PROPIEDADES TERMODINÁMICAS DEL AGUA MANEJO DE TABLAS DE VAPOR SOBRECALENTADO ELABORÓ PROFESOR EFRÉN GIRALDO TORO. MSc . REVISÓ: PROFESOR CARLOS A. ACEVEDO PhD.
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PROPIEDADES TERMODINÁMICAS DEL AGUA
MANEJO DE TABLAS DE
VAPOR SOBRECALENTADO
ELABORÓ PROFESOR EFRÉN GIRALDO TORO.
MSc
.
REVISÓ: PROFESOR CARLOS A. ACEVEDO PhD.
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CONTENIDO
Conceptos básicos Diagrama T curva
Tablas de vapor sobrecalentado Ejercicios de aplicación
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Un vapor sobrecalentado es una
substancia calentada por encima de sutemperatura de saturación para unapresión dada.
CONCEPTOS BÁSICOS
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El vapor de agua sobrecalentado tiene diversos
nombres:
Vapor sobrecargado
Vapor anhidro
Gas de vapor Vapor seco
Vapor de agua
Vapor Es un gas 100 %, sin agua líquida
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Propiedades y usos del vapor sobrecalentado
Como el vapor sobrecalentado tiene
aproximadamente el mismo coeficiente de
transferencia de calor que el aire es un malconductor y aislante del calor.
Por lo tanto directamente casi no se emplea comomedio de transferir calor.
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Su aplicación más importante es en las centrales
térmicas y geotérmicas, donde debido a la alta energía
cinética de sus partículas, produce el movimiento de
los álabes de las turbinas para la generación deenergía.
Allí es de vital importancia su sequedad, porque de otramanera las gotas de agua presente destruirían los
álabes.
USOS DEL VAPOR SOBRECALENTADO15/03/2016 6
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También se emplea en otros procesos industriales
como:
Secado industrial Decapado
Limpieza
Nanotecnología Fue muy empleado en las máquinas de vapor
industrial y en las locomotoras y barcos
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De hecho la importancia del vapor en la humanidad
ha sido tal, que fue el que cambió completamente lahistoria humana en la revolución industrial.
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El agua líquida se convierte a líquido saturado en
una caldera a 100 °C y 1 atm de presión.
Luego ese vapor pasa afuera de la caldera a unasección de recalentamiento compuesta por una
bobina de calefacción u otro dispositivo que eleva la
temperatura a mucho más de 100 °C.
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En la Figura 1 se cumple:
Si el valor de una propiedad cualquiera es
mayor que el valor de la propiedad en elestado saturado o de mezcla, necesariamente
se está en un estado de vapor sobrecalentado.
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11
f g
http://termoweb.unlugar.com/propiedades.html
T
Mezcla
>
Figura 1. En el diagrama T y en la curva T la temperatura de
sobrecalentamiento y las demás propiedades del vapor sobrecalentado son
mayores que las propiedades promedio y las propiedades en el punto g.
ℎ
>
:
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De lo anterior se deduce que siempre un vapor
sobrecalentado tendrá un > y
lo mismo para todas las otras propiedades.
Así, si el valor de > , u > , ℎ > ℎ, se
cumple que ,,ℎ, son propiedades de vapor
sobrecalentado.
Este dato es de gran ayuda para determinar si una T y
una P dadas son de sobrecalentamiento o no.
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Tablas de vapor sobrecalentado.
Nota: inicialmente se comparan las propiedades dadas
con las saturadas para poder determinar si el estado es
sobrecalentado o no.
Otra pista para ubicar las tablas correspondientes: en la
región de sobrecalentamiento generalmente se manejan presiones del orden de MPa.
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No olvidar que:
La zona de vapor sobrecalentado, es de una
sola fase, la T no depende de la presión como
ocurre en la zona de mezcla.
Por tanto el estado del sistema lo determinan
la T y la Presión de recalentamiento. Estas noson , ¿Por qué?
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En las tablas A-6 de Cengel se tabulan varias Presiones
en MPa con sus Temperaturas (rectángulos horizontales
morado, rojo y morado) referenciadas a las propiedades
de saturación (rectángulo morado, rojo y morado más
pequeños situados debajo), Tabla 1.
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Tabla 1. Tablas de vapor de agua sobrecalentado. Se muestran 3 P y T relacionadas a 3
temperaturas y propiedades de saturación menores, (Cengel, 2007). 16
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Estas propiedades de saturación sirven de base de
comparación para determinar si el valor dado de la propiedad corresponde al estado saturado o no,
según > , u > , ℎ > ℎ.
