El conocimiento y evaluación de las propiedades termodinámicas del agua y del vapor de agua en sus distintos estados es fundamental para la resolución de los problemas en los que esta sustancia se encuentra implicada. De todas ellas, la entalpía es la más importante, ya que la mayoría de los procesos se efectúan a presión constante.
Para poder evaluarla es preciso tomar un nivel de referencia, asignándose un valor de entalpía igual a cero al agua líquida en las condiciones del punto triple, es decir, a 0,01 ºC. A efectos prácticos, puede tomarse también el nivel de referencia en 0,01 ºC. (Los valores de la entalpía y de otras propiedades se encuentran recogidos en tablas, que serán objeto de explicación en clase).
La entalpía de un agua líquida saturada es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 kg de agua desde 0,01 ºC hasta su temperatura de ebullición a una presión determinada. La simbolizaremos como hf.
La entalpía de vaporización es la cantidad de calor necesaria para convertir 1 kg de agua líquida saturada en vapor saturado y seco. Su valor disminuye con el aumento de temperatura y se hace cero en el estado crítico. La designaremos como hfg.
La entalpía de un vapor saturado y seco es la suma de las dos anteriores.
hg= hf + hfg
La entalpía de un vapor de agua húmedo se define como la cantidad de calor necesaria para obtener 1 kg de vapor húmedo a partir de 1 kg de agua líquida saturada a 0,01º C. Su valor es menor que el anterior hg, pudiéndose escribir, en función del título:
h=hf + X .hg = (1-X).hf + X.hg
Esta ecuación es válida para el cálculo de cualquier otra propiedad termodinámica en función del título, si bien, para el caso del volumen específico de un vapor húmedo se puede simplificar, ya que la contribución de la fase líquida en el volumen total puede despreciarse. Así: v≅X.vg
Para el vapor de agua sobrecalentado, la entalpía puede calcularse de acuerdo a la expresión siguiente: hs=hg + C (p.v) (ΔT), siendo cp,v la capacidad calorífica media del vapor entre las temperaturas consideradas, e ΔT el grado de sobrecalentamiento.
Finalmente, las propiedades del agua líquida comprimida no difieren de las del agua líquida saturada a la misma temperatura para presiones no superiores a 28 bares, aproximadamente, por lo que pueden utilizarse los valores de ésta última.
Todas estas propiedades, como se ha indicado anteriormente, se encuentran recogidas en tablas, pero para el caso del agua, también lo están en forma de diagrama. El diagrama de Mollier, figura 1, es un diagrama en las coordenadas entalpía-entropía, en el que se incluyen también las líneas de presión y temperatura constante, las de humedad constante, las del vapor y los líquidos saturados, las de recalentamiento constante, y las de volumen específico constante. Como con cualquier diagrama de propiedades, la localización de las mismas es inmediata, si bien el grado de exactitud en sus uso es inferior al conseguido a partir de los datos tabulados. De todos modos, es muy empleado en todos los problemas en los que interviene el agua en sus estados líquido y vapor.
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| Fig. 1. Diagrama de Mollier para el vapor de agua. (Fuente: American Society of Mechanical Engineers) |
Caldera de Vapor Parte 1
Caldera de Vapor Parte 2
Video Tablas y Diagramas
