UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE MECANICA

GUIAS DE LABORATORIO

TERMODINAMICA

INGENIERIA INDUSTRIAL

MARZO, 2008

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica

EXPERIENCIA Nº :1 TÍTULO : TERMOMETRÍA ASIGNATURA : TERMODINÁMICA

1. OBJETIVOS DE LA EXPERIENCIA

1.1 OBJETIVOS GENERALES

Conocer lo fundamentos de la termometría como actividad esencial de la termodinámica y los diferentes instrumentos utilizados para medir y registrar la temperatura.

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Comprender el principio de medición y de registro de diferentes instrumentos utilizados para medir y

registrar la temperatura. • Conocer operativamente el manejo, uso práctico y limitaciones de diferentes tipos de termómetros. • Medir, registrar, comparar y evaluar temperaturas de sólidos, líquidos y gases, tomadas con los

diferentes tipos de termómetros. • Definir la curva temperatura = f(distancia) los gradientes de calentamiento de una barra metálica delgada

sometida al contacto de una fuente calórica. 2. INTRODUCCIÓN TEÓRICA En todos los procesos termodinámicos resulta fundamental del poder determinar el valor de la temperatura de los cuerpos o sustancias de trabajo. La temperatura es una medida del calor o energía térmica de un cuerpo o sustancia. La temperatura a nivel molecular está relacionada con la energía media de las moléculas que componen una sustancia. Los átomos y las moléculas no siempre se mueven a la misma velocidad, esto significa que hay un rango diferente de energía entre ellas. Por ejemplo, en un gas las moléculas se mueven en direcciones aleatorias y a diferentes velocidades, algunas se mueven rápido y otras más lentamente, al colisionar las que se mueven más deprisa transfieren parte de su energía a las que se mueven más lento, como resultado se desaceleran las rápidas y se aceleren las lentas. Si agregamos energía al sistema, la velocidad media de las moléculas se incrementa, produciendo energía térmica o calor. Por tanto, temperaturas altas corresponden a sustancias que tienen un movimiento medio molecular mayor. Como lo que medimos en su movimiento medio, la temperatura no depende del número de partículas en un objeto y por lo tanto no depende de su tamaño. Por otro lado, se supone que a la temperatura del cero absoluto cesa el movimiento atómico y molecular. El cero absoluto tiene lugar a 0 grados Kelvin, -273.15 grados Celsius ó -460 grados Farenheit. Todos los objetos en la naturaleza tienen una temperatura más alta que el cero absoluto y por lo tanto emiten energía térmica o calor. La medición de la temperatura se realiza aprovechando algunos de los siguientes principios de los cuerpos y sustancias: la dilatación de líquidos, la diferencia de potencial de cuerpos diferentes en contacto, la variación de la resistencia eléctrica con el calor, la emisión de energía electromagnética de los cuerpos, la dilatación diferencial de sólidos en contacto, la presión, etc. 2.1 Tipos de termómetros

• El termómetro de vidrio, es un tubo capilar de vidrio al vacío con mercurio, alcohol u otro fluido líquido (ver Tabla 01). El fluido se dilata más rápidamente que el vidrio, ascendiendo por las paredes al aumentar la temperatura. El termómetro de mercurio es el más usado, puede funcionar desde los -39 °C (punto de congelación) a 357 °C (punto de ebullición), permiten una lectura directa y no son muy precisos para fines científicos. El termómetro de alcohol coloreado, menos preciso que el mercurio, registra temperaturas desde -112 °C (punto de congelación del etanol) hasta 78 °C (su punto de ebullición).

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Tabla 01: Líquidos usados en termómetros de vidrio Líquido Temp.

Inf. Temp. Sup. Humectante

Mercurio -38,5 800 no

Mercurio-talio -58 1150 no

Galio 0 1200 no

Pentanio -200 35 si

Etanol -110 35 si

Pentanol -115 135 si

Tolueno -90 100 si

Cresota -40 210 si

Petróleo -45 160 si

• En el termómetro de termopar o termocupla, pila termoeléctrica,

consta de dos cables de metales diferentes unidos en un extremo (ver Figura 01), que producen un voltaje que varía con la temperatura de la conexión. Este voltaje se usa como medida indirecta de la temperatura. Se emplean diferentes pares de metales para las distintas gamas de temperatura, siendo muy amplio el margen de conjunto: desde -200 °C hasta 1500 °C (ver Tabla 02). Estos pueden ser de sonda o de penetración.

Figura 01: Tipos de montajes para termocuplas

Tabla 02: Tipos de termocuplas usadas para medir la temperatura Tipo Denominación Composición y

símbolo Rango de

temperaturas (°C) Diámetro del

alambre F.e.m.en

(mV) B Platino-rodio 30% vs.

platino-rodio 6% PtRh 30% - PtRh

6% 0 ...1.500 (1.800) 0,35 y 0,5 mm 0...10,094 (13,585)

R Platino-rodio 13% vs. Platino

PtRh 13% - Pt 0...1.400 (1.700) 0,35 y 0,5 mm 0.16,035 (20,215)

S Platino-rodio 10% vs. Platino

PtRh 10% - Pt 0...1300(1.600) 0,35 y 0,5 mm 0...13,155 (15,576)

J Hierro vs. constatán Fe - CuNi -200 ... 700 (900)

-200 ... 600 (800)

3 mm 1mm -7.89 ... 39,130 (51,875)

-7.89 ... 33,096 (45,498) K Niquel-cromo vs.

níquel (Chromel vs. Alumel )

NiCr - Ni 0...1000(1.300)

0 ... 900 (1.200)

3 ó 2 mm

1,38 mm

0...41,269 (52,398)

0...37,325 (48,828) T Cobre vs. constatán Cu - CuNi -200 ... 700 (900) 0,5 mm -5,60 ... 14,86 (20,86) E Niquel-cromo vs.

constatán (Chromel vs. constatán )

NiCr - CuNi -200 ... 600 (800) 3 mm

-9,83 ... 53,11 (68,78)

-8,83 ... 45,08 (61,02)

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• En un termómetro de termistor un semiconductor varía su resistencia eléctrica en función de la temperatura. En un termistor NTC (Negative Temperature Coefficient) su resistencia va decreciendo a medida que aumenta la temperatura (resistencias de coeficiente de temperatura negativo), están constituidas por un cuerpo semiconductor cuyo coeficiente de temperatura es elevado; es decir, su conductividad crece muy rápidamente con la temperatura, se fabrican de óxidos semiconductores como el níquel, zinc, cobalto, étc., la relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal sino exponencial. En un termistor PTC (Positive Temperature Coefficient) su resistencia variable va aumentado a medida que aumenta la temperatura. Los termistores PTC se utilizan en una gran variedad de aplicaciones: limitación de corriente, sensor de temperatura, desmagnetización y para la protección contra el recalentamiento de equipos tales como motores eléctricos; también se utilizan en indicadores de nivel, para provocar retardos en circuitos, como termostatos, y como resistores de compensación. Estos termómetros pueden ser de sonda o de penetración.

• Los termómetros infrarrojos hacen posible la medición de la temperatura sin contacto por medio de la radiación infrarroja de un cuerpo. Algunos poseen un rayo de luz piloto para su mejor orientación. Los termómetros infrarrojos miden solamente la temperatura superficial de superficies visibles, por tanto no lo pueden hacer a través de un cristal. Si mide superficies metálicas brillantes, como por ejemplo superficies de cilindros, solamente podrá utilizar los aparatos para determinar tendencias de temperatura. No es posible realizar una medición absoluta con los termómetros infrarrojos en superficies pulidas con brillo.

• El pirómetro o pirómetro óptico, es un dispositivo capaz de medir la temperatura de una

sustancia sin necesidad de estar en contacto con ella. El término se suele aplicar a aquellos instrumentos capaces de medir temperaturas superiores a los 600 ºC. Una aplicación típica es la medida de la temperatura de metales incandescentes en molinos de acero o fundiciones. Se gira un anillo para ajustar la temperatura de un filamento incandescente proyectado en el campo de visión, cuando el color del filamento es idéntico al del metal, se puede leer la temperatura en una escala según el ajuste del color del filamento.

• El pirómetro de absorción-emisión, se utiliza para determinar la temperatura de gases a partir

de la medición de la radiación emitida por una fuente de referencia calibrada, antes y después de que esta radiación haya pasado a través del gas y haya sido parcialmente absorbida por éste. Ambas medidas se hacen en el mismo intervalo de las longitudes de onda.

• El termómetro bimetálico consiste en una cinta hecha de dos metales de coeficientes de dilatación

térmica muy diferente, tales como el invar (Fe-Ni 36%) y el latón, soldados cara con cara en toda su longitud. La cinta puede ser casi recta o puede formar una espiral para conseguir mayor sensibilidad. Una elevación de temperatura cambia la curvatura de la cinta, puesto que el latón aumenta más rápidamente en longitud que el Invar. Si uno de los extremos es fijo, un indicador unido al extremo libre se mueve sobre una escala graduada en temperaturas o una pluma se mueve sobre una tarjeta movible para registrar la temperatura

• Un termómetro de gas, a presión constante o a volumen constante. El sistema se llena con un gas inerte

a presión, generalmente nitrógeno, puesto que la presión del gas en un recipiente cerrado es proporcional a su temperatura absoluta, el elemento medidor puede ser calibrado en grados de temperatura con una escala dividida uniformemente. Son muy exactos y generalmente son utilizados para la calibración de otros termómetros. Solo se emplea en los laboratorios como patrones a causa de su complejidad y de su tamaño.

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• El termómetro de vapor a presión se fundamenta en que una sustancia en la zona bifásica (líquido-vapor), la temperatura solamente es función de la presión. Su uso está muy extendido en la medida y registro de las temperaturas industriales.

• El termómetro de resistencia se fundamenta en la alta resistencia a la conducción del calor de una

espiral de alambre metálico. Los materiales más usados son el platino, el cobre y el tungsteno. El platino tiene la particularidad de tener una relación resistencia-temperatura sumamente lineal, por lo cual es el material más utilizado y se le denominan IPRT (Industrial Platinum Resistance Thermometer) o RTD (Resistance Temperature Detector). Es el termómetro más preciso dentro de la gama de -259 °C a 631 °C, y se puede emplear para medir temperaturas hasta de 1127 °C. Pero reacciona despacio a los cambios de temperatura, debido a su gran capacidad térmica y baja conductividad, por lo que se emplea sobre todo para medir temperaturas fijas.

• Los termómetros digitales o de circuitos integrados (IC) incorporan un microchip que actúa en un

circuito electrónico que es sensible a los cambios de temperatura ofreciendo lectura directa de la misma.

Existen muchos otros tipos de dispositivos para medir la temperatura para diferentes aplicaciones especiales. 2.2 Transductores para el registro de temperatura Un transductor de temperaturas, es un dispositivo que convierte una magnitud física en una señal eléctrica la cual puede ser procesada para registrarla en el tiempo. Es fácil realizar medidas de la temperatura con un sistema de adquisición de datos, pero la realización de medidas de temperatura exactas y repetibles no es fácil. La temperatura es un parámetro termodinámico difícil de medir debido a su simplicidad. Pareciera que se trata de un simple número, pero en realidad es una estructura estadística cuya exactitud y repetitividad dependen de la masa térmica, el tiempo de medida, el ruido eléctrico y los algoritmos de medida. Los cuatro tipos más corrientes de transductores de temperatura que se usan en los sistemas de adquisición de datos: detectores de temperatura de resistencia (RTD), termistores, sensores de circuito integrado (IC) y termopares. La elección de un transductor de temperatura adecuado y su correcta utilización puede marcar la diferencia entre unos resultados equívocos y unas cifras fiables. Los termopares son los sensores más utilizados. Los transductores eléctricos de temperatura utilizan diversos fenómenos que son influidos por la temperatura y entre los cuales figuran:

• Variación de resistencia en un conductor metálicos (sondas de resistencia). • Variación de resistencia de un semiconductor (termistores). • Fuerza electromotriz creada en la unión de dos metales distintos (termopares). • Intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo (pirómetros de radiación). • Otros fenómenos: velocidad del sonido en un gas, frecuencia de resonancia de un cristal, etc.

2.3 Transferencia de calor por conducción En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción. Si se calienta un extremo de una varilla metálica, de forma que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo más frío por conducción. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conducción de calor en los sólidos, pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando existe una diferencia de temperatura. Esta teoría explica por qué los buenos conductores eléctricos también tienden a ser buenos conductores del calor. La ley de Fourier de la conducción del calor afirma que la velocidad de conducción de calor a través de un cuerpo por unidad de sección transversal es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo (con el signo cambiado). Sea J la densidad de corriente de energía (energía por unidad de área y por unidad de tiempo), que se establece en la barra debido a la diferencia de temperaturas entre dos puntos de la misma. La ley de Fourier afirma que hay una proporcionalidad entre el flujo de energía J y el gradiente de temperatura.

Siendo K una constante característica del material denominada conductividad térmica.

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica Supongamos una barra metálica de longitud L, conectada por sus extremos a dos focos de calor a temperaturas Ta y Tb respectivamente, ver Figura 02. Sea T0 la temperatura inicial de la barra cuando se conectan los focos a los extremos de la barra.

Figura 02: Barra metálica expuesta a un gradiente de temperatura.

Al cabo de cierto tiempo, teóricamente infinito, que en la práctica depende del tipo de material que empleamos, se establece un estado estacionario en el que la temperatura de cada punto de la barra no varía con el tiempo. Dicho estado está caracterizado por un flujo J constante de energía. La ley de Fourier establece que la temperatura variará linealmente con la distancia x al origen de la barra.

La temperatura en cualquier punto de la barra x, en un instante t, se compone de la suma de un término proporcional a x, y de una serie rápidamente convergente que describe el estado transitorio. La temperatura en cualquier punto x a lo largo de la barra, en un instante determinado, T(x, t) es la solución de la ecuación diferencial, que es una combinación de dos términos, la que corresponde al régimen permanente más la del régimen transitorio.

Las condiciones de contorno, es decir, la temperatura T0 en el instante inicial (t=0), y las temperaturas en los extremos Ta (para x=0) y Tb (para x=L) que permanecen invariables, nos permiten obtener los valores de los coeficientes kn

Para n par:

Para n impar:

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica La conductividad térmica es una propiedad propia de cada material. Los materiales como el oro, la plata o el cobre tienen conductividades térmicas elevadas y conducen bien el calor, mientras que materiales como el vidrio o el amianto tienen conductividades cientos e incluso miles de veces menores; conducen muy mal el calor, y se conocen como aislantes. En ingeniería resulta necesario conocer la velocidad de conducción del calor a través de un sólido en el que existe una diferencia de temperatura conocida. Para averiguarlo se requieren técnicas matemáticas muy complejas, sobre todo si el proceso varía con el tiempo; en este caso, se habla de conducción térmica transitoria. Con la ayuda de ordenadores (computadoras) analógicos y digitales, estos problemas pueden resolverse en la actualidad incluso para cuerpos de geometría complicada. 3. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS EXPERIMENTALES Para la realización de la experiencia se requiere de lo siguiente:

• Termómetro de mercurio • Termómetro de alcohol • Termómetro de termocupla • Termómetro infrarrojo • Termómetro bimetálico • Termómetro digital • Termómetro termistor • Material sólido • Sustancia líquida • Dispositivo calefactor de barra metálica • Cronómetro

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Para la medición de la temperatura de sólidos, líquidos y gases se efectúa el siguiente procedimiento:

a) Definir la sustancia sólida a medir la temperatura. b) Seleccionar todos los termómetros que puedan registrar la temperatura del sólido c) Identificar cada uno de los termómetros d) Registrar las temperaturas correspondientes de cada instrumento. e) Comparar resultados y evaluar cual es la temperatura más representativa del sólido. f) Definir una sustancia líquida a medir la temperatura. g) Realizar los pasos b, c, d y e h) Definir una sustancia gaseosa a medir la temperatura. i) Realizar los pasos b, c, d y e

Para la medición del gradiente de temperatura de la barra metálica se efectúa el siguiente procedimiento:

a) Identificar el equipo y cada 3 ó 5 cm definir los puntos para realizar las lecturas de temperatura, a lo largo de toda la barra.

b) Conectar el dispositivo calefactor de barra a la red eléctrica y encenderlo. c) Cada 3 ó 5 minutos registrar la temperatura de uno o dos puntos de la barra. d) Cuando la barra esté disipando calor en régimen permanente registrar la temperatura de todos los puntos

definidos en (a), con al menos dos termómetros diferentes. e) Elaborar la curva Temperatura = f(distancia) f) Comparar resultados de la experiencia con los teóricos

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica 5. CONTENIDO DEL INFORME

El contenido del informe deberá abarcar el desarrollo mínimo de los siguientes contenidos fundamentales: Teoría fundamental del experimento, objetivos de la experiencia, esquema de instalación, características técnicas de los equipos e instrumentos empleados, descripción del método seguido o procedimiento experimental, presentación datos tomados y resultados (tablas, gráficos, etc.), discusión de los resultados, conclusiones.

