termodinamica del vapor

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PRODUCCIN Y TERMODINMICA DEL VAPOR DE AGUA

INTEGRANTES:Ingrid Marisol Cubides RincnPaola Ochoa

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIAFACULTAD DE CIENCIAS BASICASESCUELA DE QUIMICATUNJA2015

PRODUCCIN Y TERMODINMICA DEL VAPOR DE AGUA

INTEGRANTES:Ingrid Marisol Cubides RincnPaola Ochoa

Profesor: Victor Hugo Cely

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIAFACULTAD DE CIENCIAS BASICASESCUELA DE QUIMICATUNJA2015

CONTENIDO

Pg.INTRODUCCIN.. . 31. Vapor De Agua Y Su Calorimetra.............41.1 Generacin de vapor de agua 41.2 Entalpia de vaporizacin. 41.3 Vapor de agua recalentado. 61.4 Determinacin del ttulo de un vapor. 71.5 Variacin de la entropa del vapor de agua hmedo.. 81.6 Propiedades de los lquidos comprimidos.......... 10

2. Generadores y calderas de vapor............ 112.1 Progresos y tendencias. 112.2 Clasificacin de las Calderas... 112.3 Capacidad de produccin de vapor de las calderas 162.4 Comportamiento de las calderas 172.5 Diagrama entrpico o de izart. 18

Bibliografa 23

LISTA DE TABLAS

Pg.

Tabla 1. Constantes Termodinmicas Del Vapor De Agua Hmedo18Tabla 2 Constantes Termodinmicas Del Vapor De Agua Recalentado.. 21

LISTA DE FIGURAS Pg.

Figura 1. Calormetro Ellison.. 8Figura 2. Diagrama de Mollier 10Figura 3. Caldera Erie City con tubos de retorno horizontales (HTR). 12Figura 4. Caldera tipo locomvil destinada principalmente.. 13a destino estacionario.Figura 5. Caldera de tubos rectos con cilindro transversal B y W 14Figura 6. Caldera C-E de circulacin forzada. 15Figura 7. Curvas de comportamiento tpicas de calderas . 18con hogar mecnico y parrilla sin fin deslizable.

INTRODUCCION

Una caldera es un dispositivo que est diseado para generar vapor saturado. Este vapor saturado se genera a travs de una transferencia de energa (en forma de calor) en la cual el fluido, originalmente en estado lquido, se calienta y cambia de estado. La transferencia de calor se efecta mediante un proceso de combustin que ocurre en el interior de la caldera, elevando progresivamente su presin y temperatura. La presin, no puede aumentar de manera desmesurada, ya que debe permanecer constante por lo que se controla mediante el escape de gases de combustin, y la salida del vapor formado. Debido a que la presin del vapor generado dentro de las calderas es muy grande, estas estn construidas con metales altamente resistentes a presiones altas, como el acero laminado.

1. VAPOR DE AGUA Y SU CALORIMETRIA1.1 Generacin de vapor de agua: Cuando al agua se le comunica energa calorfica varia su entalpia y su estado fsico. A medida que tiene lugar el calentamiento, la temperatura del fluido aumenta y por lo regular su densidad disminuye. La rapidez de la vaporizacin depende de la velocidad con la cual se transmite el calor al agua y de su movimiento en el recipiente en donde est confinado. El vapor as formado, si bien se halla en estado gaseoso, no sigue enteramente las leyes de los gases perfectos. La temperatura a la cual se produce la ebullicin depende de la pureza del agua y de la presin absoluta ejercida sobre ella. Para el agua pura la temperatura de ebullicin tiene un valor determinado para cada presin y es menor a bajas que a altas presiones.1.1.2 Vapor de agua saturado: El vapor producido a la temperatura de ebullicin correspondiente a su presin (absoluta) se denomina saturado. El vapor saturado puede estar exento completamente de partculas de agua sin vaporizar o puede llevarlas en suspensin. Por esta razn el vapor saturado puede ser seco o hmedo. La generacin de vapor de agua es un proceso de flujo constante. En la produccin de vapor de agua saturado la absorcin de energa (calor) por cada kilogramo de gua tiene lugar en dos etapas:1) Adicin de la entalpia del liquido 2) Adicin de la entalpia de vaporizacin. 1.2 Entalpia de vaporizacin: La energa calorfica, en kcal, necesaria para convertir 1kg de agua en lquido en vapor seco a la misma temperatura y presin se denomina entalpia de vaporizacin. A medida que crece la presin absoluta del vapor de agua su entalpia de vaporizacin decrece, hacindose cero para la presin critica absoluta de 224,43kg/cm2 correspondiente a la temperatura de saturacin de 374C. A la presin critica el agua pasa directamente del estado lquido al de vapor sin la adicin de la entalpia de vaporizacin, y entonces la entalpia total del vapor saturado seco es igual a la del lquido, o sea 505,5 kcal por kg. La entalpia de vaporizacin consta de dos sumandos: la energa interna y el trabajo, P(Vg-Vf)/J, realizado al efectuar la variacin de volumen de 1kg de agua a 1kg de vapor seco a la presin absoluta reinante; ambos sumandos suelen venir dados en kcal por kg. El trabajo que realiza equivalente en kcal es

La energa interna de vaporizacin /g es la energa en kcal necesaria para vencer la cohesin de las molculas de agua a la temperatura de ebullicin. Esta energa interna de vaporizacin es igual a : 1.2.1 Entalpia total del vapor de agua saturado seco. La entalpia total hg de 1 kg de vapor saturado seco, sobre 0C, es la suma de la entalpia del lquido y de la entalpia de vaporizacin.

