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Entalpia específica do vapor úmido

Entalpia específica do vapor úmido

A entalpia específica da água líquida saturada (x = 0) e do vapor seco (x = 1) pode ser selecionada nas tabelas de vapor. No caso de vapor úmido , a entalpia real pode ser calculada com a qualidade do vapor, xe as entalpias específicas da água líquida saturada e do vapor seco:

h _molhado = h _s x + (1 – x) h _l

Onde

h _úmido = entalpia do vapor úmido (J / kg)

h _s = entalpia do vapor “seco” (J / kg)

h _l = entalpia de água líquida saturada (J / kg)

Como pode ser visto, o vapor úmido sempre terá menor entalpia do que o vapor seco.

Exemplo:

Um estágio de alta pressão da turbina a vapor opera em estado estacionário com condições de entrada de 6 MPa, t = 275,6 ° C, x = 1 (ponto C). O vapor sai deste estágio da turbina a uma pressão de 1,15 MPa, 186 ° C ex = 0,87 (ponto D). Calcule a diferença de entalpia entre esses dois estados.

A entalpia para o estado C pode ser obtida diretamente das tabelas de vapor, enquanto a entalpia para o estado D deve ser calculada usando a qualidade do vapor:

h _{1, molhado} = 2785 kJ / kg

h _{2, molhado} = 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

Qualidade de Vapor – Fração de Secura

Veja também: Propriedades do Steam

Como pode ser visto no diagrama de fases da água , nas regiões bifásicas (por exemplo, na fronteira das fases vapor / líquido), a especificação da temperatura por si só definirá a pressão e a especificação da pressão definirá a temperatura. Mas esses parâmetros não definirão o volume e a entalpia, pois precisaremos conhecer a proporção relativa das duas fases presentes.

A fração de massa do vapor em uma região de vapor líquido de duas fases é chamada qualidade do vapor (ou fração de secura), x , e é dada pela seguinte fórmula:

O valor da qualidade varia de zero a unidade . Embora definida como uma proporção, a qualidade é frequentemente fornecida como uma porcentagem. Deste ponto de vista, distinguimos entre três tipos básicos de vapor. Deve ser adicionado, em x = 0, estamos falando de estado líquido saturado (monofásico).

• Vapor Molhado
• Vapor seco
• Vapor superaquecido

Esta classificação de vapor tem sua limitação. Considere o comportamento do sistema que é aquecido à pressão, que é maior que a pressão crítica . Nesse caso, não haveria alteração na fase do líquido para o vapor. Em todos os estados, haveria apenas uma fase. A vaporização e a condensação podem ocorrer apenas quando a pressão é menor que a pressão crítica. Os termos líquido e vapor tendem a perder seu significado.

Veja também: Saturação

Veja também: Limitação do vapor

Qualidade estática vs. qualidade do fluxo

Veja também: Fluxo de fluido bifásico

Nesta seção, consideraremos o fluxo simultâneo de gás (ou vapor) e água líquida (como encontrado em geradores e condensadores de vapor ) no fluxo simultâneo através de um duto com área de seção transversal A. Os subscritos “v” e “ℓ” indicam a fase vapor e a fase líquida , respectivamente. Os parâmetros fundamentais que caracterizam esse fluxo são:

• Fração de vazio
• Qualidade estática
• Qualidade do fluxo
• Densidade da mistura
• Taxa de escorregamento – Taxa de velocidade
• Velocidade superficial

Qualidade estática

Em geral, a qualidade do vapor é a fração mássica do vapor em uma mistura saturada. O vapor saturado possui uma qualidade de 100% e o líquido saturado possui uma qualidade de 0%.

A qualidade estática em um fluxo de fluido bifásico é definida como:

Qualidade do fluxo

No fluxo de fluido bifásico, é conveniente usar a qualidade do fluxo em vez da qualidade estática. A qualidade do fluxo em um fluxo de fluido bifásico é definida como:

As relações entre x, α e S podem ser deduzidas e o resultado é:

Desublimação – Deposição

Em geral, a desublimação (ou deposição ) é uma transição de fase de uma substância diretamente da fase gasosa para a fase sólida sem passar pela fase líquida intermediária. A sublimação é uma alteração de fase exotérmica que ocorre a temperaturas e pressões abaixo do ponto triplo de uma substância em seu diagrama de fases.