6. EVALUACION El informe que debe entregar el alumno será evaluado de acuerdo a la siguiente ponderación: Introducción, objetivos, marco teórico 1.0 pto. Descripción de instalaciones y equipos 1.0 pto. Descripción de la metodología utilizada 1.0 pto. Presentación de datos y resultados 1.0 pto. Discusión de resultados y conclusiones 2.0 ptos. A la suma de los puntos indicados, se agregará el punto base correspondiente.

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EXPERIENCIA Nº : 2 TÍTULO : DETERMINACION DEL PODER CALORIFICO

DE COMBUSTIBLES ASIGNATURA : TERMODINAMICA

1. OBJETIVOS DE LA EXPERIENCIA

1.1 OBJETIVO GENERAL Visualizar y aplicar los conceptos de poder calorífico superior e inferior y su estandarización.

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Los objetivos específicos que se pretende alcanzar, a través de esta experiencia son:

• Conocer las formas y medios para determinar los poderes caloríficos de combustibles gaseosos,

líquidos y sólidos. • Determinar, experimentalmente, el poder calorífico de un combustible sólido, por medio de un

Calorímetro PARR, a volumen constante. 2. INTRODUCCION TEORICA

Durante un proceso de combustión la energía química de un combustible es transformada en energía molecular cinética o potencial de los productos. El término más común relativo a la energía asociada con la combustión, es la máxima cantidad de calor que puede obtenerse de los productos de la combustión completa, si esos productos se enfrían a la temperatura original de la mezcla de aire y combustible es posible obtener el poder calorífico. En el proceso de enfriamiento de los productos se condensa cierta cantidad de vapor de agua (ya que la mayoría de los combustibles contienen hidrógeno), según en las condiciones en que se realice. Dado que esta condensación libera cierta cantidad de calor, el valor calorífico de un combustible varía entre un valor mínimo, cuando no hay condensación del vapor de agua y en un valor máximo cuando es completa, es decir, existe vapor de agua condesado. Se puede definir el concepto de poder calorífico de combustible como: “La cantidad de calor producida, o generada, por la combustión completa de la unidad de combustible en cuestión, suponiendo que los productos de la combustión se enfrían hasta la temperatura inicial”

El poder calorífico (N) se expresa, por lo tanto, en las siguientes unidades: combustibles sólidos y

líquidos cal/kg de combustible y para combustibles gaseoso en cal/m3. Se puede distinguir: Poder Calorífico Superior (PCS): Se define como la cantidad de calor generado por la combustión completa de la unidad de volumen o de masa del combustible, considerado en condiciones estándar, es decir:

• Temperatura del combustible y del aire = 25 oC • Presión = 760 mm Hg • Cuando en los productos de la combustión se encuentra agua en estado líquido.

Poder Calorífico Inferior (PCI): Es la cantidad de calor generado en las mismas condiciones anteriores, pero ahora el agua formada en la reacción se encuentra en estado gaseoso. 2.1 Formas y medios para determinar el poder calorífico 2.1.1 Teóricamente: Por medio de la llamada Entalpía de Formación (ħf

o) y que se define como “la cantidad de energía necesaria para formar un compuesto a partir de sus elementos constitutivos”. Se considera que la formación ocurre a 25 oC y 760 mm de Hg. Los valores de ħf

o aparecen en la tabla 12.3 (cap. 12) y tablas A.11 (Apéndice) del libro “Fundamentos de Termodinámica”, del autor G. J. Van Wylen.

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica 2.1.2 Empíricamente: A través de algunas expresiones que consideran la composición del combustible. Una expresión muy conocida, es la ecuación de Dulong, que permite determinar la potencia calorífica de un combustible (carbón) basada en las proporciones, en peso, del carbono total, hidrogeno útil y azufre:

SOHCkgkcal ⋅+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+⋅= 2268

8347208148/

Donde C, H, O y S son los pesos de carbono, hidrógeno, oxígeno y azufre por kilogramo de combustible,

respectivamente. Esta ecuación da un valor aproximado del poder calorífico superior de un combustible y existe una gran concordancia con los valores obtenidos por medio de un calorímetro. Se puede calcular, aproximadamente, el poder calorífico de los combustibles derivados del petróleo, partiendo de la densidad del mismo, referida a 15 oC. Esto se funda en cuanto menor es la densidad del combustible líquido, mayor es la proporción de hidrógeno y viceversa. 2.1.3 Experimentalmente: Por medio de calorímetros, para combustibles sólidos, líquidos y gaseosos. Se mide transfiriendo la energía calorífica que genera el combustible, a otro elemento (agua, alcohol, aceite, etc) a) Calorímetro para combustibles sólidos Aprovechando la variación de sus propiedades, principalmente la temperatura, ha sido cómodo y general, usar agua, como elemento que recibe el calor generado. Por tal razón en todos los calorímetros, se debe medir el ∆T. De este modo, se utiliza la llamada “bomba calorimétrica”, cuando se quema el combustible a volumen constante. Existen varios tipos de bombas calorimétricas tales como la de Atwater, Davis, Emerson, Mahler, Peters, Parr y Williams. Una de estas bombas, el calorímetro Parr, de camisa isotérmica y bomba de doble válvula, se ilustra en la figuras 1, 2 y 3.

Fig 1 Esquema calorímetro Parr

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Fig 2 Calorímetro PARR

Fig 3 Bomba calorimétrica de doble válvula

El combustible, cuyo valor calorífico se desea determinar, se coloca en un crisol adecuado. En este crisol, se introduce una bobina de alambre fino. La bomba se carga con oxígeno a presión. Cuando pasa una corriente eléctrica por el alambre, el combustible se enciende. La bomba está rodeada por una camisa de agua a fin de absorber el calor desarrollado por la combustión. La bomba tiene también una camisa exterior y un espacio de aire alrededor del recipiente o camisa de agua central, para minimizar las pérdidas de calor al ambiente. Aunque el agua del recipiente interior absorbe la mayor porción del calor, este calor no es el valor calorífico del combustible, por las siguientes razones:

• La bomba en si absorbe cierto calor. • Hay intercambio de calor con la camisa externa • El alambre de ignición libera cierta energía • Los productos de la combustión no se enfrían a la temperatura original • Debido a que la combustión se produce en oxígeno, se alcanza alta temperatura, lo que resulta en la

formación de ácidos nítrico y sulfúrico. Por tales razones, se hace necesario efectuar varias correcciones por radiación, alambre, ácidos, etc. Uso de la bomba calorimétrica para otros combustibles

La determinación del valor calorífico del carbón coke, se hace del mismo modo que para el carbón. Los

combustibles líquidos, no volátiles, pueden ser manipulados del mismo modo, vertiéndolos directamente en el crisol. En el caso de los combustibles líquidos más volátiles, hay que tomar precauciones para evitar pérdidas de vaporización entre el momento de la pesada y el cierre de la bomba. Para este fin, se dispone de cápsulas

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica especiales de gelatina. Se coloca el combustible en la cápsula, se cierra y se pesa. El valor calorífico del azufre contenido en la cápsula de gelatina es un dato suministrado por su fabricante.

La bomba calorimétrica puede ser usada para determinar el valor calorífico de alimentos, compuestos químicos orgánicos y otros materiales que sean completamente combustibles en oxígeno a presión.

b) Calorímetro para combustibles gaseosos y líquidos: El valor calorífico de los combustibles gaseosos y líquidos se determina por medio de un calorímetro de gas, el cual es del tipo de flujo continuo. El procedimiento es el mismo, sea cuando se trate de combustible gaseoso y líquido, diferenciándose solamente en la forma como se realiza la combustión. Para el caso del gas, se usa un quemador Bunsen y para los líquidos un quemador especial, con una balanza para masar el combustible quemado.

En el calorímetro Junkers el combustible en estudio se quema dentro, de tal forma que transfiere calor al agua de enfriamiento o refrigeración. El gasto de agua se mide, utilizando técnicas de pesaje y las temperaturas a la entrada y a la salida del dispositivo se determinan con termómetros de mercurio de precisión, como se muestra en la figura 4.

Los productos de la combustión se enfrían a temperatura lo suficientemente baja como para que se condense el vapor de agua. A continuación, el condensado se recoge en un frasco graduado como se muestra y, por otro lado, el gasto de gas se mide con un medidor de flujo por desplazamiento positivo.

Fig 4 Figura esquemática de un calorímetro de combustible gaseoso

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica 2.2 Poder calorífico observado

Es el determinado en forma experimental en un calorímetro. En el caso de la combustión de un combustible sólido puede ser expresado por la siguiente expresión, en función de los datos obtenidos:

cmATEN −Δ⋅

=

Donde: N: Poder calorífico superior (cal/gr) E: Constante o capacidad calórica del calorímetro (cal/oC) A: Calor total aportado por el alambre fusible (cal/cm) mc: Masa de combustible (gr) Según sea el tipo de combustible empleado y debido a las variaciones de temperatura durante el ensayo, cuando se usa el calorímetro isotérmico, se tendrá que corregir el ∆T, el cual corresponde a la variación de temperatura entre la inicial y la máxima. 2.2 Corrección de las temperaturas inicial y máxima en la bomba calorimétrica Debido a las variaciones de temperaturas durante el ensayo, cuando se usa el calorímetro isotermal y a otros factores, debe hacerse una serie de correcciones, con el fin de calcular el verdadero Ns de la muestra. Durante la primera parte del período principal (después del encendido), el agua del recipiente es más fría que la del ambiente (entre 1 a 2 oC menos), por lo tanto ésta se sigue calentando y absorbiendo calor del medio ambiente. Este aumento de temperatura, debe descontarse del aumento total. Durante la última parte del período principal (antes de alcanzar la temperatura máxima), el agua del recipiente es más caliente que el medio ambiente y, por lo tanto, pierde calor. Es decir, la temperatura máxima deberá incrementarse en el valor correspondiente. Si se ha tomado la precaución de llenar el recipiente con agua, cuya temperatura debe ser unos 2 oC menos que la del ambiente y si la muestra se ha quemado totalmente, el incremento total del agua será de alrededor de 3 oC. A continuación se puede seguir el siguiente orden de cálculo:

a) La transición del período en que se absorbe calor a aquel en que se pierde, se realiza cuando el aumento de la temperatura ha alcanzado el 60% del aumento total (valor experimental) Por lo tanto, la temperatura de transición (Tr), se calcula como:

( ) 6,0max ⋅−+= iir TTTT Siendo: Tr: Temperatura de transición Tmax: Temperatura máxima alcanzada (sin corregir) Ti: Temperatura inicial (sin corregir) o de ignición b) El tiempo correspondiente a la temperatura de transición (b), se determina interpolando los valores

obtenidos, próximos a la temperatura de transición, como lo muestra la figura 5.

1

112

51 tbTTTT r

−−

=′′

−

Donde, t1 corresponde al tiempo de la temperatura T1

c) Para calcular la verdadera temperatura inicial (temperatura inicial corregida, Tic), se aplica la proporción, de acuerdo a la figura 6.

( )abTTTT iici

−−

=′−5

1 , expresando b-a, en minutos y décimas de minuto

Por lo tanto,

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( )( )5′

−−+=

abTTTT iiic

d) La temperatura máxima corregida (Tmaxc), se determina del mismo modo.

( )bcTTTT c

−−

=′− maxmax3max

5 , expresando c-b, en minutos y décimas de minuto

Por lo tanto,

( )( )5

3maxmaxmax ′

−−+=

bcTTTT c

icc TTT −=Δ max

TIEMPO TEMPERATURA0’ 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 6’ 6’ 15’’ 6’ 30’’ 6’ 45’’ 7’ 8’ 9’ 10’ 11’ 12’ 13’ 14’ 15’ 16’

Fig 5 Tabla de valores

a)

b)

c)

Ti: Temp. de ignición

T1T2

Posible ubicación de Tr

Tmax (posible ubicación)

T3

Encendido

}

}Posible aumento de la temperatura, durante 5 minutos

Posible disminución de la temperatura, durante 5 minutos

{Periodo para verificar si el medio calienta el agua del calorímetro

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Fig 6 Gráfico de variación de temperaturas

Temperatura

Tiempo

Tmaxc Tmax T3Tr

Ti TicT Ti

a=5’ b

c

3. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS EXPERIMENTALES

Con la finalidad de realizar la experiencia son necesarios ciertos instrumentos y componentes para

efectuarla: • 1 calorímetro de bomba PARR con sistema de ignición • 1 gr de combustible sólido, puede ser carbón vegetal pulverizado u otro • 10 cm de alambre fusible PARR (E= 2400 cal/oC ; A= 2,3 cal/cm) • 1 crisol o depósito • 1 termómetro o termocupla • 2 litros de agua destilada • 1 tanque de oxígeno con regulador de presión • 1 balanza digital • 1 cronómetro

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Para la determinación del poder calorífico de combustibles sólidos se efectúa el siguiente procedimiento:

a) Masar 1 gr de combustible con la balanza digital, colocándolo dentro de un crisol adecuado. b) Cortar 10 cm de alambre fusible PARR e instalar entre los electrodos de la bomba. c) Instalar el crisol con el combustible en los soportes de la bomba. Asegurarse que el alambre fusible haga

buen contacto entre los bornes y que debe penetrar la superficie del combustible. d) Instalar la tapa de la bomba, ya preparada según lo indicado anteriormente, ensamblando ésta con

cuidado de no perder ni humedecer la substancia. Colocar la tuerca y apretar a mano. e) Verificar que las válvulas de seguridad del tanque de oxígeno estén cerradas y cargar la bomba con

oxígeno a una presión de 25 atmósferas. f) Colocar 2000 cc de agua destilada, en el recipiente ovalado. g) Instalar la bomba cargada, dentro del recipiente con agua y cuidar que quede todo sumergido,

asegurándose que no hay escape de gas. h) Conectar el sistema de encendido a los bornes de la bomba. i) Tapar el calorímetro e instalar el termómetro y la polea de accionamiento del agitador respectivo. j) Controlar la temperatura del agua, con el agitador funcionando hasta establecer el equilibrio.

