Calidad De Vapor

CALIDAD DE VAPOR El título de vapor o calidad del vapor es el porcentaje en masa de vapor en una mezcla líquido-vapor y suele denotarse con la letra ×: ×=   −  El valor de × varía desde 0 (líquido saturado) hasta 1 (vapor saturado). Para valores del título cercanos a 1 se tiene una masa de líquido pequeña en forma de gotitas en suspensión. Para valores inferiores el líquido se deposita sobre el fondo del recipiente por efecto de la gravedad. La coexistencia de líquido y vapor se indica normalmente con el término vapor húmedo y, en el diagrama, corresponde a la zona bajo la campana. Las líneas de título constante se trazan dividiendo las líneas de presión constante, comprendidas entre el estado líquido y el estado del vapor saturado seco, en partes iguales. Es muy normal que, en una mezcla de líquido saturado y vapor saturado, la masa de cada fase suela desconocerse, en cuyo caso, pueden relacionarse los volúmenes y el título se definiría como; la relación existente entre el aumento de volumen durante la vaporización y el aumento de volumen que correspondería al vapor saturado seco a la misma presión. ×=  −   −   es el volumen específico de la mezcla, es el volumen específico del líquido saturado y es el volumen específico del vapor saturado. De acuerdo con esta ecuación, la calidad se relaciona con las distancias horizontales en el diagrama. En un diagrama ℎ − , la misma relación que hay entre estas distancias sobre la línea de presión constante, habrá sobre sus proyecciones sobre los ejes cartesianos, por lo que también se puede escribir: ×= ℎ  − ℎ ℎ − ℎ →×=  −   −  ℎ es la entalpía y  es la entropía específica. Los subíndices expresan lo mismo que en la ecuación anterior. TIPOS DE CALIDA DE VAPOR Relación Presión-Temperatura del Agua y Vapor  Vapor Saturado El vapor saturado se presenta a presiones y temperaturas en las cuales el vapor (gas) y el agua (liquido) pueden coexistir juntos. En otras palabras, esto ocurre cuando el rango de vaporización del agua es igual al rango de condensación. Ventajas de usar vapor saturado para calentamiento El vapor saturado tiene varias propiedades que lo hacen una gran fuente de calor, particularmente a temperaturas de 100 °C (212°F) y más elevadas. Algunas de estas son: Propiedad Calentamiento equilibrado a través de la transferencia de calor latente y Rapidez La presión puede controlar la temperatura Ventaja Mejora la productividad y la calidad del producto La temperatura puede establecerse rápida y precisamente Elevado coeficiente de transferencia de  Area de transferencia de calor requerida calor es menor, permitiendo la reducción del costo inicial del equipo Se origina del agua Limpio, seguro y de Limpio, seguro y de bajo costo bajo costo  Vapor húmedo Esta es la forma más común da vapor que se pueda experimentar en plantas. Cuando el vapor se genera utilizando una caldera, generalmente contiene humedad proveniente de las partículas de agua no vaporizadas las cuales son arrastradas hacia las líneas de distribución de vapor. Incluso las mejores calderas pueden descargar vapor conteniendo de un 3% a un 5% de humedad. Al momento en el que el agua se aproxima a un estado de saturación y comienza a evaporarse, normalmente, una pequeña porción de agua generalmente en la forma de gotas es arrastrada en el flujo de vapor y arrastrada a los puntos de distribución. Este uno de los puntos claves del porque la separación es usada para remover el condensado de la línea de distribución. Vapor Sobrecalentado  El vapor sobrecalentado se crea por el sobrecalentamiento del vapor saturado o húmedo para alcanzar un punto mayor al de saturación. Esto quiere decir que es un vapor que contiene mayor temperatura y menor densidad que el vapor saturado en una misma presión. El vapor sobrecalentado es usado principalmente para el movimientoimpulso de aplicaciones como lo son las turbinas, y normalmente no es usado para las aplicaciones de transferencia de calor. Ventajas de usar vapor sobrecalentado para impulsar turbinas: q Para mantener la sequedad del vapor para equipos impulsados por vapor, para los que su rendimiento se ve afectado por la presencia de condensado q Para mejorar la eficiencia térmica y capacidad laboral, ej. Para lograr mayores cambios en el volumen especifico del estado sobrecalentado a menores presiones, incluso a vacío. Es ventajoso tanto como para suministro, así como para la descarga de vapor mientras que se encuentre en el estado de sobrecalentamiento ya que el condensado no se generara dentro del equipo impulsado por vapor durante una operación normal, minimizando así el riesgo a daños ocasionados por la erosión o la erosión acido carbónica. Además, como la eficiencia térmica teórica de la turbina es calculada del valor de la entalpía a la entrada y a la salida de la turbina, incrementando el grado de sobrecalentamiento, así como la presión incrementa la entalpía a la entrada de la turbina, y es por lo tanto efectiva al mejorar la eficiencia térmica. Desventajas de usar el vapor sobrecalentado para calentamiento: Propiedad Desventaja Bajo coeficiente de transferencia de calor Reduce la productividad Reduce la productividad Se requiere una superficie mayor para la transferencia de calor Temperatura variable aun a una presión constante El vapor sobrecalentado requiere mantener una velocidad elevada, de lo contrario la temperatura disminuirá ya que se perderá el calor del sistema Calor sensible utilizado transferencia de calor Las caídas de temperatura pueden tener un impacto negativo en la calidad del producto Se podrían requerir materiales más fuertes para la construcción de equipos, requiriendo un mayor costo inicial. para La temperatura podría extremadamente elevada la ser Por estas y otras razones, se prefiere al vapor saturado por sobre el vapor sobrecalentado como medio de calentamiento en intercambiadores de calor y otros equipos de transferencia de calor. Por otro lado, desde el punto de vista de usarlo como fuente de calor para un calentamiento directo como un gas de alta temperatura, tiene algunas ventajas por sobre el aire caliente como que puede ser usado como fuente de calentamiento bajo las condiciones de libre de oxígeno. De igual manera se realizan investigaciones para el uso de vapor sobrecalentado en aplicaciones de industrias procesadoras de alimentos tales como el cocimiento y el secado.  Agua Supercrítica El agua supercrítica es agua en estado que excede su punto crítico: 22.1, 374°(3208, 705°) . En el punto crítico, el calor latente del vapor es cero, y su volumen especifico es exactamente igual ya sea que se considere como gas o líquido. En otras palabras, el agua que se encuentra a una presión y temperatura mayor que la de su punto crítico es un estado indistinguible en el cual no es liquido o gas. El agua supercrítica es utilizada para impulsar turbinas en plantas de energía que demandan mayor eficiencia. Investigaciones sobre agua supercrítica se realizan con un énfasis hacia su uso como fluido que tiene propiedades tanto de líquido y gas, y en particular que es adecuado para su uso como solvente para reacciones químicas.  Yunus A. Çengel; Michael A. Boles. (1995). Termodinámica. p. 55. Facorro Ruiz. Curso de Termodinámica. p. 194.
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CALIDAD DE VAPOR

