Relatório II Caldeira Elétrica 25 de agosto de 2012 Grupo 2 Bruna Letícia Fontoura Lopes 070271 Ciro Eduardo Cambuy Nicizima 070474 Gabriela Ponce Pereira da Silva 070984 Hallyson Alves Guedes Bences 066695 Janayna Bianchi Bruscagin Pin 071227 Maria Cristina Noronha Abrahão Machado 062855 Maria Fernanda Donato Gonçalves 071756 Mariana 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

Pressão Fervedor = Pressão Atmosférica Metodologia 1. Temperatura de Saturação da água 5 resistências ligadas Válvula 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 saturado Pesagem inicial da garrafa com água gelada e medição da temperatura inicial da água Aquecimento da água na garrafa com injeção direta de vapor saturado por tempo controlado Medição da temperatura final da água e pesagem da garrafa com água quente

Metodologia 3. Vapor superaquecido 6 resistências ligadas Pesagem inicial da garrafa com água gelada e medição da temperatura inicial da água Aquecimento 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

T saturação (718,6 mmHg) = 98,4°C ou 209°F 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 Tabela 2. Desvios de leitura das temperaturas 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

Resultados Tabela 5. Dados de entalpia obtidos pelo software CoolPack 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 2 36,1 289,3 3 36,5 293,9 Tabela 6. Dados de entalpia obtidos pelo caderno de dados 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

Resultados BALANÇO DE MASSA BALANÇO DE ENERGIA m1 + m2 = m3 Massa de água quente Massa de vapor Massa de água fria BALANÇO DE ENERGIA m1 . h1 + m2 . h2médio = m3 . h3 x . hg + (1 - x ) . hf = h2médio

Resultados Balanço de energia m1.h1 m3.h3 m3.h3-m1.h1   Balanço de massa m3 (g) m2 = m3 - m1 (g) 1 336,0 ± 0,2 35,8 0,3 2 333,3 32,8 3 338,8 38,7 1 kcal = 4,184 kJ Balanço de energia m1.h1 m3.h3 m3.h3-m1.h1 h2 = (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 96,42 85,58 0,31 2609 33 624 8 10,95 99,57 88,62 2290 26 547 6 Título H2 -Hf x 491 ± 7 0,909 0,013 525 8 0,973 0,015 449 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 Garrafa Massa da garrafa (g) Massa de água (g) = m1 T1 (°C) - água fria 1 342,2 ± 0,1 305,9 5,9 2 332,3 306,9 6,1 3 354,8 302,5 4,8 Tabela 8. Dados finais do experimento T2 (°C) - água quente Tempo Tempo (s) Massa final (g) 71,6 ± 0,1 1'29"97 89 2 686,0 72,9 1'31"00 91 684,5 73,5 1'30"41 90 694,5

Dados Tabela 9. Dados de entalpia obtidos pelo software CoolPack   h1 (kJ/kg) - água fria h3 (kJ/kg) - água quente 1 24,1 ± 0,4 300,2 2 24,9 306,1 3 25,3 308,6 H vapor superaquecido a 119°C kJ/kg kcal/kg 2714,6588 648,8190 Temperatura do vapor 246°F 119°C

h2 obtido experimentalmente (kJ/kg) Resultados   Balanço de massa m3 (g) m2 = m3 - m1 (g) 1 343,8 ± 0,2 37,9 0,3 2 352,2 45,3 3 339,7 37,2 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 29 7,64 0,13 107,81 100,17 0,33 2211 22 7,65 0,12 104,83 97,18 2612 30 h2 obtido experimentalmente (kJ/kg) h2 tabelado (kJ/kg) Desvio (%) 2529 ± 29 2714,6588 6,851 2211 22 18,55 2612 30 3,770

Perda de calor Radiação + Convecção natural q = h convec A ∆T Q / A = h convec ∆T -> FLUXO DE CALOR LEI DE STEPHAN-BOLTZMAN E = ƐσT4 Valor de Ɛ para o aço inoxidável a 97,0°C (370K) – 0,17 h natural de convecção para gases – 2 a 25 W/m²K σ – 5,67 X 10^-8

Resultados RADIAÇÃO CONVECÇÃO E = 180,8 ± 0,20 W/m2 Temperatura da parede (vapor superaquecido) (97,0± 0,1)°C RADIAÇÃO CONVECÇÃO E = 180,8 ± 0,20 W/m2 q/A = (189,2 ± 0,2) 10 W/m² TOTAL Fluxo de calor pelas paredes da caldeira = (2072,2 ± 2,2) W/m²