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k) Se inicia el proceso, tomando el tiempo con cronómetro y midiendo la temperatura del agua, con el agitador funcionando, cada minuto, durante 5 minutos.

l) Al minuto 5 se presiona el botón de encendido (el que debe mantenerse presionado hasta cuando la luz piloto respectiva se apague sola, indicando que se ha iniciado la combustión, debido a que se fundió el alambre fusible). Se mide la temperatura durante 1 minuto.

m) A partir del minuto 6 se debe medir cada 15”, hasta completar 1 minuto, es decir, hasta el minuto 7. n) Desde el minuto 7 se continúa la medición de temperatura cada 1 minuto, hasta alcanzar la temperatura

máxima. o) Habiendo alcanzado la tmax, se continúa la medición cada 1 minuto, durante 5 minutos, con el objeto de

verificar la posible entrega de calor al medio circundante. Si tal fenómeno ocurre, la temperatura deberá descender paulatinamente.

p) Posteriormente, se observa la temperatura, hasta alcanzar el valor máximo. q) Detener el motor del agitador y desconectar todas las conexiones eléctricas, retirar la tapa del

calorímetro y extraer la bomba. r) Abrir la válvula de escape de gases de la bomba de tal forma que el oxígeno se escape lentamente.

Destapar la bomba s) Comprobar la combustión completa, existencia de residuos, condensado y formación de ácidos. t) Secar y limpiar todas las partes del calorímetro. u) Efectuar la corrección por radiación, indicada anteriormente. Recordar que dicho gráfico debe

construirse en papel milimetrado, a escala, de acuerdo con los datos obtenidos de la tabla de valores y éste debe ser similar al de la figura 6.

IMPORTANTE: La operación de la bomba tiene que hacerse con precaución debido al peligro de descarga eléctrica del sistema de ignición o explosión por la alta presión que contiene. De este modo es importante recordar:

• Limpiar la bomba con cuidado de no dañar las gomas selladoras • Desconectar el sistema por completo al momento de montar y desmontar la bomba • No quemar más de 1,5 gr de ninguna sustancia • No usar una presión mayor de 25 atm • No hacer ignición si la bomba burbujea al sumergirla en el agua • Seguir las instrucciones especiales del profesor a cargo.

5. CONTENIDO DEL INFORME

El contenido del informe deberá abarcar el desarrollo mínimo de los siguientes contenidos fundamentales: Teoría fundamental del experimento, objetivos de la experiencia, esquema de instalación, características técnicas de los equipos e instrumentos empleados, descripción del método seguido o procedimiento experimental, presentación de los resultados (tablas, gráficos, etc.), discusión de los resultados, conclusiones.

6. EVALUACION El informe que debe entregar el alumno será evaluado de acuerdo a la siguiente ponderación: Introducción, objetivos, marco teórico 0.5 pto. Descripción de instalaciones y equipos 0.5 pto. Descripción de la metodología utilizada 0.5 pto. Presentación de resultados 3.5 ptos. Discusión de resultados y conclusiones 2.0 ptos. A la suma de los puntos indicados, se agregará el punto base correspondiente.

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EXPERIENCIA Nº : 3 TÍTULO : PRUEBAS EN UNA MAQUINA DE

REFRIGERACION ASIGNATURA : TERMODINAMICA

1. OBJETIVOS DE LA EXPERIENCIA

1.1 OBJETIVOS GENERALES

Analizar las principales etapas de un ciclo de refrigeración por compresión de vapor, conociendo operativamente el proceso y la operación de un equipo experimental.

Comprender y reconocer la operación y características de los principales equipos de refrigeración utilizados en forma industrial y doméstica.

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar la producción frigorífica y eficiencias del sistema de refrigeración por compresión de

vapor Determinar el caudal del refrigerante Determinar los puntos característicos en un diagrama de p-h (para Freón 12), correspondiente al

estado del refrigerante en los distintos elementos del circuito y reconstruir el ciclo de refrigeración. 2. INTRODUCCION TEORICA

La utilización del frío es un proceso conocido de tiempos antiguos; en el siglo XII los chinos utilizaban mezclas de salitre con el fin de enfriar agua; los árabes en el siglo XIII utilizaban métodos químicos de producción de frío mediante mezclas; en los siglos XVI y XVII, investigadores como los Sres. Boyle, Faraday (con sus experimentos sobre la vaporización del amoníaco) etc., realizan los primeros intentos prácticos de producción de frío.

En 1834 el Sr. Perkins desarrolla su patente de máquina frigorífica de compresión de éter y en 1835 el Sr. Thilorier fabrica nieve carbónica por expansión; el Sr. Tellier construye la primera máquina de compresión con fines comerciales, el Sr. Pictet desarrolla una máquina de compresión de anhídrido sulfuroso, el Sr. Linde elabora una máquina de amoníaco, los Sres. Linde y Windhausen construyen la máquina de anhídrido carbónico, el Sr. Vincent construye la máquina de cloruro de metilo, etc. En la actualidad la refrigeración presenta un amplio campo en lo que respecta a la conservación de alimentos (Barcos congeladores de pescado en alta mar, plantas refrigeradoras de carnes y verduras), productos farmacéuticos y materias para la industria (Plantas productoras de hielo, unidades de transporte de productos congelados, barcos, aviones, trenes, camiones, etc.), en sistemas de acondicionamiento de aire y calefacción, etc. Esto da una idea del alto interés universal que reviste el frigorífico industrial desde el punto de vista económico, humano y social. 2.1 CICLOS TERMODINAMICOS

Se pueden enunciar cuatro ciclos termodinámicos, de gas, vapor, cerrado y abierto, los cuales se definen a continuación:

Ciclo de gas: La sustancia que lo realiza queda durante el ciclo en estado gas. Ciclo de Vapor: Recorre parte del ciclo en estado vapor y otra parte en estado líquido. Ciclo cerrado: El fluido de trabajo regresa a su estado inicial al final del ciclo (ej. vapor en una central

térmica). Ciclo abierto: El fluido de trabajo se renueva en cada ciclo. (ej. automóvil).

Con los ciclos antes enunciados se generan dos áreas de trabajo e investigación denominados potencia y refrigeración. El ciclo de potencia abarca las máquinas térmicas dividiéndose éstas en dos grupos: Combustión interna: Se quema el combustible. Combustión externa: Uso de calderas, pozo geotérmico, dentro de la frontera del sistema, reactor nuclear, sol (Centrales eléctricas).

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica El ciclo de refrigeración abarca los refrigeradores y bombas de calor. Los ciclos reales se aproximan a ciclos ideales, suponiendo:

El ciclo no implica ninguna fricción. Procesos de expansión y compresión son cuasi estáticos. Tuberías que conectan las diferentes partes del sistema están bien aisladas. Se ignoran los cambios de energía cinética y potencial del fluido de trabajo (excepto en toberas).

2.2 MAQUINA DE CARNOT

La máquina de Carnot es una máquina ideal que utiliza calor para realizar un trabajo (imagen Nº 1). En ella hay un gas sobre el que se ejerce un proceso cíclico de expansión y contracción entre dos temperaturas. Este ciclo termodinámico se denomina ciclo de Carnot, es el procedimiento más eficaz para producir un trabajo a partir de dos focos de temperatura.

Se puede construir a partir de un cilindro sobre el que discurre un pistón unido a una biela que convierte el movimiento lineal del pistón en movimiento circular. El cilindro contiene una cierta cantidad de un gas ideal y la máquina funciona intercambiando calor entre dos fuentes de temperaturas constantes T1 < T2.

Las transferencias de calor entre las fuentes y el gas se hace de manera isotérmica, esta parte del proceso es, por lo tanto, reversible. El ciclo se completa con una expansión y una compresión adiabáticas, por lo que esta parte del ciclo es también reversible.

Fig 1: Máquina original de Carnot, diagrama de 1824

Funcionamiento General de la Máquina de Carnot i. Expansión isotérmica: se inicia cuando el gas ocupa el volumen mínimo Vmin a la temperatura T2 y a presión alta. En este estado se transfiere calor al cilindro desde la fuente de temperatura T2, haciendo que el gas se expanda. Al expandirse, el gas tiende a enfriarse, pero absorbe calor de T2 y mantiene su temperatura constante. El volumen del gas aumenta produciendo un trabajo sobre el pistón. Dado que la temperatura permanece constante durante esta parte del ciclo, el gas no cambia su energía interna y todo el calor absorbido de T2 se convierte en trabajo:

0,0 111 =>= dUdWdQ (i) ii. Expansión adiabática: la expansión isotérmica termina en un punto tal que el resto de la expansión pueda realizarse sin intercambio de calor. Esta expansión adiabática hace que el gas se enfríe hasta alcanzar exactamente la temperatura T1 en el momento en que el pistón alcanza el punto máximo de su carrera y el gas alcanza su volumen máximo Vmax. Durante esta etapa todo el trabajo realizado por el gas proviene de su energía interna:

0,0 222 >== dWdUdQ (ii) iii. Compresión isotérmica: se pone en contacto con el cilindro la fuente de calor de temperatura T1 y el gas comienza a comprimirse, pero no aumenta su temperatura porque va cediendo calor a la fuente fría. Durante esta parte del ciclo se hace trabajo sobre el gas pero, como la temperatura permanece constante, la energía interna no cambia y el trabajo es absorbido en forma de calor por la fuente T1:

0,0 333 =<= dUdWdQ (iii)

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iv. Compresión adiabática: la fuente T1 se retira en el momento adecuado para que durante el resto de la compresión el gas eleve su temperatura hasta alcanzar exactamente el valor T2 al mismo tiempo que el volumen del gas alcanza su valor mínimo Vmin. Durante esta etapa no hay intercambio de calor y el trabajo realizado sobre el gas se convierte en energía interna:

0,0 444 ≤== dWdUdQ (iv) Trabajo realizado

Por la Primera Ley de la Termodinámica, en cada ciclo la máquina realiza un trabajo mecánico dW igual al calor dQ transferido de T2 a T1, lo cual se puede comprobar usando las igualdades obtenidas en cada ciclo:

dQ = dQ + dQ = dW + dW1 3 1 3 Donde la segunda igualdad se obtiene de i y iii. Por otra parte, el estado del gas al terminar un ciclo es el mismo que al comenzarlo, por lo que el cambio de su energía interna debe ser cero:

dU + dU + dU + dU = 0.1 2 3 4 De esta igualdad y de i, ii, iii y iv se deduce que dW2 + dW4 = 0. Por lo tanto

dQ = dW + dW = dW + dW + dW + dW = dW.1 3 1 2 3 4 El rendimiento de una máquina de Carnot (el cociente entre el calor absorbido y el trabajo desempeñado) es máximo y puede calcularse como:

2

11TT

−=η

2.3 CICLO DE CARNOT

El ciclo de Carnot es un ciclo termodinámico ideal reversible entre dos fuentes de temperatura, en el cual el rendimiento es máximo. Como todos los procesos que tienen lugar en el ciclo ideal son reversibles, el ciclo puede invertirse. Entonces la máquina absorbe calor de la fuente fría y cede calor a la fuente caliente, teniendo que suministrar trabajo a la máquina. Si el objetivo de esta máquina es extraer calor de la fuente fría se denomina máquina frigorífica, y si es aportar calor a la fuente caliente bomba de calor.

El ciclo de Carnot consta de cuatro etapas: dos procesos isotermos (a temperatura constante) y dos procesos adiabáticos (aislados térmicamente)

Fig 2: Ciclo de Carnot

i. Expansión isoterma: (proceso 1 → 2 en el diagrama) Se parte de una situación en que el gas se encuentra al mínimo volumen del ciclo y a temperatura T1 de la fuente caliente. En este estado se transfiere calor al cilindro desde la fuente de temperatura T1, haciendo que el gas se expanda. Al expandirse, el gas tiende a enfriarse, pero absorbe calor de T1 y mantiene su temperatura constante. Al tratarse de un gas ideal, al no cambiar la temperatura tampoco lo hace su energía interna, y despreciando los cambios en la energía potencial y la cinética, a partir de la 1ª ley de la termodinámica vemos que todo el calor transferido es convertido en trabajo:

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Desde el punto de vista de la entropía, ésta aumenta en este proceso: por definición, una variación de entropía viene dada por el cociente entre el calor transferido y la temperatura de la fuente en un proceso reversible:

Como el proceso es efectivamente reversible, la entropía aumentará

ii. Expansión adiabática: (2 → 3) La expansión isoterma termina en un punto tal que el resto de la expansión pueda realizarse sin intercambio de calor. A partir de aquí el sistema se aísla térmicamente, con lo que no hay transferencia de calor con el exterior. Esta expansión adiabática hace que el gas se enfríe hasta alcanzar exactamente la temperatura T2 en el momento en que el gas alcanza su volumen máximo. Al enfriarse disminuye su energía interna, con lo que utilizando un razonamiento análogo al anterior proceso:

Esta vez, al no haber transferencia de calor, la entropía se mantiene constante:

iii. Compresión isoterma: (3 → 4) Se pone en contacto con el sistema la fuente de calor de temperatura T2 y el gas comienza a comprimirse, pero no aumenta su temperatura porque va cediendo calor a la fuente fría. Al no cambiar la temperatura tampoco lo hace la energía interna, y la cesión de calor implica que hay que hacer un trabajo sobre el sistema:

Al ser el calor negativo, la entropía disminuye:

iv. Compresión adiabática: (4 → 1) Aislado térmicamente, el sistema evoluciona comprimiéndose y aumentando su temperatura hasta el estado inicial. La energía interna aumenta y el calor es nulo, habiendo que comunicar un trabajo al sistema:

Al ser un proceso adiabático, no hay transferencia de calor, por lo tanto la entropía no varía:

Trabajo del ciclo Por convención de signos, un calor o un trabajo positivos significan que el trabajo se realiza sobre el sistema, mientras que un signo negativo significa lo contrario. Es decir, un trabajo negativo significa que el trabajo es realizado por el sistema. Con este convenio de signos el trabajo obtenido deberá ser, por lo tanto, negativo. Tal como está definido, y despreciando los cambios en energía mecánica, a partir de la primera ley:

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica Como dU (diferencial de la energía interna) es una diferencial exacta su valor es el mismo al inicio y al final del ciclo, y es independiente del camino, la integral de dU vale cero, con lo que queda:

Por lo tanto, en el ciclo el sistema ha realizado un trabajo sobre el exterior Teoremas de Carnot i. No puede existir una máquina térmica que funcionando entre dos fuentes térmicas dadas tenga mayor rendimiento que una de Carnot. Para demostrarlo supondremos que no se cumple el teorema, y se verá que el no cumplimiento trasgrede la segunda ley de la termodinámica. Tenemos pues dos máquinas, una llamada X y otra, de Carnot, R, operando entre las mismas fuentes térmicas y absorbiendo el mismo calor de la caliente. Como suponemos que

y por definición

Donde y denotan el trabajo producido y el calor cedido a la fuente fría respectivamente, y los subíndices la máquina a la que se refieren. Como R es reversible, se puede hacer funcionar como máquina frigorífica. Como , la máquina X puede suministrar a R el trabajo que necesita para funcionar como máquina frigorífica, y X producirá un trabajo neto . Al funcionar en sentido

inverso, R está absorbiendo calor de la fuente fría y está cediendo calor a la caliente. El sistema formado por las dos máquinas funciona cíclicamente realizando un trabajo e

intercambiando un calor con una única fuente térmica, lo cual va en contra del segundo principio de la termodinámica. Por lo tanto:

ii. Dos máquinas reversibles operando entre las mismas fuentes térmicas tienen el mismo rendimiento. Igual que antes, suponemos que no se cumple el teorema y veremos que se violará el segundo principio. Sean R1 y R2 dos máquinas reversibles, operando entre las mismas fuentes térmicas y absorbiendo el mismo

calor de la caliente, con distintos rendimientos. Si es R1 la de menor rendimiento, entonces .

Invirtiendo R1, la máquina R2 puede suministrar el trabajo para que trabaje como máquina frigorífica, y

R2 producirá un trabajo .

