y calcular la temperatura media a cada presión. Trascribir estas temperaturas en un diagrama cartesiano en función de las presiones absolutas. Trazar luego un gráfico comparativo utilizando los valores de las propiedades del vapor del agua extraídas, por ejemplo, de la Tab. I, obtenidos de las tablas del "Vapor ácueo saturado al estado límite" 1 . Se trascriben a continuación las relaciones analíticas a utilizar para trazar el diagrama cartesiano. [ ] [ ] [ ] ( ) p bar p mmHg p p p bar t t t atm atm ass rel atm media risc raff = = + = • + / . 750 05 Determinación de la relación presión-temperatura 10/ 22 Didacta Italia Capítulo 6. T135D —Manual del Usuario 11/ 22 6. Ejemplo numérico Se trascriben a continuación los resultados de algunas mediciones realizadas con el procedimiento descrito. p rel [bar] p abs [bar] T cal [°C] T enfr [°C ] t media [°C] 0 1 1 2 111 121 116 2 3 128 135 131,5 3 4 141 142,5 141,75 4 5 149 152 150,5 5 6 157 158,9 157,75 6 7 163 166 164,5 7 8 169 171 170 8 9 175 177 176 9 10 179 181 180 10 11 183 184 183,5 11 12 187 189 188 12 13 191 192,5 191,75 13 14 195 196,5 195,75 14 15 197 200 198,5 15 16 201 203 202 16 17 204 206 205 17 18 207 209 208 Ejemplo numérico 12/ 22 Didacta Italia Capítulo 7. T135D —Manual del Usuario 13/ 22 7. Discusión de los resultados • Explicar porque es necesario antes expulsar el aire del hervidor; • Comparar la curva obtenida con los datos experimentales con la curva obtenida de los datos tabulados y evidenciar cualquier eventual fuente de error; • Discutir las propiedades de un líquido y su vapor, como se ilustra con este experimento, y citar ejemplos de naturaleza práctica o industrial en los cuales se pueda comprobar la eficacia de esta relación. Discusión de los resultados 14/ 22 Didacta Italia Capítulo 8. T135D —Manual del Usuario 15/ 22 8. Características técnicas • Material hervidor cilíndrico: acero; • Material aislante hervidor: lana de roca; • Capacidad máxima agua: 3 litros; • Presión relativa máxima de trabajo: 17 bar; • Presión máxima de ensayo: 35 bar; • Calibración válvula de seguridad: 18 bar; • Termómetro de mercurio (-10 +250 °C), división 1° C; • Manómetro (0 - 25 bar), división 1 bar; • Resistencia eléctrica blindada 220/240 V monofásica 50 Hz de 2000 W; • Calibración presostato de seguridad: 17 bar; • Dimensiones del grupo: 550 x 400 x 900 h - Peso 74 kg. Características técnicas 16/ 22 Didacta Italia t [°C] P abs [bar] 91,785 0,75 99,632 1,00 111,37 1,50 120,23 2,00 127,43 2,50 133,54 3,00 138,87 3,50 143,62 4,00 147,92 4,50 151,84 5,00 158,84 6,00 164,96 7,00 170,41 8,00 175,36 9,00 179,88 10,00 184,07 11,00 187,96 12,00 191,61 13,00 195,04 14,00 198,29 15,00 201,37 16,00 204,31 17,00 207,11 18,00 Tab. I - Vapor ácueo al estado límite Capítulo 9. T135D —Manual del Usuario 17/ 22 9. Normas de seguridad Como ya descrito en el párrafo 4, durante la ejecución del ensayo no se debe intervenir nunca (también por un buen resultado de la misma) en los mandos de apertura y/o cierre de las válvulas (3), (4) y (8). En la caldera han sido instalados por motivos de seguridad dos dispositivos adecuados para intervenir en casos de mal funcionamiento del calentador. El primero, montado en la parte superior del hervidor, es una válvula de seguridad (7) calibrada en el banco a una presión de 18 bar. Las válvulas de seguridad, instaladas en una tubería o en un recipiente en presión, impiden que la presión del fluido supere un determinado valor. Cuando la presión alcanza el valor de calibración, la válvula comienza a abrirse automáticamente, descargando el caudal de fluido necesario para disminuir la presión bajo el valor de calibración. El segundo, montado en la parte inferior del hervidor, es un presostato de seguridad (10) calibrado en el banco a una presión de 17 bar. Los presostatos, dispositivos automáticos de control instalados en tuberías o recipientes en presión, intervienen (como las válvulas de seguridad) cuando el fluido a controlar desarrolla una presión superior al valor predeterminado o de calibración. Utilizados para este fin los presostatos de seguridad actúan sobre la alimentación eléctrica (en nuestro caso sobre la resistencia eléctrica (9), y la interrumpen cuando se alcanza el valor preconfigurado. Nota Por motivos de seguridad no se debe intervenir nunca sobre el tornillo de calibración de la válvula de seguridad (7) y sobre los tornillos de calibración del presostato (10). Normas de seguridad 18/ 22 Didacta Italia Capítulo 10. T135D —Manual del Usuario 19/ 22 10. Características del vapor de agua saturado Presión absoluta P bar Temp t °C Volumen específico del vapor v” m 3 /kh Masa volúmica del vapor ρ” kg/m 3 Entalpia del agua i’ kj/kg Entalpia del vapor i” kJ/kg Calor de vapori- zación r kJ/kg Entropia del agua s’ kJ/kg-K Entropia del vapor s” kJ/kg-K Características del vapor de agua saturado 20/ 22 Didacta Italia Presión absoluta P bar Temp t °C Volumen específico del vapor v” m 3 /kg Masa volúmica del vapor ρ” kg/m 3 Entalpia del agua i’ kJ/kg Entalpia del vapor kJ/kg i” Calor de vaporiza -ción r kJ/kg Entropia del agua s’ kJ/kg-K Entropia del vapor s” kJ/kg-K Capítulo 11. T135D —Manual del Usuario 21/ 22 11. Apéndice 1 —Presostatos 11.1 Características generales Presostatos para el control y la regulación de fluidos y gases no explosivos. Adecuados para equipos de compresión, calderas, tanques, autoclaves, equipos de ventilación, lubricación y, en general, en cualquier caso en que sea necesario el control de una presión hasta 300 bar. Elemento sensible con membrana de acero inoxidable o de émbolo, según el tipo. Estuche metálico con tapa de material termoplástico antichoque de protección IP40 (fijado sobre estribo o pared con orificios cerrados). Salida de las conexiones con pasacables de PVC. A petición: • prensacable G ½ para salida conexiones, de termoplástico antichoque. • ejecución con racor G ¼ macho (B1..4) • ejecución para fluidos refrigerantes, racor ¼” SAE (B1..R) 11.2 Características técnicas • Temperatura máxima del fluido controlado: − 120°C para presostatos con membrana metálica − 80°C para presostatos con émbolo • Temperatura máxima cuerpo presostato: 80°C • Interruptor de conmutación con contactos en aleación de plata Apéndice 1 —Presostatos 22/ 22 Didacta Italia • Correspondencia a las normas IEC337-1 CEI 17-2 • Tensión nominal de aislamiento U i 415V∼ • Corriente nominal de servicio continuativo l th 16° • Corriente nominal de utilización l e : 220V - 380/415V∼ Carga resistiva - 16A Carga inductiva - 6A Corriente continua DC11 0,2A 1bar = 100 kPa TIPO ESCALA bar DIFERENC. bar RACOR Presión máxima Kg elemento sensible bar con membrana inoxidable B12E 8 ÷ 28 2 ÷ 6 G1/4 hembra 29