El título de vapor o calidad del vapor es el porcentaje en masa de vapor en una mezcla
líquido-vapor y suele denotarse con la letra ×:

𝑚𝑣
×=
𝑚𝑣 − 𝑚𝑖

El valor de × varía desde 0 (líquido saturado) hasta 1 (vapor saturado). Para valores del
título cercanos a 1 se tiene una masa de líquido pequeña en forma de gotitas en
suspensión. Para valores inferiores el líquido se deposita sobre el fondo del recipiente
por efecto de la gravedad.

La coexistencia de líquido y vapor se indica normalmente con el término vapor húmedo
y, en el diagrama, corresponde a la zona bajo la campana. Las líneas de título constante
se trazan dividiendo las líneas de presión constante, comprendidas entre el estado
líquido y el estado del vapor saturado seco, en partes iguales.

Es muy normal que, en una mezcla de líquido saturado y vapor saturado, la masa de
cada fase suela desconocerse, en cuyo caso, pueden relacionarse los volúmenes y el
título se definiría como; la relación existente entre el aumento de volumen durante la
vaporización y el aumento de volumen que correspondería al vapor saturado seco a la
misma presión.

𝑣𝑥 − 𝑣𝑖
×=
𝑣𝑣 − 𝑣𝑖 𝑣𝑥

es el volumen específico de la mezcla, es el volumen específico del líquido saturado
y es el volumen específico del vapor saturado.

De acuerdo con esta ecuación, la calidad se relaciona con las distancias horizontales
en el diagrama. En un diagrama ℎ − 𝑠, la misma relación que hay entre estas distancias
sobre la línea de presión constante, habrá sobre sus proyecciones sobre los ejes
cartesianos, por lo que también se puede escribir:

ℎ𝑥 − ℎ𝑖 𝑠𝑥 − 𝑠𝑖
×= →×=
ℎ𝑣 − ℎ𝑖 𝑠𝑣 − 𝑠𝑖

ℎ es la entalpía y 𝑠 es la entropía específica. Los subíndices expresan lo mismo que en
la ecuación anterior.