El sistema formado por las dos máquinas funciona cíclicamente realizando un trabajo e

intercambiando un calor con una única fuente térmica, lo cual va en contra de la segunda ley. Por lo tanto:

Rendimiento A partir del segundo teorema de Carnot se puede decir que, como dos máquinas reversibles tienen el mismo rendimiento, este será independiente de la sustancia de trabajo de las máquinas, las propiedades o la forma en la que se realice el ciclo. Tan solo dependerá de las temperaturas de las fuentes entre las que trabaje. Si tenemos una máquina que trabaja entre fuentes a temperatura T1 y T2, el rendimiento será una función de las dos como variables:

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica Por lo tanto, el cociente entre los calores transferidos es función de las temperaturas de las fuentes. Nótese que como, por la segunda ley de la termodinámica, el rendimiento nunca pude ser igual a la unidad, la función f está siempre definida. Consideremos ahora tres máquinas que trabajan entre fuentes a temperaturas tales que T > T > T1 3 2. La primera máquina trabaja entre las fuentes 1 y 2, la segunda entre 1 y 3, y la tercera entre 3 y 2, de modo que desde cada fuente se intercambia el mismo calor con las máquinas que actúan sobre ella. Es decir, tanto la primera máquina como la segunda absorben un calor Q1, la segunda y la tercera ceden y absorben Q2 respectivamente y la primera y la tercera ceden Q3. De la ecuación anterior podemos poner, aplicada a cada máquina:

Aplicando relaciones matemáticas:

Como el primer miembro es función solamente de T1 y T2, también lo será el segundo miembro, independientemente de T3. Para que eso se cumpla f debe ser de la forma

De las distintas funciones que satisfacen esa condición, la más sencilla es la propuesta por Kelvin, Φ(T) = T, con lo que el cociente entre calores queda

Trasladando este cociente a la definición de rendimiento:

Otra forma de llegar a este resultado es por medio de la entropía, definida como

De ahí se puede sacar los calores transferidos en los procesos 1 → 2 y 3 → 4:

Como puede observarse, el calor transferido con la primera fuente es positivo y con la segunda negativo, por el convenio de signos adoptado. Teniendo en cuenta que para calcular el rendimiento de un ciclo se utilizan los valores absolutos de los trabajos y calores

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica Se tiene finalmente el resultado deseado:

2.4 CICLO REAL

Todos los procesos reales tienen alguna irreversibilidad, ya sea mecánica por rozamiento, térmica o de otro tipo. Sin embargo, las irreversibilidades se pueden reducir, pudiéndose considerar reversible un proceso cuasi estático y sin efectos disipativos. Los efectos disipativos se reducen minimizando el rozamiento entre las distintas partes del sistema y los gradientes de temperatura; el proceso es cuasi estático si la desviación del equilibrio termodinámico es a lo sumo infinitesimal, esto es, si el tiempo característico del proceso es mucho mayor que el tiempo de relajación (el tiempo que transcurre entre que se altera el equilibrio hasta que se recupera). Por ejemplo, si la velocidad con la que se desplaza un émbolo es pequeña comparada con la del sonido del gas, se puede considerar que las propiedades son uniformes espacialmente, ya que el tiempo de relajación mecánico es del orden de V1/3/a (donde V es el volumen del cilindro y a la velocidad del sonido), tiempo de propagación de las ondas de presión, mucho más pequeño que el tiempo característico del proceso, V1/3/w (donde w es la velocidad del émbolo), y se pueden despreciar las irreversibilidades.

Si se hace que los procesos adiabáticos del ciclo sean lentos para minimizar las irreversibilidades se hace imposible frenar la transferencia de calor. Como las paredes reales del sistema no pueden ser completamente adiabáticas, el aislamiento térmico es imposible, sobre todo si el tiempo característico del proceso es largo. Además, en los procesos isotermos del ciclo existen irreversibilidades inherentes a la transferencia de calor. Por lo tanto, es imposible conseguir un ciclo real libre de irreversibilidades, y por el primer teorema de Carnot la eficiencia será menor que un ciclo ideal. 2.5 CICLO DE COMPRESION DE VAPOR DE UNA ETAPA

En la práctica no se utiliza el compresor isotérmico y el expansor se reemplaza por una válvula de estrangulación. El circuito resulta más simple y la eficiencia resulta ser menor que en el ciclo de Carnot. El trabajo de compresión resulta mayor, puesto que la compresión isotérmica se reemplaza por una compresión adiabática, y no se recupera el trabajo que realizaría el fluido en el expansor.

La estrangulación del refrigerante en la válvula es un proceso isoentálpico y el calor extraído en el evaporador resulta entonces ser menor. La figura muestra el ciclo de compresión de una etapa.

Fig 3: Ciclo de compresión de una etapa

En este caso la eficiencia (ec) se expresa por medio de las entalpías (h) en los distintos estados.

WQ

hhhh

e

hhQhhW

Ec

E

=−−

=

−=−=

1'2

'41

'41

1'2

En un diagrama presión (P-h), el ciclo de compresión se muestra en la siguiente figura

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Fig 4: Diagrama P-h del ciclo de compresión

3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

El laboratorio cuenta con una unidad de refrigeración por compresión de vapor para uso docente, esta unidad utiliza como refrigerante el Freón 12 y posee un compresor, un condensador, un evaporador, una cámara de frío, un juego de tubos capilares como elementos constitutivos principales.

Las mediciones se deben realizar cuando el sistema se encuentra en régimen permanente, debiéndose registrar a lo menos las presiones, temperaturas, corrientes y voltajes del sistema.

Considerar el balance de energía para el condensador (1) y para el evaporador (2), según se indica:

( )( )eeseFreón

scecFreónOHOH

hhmIVhhmTCpm

−⋅=⋅⋅−⋅=Δ⋅⋅

−

−

12

12

86,022

&

&&

De las anteriores se obtiene que:

eese

scecOHOH

hhhh

IVTCpm

−−

=⋅⋅

Δ⋅

86,022

Pero como la entalpía a la salida del condensador (hsc), es igual a la entalpía a la entrada del evaporador

(hse) y debido a que la estrangulación es isoentálpica, éstas se pueden calcular. La entalpía a la entrada del condensador (hec) es igual a la salida del compresor y se determina por la

presión y temperatura. La entalpía a la salida del evaporador (hse) corresponde a la presión del sistema. 3.1 EXPERIENCIA

La experiencia comienza con el reconocimiento y posterior individualización de todos los componentes con que cuenta la unidad de refrigeración, a continuación se debe fijar el termostato de la cámara de frío a aproximadamente -5 ºC. Cuando la cámara logra la temperatura deseada, ésta deja de funcionar y se debe obtener la lectura de cada instrumento de medición, repetir lo descrito anteriormente para los tres capilares.

Con los datos obtenidos se debe determinar:

1. La producción frigorífica. 2. Las eficiencias e y ec. 3. La eficiencia global del sistema. 4. El rendimiento del circuito. 5. El caudal del refrigerante. 6. Efecto refrigerante. 7. Capacidad de refrigeración. 8. Toneladas de refrigeración 9. Coeficiente de operación.

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10. Determinar los puntos característicos en un diagrama de p-h (para Freón 12), correspondiente al estado del refrigerante en los distintos elementos del circuito y reconstruir el ciclo de refrigeración.

11. Realizar un estudio de los refrigerantes más utilizados en la actualidad, indicando a lo menos características, diferencias técnicas entre ellos, puntos propios y efectos de éstos en el medio ambiente.

4. CONTENIDO DEL INFORME

El contenido del informe deberá abarcar el desarrollo mínimo de los siguientes contenidos fundamentales: Teoría fundamental del experimento, objetivos de la experiencia, esquema de instalación, características técnicas de los equipos e instrumentos empleados, descripción del método seguido o procedimiento experimental, presentación de los resultados (tablas, gráficos, etc.), discusión de los resultados, conclusiones. 5. EVALUACION El informe que debe entregar el alumno será evaluado de acuerdo a la siguiente ponderación: Introducción, objetivos, marco teórico 0.5 pto. Descripción de instalaciones y equipos 0.5 pto. Descripción de la metodología utilizada 0.5 pto. Presentación de resultados 3.5 ptos. Discusión de resultados y conclusiones 2.0 ptos. A la suma de los puntos indicados, se agregará el punto base correspondiente. 6. BIBLIOGRAFIA DOOLITTLE J. S. “El Laboratorio del Ingeniero Mecánico” Mc Graw-Bill Bock Company, New York 19

Edc. en castellano por Edit. Hispano Americana S.A. Buenos Aires- Argentina, 1971. H. P. HOLMANN “Métodos Experimentales para Ingeniero” Libros Mc Graw-Hill de México S.A. de C.

V., 1977. W. H. SEVERNS “La Producción de Energía Mediante el Vapor de Agua, el Aire y los Gases”. Edit.

Reverté 1973. GORDON J. VAN WYLEN “Fundamentos de Termodinámica Básica”, Ed. Limusa S.A., 1973

CENGEL, J. BOLES, M "Termodinámica de ingeniería", Mc Graw Hill, 2002

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EXPERIENCIA Nº : 4 TÍTULO : RECONOCIMIENTO DE MOTORES ASIGNATURA : TERMODINAMICA

1. OBJETIVOS DE LA EXPERIENCIA 1.1 OBJETIVO GENERAL El objetivo de esta experiencia es dar un conocimiento a los alumnos los fundamentos de un motor térmico y sus componentes constructivos más importantes y funcionamientos teóricos, a través de reconocimientos de sus partes y elementos, dispositivos y accesorios de un motor de prueba de cuatro tiempos. 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Capacitar al alumno para desarrollar trabajos prácticos de laboratorio adquiriendo los conocimientos básicos del funcionamiento de los motores.

Medición de la presión de compresión de cada cilindro.

2. INTRODUCCION TEORICA 2.1 RESEÑA HISTÓRICA

En 1862 fue enunciado el ciclo de volumen constante por Beau de Rochar con el título "ciclo de cuatro tiempos".

Posteriormente el alemán Otto lo aplicó a un motor térmico denominándolo, ciclo Otto. Si bien históricamente Carl Benz ha sido considerado el padre del automóvil, ya que en 1885 fue el primer constructor de un motor de cuatro tiempos de encendido por bujías, no obstante, el primer antecedente al motor de Carl Benz, fue ideado por un belga de fértil imaginación llamado Etienne Lenoir, que construyó su primer modelo práctico veinticinco años antes que Benz, y que en aquel momento abrió la puerta de la evolución y estableció una serie de principios técnicos que han permanecido inmutables hasta hace pocos años. La primera vez que el ciclo de cuatro tiempos se empleó con éxito fue en 1876, en un motor construido por el ingeniero Nicholas August Otto.

La característica principal de un motor alternativo es que transforma la energía térmica en energía mecánica mediante uno o varios pistones, deslizándose con movimiento lineal por otros tantos cilindros de forma alternada y que tiene como misión transformar la energía térmica en energía mecánica que sea directamente utilizable para producir trabajo. El motor ciclo Otto es el convencional motor a gasolina, en tanto, el motor Diesel (en honor del ingeniero también alemán Rudolf Diesel), funciona con un principio diferente cuya función se basa en un ciclo termodinámico, en el cual se inyecta en la cámara de combustión el combustible después de haberse realizado una compresión de aire por el pistón. La relación de compresión de la carga del aire es lo suficientemente alta como para encender el combustible que se inyecta:

2.2 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO CICLO OTTO

El motor realiza sobre el fluido de trabajo un ciclo operativo, este puede ser de dos tipos: ciclo de cuatro tiempos y ciclo de dos tiempos.

a) El ciclo de cuatro tiempo completo se realiza en cuatro carreras del pistón (dos vueltas del cigüeñal), tal como se ve en las figuras 1 y 2.

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Fig 1: Ciclo de cuatro tiempos

El ciclo de combustión es el conjunto de operaciones que se realizan en un cilindro desde que entra la

mezcla carburada hasta que son expulsados los gases. Se dice que el motor es de cuatro tiempos: Admisión, Compresión, Explosión y Escape.

Primer tiempo (Admisión): El pistón comienza un movimiento, descendente, entre el Punto Muerto Superior (PMS) y el Punto Muerto Inferior (PMI). El cigüeñal da media vuelta mientras que el pistón, al estar cerrada la válvula de escape y abierta la de admisión, succiona la mezcla carburada llenando, con ella, el cilindro. Segundo tiempo (Compresión): El pistón retorna del PMI al PMS, permaneciendo las dos válvulas cerradas, comprime, progresivamente, la mezcla carburada, dando el cigüeñal otra media vuelta. Tercer tiempo (Explosión): Una vez terminada la compresión salta la chispa de la bujía en el centro de la mezcla, que ha sido fuertemente comprimida, lo que hace que el pistón sea despedido con fuerza a su PMI, dando el cigüeñal otra media vuelta. Este tiempo de denomina de explosión o combustión, y las dos válvulas deben permanecer cerradas. Cuarto tiempo (Escape): El pistón vuelve a subir a su PMS y en su camino limpia el cilindro de los gases resultantes del tiempo anterior, dado que la válvula de admisión permanece cerrada y la de expulsión abierta. El cigüeñal da otra media vuelta, cerrando el ciclo. Este es el ciclo de cuatro tiempos, en el que por cada explosión, de un mismo cilindro, el cigüeñal da dos vueltas completas, perdiendo gran parte de la fuerza entre explosión y explosión. Si combinamos cuatro cilindros de tal forma que por cada media vuelta haya una explosión, minimizaremos la perdida de fuerza.

Fig 2: Ciclo Otto Teórico

b) El ciclo de dos tiempos se realiza el ciclo completo en dos carreras del pistón. Son motores mucho más simples que los cuatro tiempos pues no poseen válvulas ni distribución. Este tipo de motores se utiliza en algunas motocicletas, tal como se ve en la figura 3.

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Fig 3: Ciclo de dos tiempos

La entrada y salida de gases al cilindro se realiza por unas lumbreras, que simplemente son unos

orificios, situados en la pared del cilindro, que son descubiertos y cerrados por el propio pistón. El cárter está herméticamente cerrado y se comunica mediante un conducto con otra lumbrera del cilindro. Primer tiempo (Admisión): El pistón comienza un movimiento, descendente, entre el Punto Muerto Superior (PMS) y el Punto Muerto Inferior (PMI). El cigüeñal da media vuelta mientras que el pistón, al estar cerrada la válvula de escape y abierta la de admisión, succiona la mezcla carburada llenando, con ella, el cilindro. Segundo tiempo (Compresión): El pistón retorna del PMI al PMS, permaneciendo las dos válvulas cerradas, comprime, progresivamente, la mezcla carburada, dando el cigüeñal otra media vuelta. 2.3 CICLO DIESEL

Se trata del ciclo de un motor de combustión interna, en el cual el calor que produce la compresión se encarga de encender el combustible.

La secuencia de sus procesos es: a) Admisión: En la carrera de admisión de un motor diesel penetra una carga completa de aire a cada cilindro. b) Compresión: Durante la carrera de compresión, se eleva la temperatura del aire a causa de la alta relación de compresión. El combustible es atomizado en la cámara de combustión poco antes de llegar al punto muerto superior en la carrera de compresión. c) Adición de calor: Se obtiene a partir de la quemada del combustible producida casi en el mismo instante en el que se introduce, debido a la alta temperatura del aire. d) Expansión: Se expanden los productos de la combustión para producir potencia. e) Escape: Salen los productos de la combustión después de expandirse para concluir el ciclo.

Fig 4: Ciclo Diesel teórico

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Fig 5: Funcionamiento del motor Diesel de 4 tiempos

2.4 SIMILITUDES Y DIFERENCIAS ENTRE CICLO OTTO Y CICLO DIESEL

• En el motor encendido a chispa, para evitar la detonación, se procura que en ningún momento de la carga tenga lugar el encendido por compresión, en el motor Diesel, por el contrario, se trata de producirla, lo antes posible, para evitar que durante el período de retraso se verifiquen condiciones que favorezcan la detonación. Por ello los métodos para reducir la detonación son totalmente opuestos.

• En el motor encendido a chispa el aumento de la relación de compresión acerca el peligro de la detonación, en los motores Diesel, la disminuye, porque aumentando la temperatura al final de la compresión, disminuye el retraso al encendido. El aumento de la relación de compresión requiere para los carburantes un aumento del número de octano, mientras que en la gasolina.

