Vapor húmedo
El vapor húmedo se caracteriza por la calidad del vapor , que varía de cero a la unidad – intervalo abierto (0,1). Cuando la calidad del vapor es igual a 0, se denomina estado líquido saturado (monofásico). Por otro lado, cuando la calidad del vapor es igual a 1, se denomina estado de vapor saturado o vapor seco (monofásico). Entre estos dos estados , hablamos de la mezcla vapor-líquido o vapor húmedo (mezcla de dos fases). A presión constante, una adición de energía no cambia la temperatura de la mezcla, pero la calidad del vapor y el volumen específico cambian. En el caso de secovapor (100% de calidad), contiene el 100% del calor latente disponible a esa presión. El agua líquida saturada, que no tiene calor latente y, por lo tanto, tiene un 0% de calidad, solo contendrá calor sensible .
Típicamente, la mayoría de las plantas de energía nuclear opera turbinas de vapor de condensación de etapas múltiples . En estas turbinas, la etapa de alta presión recibe vapor (este vapor es vapor casi saturado – x = 0.995 – punto C en la figura) desde un generador de vapor y lo expulsa al separador-recalentador de humedad (punto D). El vapor debe recalentarse para evitar daños que puedan ocasionar a las aspas de la turbina de vapor el vapor de baja calidad. El recalentador calienta el vapor (punto D) y luego el vapor se dirige a la etapa de baja presión de la turbina de vapor, donde se expande (punto E a F). El vapor agotado está a una presión muy por debajo de la atmosférica, y está en un estado parcialmente condensado (punto F), típicamente de una calidad cercana al 90%.
Entalpía específica de vapor húmedo
La entalpía específica de agua líquida saturada (x = 0) y vapor seco (x = 1) se puede recoger de las mesas de vapor. En caso de vapor húmedo , la entalpía real se puede calcular con la calidad del vapor, x, y las entalpías específicas de agua líquida saturada y vapor seco:
h húmedo = h s x + (1 – x) h l
dónde
h húmedo = entalpía de vapor húmedo (J / kg)
h s = entalpía de vapor “seco” (J / kg)
h l = entalpía de agua líquida saturada (J / kg)
Como se puede ver, el vapor húmedo siempre tendrá una entalpía más baja que el vapor seco.
Entropía específica de vapor húmedo
Del mismo modo, la entropía específica del agua líquida saturada (x = 0) y el vapor seco (x = 1) se puede recoger de las mesas de vapor. En caso de vapor húmedo, la entropía real se puede calcular con la calidad del vapor, x, y las entropías específicas de agua líquida saturada y vapor seco:
s húmedo = s s x + (1 – x) s l
dónde
s húmedo = entropía de vapor húmedo (J / kg K)
s s = entropía de vapor “seco” (J / kg K)
s l = entropía de agua líquida saturada (J / kg K)
Volumen específico de vapor húmedo
Del mismo modo, el volumen específico de agua líquida saturada (x = 0) y vapor seco (x = 1) puede recogerse de las mesas de vapor. En caso de vapor húmedo, el volumen específico real se puede calcular con la calidad del vapor, x, y los volúmenes específicos de agua líquida saturada y vapor seco:
v húmedo = v s x + (1 – x) v l
dónde
v húmedo = volumen específico de vapor húmedo (m 3 / kg)
v s = volumen específico de vapor “seco” (m 3 / kg)
v l = volumen específico de agua líquida saturada (m 3 / kg)
Ejemplo:
Una etapa de alta presión de la turbina de vapor funciona en estado estacionario con condiciones de entrada de 6 MPa, t = 275.6 ° C, x = 1 (punto C). El vapor sale de esta etapa de la turbina a una presión de 1,15 MPa, 186 ° C yx = 0,87 (punto D). Calcule la diferencia de entalpía entre estos dos estados.
La entalpía para el estado C puede seleccionarse directamente de las mesas de vapor, mientras que la entalpía para el estado D debe calcularse utilizando la calidad del vapor:
h 1, húmedo = 2785 kJ / kg
h 2, húmedo = h 2, s x + (1 – x) h 2, l = 2782. 0.87 + (1 – 0.87). 790 = 2420 + 103 = 2523 kJ / kg
Δh = 262 kJ / kg
Calidad de vapor – Fracción de sequedad
Como se puede ver en el diagrama de fases del agua , en las regiones de dos fases (p. Ej., En el borde de las fases vapor / líquido), solo la temperatura establecida establecerá la presión y la presión específica establecerá la temperatura. Pero estos parámetros no definirán el volumen y la entalpía porque necesitaremos conocer la proporción relativa de las dos fases presentes.
La fracción de masa del vapor en una región de vapor líquido de dos fases se denomina calidad del vapor (o fracción de sequedad), x , y se obtiene mediante la siguiente fórmula:
El valor de la calidad varía de cero a la unidad . Aunque se define como una relación, la calidad se da con frecuencia como un porcentaje. Desde este punto de vista, distinguimos entre tres tipos básicos de vapor. Debe agregarse, en x = 0, estamos hablando del estado líquido saturado (monofásico).
Esta clasificación del vapor tiene su limitación. Considere el comportamiento del sistema que se calienta a la presión, que es más alta que la presión crítica . En este caso, no habría cambio de fase de líquido a vapor. En todos los estados solo habría una fase. La vaporización y la condensación pueden ocurrir solo cuando la presión es menor que la presión crítica. Los términos líquido y vapor tienden a perder su significado.
Ver también: saturación
Ver también: estrangulamiento de Steam
Propiedades de Steam – Tablas de Steam
El agua y el vapor son un fluido común utilizado para el intercambio de calor en el circuito primario (desde la superficie de las barras de combustible hasta el flujo de refrigerante) y en el circuito secundario. Se utiliza debido a su disponibilidad y alta capacidad calorífica, tanto para enfriamiento como para calefacción. Es especialmente efectivo para transportar calor a través de la vaporización y la condensación de agua debido a su gran calor latente de vaporización .
Una desventaja es que los reactores moderados por agua tienen que usar un circuito primario de alta presión para mantener el agua en estado líquido y para lograr una eficiencia termodinámica suficiente. El agua y el vapor también reaccionan con metales que se encuentran comúnmente en industrias como el acero y el cobre, que se oxidan más rápido por el agua y el vapor no tratados. En casi todas las centrales térmicas (carbón, gas, nuclear), el agua se utiliza como fluido de trabajo (utilizado en un circuito cerrado entre la caldera, la turbina de vapor y el condensador) y el refrigerante (utilizado para intercambiar el calor residual a un cuerpo de agua). o llévelo por evaporación en una torre de enfriamiento).
El agua y el vapor son un medio común porque sus propiedades son muy conocidas . Sus propiedades están tabuladas en las llamadas ” Tablas de Steam “. En estas tablas, las propiedades básicas y clave, como la presión, la temperatura, la entalpía, la densidad y el calor específico, se tabulan a lo largo de la curva de saturación vapor-líquido en función de la temperatura y la presión. Las propiedades también están tabuladas para estados monofásicos ( agua comprimida o vapor sobrecalentado ) en una red de temperaturas y presiones que se extienden a 2000 ºC y 1000 MPa.
Se pueden encontrar más datos completos y autorizados en la página del NIST Webbook sobre las propiedades termofísicas de los fluidos.
Ver también: Tablas de vapor
Referencia especial: Allan H. Harvey. Propiedades termodinámicas del agua, NISTIR 5078. Recuperado de https://www.nist.gov/sites/default/files/documents/srd/NISTIR5078.htm
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Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: translations@nuclear-power.com o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.