En donde hg= entalpia del vapor, en kcal por kghf= entalpia del lquido, en kcal por kghfg=entalpia de vaporizacin, en kcal por kgLa entalpia total del vapor de agua saturado seco depende de su presin. 1.2.3 Volumen especifico y densidad de vapor de agua saturado seco: Los volmenes especficos Vg en metros cbicos, ocupados por 1kg de vapor de agua saturado vienen saturados en las tablas. Estos volmenes varan inversamente con la presin. La densidad dg del vapor de agua saturado seco es el peso del vapor de agua en kilogramos por metro cubico y su reciproco es el volumen especifico vg. La densidad es directamente proporcional a la presin, es decir cunto ms elevada es la presin, ms grande es el peso de vapor por metro cubico. En las tablas del vapor, ms grande es el peso de vapor por metro cubico. En las tablas del vapor tambin se indican los volmenes vf del agua lquida; la densidad del lquido puede calcularse como reciproco de vf .1.2.4 Entalpia total del vapor de agua saturado hmedo. La entalpia total de 1kg de vapor de agua saturado hmedo es ms pequea que la de 1kg de vapor de agua saturado seco para la misma presin. Cuando el agua no est completamente vaporizada, el calor que posee como entalpia de vaporizacin es ms pequeo que el correspondiente al vapor seco. El ttulo del vapor solamente afecta a la entalpia de vaporizacin y no modifica la entalpia del lquido para una presin dada cualquiera. La entalpia total de 1kg de vapor hmedo sobre 0C, es

En donde

1.2.5 Volumen especifico y densidad del vapor de agua saturado hmedo. Cuando el ttulo del vapor se expresa como fraccin decimal, el volumen especifico Vgw del vapor de agua saturado hmedo vale :

En esta frmula Vf y Vg se sacan de las tablas de vapor de agua correspondientes a las propiedades del vapor saturado seco para las presiones reinantes en cada caso. Cuando se conoce Vfg puede reemplazar a (Vg-Vf). La densidad del vapor es el reciproco de Vgw 1.3 Vapor de agua recalentado. La temperatura y la entalpia total del vapor de agua saturado, a una presin cualquiera, puede aumentarse aadindole calor adicional. Cuando la temperatura del vapor es superior a la de saturacin correspondiente a la presin, se dice que el vapor esta recalentado. El recalentamiento, por lo regular se efecta en un equipo independiente en donde el vapor no est en contacto con el lquido. La entalpia total de 1kg de vapor recalentado, se puede calcular aadiendo a la entalpia total de 1 kg de vapor saturado seco, a la presin dada, la entalpia agregada en el proceso del recalentamiento. Esta ltima cantidad puede expresarse por Cps (ts---t), en donde ts es la temperatura del vapor recalentado, y t la del vapor saturado a la presin absoluta existente. El calor especifico medio del vapor recalentado Cps vara entre la presin y temperatura entre 0,44, para pequeos grados de recalentamiento a presiones inferiores a la atmosfrica, hasta ms de 2 a elevadas temperaturas y presiones.Las ventajas del vapor recalentado son:1. El calor adicional comunicado al vapor hace que este se comporte con ms aproximacin como gas perfecto que como vapor saturado2. Los lmites de temperaturas en ciertas partes de los equipos que utilizan vapor pueden aumentarse.3. Se pueden eliminar o disminuirse las prdidas producidas por la condensacin del vapor en las tuberas y las mquinas y turbinas de vapor.1.4 Determinacin del ttulo de un vapor. La sequedad o calidad del vapor de agua saturado se determina por medio de calormetros especiales. Los tipos de calormetro ms corrientes son: el de separacin y el de estrangulacin o recalentamiento. Cuando el ttulo del vapor es bajo y cuando el grado de exactitud de la determinacin ha de ser elevado se utilizan calormetros en los que se combinan las caractersticas de los tipos mencionados.En todas las determinaciones de ttulo de un vapor el calormetro debe estar aislado trmicamente, y por otra parte, la muestra de vapor tomada debe ser representativa del vapor cuyo ttulo se trata de determinar.Los calormetros del tipo de separacin se basan en separar la humedad del vapor hmedo que entra en el aparato. En este caso es necesario medir el peso de la humedad recogida en forma de agua y el peso del vapor seco que sale del calormetro. Los calormetros del t