• Los motores Diesel requieren mayor cantidad de aire para la combustión para compensar las malas condiciones de la mezcla y como dentro de ciertos límites la combustión es mejor cuanto mayor es el exceso de aire carburante, no es necesario regular la entrada de aire al variar el régimen y la carga, por lo tanto la variación de la carga se hace sólo sobre el combustible. Se tiene así la ventaja que a las cargas bajas, disminuyendo la resistencia a la entrada del aire por falta de la mariposa, aumenta el rendimiento por disminución de las pérdidas por bombeo. El motor suministra para cada regulación un par casi constante al variar el número de revoluciones.

Fig 6: Ciclo real v/s ideal Otto

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Fig 7: Comparación entre motor Otto y Diesel

2.5 PARTES CONSTITUTIVAS DE UN MOTOR ENCENDIDO POR CHISPA. Un motor de encendido por chispa se compone de diferentes partes que son primordiales dentro del sistema, tales como carburador, bomba de aceite, balancines, empujadores, culata, cárter, cadena de distribución, válvulas de admisión y escape, árbol de levas, bloque o block motor (donde están alojados los cilindros), pistones, bielas, cojinetes de bancada, cojinetes de biela, eje cigüeñal y volante de inercia.

Fig 8: Constitución de un motor Otto

A continuación se definirán algunos componentes del motor, queda a criterio del alumno, obtener las

demás definiciones y funciones. a) BLOQUE DE CILINDROS: Es una pieza fundida donde se encuentran distribuidos los cilindros. Los cilindros son unos orificios por donde se desplazan los pistones y su principal función es la de recibir la mezcla de aire y gasolina para luego comprimirla y hacerla explotar, generando la fuerza que se ha de transmitir finalmente a las ruedas. b) CÁRTER DE ACEITE: El cárter de aceite es una bandeja ubicada en la parte inferior del bloque de cilindros y su función principal es la de servir como depósito del aceite.

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica c) CULATA: La culata es la pieza ubicada en la parte superior del bloque de cilindros. Es la tapa de todos los cilindros allí se ubican las bujías, las válvulas de admisión y de escape y los conductos de entrada y salida de gases. Se consideran gases de entrada la mezcla de aire y gasolina y como gases de salida el residuo de la combustión (CO, CO2, O2, HC) d) PISTÓN: Es un elemento que se desplaza en movimientos ascendentes y descendentes dentro de cada uno de los cilindros. Comunica la fuerza que produce la combustión a la biela, quien a su vez se la trasmite al cigüeñal. e) BIELA: Es un brazo que transmite el movimiento ascendente y descendente del pistón al cigueñal. f) CIGUEÑAL: Es un eje con codos en forma de manivela, que reciben el movimiento ascendente y descendente del conjunto biela-pistón, para convertir este movimiento en uno giratorio que será transmitido finalmente a las ruedas (potencia). 2.6 SISTEMAS DEL MOTOR

Para poder funcionar un ciclo Otto en la realidad debe estar conectado con distintos componentes que en un conjunto determinado confeccionan un sistema, los principales sistemas de un motor son:

a) Sistema de Alimentación b) Sistema de Encendido c) Sistema de Refrigeración d) Sistema de Lubricación

a) Sistema de Alimentación

La alimentación a los cilindros del motor se hace mezclando la gasolina líquida depositada en el tanque, con el aire de la atmósfera. Mezcla que se realiza en el carburador si el vehículo posee este sistema, o cerca a los cilindros si el sistema es de inyección como la totalidad de los vehículos modernos con monopunto o multipunto.

La gasolina es impulsada del tanque hacia el carburador o al sistema de inyección, por la bomba, que puede ser eléctrica ubicada generalmente dentro del tanque de gasolina (la menos se encuentran debajo del asiento posterior) o una bomba mecánica, adosada al bloque de cilindros en el motor y accionada por el árbol de levas. A continuación se observa una vista longitudinal de un vehículo donde se aprecia el sistema señalado.

Fig 9: Partes constitutivas de un automóvil

b) Sistema de Encendido

Cuando el conductor gira la llave y hacer trabajar al motor de arranque comienzan los primeros giros del motor iniciándose así el funcionamiento del sistema de encendido. La corriente pasa de la batería, por el Switch hacia el distribuidor. Primero al condensador y luego a los platinos (en el sistema clásico) como los platinos se abren y se cierran por acción de la leva, generan en la bobina la inducción de la corriente de alta tensión (la inducción se genera cada vez que los platinos se abren), el impulso de corriente producido sale conducido por el cable que lo lleva hasta la tapa del distribuidor entrando por la terminal hasta tocar la escobilla que en este momento está girando por acción del eje del distribuidor. La escobilla pasa la corriente a su punta trasmitiéndola luego a la terminal de salida más cercana siguiendo por el cable camino a la bujía correspondiente. Ya en la bujía forma una chispa al saltar de un electrodo a otro. Si todo va bien en ese instante el pistón debe estar comprimiendo la mezcla cosa que hará que se produzca la explosión. En este momento los platinos se han cerrado. Al abrirse nuevamente se generará el siguiente impulso que la escobilla trasmitirá al siguiente pistón que esté listo para la explosión. En la siguiente figura se aprecia dicho sistema.

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Fig 10: Esquema de un sistema de encendido

c) Sistema de Refrigeración

En la mayoría de los autos se utiliza el agua como refrigerante, aunque algunos menos lo hacen con el aire (escarabajo y motocicletas). En el momento que el motor enciende, las explosiones que lo hacen posible, generan una altísima temperatura en el interior si esta temperatura subiera exageradamente, produciría una deformación irreversible de las piezas que dejarían inservible al motor. Para evitar este fenómeno, cuando la temperatura llega a su máximo permitido, el termostato se abre, permitiendo que la bomba haga circular el agua hacia el radiador donde por efecto del movimiento del ventilador se hará la transferencia de calor, regresando luego ya refrigerada al motor para completar su ciclo.

Fig 11: Esquema de un sistema de refrigeración

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica d) Sistema de Lubricación

Con el motor apagado, el aceite permanece en estado de reposo en el interior del cárter, al encender el motor, la bomba que es accionada por el árbol de levas, succiona el aceite, lo hace pasar por el filtro para su limpieza y lo impulsa hacia las partes que requieren lubricación, como los anillos, los apoyos del árbol de levas, los apoyos del cigüeñal etc. Mientras el motor permanezca encendido, el aceite estará circulando por los conductos, regresando al cárter y volviendo a circular por el filtro hacia los puntos de lubricación.

Fig 12: Sistema de lubricación 3. CARACTERISTICAS DE LA INSTALACION

Esta conformada por un motor a gasolina independiente instalado en el laboratorio de motores, el cual se encuentra operativo, marca Mercedes Benz, de cuatro cilindros en línea. 4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

a. Introducción teórica de los motores y sus sistemas b. Reconocimiento de los equipos a utilizar: motor (características técnicas), vacuómetros, etc. c. Tabular valores obtenidos. d. Comentar el costo de las reparaciones

5. CONTENIDO DEL INFORME

El contenido del informe deberá abarcar el desarrollo mínimo de los siguientes contenidos fundamentales: Teoría fundamental de la experiencia, objetivos de la experiencia, esquema de instalación, características técnicas de los equipos e instrumentos empleados, descripción del método seguido o procedimiento experimental, presentación datos tomados y resultados (tablas, gráficos, etc.), discusión de los resultados, conclusiones. 6. EVALUACION El informe que debe entregar el alumno será evaluado de acuerdo a la siguiente ponderación: Introducción, objetivos, marco teórico 1.0 pto. Descripción de instalaciones y equipos 1.0 pto. Descripción de la metodología utilizada 1.0 pto. Presentación de datos y resultados 1.0 pto. Discusión de resultados y conclusiones 2.0 ptos.

A la suma de los puntos indicados, se agregará el punto base correspondiente.

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EXPERIENCIA Nº : 5 TÍTULO : RECONOCIMIENTO DE CALDERA ASIGNATURA : TERMODINAMICA

1. OBJETIVOS DE LA EXPERIENCIA 1.1 OBJETIVO GENERAL Realizar el estudio de las calderas desde un punto de vista descriptivo, analizando los diversos tipos, con sus ventajas e inconvenientes, e indicando las características particulares de cada una. 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Definir un criterio de decisión para decidir sobre la caldera más conveniente o el diseño más lógico para

un determinado requerimiento. Observar en terreno los equipos y componentes de un generador de vapor, determinándose los parámetros

que deben ser controlados y las mediciones que deben ser efectuadas. Asimilar acerca de la mantención, operación y seguridad de calderas, de acuerdo al Decreto N°48 del

MINSAL, 1984. 2. INTRODUCCION TEORICA

Las Calderas o Generadores de vapor son instalaciones industriales que utilizan el calor de un combustible sólido, líquido o gaseoso, para vaporizar el agua produciendo elevadas temperaturas.

Hasta principios del siglo XIX se usaron calderas para teñir ropas, producir vapor para limpieza, etc., hasta que Papin creó una pequeña caldera llamada "marmita". Se usó vapor para intentar mover la primera máquina homónima, la cual no funcionaba durante mucho tiempo, ya que utilizaba vapor húmedo (de baja temperatura) y al calentarse ésta dejaba de producir trabajo útil.

Luego de otras experiencias, James Watt completó una máquina de vapor de funcionamiento continuo, que usó en su propia fábrica.

La máquina elemental de vapor fue inventada por Dionisio Papin en 1769 y desarrollada posteriormente por James Watt en 1776. Inicialmente fueron empleadas como máquinas para accionar bombas de agua de cilindros verticales. Ella fue la impulsora de la revolución industrial, la cual comenzó en ese siglo y continúa en el presente.

Máquinas de vapor alternativas de variada construcción han sido usadas durante muchos años como agente motor, pero han ido perdiendo gradualmente terreno frente a las turbinas. Entre sus desventajas encontramos la baja velocidad y (como consecuencia directa) el mayor peso por kW de potencia, necesidad de un mayor espacio para su instalación e inadaptabilidad para usar vapor a alta temperatura.

Dentro de los diferentes tipos de calderas se han construido calderas para tracción, utilizadas en locomotoras para trenes tanto de carga como de pasajeros. 2.1 CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERAS Las calderas se pueden clasificar de acuerdo a la disposición de los fluidos (Acuotubulares y Pirotubulares), por su configuración (verticales y horizontales), por el mecanismos de transmisión de calor dominante (convección, radiación y radiación- convección), por el combustible empleado (combustibles sólidos, combustibles líquidos, combustibles gaseosos, combustibles especiales como licor negro, bagazo, etc.), de recuperación de calor de gases (mixtas y nucleares), por el tiro (de tiro natural, de hogar presurizado y de hogar equilibrado), por el modo de gobernar la operación (de operación manual, semiautomáticos y automáticos) y por la naturaleza del servicio que prestan (fijas, portátiles, locomóviles y marinas).

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica Clasificación según la disposición de fluidos. a) Acuotubulares

Las calderas acuotubulares se caracterizan por ser de potencia media y grande, además tienen la ventaja de ser de menor diámetro y dimensiones, pero capaces de producir una presión mayor de trabajo.

Este tipo de calderas funciona haciendo circular agua por tubos longitudinales que se localizan alrededor del hogar, de este modo se transfiere el calor de la combustión al agua, provocando su ebullición. La transferencia de calor se produce por radiación. En estas calderas, los tubos longitudinales interiores se emplean para aumentar la superficie de calefacción, están inclinados para que el vapor a mayor temperatura al salir por la parte más alta, provoque un ingreso natural del agua más fría por la parte más baja. Originalmente estaban diseñadas para quemar combustible sólido. La producción del vapor de agua depende de la correspondencia que exista entre dos de las características fundamentales del estado gaseoso, que son la presión y la temperatura. A cualquier temperatura, por baja que ésta sea, se puede vaporizar agua, con tal que se disminuya convenientemente la presión a que se encuentre sometido dicho líquido, y también a cualquier presión puede ser vaporizada el agua, con tal que se aumente convenientemente su temperatura. Estas calderas se usan en centrales termoeléctricas e instalaciones industriales generalmente. Dentro de sus ventajas se encuentra que pueden trabajar a muy altas presiones, su eficiencia térmica es mejor que la pirotubular, es una caldera inexplosible, su sistema es de operación automática y usa vapor seco por lo que se aprovecha mejor la transmisión de calor. Dentro de sus inconvenientes está que es de mayor tamaño y peso, lo que implica un mayor costo. Además, debe ser alimentada con agua de gran pureza.

Fig 1: Caldera acuotubular

b) Pirotubulares

En estas calderas los gases calientes pasan por el interior de los tubos, los cuales se hallan rodeados de agua. Las calderas pirotubulares pequeñas, junto con las máquinas de vapor correspondientes, han sido desplazadas en su mayoría por los motores de combustión interna en la producción de energía destinada al accionamiento de hormigoneras, grúas portátiles y grupos para extinción de incendios.

Funciona haciendo circular los gases de la combustión por tubos sumergidos en agua, de esta forma el calor se transfiere por convección al agua. La circulación de gases se realiza desde una cámara frontal dotada de brida de adaptación, hasta la zona posterior donde termina su recorrido en otra cámara de salida de humos. El acceso al cuerpo lado gases, se realiza mediante puertas atornilladas y abisagradas en la cámara frontal y posterior de entrada y salida de gases, equipadas con bridas de conexión.

Las calderas pirotubulares generalmente tienen un hogar integral (denominado caja de fuego) limitado por superficies enfriadas por agua. El cuerpo de caldera está formado por un cilindro de disposición horizontal, el cual incorpora interiormente un paquete multitubular (pirotubos) de transmisión de calor y una cámara superior de formación y acumulación de vapor.

En la actualidad, las calderas pirotubulares horizontales con hogar integral se utilizan en instalaciones de calefacción a baja presión, producir potencias pequeñas, medias. Y algunos tipos más grandes para producir vapor a presión relativamente menor, destinada a calefacción y a producción de energía. Dentro de sus ventajas se encuentra que hay menor peligro de sobrecalentamiento, es menos propensa a fallos debido a impurezas del agua, por lo que tratamiento de aguas es menos restrictivo y su funcionamiento es más estable. Sin embargo, presenta algunos inconvenientes como que toma mayor tiempo para subir presión y entrar en funcionamiento y no son empleables para altas presiones.

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Fig 2: Caldera pirotubular Por su configuración a) Verticales Las calderas verticales OLMAR, se construyen con producciones que varían desde la obtención de 70 kg/h hasta 1.200 kg/h y a unas presiones comprendidas entre 2 y 14 kg/cm2.

Están especialmente diseñadas para pequeñas industrias tales como tintorerías, lavanderías, lácteos, panaderías. Son para líquidos o para productos asimilables a gases.

Se utilizan distintos tipos de combustibles, pero no solo los líquidos, sino que las calderas verticales OLMAR, permiten la construcción de hogares especiales para combustibles sólidos, tales como orujillo, madera, e incluso en algunos casos se fabrican con hogares mixtos para combustibles sólidos-líquidos.

Ventajas: • La Caldera de tubos de agua tiene la ventaja de poder trabajar a altas presiones dependiendo del diseño

hasta 350 psi. • Se fabrican en capacidades de 20 HP hasta 2,000 HP. • Por su fabricación de tubos de agua es una caldera "INEXPLOSIBLE". • La eficiencia térmica está por arriba de cualquier caldera de tubos de humo, ya que se fabrican de 3, 4 y

6 pasos dependiendo de la capacidad. • El tiempo de arranque para producción de vapor a su presión de trabajo no excede los 20 minutos. • Los equipos son fabricados con materiales que cumplen con los requerimientos de normas. • Son equipos tipo paquete, con todos sus sistemas para su operación automática. • Sistemas de modulación automática para control de admisión aire-combustible a presión. • Son utilizados quemadores ecológicos para combustóleo, gas y diesel. • El vapor que produce una caldera de tubos de agua es un vapor seco, por lo que en los sistemas de

transmisión de calor existe un mayor aprovechamiento. El vapor húmedo producido por una caldera de tubos de humo contiene un porcentaje muy alto de agua, lo cual actúa en las paredes de los sistemas de transmisión como aislante, aumentando el consumo de vapor hasta en un 20%.

