Vapor de agua

Física. Termodinámica. Vapor de agua. Entalpía. Calor. Temperatura. Presión. Condiciones termodinámicas. Calorímetro de Ellison. Calorímetro de mezcla

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Generación de vapor de agua:

Esta se produce con unas condiciones termodinámicas constantes, las cuales son temperatura y presión constante. Esto se da en un dispositivo llamado caldera la cual puede tener características ignitubulares o pirotubulares lo cual dice por donde va a pasar los gases calientes de la combustión. Esta maquina térmica solo genera vapor saturado seco ya que de lo contrario el vapor generado tendría una presión superior al de la entrada de la caldera y se devolvería.

En este proceso la Entalpía que es la energía dinámica (puede adquirir ese nombre) y la energía interna, empiezan a aumentar a causa de la agitación molecular producida por la adición de calor, hasta el punto en que toda el agua se transforma en vapor (condición de vapor saturado seco) en la cual la caldera corta el suministro de calor.

Vapor de agua saturada:

Corresponde al vapor producido a la temperatura de ebullición corresponde a su presión absoluta. Puede ser húmedo o seco. La primera se presenta si este vapor contiene partículas de agua en fase liquida y la segunda si es que esta totalmente libre de partículas de agua en fase liquida.

Liquido subenfriado:

Es el estado termodinámico en el cual sólo existe la fase líquida, la cantidad de calor por cada kilogramo de agua que se necesita para adicionar 1°C de temperatura corresponde a 4.2 (KJ / Kg.), y que corresponde al calor que agregamos al agua. Se manifiesta en un cambio en la entalpía, no así en sus otras características termodinámicas como son el volumen específico y su presión.

Título o calidad de vapor (X) :

El titulo se puede definir como la masa de vapor presente en una mezcla total. Su de6terminacion puede ser realizada utilizando un calorímetro de mezcal, de Ellison o de expansión y un sobrecalentador.

X = masa vapor

masa total

Donde: masa total = masa liquido + masa vapor.

El valor del titulo va de 0 a 1: los estados de liquido saturado tienen x = 0 y los de vapor saturado corresponden a x = 1. Aunque se define como un cuociente, el titulo se da frecuentemente cono un porcentaje.

Entalpía total del vapor saturado húmedo:

La Entalpía total de 1 (Kg.) de vapor de agua saturado húmedo es mas pequeña que la de 1 (Kg.) de vapor de agua saturado seco para la misma presión. Cuando el agua no esta completamente vaporizada, el calor que posee como entalpía de vaporización es más pequeño que el correspondiente al vapor seco. El titulo del vapor solamente afecta a la entalpía de vaporización y no modifica la entalpía del liquido para una presión dada cualquiera. La entalpía total de 1 (Kg.) de vapor húmedo sobre 0°C, es:

h = hf + x hfg

Determinación del título de vapor:

Para analizar la determinación teórica, señalaremos el siguiente esquema:

Donde además se definen vapor saturado como vapor a la temperatura de ebullición, y el líquido saturado es líquido a la temperatura de ebullición. Cuando la temperatura del vapor es mayor que la temperatura de saturación, o punto de ebullición, se dice que es vapor sobrecalentado. Cuando la temperatura del líquido es menor que su temperatura de saturación, se dice que es líquido subenfriado.

Otra definición importante por considerar es la de entalpía, que corresponde a la energía almacenada en forma de temperatura y de presión. En sentido estricto la entalpía o contenido de calor es una forma de energía almacenada en un cuerpo. Es importante distinguir entre temperatura y entalpía o contenido de calor. La temperatura es una medida del nivel térmico de un cuerpo. Cuando se añade calor a un cuerpo aumenta su temperatura, pero la entalpía o contenido de calorífico total de éste depende de su masa y también de su temperatura.

Del gráfico podemos determinar las siguientes fórmulas:

hv = hf + x hfg ! x = hv - hf hfg

Donde: x : Título de vapor

hv : Entalpía del vapor saturado húmedo.

hf : Entalpía de líquido saturado.

hfg : Diferencia entre entalpías de saturación (hg -hf).

La determinación experimental del título de vapor puede efectuarse mediante 3 métodos: con un calorímetro de mezcla, con uno de expansión o de Ellison y uno de sobrecalentamiento.

Calorímetro de Ellison: El principio de funcionamiento de este calorímetro, que se muestra en la figura corresponde al de una expansión adiabática ocurrida, o que se registra, cuando el vapor sale de la válvula hacia la cámara de expansión. En particular, el vapor que se encuentra en una condición de mezcla húmeda y del cual se desconoce la calidad, es susceptible de ser sobrecalentado por medio de una expansión a presión atmosférica.

Calorímetro de mezcla: Permite contener en su interior una determinada cantidad de agua en estado líquido, la cual al estar a temperatura ambiente, actúa como medio condensante del vapor que es introducido al calorímetro y sobre la cual se desea conocer su título. La medición de propiedades tales como temperatura, masa y presión antes de la mezcla así como una vez alcanzado el equilibrio entre el vapor y el agua, permiten a través de un balance energético, determinar la cantidad del vapor inducido

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