Relatório IICaldeira Elétrica

25 de agosto de 2012

Grupo 2Bruna Letícia Fontoura Lopes

070271Ciro Eduardo Cambuy Nicizima

070474Gabriela Ponce Pereira da Silva

070984Hallyson Alves Guedes Bences

066695Janayna Bianchi Bruscagin Pin

071227Maria Cristina Noronha Abrahão Machado

062855Maria Fernanda Donato Gonçalves

071756Mariana Doro Rizzato

074235

Objetivos

Obtenção da temperatura de saturação da água à pressão atmosférica

Determinação de entalpias experimentais para determinação do título do vapor saturado obtido nesta pressão

Caracterização do vapor superaquecido através da determinação de entalpias experimentais

Metodologia

1. Temperatura de Saturação da água5 resistências ligadasVálvula de saída de vapor completamente aberta

Pressão Fervedor = Pressão Atmosférica

Leitura da temperatura dos termômetros inferior e superior do fervedor durante a ebulição

Metodologia

2. Título de vapor saturadoPesagem inicial da garrafa com água gelada e

medição da temperatura inicial da águaAquecimento da água na garrafa com injeção

direta de vapor saturado por tempo controladoMedição da temperatura final da água e pesagem

da garrafa com água quente

Metodologia

3. Vapor superaquecido6 resistências ligadasPesagem inicial da garrafa com água gelada e

medição da temperatura inicial da águaAquecimento da água na garrafa com injeção

direta de vapor superaquecido por tempo controlado

Medição da temperatura final da água e pesagem da garrafa com água quente

Dados Tabela 1. Temperaturas lidas nos termômetros inferior (T1) e

superior (T2)

P atm = 718, 6 mmHg

Através da tabela de vapor de água (por pressão) sabe-se que:

T saturação (718,6 mmHg) = 98,4°C ou 209°F

Resultados Desvio em relação à

temperatura real

Tabela 2. Desvios de leitura das temperaturas

Erro do instrumento 3°F

Termopar T1 apresenta erro sistemático de 6°F

Dados Título do vapor saturado

Tabela 3. Condições iniciais do experimento

0, 1 g – erro do instrumento

Tabela 4. Condições finais do experimento

2 segundos – erro aleatório

ResultadosTabela 5. Dados de entalpia obtidos pelo software CoolPack

Tabela 6. Dados de entalpia obtidos pelo caderno de dados

Dados obtidos pelo CoolPack a P = 0,96 bar

h1 (kJ/kg) - água fria h3 (kJ/kg) - água quente

1 30,3 ± 0,4 289,7 ± 0,4

2 36,1 ± 0,4 289,3 ± 0,4

3 36,5 ± 0,4 293,9 ± 0,4

T= 98,4°C ( P = 0,976kgf/cm²)

hf (kcal/kg) hg (kcal/kg)98,4 638,3

Hg-Hf (kcal/kg)539,9

Figura 1. Tabela obtida através do software CoolPack

Média e cálculo do

desvio

ResultadosBALANÇO DE MASSA

m1 + m2 = m3

Massa de água quenteMassa de vaporMassa de água fria

BALANÇO DE ENERGIA

m1 . h1 + m2 . h2médio = m3 . h3

x . hg + (1 - x ) . hf = h2médio

Resultados

1 kcal = 4,184 kJ

Balanço de massa m3 (g) m2 = m3 - m1 (g)

1 336,0 ± 0,2 35,8 ± 0,32 333,3 ± 0,2 32,8 ± 0,33 338,8 ± 0,2 38,7 ± 0,3

Balanço de energia

m1.h1 m3.h3 m3.h3-m1.h1h2 = (m3.h3 -

m1.h1)/m2 (kJ/kg) h2 (kcal/kg)

9,10 ± 0,12 97,34 ± 0,19 88,24 ± 0,32 2465 ± 29 589 ± 7

10,85 ± 0,12 96,42 ± 0,19 85,58 ± 0,31 2609 ± 33 624 ± 8

10,95 ± 0,12 99,57 ± 0,19 88,62 ± 0,32 2290 ± 26 547 ± 6

TítuloH2 -Hf x

491 ± 7 0,909 ± 0,013525 ± 8 0,973 ± 0,015449 ± 6 0,831 ± 0,011

X médio 0,90 ± 0,04

Representação no diagrama P x H

Dados Entalpia vapor superaquecido

Tabela 7. Dados inicias do experimento

Tabela 8. Dados finais do experimento

Garrafa Massa da garrafa (g) Massa de água (g) = m1 T1 (°C) - água fria1 342,2 ± 0,1 305,9 ± 0,1 5,9 ± 0,12 332,3 ± 0,1 306,9 ± 0,1 6,1 ± 0,13 354,8 ± 0,1 302,5 ± 0,1 4,8 ± 0,1

T2 (°C) - água quente Tempo Tempo (s) Massa final (g)71,6 ± 0,1 1'29"97 89 ± 2 686,0 ± 0,1

72,9 ± 0,1 1'31"00 91 ± 2 684,5 ± 0,1

73,5 ± 0,1 1'30"41 90 ± 2 694,5 ± 0,1

Dados

Temperatura do vapor246°F 119°C

CoolPack

h1 (kJ/kg) - água fria h3 (kJ/kg) - água quente

1 24,1 ± 0,4 300,2 ± 0,4

2 24,9 ± 0,4 306,1 ± 0,4

3 25,3 ± 0,4 308,6 ± 0,4

H vapor superaquecido a 119°C

kJ/kg kcal/kg

2714,6588 648,8190

Tabela 9. Dados de entalpia obtidos pelo software CoolPack

Resultados Balanço de massa

m3 (g) m2 = m3 - m1 (g)1 343,8 ± 0,2 37,9 ± 0,32 352,2 ± 0,2 45,3 ± 0,33 339,7 ± 0,2 37,2 ± 0,3

h2 obtido experimentalmente (kJ/kg) h2 tabelado (kJ/kg) Desvio (%)

2529 ± 29 2714,6588 6,8512211 ± 22 2714,6588 18,552612 ± 30 2714,6588 3,770

Balanço de energia

m1.h1 m3.h3 m3.h3-m1.h1 h2 = (m3.h3 - m1.h1)/m2 (kJ/kg)

7,37 ± 0,125 103,21 ± 0,20 95,84 ± 0,32 2529 ± 297,64 ± 0,13 107,81 ± 0,20 100,17 ± 0,33 2211 ± 227,65 ± 0,12 104,83 ± 0,20 97,18 ± 0,32 2612 ± 30

Perda de calor

Radiação + Convecção natural

LEI DE STEPHAN-BOLTZMAN

E = ƐσT4

q = h convec A ∆T

Q / A = h convec ∆T -> FLUXO DE CALOR

Valor de Ɛ para o aço inoxidável a 97,0°C (370K) – 0,17

σ – 5,67 X 10^-8 h natural de convecção para gases – 2 a 25 W/m²K

Resultados

E = 180,8 ± 0,20 W/m2 q/A = (189,2 ± 0,2) 10 W/m²

RADIAÇÃO CONVECÇÃO

Temperatura da parede (vapor superaquecido) (97,0± 0,1)°C

TOTAL

Fluxo de calor pelas paredes da caldeira = (2072,2 ± 2,2) W/m²