Fig 3: Esquema caldera vertical

b) Horizontales

Consiste en una combinación de parrilla, altar de refractario, puertas de carga, cenicero, cenicero y cámara de combustión. Las superficies interiores de las paredes del hogar están revestidas de refractario. El cuerpo de la caldera se halla suspendido de vigas de hierro mediante tirantes. Las calderas de menos de 150 cm de diámetro suelen descansar sobre la obra de ladrillo por medio de orejas salientes. Los gases calientes pasan

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica por encima del altar y, a continuación, lamen todo el fondo de la caldera, volviendo a la parte frontal de la misma por el interior de los tubos. Finalmente, del extremo frontal de éstos, los productos de la combustión pasan a la chimenea. El diámetro de los tubos puede ser 3, 31/2 y 4 pulgadas, según sea el combustible empleado. Las calderas HRT de tipo standard se construyen de acuerdo con el Reglamento de Calderas de la ASME (American Society of Mechanical Engineers). Los diámetros del cilindro o cuerpo de estas calderas están comprendidos entre 91 y 213 cm; la longitud de los tubos correspondientes, entre 3 y 6 metros; las presiones relativas del vapor llegan hasta 12 [kg/cm2]; Y las superficies de caldeo se hallan comprendidas entre 13 y 225 [m2]. Estas calderas se utilizan en pequeñas centrales industriales. Además, las calderas con tubos de retornos no son apropiadas para grandes centrales térmicas debido a sus pequeñas capacidades de producción de vapor, presiones limitadas y pequeñas velocidades de producción de vapor. Son para carga alta, y se limpian bien. Se usan sobre todo para residuos sólidos Algunas de sus ventajas son su bajo costo inicial, gran capacidad, facilidad de limpieza y gran volumen de agua.

Fig 4: Esquema caldera horizontal

Por el mecanismos de transmisión de calor dominante Por radiación Los romanos lo llamaban "Hipocasus", en la España medieval "Glorias". Se trata de introducir calor en el suelo y dejar que la radiación ambiente las casas. El suelo radiante es un sistema de distribución de calor adaptable a cualquier fuente de energía, basado en un concepto antiguo de calefacción. Esto se conseguía construyendo canales por debajo del suelo y haciendo circular el aire caliente por ellos. Hoy la versión moderna, es instalar en el solado tubos de polietileno reticulado Pex. Los tubos se colocan de 3 a 5 cms., por debajo de la superficie, con una separación de 10 a 30 cms., entre ellos. Haciendo circular por los tubos agua entre 35º y 45ºC, el suelo se mantiene entre 20º y 28º C y el ambiente entre 18º y 22º C. El calor aportado por el suelo radiante es uniforme en toda la vivienda. Una importante condición para el confort humano es que, entre el punto más caliente y más frío de la casa, no haya una diferencia de temperatura superior a 5º C. El calor viene del suelo y llega hasta una altura de 2 a 3 m, justo donde se necesita. Por lo general se aplica en viviendas y se puede aplicar a todas las fuentes de energía convencionales (Gasoil, Gas, Electricidad) y alternativas. Dentro de sus ventajas está la estética, al no haber aparatos de calefacción en la casa resultando la decoración beneficiada y es saludable, por el agradable y uniforme calor de la vivienda, asegurando el suelo un ambiente sano y limpio, sin acumulación de polvillo quemado, sin turbulencias de aire y sin resecar el ambiente. Por el combustible empleado Combustibles sólidos

El combustible sólido viruta de madera procedente del silo pasa a un depósito de alimentación dosificador con indicadores de nivel y rascador motorizado. La viruta se ve empujada hacia el brasero de la caldera por un sinfín helicoidal accionado por un variador de velocidad.

La llama se alimenta con el aire de insuflación puesto en movimiento por tres ventiladores separados en aire primario que circula en la parte inferior de la caldera por medio de uno de ellos y el aire secundario que circula por la parte superior mediante dos ventiladores.

El calor así producido calienta las paredes internas de la caldera y el intercambiador; los humos de combustión pasan a través del intercambiador y se eliminan por medio de un canal de evacuación.

De este canal, los humos pasan a un filtro (ciclón) de inversión de velocidad para depositar las cenizas transportadas por el humo y evitar su salida al exterior, cumpliendo con la Normativa Europea, a un contenedor de cenizas incluido en nuestras instalaciones.

Un ventilador especial para humos impulsa a los mismos al exterior, a través de la chimenea.

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Todos los elementos de unión entre caldera, ciclón y chimenea son de acero inoxidable. El agua que está dentro de la caldera se calienta mediante el calor cedido por el intercambiador.

La gama de calderas va desde una potencia térmica neta de 80.000 kcal/h hasta 2.500.000 kcal/h destinada a la producción de agua caliente a +90ºC, estando expresamente concebida y realizada para utilizar combustibles sólidos o como alternativa líquidos o gaseosos.

La estructura de autosustentación está realizada en chapa de acero de grueso espesor, con cámara de combustión de gran volumen provista de un portillo de paso de hombre para la carga que, eventualmente, se realice de forma manual del material de mayor tamaño y para la limpieza periódica del brasero, se dispone como opción de extracción automática de las cenizas.

Cuando se emplea como combustible corteza de pino, el diseño y la construcción de la cámara de combustión es especialmente grande, lo que permite una combustión completa de la madera y su resina, evitando que las cenizas puedan obstruir la misma.

Fig 5: Esquema de instalación

En la instalación se puede ver claramente el depósito de alimentación (el producto debe de venir

previamente triturado, espesor de 0 a 15 mm), conjunto sinfín helicoidal con todos sus accesorios contraincendio, caldera propiamente dichas, extractor de cenizas del hogar automático, chimenea y ciclón depurador de humos. Recuperación de calor de gases

Las calderas convencionales queman el combustible con cantidad mínima de aire, a fin de minimizar las pérdidas por la chimenea, que asegura la combustión correcta. Las temperaturas que alcanzan los gases de combustión son altas, la diferencia de temperatura con el agua, o vapor, es grande, el flujo de calor es elevado y las dimensiones de la superficie de intercambio de calor pueden ser relativamente pequeñas.

En las instalaciones de cogeneración se dispone de gases calientes, motores de combustión y turbinas de gas, a temperaturas no muy elevadas, que se utilizan para generar calor. Los recuperadores de calor empleados en estos casos se denominan calderas de recuperación.

Para una misma potencia térmica, las dimensiones de estas calderas son considerablemente mayores, la cantidad de gases es mucho mayor y no tienen zona radiativa.

Dado que, en la mayoría de los casos, los gases de escape que llegan a estas calderas son ricos en oxigeno, pueden utilizarse para quemar más combustible (postcombustión), si es necesario puede añadirse más aire, y aumentar la cantidad de calor generado sin modificar la potencia eléctrica del cogenerador. Así tenemos las calderas de recuperación de recuperación con o sin postcombustión. Las funciones de calderas de recuperación son:

• Enfriamiento de gases de la salida de un proceso para recuperar calor en forma de vapor (vapor de proceso) • Enfriamiento rápido (quenching) para "congelar" productos generados a alta temperatura

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• Recuperación de calor de gases de combustión

Algunos de los problemas principales son las muy altas temperaturas de gases, problemas locales de tubos secos y mala distribución del caudal del agua. Por el tiro a) De tiro natural

La caldera abierta de tiro natural (atmosférica) toma el aire necesario para la combustión del propio local donde está instalada y expulsa los gases al exterior por un tubo de evacuación que aprovecha el efecto chimenea (tiro natural). b) De hogar presurizado

El hogar y la cámara de retorno de gases de combustión de alta temperatura están sumergidos totalmente, que hacen innecesaria la utilización de materiales refractarios o aislantes en contacto con fuego, obteniéndose así, un alto rendimiento térmico y larga vida útil, sin mantenimiento. Con tapas adelante y atrás desmontables, que permiten una fácil inspección de tubos. Estas calderas se encuentran aptas para combustibles: Fuel-oil, Gas-oil o Gas.

Por la naturaleza del servicio que prestan Locomóviles: Este nombre lo recibe el conjunto de caldera y máquina a vapor que se emplea frecuentemente en tareas agrícolas. La caldera puede ser de hogar rectangular, como la locomotora, o cilíndrico. La máquina se monta sobre la caldera, y puede ser de uno o dos cilindros. Todo el conjunto se monta sobre ruedas y mazos para el traslado a tiro. Esta caldera tiene el hogar interior limitado en cuatro caras por superficies enfriadas por agua. La parte alta del hogar, denominada coronamiento, se halla bajo el nivel del agua. Los gases pasan del hogar a la salida de humos por el interior de tubos rectos. En la figura que se presenta a continuación aparecen los virotillos necesarios para sujetar las superficies curvas y planas sometidas a la presión de vapor, no sostenidas por los pirotubos. En las calderas tipo locomóvil los gases calientes no están en contacto con la superficie externa del cuerpo de la caldera y por esta razón pueden trabajar a presiones más elevadas que las calderas pirotubulares, las cuales tienen parte de su superficie externa expuesta al calor irradiado por el combustible ardiendo y a la acción de los gases calientes que salen del hogar. Sus presiones de trabajo suelen estar en 250 psi y su capacidad es de alrededor de 1,000- 15,000 lb/h de vapor. Dentro de sus ventajas se puede considerar:

• Ser portátiles • Servicio continuo • Excelente con un coste de entretenimiento mínimo en condiciones de trabajo severas • Gran capacidad de producción de vapor en comparación a su tamaño.

Dentro de sus desventajas se puede considerar: • Pequeña velocidad de circulación del agua • Grandes superficies metálicas planas que exigen un arriostrado considerable a base de virotillos

y remaches. 3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Dentro de la experiencia se realizará:

Una breve descripción de los generadores de vapor y sus componentes, incluyendo la clasificación, normas de mantención y seguridad

Una demostración en terreno del funcionamiento de una caldera, observando en detalle sus dispositivos y pasos importantes para encender y mantener una caldera.

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica 4. CONTENIDO DEL INFORME El informe debe contener la siguiente estructura: 1. Introducción 1.1. Objetivos 1.2. Esquemas de las instalaciones 1.3. Procedimiento experimental 2. Desarrollo de tareas asignadas por el profesor 3. Discusión y conclusiones. 5. EVALUACION El informe que debe entregar el alumno será evaluado de acuerdo a la siguiente ponderación: 1. 1.5 puntos 2. 2.5 puntos 3. 2.0 puntos 4. 1.0 punto base TOTAL: 7 PUNTOS 6. BIBLIOGRAFÍA Mataix, C., “Turbomáquinas térmicas”, HARLA.

Severns, W., “La producción de energía mediante el vapor de agua, el aire y los gases”, Reverté.

“Engineering, operation and maintenance”, United States, Department of the Navy, Bureau of

Naval Personnel, Washington, 1957.

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ANEXO Reglamento de Calderas y Generadores de Vapor

Santiago, 24 de febrero de 1984. Hoy se decretó lo que sigue: Núm. 48. Visto: Lo dispuesto en el artículo 82 letra a), artículo 9º letra c) y en el Libro Décimo del decreto con fuerza de ley Nº 725, de 1967, que aprobó el Código Sanitario; lo establecido en el artículo 65º de la ley Nº 16.744; en el decreto ley Nº 2.763 y sus modificaciones y teniendo presente las facultades que me confiere el artículo 32 Nº 8 de la Constitución Política de la República de Chile. DECRETO: APRUÉBASE el siguiente Reglamento de Calderas y Generadores de Vapor. Título I: Disposiciones Generales Artículo 1º.- El presente Reglamento establece las condiciones generales de construcción, instalación, mantención, operación y seguridad que deberán reunir todas las calderas en que se generen fluidos a temperaturas y presiones superiores a la atmosférica, ya sean móviles o estacionarias. No obstante lo anterior, no se aplicará a: a) Las Calderas de las locomotoras, b) Las Calderas instaladas en embarcaciones, c) Las Calderas de cualquier tamaño, cuya presión de trabajo no exceda de 0.5 kg/cm², y d) Las Calderas empleadas en la calefacción central de edificios, por agua caliente o por vapor cuya presión no exceda de 0.5 kg/cm². Artículo 2º.- Corresponderá a los Servicios de Salud fiscalizar y controlar el cumplimiento de las disposiciones del presente Reglamento, todo ello de acuerdo con las normas e instrucciones generales que imparta el Ministerio de Salud. Tratándose de la Región Metropolitana, tales funciones corresponderán al Servicio de Salud del Ambiente de esa Región. Título II: De las Definiciones Artículo 3º.- Para los efectos del presente Reglamento se entenderá por: 1. Caldera de Vapor o Caldera; el recipiente metálico en el que se genera vapor a presión mediante la acción de calor. 2. Generador de Vapor; el conjunto o sistema formado por una caldera y sus accesorios, destinados a trasformar un líquido en vapor, a temperaturas y presión diferente a la atmosférica. 3. Autoclave; el recipiente metálico destinado al tratamiento de materiales con vapor a presión superior a la atmosférica. 4. Accesorios; los elementos útiles o necesarios que, en conjunto con la caldera, integran un generador de vapor. 5. Presión; la acción y el efecto resultante de la compresión de un cuerpo o de un fluido sobre una superficie. 6. Presión máxima de trabajo; la presión límite a la que puede trabajar con seguridad una caldera o generador de vapor, o la presión extrema que resiste un recipiente sujeto a presión. 7. Unidad normal de presión; la atmosférica métrica, que es igual a 1 kilógramo por centímetro cuadrado. Las presiones efectivas se entenderán medidas a partir de la presión atmosférica del ambiente y no las presiones absolutas medidas a partir del vacío. Una atmósfera métrica equivale a 14,22 libras por pulgada cuadrada. La unidad inglesa de presión, designada "PSI" (Pounds Square Inch), es una libra por pulgada cuadrada. 8. Evaporar o vaporizar; convertir un líquido al estado físico de vapor, mediante suministro de calor. 9. Calderas de tubos de humos, (Ignotubulares); aquellas en que los gases y humos, provenientes de la combustión pasan por tubos que se encuentran sumergidos en agua. 10. Calderas de tubo de agua, (Acuotubulares); aquellas en que los gases y humos, provenientes de la combustión rodean tubos por cuyo interior circula agua. 11. Superficie de calefacción de una caldera de vapor; la superficie en contacto con los gases y humos de combustión por un lado, y con el agua por el otro, medida esta superficie por el lado que está en contacto con los gases y humos. 12. Superficie de calefacción directa; aquella parte de la superficie de calefacción en que la transmisión del calor se verifica principalmente por radiación directa. 13. Superficie de calefacción indirecta; la parte de la superficie de calefacción en que la transmisión del calor se verifica por convección y no por radiación.