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Tabla 1b. Tablas de vapor de agua sobrecalentado. Propiedades de saturación para una
presión P: 0,05 MPa y una Temperatura de 81,32 °C (Cengel, 2007).
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La T de 99,61 °C es una temperatura de referencia.
Si la P de 0,1Mpa fuera de saturación le corresponderíauna T de saturación de 99,61°C o sea ≈100°C como se
puede apreciar claramente en las tablas A-4 para 100°C
y una P:101,4 kPa=0,1MPa.
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Es importante notar en la Tabla 1c que los valores
de temperatura que aparecen en el primer rectángulo vertical morado, no son de saturación,
sino los diferentes valores de temperatura desobrecalentamiento que le corresponden a las
presiones de: 0,01 MPa, 0,05 Mpa y 0,10 Mpa.
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Tabla 1c. Tablas de vapor de agua sobrecalentado. Temperatura de sobrecalentamientopara presiones de P: 0,05 MPa, 0,05 Mpa, 0,1 Mpa (Cengel, 2009)
T
sobrecalentam
iento
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En la Tabla 1d un vapor sobrecalentado a una presión
de 0,05 MPa y a una temperatura de 500 °C le
corresponden unas propiedades de sobrecalentamiento:
= 7,1338
= 3132,6
ℎ = 3489,3
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Ejercicio
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Tabla 1e. Tablas de vapor de agua sobrecalentado. Propiedades de un vapor
sobrecalentado a P: 0,05 MPa y 150 °C. (Cengel, 2007)
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f g
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T
Mezcla
>
Figura 1a. En el diagrama T y en la curva T la temperatura de
sobrecalentamiento y las demás propiedades del vapor sobrecalentado son
mayores que las propiedades promedio y las propiedades en el punto g devapor saturado.
ℎ
>
: : 81,3°
: 150°
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Son las propiedades del vapor sobrecalentado a la P:0,05MPa y T:150°C
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Determinar la región donde se encuentra elestado termodinámico y la temperatura del
agua:
= 0,6 ℎ = 2957, 6
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En las tablas A-6 de sobrecalentamiento diapositiva #37
(porque la presión está en Mpa) se ubica P: 0,6 Mpa.
Se observa que aparece P: 0,6 Mpa (158,3°C)
= 158,3°C, =0,31560, =2566,8 , ℎ = 2756,2
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También se puede en este caso buscar en latablas de saturación A-5 convirtiendo primero0,6MPa a kPa
0,6 = 600
Y se encuentran los mismos valores de
saturación anteriores.(Página 892 de Cengel 5 edición)
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Si se compara el valor dado de ℎ = 2957,6 con ℎ
=2752,2. Se observa que es mayor, por tanto el estadoes de vapor sobrecalentado.
= ,
=,2
Figura 2. El estado termodinámico P: 0,6 MPa y ℎ: 2957,5
corresponde avapor sobrecalentado.
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= ,
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Para ℎ = 2957,6 la temperatura correspondiente a la P: 0,6 MPa
es de 250 °C
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Ejercicio
Determine la región de un estadotermodinámico a 5 psi y 500 °F y hallar suspropiedades , , ℎ.
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Si solo fuera para para hallar la región, unamanera sería ir a la tabla A5-E de unidadesinglesas y se averigua para la P de 5psique T de saturación se tiene:
5 psi Tsat:162,18°F
Como la T dada inicial es mayor se está enla región de vapor sobrecalentado.
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Pero como se requieren las propiedades y se
trabaja con unidades inglesas se recurre a la
tabla A-6E de Cengel vapor sobrecalentado,Figura 1f.
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TABLA DE VAPOR SOBRECALENTADO PARA EL AGUA. UNIDADES INGLESAS
Tabla 1f. Propiedades a P: 5 psi y T:500 °F de un vapor sobrecalentado. (Cengel, 2007)
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Bibliografía
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UPM: Página de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) – España:
http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/sistema.html
Laplace. Departamento de Física aplicada III. Universidad de Sevilla:http://laplace.us.es/wiki/index.php/Propiedades_del_agua
http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/1000/1157/html/11_sistemas_termodinmicos.html
Calculadora http://www.tlv.com/global/LA/calculator/superheated-steam-table.html
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http://apuntescientificos.org/tablas-agua-ibq.html
http://ocw.bib.upct.es/pluginfile.php/7418/mod_resource/content/1/Tema%203a.%20Propiedades%20agua.pdf
Mollier: http://ocwus.us.es/arquitectura-e-ingenieria/operaciones-basicas/contenidos1/tema10/pagina_03.htm
http://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/types-of-steam.html
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