seguro y de bajo costo bajo costo  Vapor húmedo Esta es la forma más común da vapor que se pueda experimentar en plantas. TIPOS DE CALIDA DE VAPOR Relación Presión-Temperatura del Agua y Vapor  Vapor Saturado El vapor saturado se presenta a presiones y temperaturas en las cuales el vapor (gas) y el agua (liquido) pueden coexistir juntos. una pequeña porción de agua generalmente en la forma de gotas es arrastrada en el flujo de vapor y . Ventajas de usar vapor saturado para calentamiento El vapor saturado tiene varias propiedades que lo hacen una gran fuente de calor. Incluso las mejores calderas pueden descargar vapor conteniendo de un 3% a un 5% de humedad. En otras palabras. particularmente a temperaturas de 100 °C (212°F) y más elevadas. generalmente contiene humedad proveniente de las partículas de agua no vaporizadas las cuales son arrastradas hacia las líneas de distribución de vapor. esto ocurre cuando el rango de vaporización del agua es igual al rango de condensación. normalmente. seguro y de Limpio. Algunas de estas son: Propiedad Ventaja Calentamiento equilibrado a través de laMejora la productividad y la calidad del transferencia de calor latente y Rapidezproducto La presión puede controlar la temperatura La temperatura puede establecerse rápida y precisamente Elevado coeficiente de transferencia de Area de transferencia de calor requerida calor es menor. Al momento en el que el agua se aproxima a un estado de saturación y comienza a evaporarse. Cuando el vapor se genera utilizando una caldera. permitiendo la reducción del costo inicial del equipo Se origina del agua Limpio.

Para lograr mayores cambios en el volumen especifico del estado sobrecalentado a menores presiones. de lo contrario la temperatura disminuirá ya que se perderá el calor del sistema Calor sensible utilizado para la Las caídas de temperatura pueden tener transferencia de calor un impacto negativo en la calidad del producto La temperatura podría ser Se podrían requerir materiales más extremadamente elevada fuertes para la construcción de equipos. para los que su rendimiento se ve afectado por la presencia de condensado q Para mejorar la eficiencia térmica y capacidad laboral. minimizando así el riesgo a daños ocasionados por la erosión o la erosión acido carbónica. ej. Este uno de los puntos claves del porque la separación es usada para remover el condensado de la línea de distribución. requiriendo un mayor costo inicial. incrementando el grado de sobrecalentamiento. Desventajas de usar el vapor sobrecalentado para calentamiento: Propiedad Desventaja Bajo coeficiente de transferencia de calor Reduce la productividad Reduce la productividad Se requiere una superficie mayor para la transferencia de calor Temperatura variable aun a una presión El vapor sobrecalentado requiere constante mantener una velocidad elevada.arrastrada a los puntos de distribución. Además. . Es ventajoso tanto como para suministro. y es por lo tanto efectiva al mejorar la eficiencia térmica. como la eficiencia térmica teórica de la turbina es calculada del valor de la entalpía a la entrada y a la salida de la turbina. Ventajas de usar vapor sobrecalentado para impulsar turbinas: q Para mantener la sequedad del vapor para equipos impulsados por vapor.  Vapor Sobrecalentado El vapor sobrecalentado se crea por el sobrecalentamiento del vapor saturado o húmedo para alcanzar un punto mayor al de saturación. El vapor sobrecalentado es usado principalmente para el movimiento- impulso de aplicaciones como lo son las turbinas. así como para la descarga de vapor mientras que se encuentre en el estado de sobrecalentamiento ya que el condensado no se generara dentro del equipo impulsado por vapor durante una operación normal. Esto quiere decir que es un vapor que contiene mayor temperatura y menor densidad que el vapor saturado en una misma presión. así como la presión incrementa la entalpía a la entrada de la turbina. incluso a vacío. y normalmente no es usado para las aplicaciones de transferencia de calor.

Çengel. p. y en particular que es adecuado para su uso como solvente para reacciones químicas. Investigaciones sobre agua supercrítica se realizan con un énfasis hacia su uso como fluido que tiene propiedades tanto de líquido y gas. desde el punto de vista de usarlo como fuente de calor para un calentamiento directo como un gas de alta temperatura. y su volumen especifico es exactamente igual ya sea que se considere como gas o líquido. De igual manera se realizan investigaciones para el uso de vapor sobrecalentado en aplicaciones de industrias procesadoras de alimentos tales como el cocimiento y el secado. Por estas y otras razones. Michael A. 55. Por otro lado. El agua supercrítica es utilizada para impulsar turbinas en plantas de energía que demandan mayor eficiencia.  Agua Supercrítica El agua supercrítica es agua en estado que excede su punto crítico: 22. 194. (1995). p. el agua que se encuentra a una presión y temperatura mayor que la de su punto crítico es un estado indistinguible en el cual no es liquido o gas. 374°𝑐(3208𝑃𝑠𝑖𝑎. Facorro Ruiz. Boles. 705°𝐹). Termodinámica. Curso de Termodinámica. Yunus A. .1𝑀𝑃𝑎. En el punto crítico. el calor latente del vapor es cero. En otras palabras. tiene algunas ventajas por sobre el aire caliente como que puede ser usado como fuente de calentamiento bajo las condiciones de libre de oxígeno. se prefiere al vapor saturado por sobre el vapor sobrecalentado como medio de calentamiento en intercambiadores de calor y otros equipos de transferencia de calor.