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica 14. Sobrecalentador o recalentador de vapor; la parte o sistema de un generador de vapor que sirve para elevar la temperatura del vapor por encima de la del vapor saturado, sin aumentar la presión. 15. Economizador; la parte o sistema de un generador de vapor que sirve para calentar previamente el agua de alimentación de la caldera, aprovechando el calor contenido en los humos y gases. 16. Hogar o caja de fuego; la parte del generador de vapor en que se efectúa la combustión. 17. Cámara de alimentación de una caldera; el espacio comprendido entre los niveles máximos y mínimos del agua. 18. Dureza del agua; contenido de sales de calcio y de magnesio, principalmente, que producen depósitos de incrustaciones en las planchas de la caldera. 19. Depuradores del agua de alimentación de las calderas; dispositivos por los cuales se hace pasar el agua de alimentación de la caldera con el fin de reducir sus impurezas. Son depuraciones de agua: los filtros, los ablandadores, desmineralizadores, desaereadores y evaporadores. 20. Desincrustantes; substancias que evitan la precipitación de sales en forma adherente, y deshacen las precipitaciones y adherencias ya formadas. 21. Vapor saturado; el que se encuentra en contacto con el líquido por evaporar, sin sobrepasar la temperatura de evaporación. 22. Vapor sobrecalentado o recalentado; el que se encuentra a temperaturas superiores a la que corresponde al vapor saturado a la misma presión. 23. Vapor húmedo; el vapor saturado que contiene, en suspensión, partículas de líquido por evaporar. 24. Acumulador de vapor; recipiente a presión destinado a almacenar, durante el período de menor demanda, el exceso de vapor. 25. Manómetro; el instrumento destinado a medir la presión efectiva producida por el vapor en el interior de la caldera. 26. Válvula de seguridad; dispositivo que debe evacuar automáticamente el exceso de vapor de la caldera en el momento en que la presión excede del valor mínimo preestablecido. 27. Tapón fusible; accesorio de seguridad que se basa en la fusión de una aleación de bajo punto de fusión, cuando la temperatura del vapor o del palastro excede de esa temperatura. 28. Inspección; control de las condiciones generales de seguridad fijadas por el Reglamento. 29. Revisión; control externo o interno de las condiciones estructurales de la caldera y de la existencia y estado de los accesorios. Título III: De la Individualización y Registro de las Calderas Artículo 4º.- Todo propietario de una caldera, previo a su instalación, deberá registrarla en el Servicio de Salud respectivo, para lo cual acompañará la siguiente información: a) Nombre del propietario b) Dirección de la instalación del equipo c) Nombre del fabricante d) Número de fabricación e) Año de construcción f) Superficie de calefacción g) Presión máxima de trabajo h) Producción de vapor i) Tipo de combustible empleado j) Copia de certificado de pruebas de seguridad efectuadas al término de la fabricación de la caldera k) Copia del manual de operación del equipo l) Sistema de tratamiento de agua de alimentación m) Planos, en planta y corte, de los equipos y sala de caldera, indicando la ubicación del depósito de combustible, y del estanque de alimentación de agua y de purga. Artículo 5º.- Los Servicios mantendrán un registro de todas las calderas instaladas dentro de su territorio de competencia. Este registro concederá un número de orden para cada una y contendrá toda la información remitida por el interesado y la obtenida por el Servicio a través de las acciones de fiscalización. Los Servicios deberán comunicar al propietario del equipo el Nº de Registro respectivo en un plazo no superior a 15 días hábiles, Contados a partir de la fecha de recepción de la información indicada en los artículos precedentes. Artículo 6º.- Todo propietario de un generador de vapor está en la obligación de comunicar al Servicio cuando deje de utilizarlo, lo traslade o la transfiera, circunstancia que se anotará en el Registro.

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica Artículo 7º.- Todo generador de vapor, desde el momento de su instalación, deberá contar con un "Libro de Vida", en el que se anotarán, por orden de fechas, todos los datos y observaciones acerca de su funcionamiento, mantención, reparación, accidentes sufridos por el equipo, como igualmente todos los exámenes, inspecciones y pruebas efectuadas por organismos particulares u oficiales. "El Libro de Vida" acompañará al equipo durante toda su vida útil, estando obligado el propietario de la caldera a mantenerlo y conservarlo en buen estado y a disposición de la autoridad sanitaria, cuando ésta lo solicite. Se agregará, además, a dicho Libro una memoria explicativa en castellano que contenga las especificaciones técnicas y cálculos, con indicación de las normas nacionales o extranjeras empleadas en su diseño. Artículo 8º.- Toda caldera tendrá adosada a su cuerpo principal y en un lugar visible, una placa que indique: el nombre del fabricante, el número de fábrica, el año de fabricación, la superficie de calefacción y la presión máxima de trabajo para la cual fue construida. Además se deberá individualizar al equipo con el número de registro asignado por el Servicio en forma visible e indeleble. Título IV: De las Condiciones Generales de Instalación Artículo 9º.- Los generadores de vapor que tengan una superficie de calefacción igual o superior a 5 m² y cuya presión de trabajo exceda de 2,5 kgs/cm², se instalarán en un recinto denominado sala de calderas. Su construcción será de material incombustible y estará cubierta de techo liviano. La sala de calderas no podrá estar ubicada sobre construcción destinada a habitación o lugar de trabajo. La sala de calderas tendrá la amplitud suficiente para permitir, en forma segura, todos los trabajos de operación, mantención, inspección y reparación. Deberá disponer de adecuada ventilación y de buena iluminación. La distancia mínima entre la caldera y las paredes del recinto será de 1 metro, como asimismo, entre la caldera y cualquier otro equipo o instalación. Sobre el elemento o accesorio más elevado de una caldera se dejará un espacio libre de a lo menos un metro. Además, deberá tener dos puertas o más, en direcciones diferentes, las que se mantendrán, en todo momento, libres de obstáculos que puedan impedir el paso. Se prohíbe mantener cerradas con llave las puertas, mientras las calderas estén funcionando, lo mismo que el empleo de chapas que sólo puedan abrir manualmente por dentro. Artículo 10º.- En las calderas ignotubulares, los conductos de fuego, gases y humos, irán recubiertos por mampostería, quedando libres de ella, aquellas partes de la caldera que están bañadas con agua. El punto más alto de los conductos de gases calientes estará por lo menos 100 milímetros más bajo que el nivel mínimo de agua de operación de la caldera. Artículo 11º.- La mampostería deberá diseñarse y construirse de manera que permita la libre expansión y contracción de la caldera. Las pasadas de cañería, a través de mampostería, deberán permitir la libre expansión de las cañerías e impedir los escapes de humo o de gases. Artículo 12º.- Todos los conductos de humo o de gases de combustión, incluso los empleados como vías de emergencia o alternativa, deben construirse de tal manera que no permitan la acumulación de gases combustibles, sino que aseguren su arrastre hacia la salida o chimenea. Artículo 13º.- Para la revisión y limpieza de los conductos de humo, toda caldera dispondrá de portezuelas o tapas ubicadas en lugares adecuados que permitan el fácil acceso al interior de dichos conductos. Artículo 14º.- En toda caldera el operador deberá tener un acceso seguro y expedito a los dispositivos de mando y sus accesorios más elevados. Los implementos que se utilicen para tal efecto deberán ser de material incombustible y de superficie antirresbaladiza. Sobre el piso del pasillo más elevado habrá un espacio libre de a lo menos, un metro ochenta centímetros. Artículo 15º.- Cuando se utilice combustible líquido, éste deberá mantenerse en recipientes completamente cerrados, provistos de tubo de ventilación al exterior y separados de la sala de calderas. Si el estanque de almacenamiento se ubicara a nivel de piso, deberán tomarse las medidas necesarias para evitar derrames de líquido inflamable, así como, evitar la formación de mezclas explosivas. Título V: De la alimentación de agua Artículo 16º.- En todo generador de vapor deberán cumplirse las siguientes prescripciones: A.- En relación a la calidad del agua:

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica 1.- La turbiedad del agua de alimentación debe ser inferior a diez partes por millón (10 ppm). 2.- La dureza total del agua debe ser inferior a 35 partes por millón (35 ppm). 3.- No debe contener aceites ni substancias corrosivas. 4.- PH no deberá ser inferior a 7. 5.- El condensado obtenido del vapor utilizado en diferentes dispositivos de intercambio energético, podrá ser utilizado como agua de alimentación de la caldera siempre que no esté contaminada con aceites o substancias corrosivas. 6.- Cuando en una revisión interior se haya constatado que la capa de incrustaciones es de espesor superior al 30% del grosor de las paredes de la caldera, medida en la sección de mayor transmisión de calor, no podrá ponerse en funcionamiento hasta que se proceda a su limpieza, desincrustación y revisión de las instalaciones ablandadoras, las que al ponerse en marcha garanticen la entrega de agua blanda. B.- En relación con la instalación de agua de alimentación: 1.- Se prohíbe unir directamente el sistema de alimentación de agua de las calderas con la red de agua potable. 2.- El extremo de descarga de las tuberías de alimentación estará dispuesto de tal forma que: a) No pueda vaciarse el agua de la caldera más allá del nivel mínimo de agua en caso de falla de la válvula de retención. b) El chorro de agua no esté dirigido hacia superficies que estén en contacto con los gases más calientes, ni dirigido hacia las uniones de las planchas del hogar. En casos necesarios se dispondrá de una plancha que desvíe el chorro de agua. 3.- La cañería de alimentación estará provista de una válvula de retención ubicada cerca de la caldera, y de una válvula de paso de cierre manual ubicada entre la caldera y la válvula de retención. 4.- En las calderas que tengan una superficie de calefacción total de cinco metros cuadrados o menos, el tubo de alimentación de agua tendrá 13 milímetros nominales (1/2") de diámetro interior como mínimo. 5.- En calderas con superficies de calefacción total superior a cinco metros cuadrados, el tubo de alimentación tendrá como mínimo el diámetro interior suficiente para permitir alimentar 1.25 veces su capacidad máxima de vaporización con una presión de alimentación de 1.25 veces su presión máxima de trabajo. 6.- Cada caldera o conjunto de calderas dispondrá de dos o más medios de alimentación de agua. En las calderas que usen combustibles sólidos uno de los medios de alimentación será independiente de la energía eléctrica, pudiendo ser accionado por el vapor de la caldera. C.- En relación con el agua en la caldera y las purgas: 1.- Toda caldera estará equipada con uno o más tubos de desagüe, comunicados con el punto más bajo de la caldera y destinados a las purgas y extracciones sistemáticas de lodos. 2.- La descarga de los tubos de purga estará dispuesto en tal forma que no presente peligro de accidentes para el personal y sólo podrá vaciarse al alcantarillado a través de un estanque intermedio de retención o de purgas. 3.- Este estanque de retención debe reunir las siguientes condiciones: a) Será fácilmente accesible para su inspección y la extracción de los lodos. b) Las tapas o puertas de inspección tendrán un ajuste tal que evite escapes de vapor. c) El estanque estará provisto de un tubo de ventilación metálico, con salida al exterior de la sala. d) El diámetro del tubo de escape a la atmósfera debe ser mayor que el diámetro del tubo de purga. e) Llevará una válvula en la parte más baja que permita vaciar toda el agua purgada de la caldera, cuando sea necesario. Título VI: Del Saneamiento Básico de los Lugares de Trabajo Párrafo I Disposiciones Generales Artículo 17º.- Para garantizar un funcionamiento seguro del generador de vapor, éste debe disponer como mínimo de los accesorios que se indican: A) De observación, que comprenden dos indicadores de nivel de agua y uno o más manómetros. B) De seguridad, que comprenden la válvula de seguridad, sistema de alarma, sellos o compuertas para alivio de sobrepresión en el hogar y tapón fusible en aquellas calderas a que se refiere el artículo 21º. Título VI: Del Saneamiento Básico de los Lugares de Trabajo Párrafo II Indicadores de Nivel de Agua Artículo 18º.- Toda caldera deberá estar provista, a lo menos, de dos indicadores de nivel de agua, independientes entre sí. Uno de ellos deberá ser de observación directa del nivel de agua, del tipo tubo de vidrio, pudiendo ser el otro formado por una serie de tres grifos o llaves de prueba. Estos indicadores estarán directamente conectados a la caldera, o bien, a una botella de niveles establecidas para este fin. Las conexiones de agua desde la caldera a estos indicadores de nivel estarán provistas de una pieza en cruz para facilitar su limpieza. Los tubos o cajas de nivel estarán provistos de las válvulas o llaves necesarias para proceder al recambio de tubos o vidrios quebrados, como igualmente de una válvula que permita la purga de sedimentos acumulados en

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica el tubo o en sus conexiones. El agua de esta purga será captada por un embudo y llevada por cañería al desagüe de las calderas. Estas válvulas serán del tipo cono y estarán construidas de tal forma que su mango indique inequívocamente, la posición de "abierta", esto es, paralelo al tubo. El límite inferior de visibilidad del agua en el tubo del nivel deberá quedar indicado, por lo menos, 30 milímetros sobre el punto más alto de la superficie de calefacción de la caldera que esté en contacto con gases calientes. El nivel mínimo de agua de operación de la caldera estará a un tercio de la altura del tubo de nivel, medidas sobre el nivel extremo inferior visible de ellos, y deberá marcarse claramente en forma indeleble. Las conexiones de los tubos de nivel a la caldera terminarán en el interior de ella, a nivel de la pared, y tendrán un diámetro interior mínimo de 13 milímetros (1/2"). En ningún caso se aceptará la existencia de prolongaciones rectas o curvas en el interior de la caldera. Si no es posible conectar directamente los dispositivos indicadores de nivel a la caldera, podrán colocarse en una botella de niveles conectada a la caldera por medio de cañería de 25 milímetros de diámetro interior a lo menos, dispuesta de manera que permitan una fácil limpieza de la tubería. La botella de niveles estará provista de una llave de purga. Los tubos de nivel dispondrán de protecciones adecuadas contra accidentes por roturas, colocados en forma que permitan la iluminación y observación. Cuando el tubo de nivel se encuentre a una altura mayor de tres metros sobre el piso de la sala, al tubo se le dará una inclinación hacia adelante, para facilitar su observación. Los tres grifos o llaves de pruebas mencionadas en el inciso primero se distribuirán a las alturas comprendidas dentro de la longitud visible del tubo de nivel. Título VI: Del Saneamiento Básico de los Lugares de Trabajo Párrafo III Manómetro Artículo 19º.- Toda caldera deberá estar provista de uno o más manómetros, que se conectarán a la cámara de vapor de la caldera mediante un tubo que forme un sello de agua. El diámetro nominal interior mínimo de este tubo será de 6 milímetros (1/4"). El manómetro tendrá capacidad para indicar, a lo menos, una y media vez la presión máxima del generador, procurando que dicha presión se encuentre en el tercio central de la graduación de la esfera. El diámetro de la esfera del manómetro debe ser tal que permita su fácil lectura desde la ubicación habitual del operador de la caldera, no siendo, en todo caso, inferior a 100 milímetros. En la esfera del manómetro deberá marcarse con una línea roja indeleble la presión máxima de la caldera. En la instalación del manómetro deberán cumplirse los siguientes requisitos: a) Su ubicación será tal que se impida el calentamiento a más de 50º C. b) Ofrezca una visión clara y despejada al operador de la caldera desde su posición de trabajo. c) Entre el manómetro y la caldera deberá colocarse una llave de paso que facilite el cambio de éste. Para los efectos del control periódico de manómetros se consultará, en un punto adecuado de la caldera, un tubo de conexión, de diámetro interior no inferior a 6 milímetros (1/4"), con llave de paso que permita la fácil colocación de un manómetro patrón. Al compararse el manómetro con el patrón se podrá aceptar un error de hasta el 10% con un máximo de 0.5 kg/cm². Título VI: Del Saneamiento Básico de los Lugares de Trabajo Párrafo IV Válvulas de Seguridad Artículo 20º.- Toda caldera deberá estar provista de una o más válvulas de seguridad del mismo tipo y capacidad de evacuación, que deberán estar conectadas directamente a la cámara de vapor de la caldera, independiente de toda otra conexión o toma de vapor y sin interposición de ninguna otra válvula, llave, grifo u obstrucción. Se permite la conexión a la caldera de las válvulas de seguridad en paralelo, mediante una pieza de conexión de forma y dimensiones adecuadas. La o las válvulas de seguridad de un generador de vapor deben ser capaces de evacuar la totalidad del vapor producido por la caldera, aún sin haber consumo, antes que se sobrepase en un 10% la presión máxima del generador. Para este efecto, la válvula de seguridad debe graduarse de manera que se inicie la evacuación de vapor a una presión igual a la presión máxima de trabajo del generador, aumentada en un 6% como máximo. Toda válvula de seguridad llevará grabada o fundida en su cuerpo una marca de fábrica que indique sus características y que permita su identificación. El material empleado en los asientos y conos de las válvulas de seguridad será de una aleación adecuada, resistente a la corrosión. Las válvulas deberán estar construidas detal forma, que la falla o ruptura de cualesquiera de sus partes no obstruya la libre descarga del vapor; que el cono pueda girar sobre su asiento, estando las válvulas con presión, y cierre suavemente, sin producir golpes ni vibraciones. La válvula permitirá que su mecanismo de regulación pueda ser sellado de manera que sea posible advertir si ha sido alterado.

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica Asimismo, deberán tener un dispositivo que permita abrirlas, a fin de despegar el cono manualmente, operación que debe realizarse al iniciar cada turno de trabajo. La válvula de seguridad deberá cerrarse cuando la presión haya disminuido en no más de 4% con respecto a la presión máxima de trabajo del generador. El escape de vapor estará dispuesto de tal manera que tenga salida al exterior de la sala. Cuando el escape de la válvula se efectúe por medio de tubos de descarga, éstos tendrán una sección transversal igual o superior al área de escape de la válvula y estarán dotados de desagües apropiados a fin de evitar la acumulación de agua de condensación en la parte superior de la válvula o en el tubo. La abertura o conexión entre la caldera y la válvula de seguridad tendrá un área por lo menos igual a la entrada de la válvula. Cuando una caldera esté provista de dos o más válvulas de seguridad en una sola conexión, ésta tendrá un área transversal no menor que la suma de las áreas de los tubos de entrada de todas las válvulas de seguridad. La regulación de las válvulas de seguridad sólo podrá efectuarse por la autoridad sanitaria o los profesionales registrados en conformidad con este Reglamento. Una vez hecha la regulación se sellarán las válvulas de seguridad mediante un precinto de plomo. Título VI: Del Saneamiento Básico de los Lugares de Trabajo Párrafo V Tapón Fusible Artículo 21º.- El tapón fusible se empleará en las calderas de gran volumen de agua, esto es, superior a 150 lts. por m² de superficie de calefacción, las de hogar interno, y en las calderas del tipo locomóvil. El tapón fusible deberá ubicarse en cada hogar interno, inmediatamente debajo del nivel mínimo de agua. Los tapones fusibles de acción por fuego estarán rellenos con una aleación cuyo punto de fusión máxima sea de 250ºC. La parte interna del tapón debe mantenerse libre de incrustaciones o cualquier otra sustancia extraña. Título VI: Del Saneamiento Básico de los Lugares de Trabajo Párrafo VI Sistema de Alarma Artículo 22º.- Toda caldera dispondrá de un sistema de alarma, acústica o visual, que funcione cuando el nivel de agua alcance el mínimo o el máximo, deteniendo, a la vez, el funcionamiento del sistema de combustión cuando se alcance el nivel mínimo de agua. Título VI: Del Saneamiento Básico de los Lugares de Trabajo Párrafo VII Puertas de Explosión Artículo 23º.- Las calderas que usen combustibles líquidos o gaseosos dispondrán de uno o más dispositivos de sellos o compuertas para alivio de sobrepresión en el hogar, salvo aquellas provistas de dispositivos automáticos que eliminan el riesgo de explosión. Título VII: De los Autoclaves Artículo 24º.- Las autoclaves que generan el vapor requerido para su operación serán consideradas como calderas para los efectos de la aplicación del presente Reglamento. Artículo 25º.- Las autoclaves que reciban el vapor de una fuente externa y operen a la misma presión de dicha fuente, se someterán a las inspecciones y a las pruebas prescritas en este Reglamento. Artículo 26º.- Las autoclaves que reciban el vapor de una fuente externa y estén diseñados para operar a una presión inferior a dicha fuente, se someterán también a las inspecciones y pruebas ya indicadas. La presión de prueba será igual a 1.5 veces la presión de trabajo del autoclave, cuando la instalación ofrezca, a juicio del Servicio, suficiente garantía de que en ninguna circunstancia será posible aplicar la presión total de la caldera al autoclave. Artículo 27º.- Todas las autoclaves deberán estar provistas de válvulas de seguridad y de manómetro que cumplirán con lo dispuesto en este Reglamento. La válvula de seguridad estará regulada de modo que inicie la evacuación de vapor a una presión no superior a la de trabajo de la autoclave aumentada en un 6%. Toda autoclave deberá contar con válvula de purga de descarga rápida. Título VIII: De las Revisiones y Pruebas de las Condiciones de Seguridad del Generador de Vapor Párrafo I Disposiciones Generales Artículo 28º.- Para verificar las condiciones de seguridad de los generadores de vapor, éstos deberán ser sometidos a las siguientes revisiones y pruebas:

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica a) Revisión interna y externa b) Prueba hidráulica c) Prueba con vapor d) Prueba de acumulación e) Pruebas especiales Artículo 29º.- Las calderas deberán ser sometidas a las revisiones y pruebas que se indican en las siguientes oportunidades: a) Las señaladas en las letras a) y b) del artículo precedente, al término de la fabricación, antes de entregarla al usuario. b) Las indicadas en las letras b), c) y d) del artículo precedente, al término de la instalación (sin la aislación térmica), antes de ponerlas en servicio. c) La totalidad de ellas, exceptuando la señalada en la letra e) que será optativa, al término de cualquier reparación o reconstrucción, y antes de ponerlas en servicio. d) Las dispuestas en las letras a), b), c) y d) a todas aquellas que estén en funcionamiento y con una periodicidad mínima de 3 años. Artículo 30º.- Será responsabilidad del propietario o usuario del generador de vapor, velar porque las revisiones y pruebas se efectúen en las oportunidades y forma como lo señala el presente Reglamento. Título VIII: De las Revisiones y Pruebas de las Condiciones de Seguridad del Generador de Vapor Párrafo II De la Revisión Interna y Externa Artículo 31º.- Para estas revisiones el propietario o usuario de la caldera la preparará como sigue: apagará sus fuegos, la dejará enfriar, la drenará, la abrirá y limpiará completamente incluso los conductos de humo. Título VIII: De las Revisiones y Pruebas de las Condiciones de Seguridad del Generador de Vapor Párrafo III De la Prueba Hidráulica Artículo 32º.- La caldera se preparará para la prueba hidráulica en la siguiente forma: 1.- Se interrumpirán todas las conexiones a la caldera por medio de bridas ciegas (flanches ciegos) u otros medios que interrumpan en forma completa y segura todas las conexiones de vapor y agua, y que resistan la presión hidráulica a que se someterán. 2.- Se limpiará el hogar y se abrirán y se limpiarán los conductos de humo, de modo que la estructura metálica de la caldera sea accesible por todos sus lados. 3.- Se retirarán las válvulas de seguridad y se colocarán tapones o flanches ciegos. En ningún caso se permitirá el aumento de la carga en la palanca o un aumento en la presión sobre el resorte de la válvula. 4.- Se llenará la caldera con agua hasta expulsar todo el aire de su interior, mediante un tubo de ventilación. Artículo 33º.- La presión de prueba hidráulica a que se someterán las calderas será 1.5 veces la presión máxima de trabajo indicada por el fabricante de la caldera, o en caso de desconocerse ésta la que fije la autoridad sanitaria, en base a cálculos que consideren las características estructurales, espesores de planchas en los puntos más corroídos y al estado de conservación o de mantenimiento de la caldera. Artículo 34º.- En el caso de calderas muy usadas o muy antiguas se podrá rebajar la presión de prueba hidráulica, sin considerar la presión indicada en la placa de característica. En este caso se dejará mención especial de esta circunstancia en el certificado de revisión y en el Libro de Vida de la caldera dejando, además, constancia de que se autoriza el trabajo de dichas calderas, en el futuro, sólo a una presión igual o menor al 50% de la presión de prueba hidráulica a que fueron sometidas. Artículo 35º.- Durante la prueba hidráulica se aplicará la presión en forma lenta y progresiva aumentándola uniformemente, sin exceder el valor fijado para la presión de prueba que debe resistir. Una vez alcanzada esta última, se cerrará la comunicación con la bomba y se observará l manómetro, el cual deberá continuar marcando la misma presión, sin bajar durante un tiempo no inferior a quince minutos. En seguida, se revisará la caldera para comprobar la existencia o ausencia de filtraciones o deformaciones en sus planchas. Se considerará que la caldera ha resistido la prueba hidráulica en forma satisfactoria cuando no haya filtración ni deformación de las planchas. Posteriormente se bajará la presión también en forma lenta y uniforme.

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica Título VIII: De las Revisiones y Pruebas de las Condiciones de Seguridad del Generador de Vapor Párrafo IV De la Prueba con Vapor Artículo 36º.- Después de cada prueba hidráulica se realizará una prueba con vapor, en la cual la válvula de seguridad se regulará a una presión de abertura que no exceda más de 6% sobre la presión máxima de trabajo de la caldera. Se probará, además, el funcionamiento de la válvula de acuerdo con lo prescrito en el artículo 20º. Título VIII: De las Revisiones y Pruebas de las Condiciones de Seguridad del Generador de Vapor. Párrafo V De la Prueba de Acumulación Artículo 37º.- La prueba de acumulación se realizará con la caldera funcionando a su máxima capacidad y con la válvula de consumo de vapor cerrada. En estas condiciones la válvula de seguridad deberá ser capaz de evacuar la totalidad del vapor sin sobrepasar en un 10% la presión máxima de trabajo del generador de vapor. Título VIII: De las Revisiones y Pruebas de las Condiciones de Seguridad del Generador de Vapor Párrafo VI De las Pruebas Especiales Artículo 38º.- Sin perjuicio de las pruebas prescritas en los artículos anteriores la autoridad sanitaria podrá solicitar que los generadores de vapor sean sometidos a pruebas especiales no destructivas, con el objeto de determinar calidad de planchas y soldaduras en calderas muy usadas o muy antiguas o en aquellas en que se hayan producido deformaciones o recalentamiento. Título VIII: De las Revisiones y Pruebas de las Condiciones de Seguridad del Generador de Vapor Párrafo VII De la Ejecución de las Revisiones y Pruebas Artículo 39º.- Corresponde a los Servicios la competencia general en materia de supervigilancia y fiscalización de las condiciones de seguridad de los generadores de vapor. Artículo 40º.- Sin perjuicio de lo dispuesto en el artículo anterior, las revisiones y pruebas de seguridad de los generadores de vapor prescritas en el presente Reglamento, podrán ser efectuadas por profesionales ajenos al Servicio inscritos en un registro especial que éstos llevarán. Tales profesionales deberán cumplir con los siguientes requisitos: a) Ser Ingeniero, Ingeniero de Ejecución o Constructor Civil. b) Acreditar una experiencia mínima de un año en la fabricación, instalación, reparación, mantención u operación de generadores de vapor. Los profesionales que acrediten una experiencia inferior a la anteriormente señalada, podrán solicitar ser sometidos a un examen de suficiencia ante la autoridad sanitaria. c) Comprometerse por escrito a efectuar las revisiones y pruebas de acuerdo a las normas contempladas en el presente Reglamento. La resolución que dicte el Servicio para autorizar y registrar a los profesionales que cumplan con los requisitos señalados anteriormente, tendrá validez nacional, debiendo el Servicio que la dicte enviar copia de ella a los restantes. Artículo 41º.- Cuando las pruebas sean efectuadas por profesionales ajenos al Servicio, éstos deberán acreditar mediante certificado haberlas efectuado y haber comprobado que el equipo cumple con las condiciones de seguridad para su funcionamiento, asumiendo, toda la responsabilidad. Los certificados deberán otorgarse en duplicado al propietario o usuario del generador de vapor, quien deberá remitir dentro de un plazo de 8 días una copia al Servicio respectivo. Los certificados deberán estar suscritos por el profesional ejecutor especificando su número de registro y deberán contener la siguiente información: -Individualización del propietario y del equipo. - Revisiones y pruebas ejecutadas y resultados obtenidos. Artículo 42º.- Los Servicios deberán supervisar que los profesionales registrados efectúen revisiones y pruebas de seguridad en los generadores de vapor de acuerdo a lo dispuesto en el presente Reglamento. Si se constatare que el profesional registrado ha emitido un certificado sin haber efectuado las revisiones o pruebas reglamentarias, o las ha efectuado en forma incompleta o alterado sus resultados, será eliminado del registro del Servicio respectivo y se comunicará esta medida al resto de los Servicios. Título IX: De la Manipulación o Manejo de los Generadores de Vapor Artículo 43º.- Todos los generadores de vapor a que se refiere el presente Reglamento, incluyendo los de operación totalmente automático, deberán estar al cuidado de a lo menos, un operador idóneo y responsable. Este personal deberá

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica acreditar su idoneidad para el manejo de dicho equipo a su cargo, por medio de un certificado de competencia otorgado por el Servicio, el que tendrá validez nacional. Para tal objeto se requiere acreditar haber aprobado un curso de especialización o rendir un examen en un Servicio de Salud. Artículo 44º.- Será facultad de la autoridad sanitaria retirar el certificado de competencia de un operador, en cualquier momento, si a juicio de dicha autoridad, el operador no demostrara, en la práctica, idoneidad en el manejo del equipo. Artículo 45º.- En cada turno de trabajo el personal de operadores verificará, a lo menos una vez, el funcionamiento de todos los dispositivos de alimentación de agua, asimismo, se accionará manualmente la válvula de seguridad para asegurarse que no está adherida y purgará todos los niveles y automáticos de alimentación de agua. Al producirse un cambio de turno, el operador no podrá abandonar el recinto de la sala de calderas antes que el operador que lo releve se haya recibido de la planta. Artículo 46º.- Si por cualquier motivo el nivel del agua bajare más allá del límite inferior de visibilidad del tubo de nivel, deberá paralizarse de inmediato el funcionamiento de la caldera sometiéndola a una revisión completa y a las pruebas reglamentarias, dejando constancia de los resultados en el Libro de Vida de la caldera. Título X: De las Sanciones Artículo 47º.- Las infracciones a las disposiciones del presente Reglamento serán sancionadas por los Servicios en cuyo territorio se hayan cometido, en conformidad con lo establecido en el Libro Décimo del Código Sanitario. Artículo 48º.- Las calderas que no cumplan con las prescripciones del presente Reglamento o en las que se observaren deficiencias graves en la construcción, instalación, mantención u operación del equipo que representen un peligro grave de explosión o accidente, la autoridad sanitaria podrá ordenar su paralización, hasta que sean debidamente subsanadas las deficiencias. Título Final Artículo 49º.- El presente Reglamento entrará en vigencia 180 días después de su publicación en el Diario Oficial, fecha en la cual se entenderá derogado el decreto supremo Nº 190, de 24 de octubre de 1963, del Ministerio de Salud Pública, así como cualquier otra norma, resolución o disposición que fuere contraria o incompatible con las contenidas en el presente Reglamento. Disposiciones Transitorias Artículo Único.- La obligación del registro señalada en el artículo 4º regirá también para los propietarios o usuarios de las calderas instaladas y en uso, quienes deberán remitir al Servicio respectivo, en un plazo máximo de 180 días, contados a partir de la fecha de vigencia del presente Reglamento, la siguiente información: Nombre del propietario, dirección, fabricante, año de construcción de la caldera, Nº de fábrica, presión máxima de trabajo, superficie de calefacción, producción de vapor, combustible empleado y tratamiento de agua. Una vez registradas y otorgado un número de orden, éste será remitido al propietario dentro de los 60 días siguientes.