Considere o vapor de água a -5 ° C e à pressão de 500 Pa. Nesse caso, quando o calor é retirado do vapor de água, o vapor resulta em uma diminuição da temperatura para -8 ° C. Nesse ponto, no entanto, o vapor passa diretamente da fase gasosa para a fase sólida no processo conhecido como desublimação. O calor correspondente é chamado de calor da sublimação , L _s .

Como a dessublimação é uma mudança de fase exotérmica, libera energia. Essa energia liberada pode ser calculada adicionando a entalpia da fusão e a entalpia da vaporização e é conhecida como entalpia da sublimação (também chamada calor da sublimação).

Para algumas substâncias, a desublimação é muito mais fácil do que passar pela fase líquida. Depende do ponto triplo. Quando a pressão do seu ponto triplo é muito alta, é difícil obtê-los como líquidos.

O processo inverso de desublimação é a sublimação, na qual uma substância passa diretamente da fase sólida para a fase gasosa.

Um exemplo de dessublimação é quando a geada se forma em uma folha no inverno. Para ocorrer desublimação, a energia térmica deve ser removida de um gás. Portanto, quando a folha fica fria o suficiente, o vapor de água no ar ao redor da folha pode perder energia térmica suficiente para mudar diretamente para um sólido.

Sublimação

Em geral, a sublimação é uma mudança de fase de uma substância diretamente da fase sólida para a fase gasosa sem passar pela fase líquida intermediária. A sublimação é uma alteração de fase endotérmica que ocorre a temperaturas e pressões abaixo do ponto triplo de uma substância em seu diagrama de fases.

Considere o gelo a -10 ° C e à pressão de 500 Pa. Nesse caso, a transferência de calor para o gelo resulta primeiro em um aumento da temperatura para -8 ° C. Nesse ponto, no entanto, o gelo passa diretamente da fase sólida para a fase de vapor no processo conhecido como sublimação. O calor correspondente é chamado de calor da sublimação , L _s . Transferência de calor adicional resultaria no superaquecimento do vapor.

Como a sublimação é uma mudança de fase endotérmica, requer energia adicional. Essa energia adicional necessária pode ser calculada adicionando a entalpia de fusão e a entalpia de vaporização e é conhecida como entalpia de sublimação (também chamada de calor de sublimação).

Para algumas substâncias, a sublimação é muito mais fácil do que a evaporação do fundido. Depende do ponto triplo. Quando a pressão do seu ponto triplo é muito alta, é difícil obtê-los como líquidos.

O processo inverso de sublimação é a sublimação, na qual uma substância passa diretamente de um gás para uma fase sólida.

Saturação

Na termodinâmica, o termo saturação define uma condição na qual uma mistura de vapor e líquido pode existir juntos a uma dada temperatura e pressão. A temperatura na qual a vaporização (ebulição) começa a ocorrer para uma dada pressão é chamada de temperatura de saturação ou ponto de ebulição . A pressão na qual a vaporização (fervendo) começa a ocorrer para uma dada temperatura é chamada pressão de saturação.

Quando a qualidade do vapor é igual a 0, é chamado de estado líquido saturado (monofásico). Por outro lado, quando a qualidade do vapor é igual a 1, é chamado estado de vapor saturado ou vapor seco (monofásico). Entre esses dois estados, falamos sobre mistura líquido-vapor ou vapor úmido (mistura bifásica). A pressão constante, uma adição de energia não altera a temperatura da mistura, mas a qualidade do vapor e o volume específico mudam.

Por exemplo: No pressurizador de reatores de água pressurizada, a temperatura de saturação é de cerca de 350 ° C, mas isso corresponde à pressão de 16,4 MPa, que deve ser mantida no circuito primário. Para uma substância pura, existe uma relação definida entre a pressão de saturação e a temperatura de saturação. Quanto maior a pressão, maior a temperatura de saturação. A representação gráfica dessa relação entre temperatura e pressão em condições saturadas é chamada curva de pressão de vapor e pode ser vista no diagrama de fases da água . Este diagrama é mostrado na figura.

Como pode ser visto no diagrama de fases da água, nas regiões bifásicas (por exemplo, na fronteira das fases vapor / líquido), a especificação da temperatura sozinha definirá a pressão e a pressão especificada definirá a temperatura.

• A curva de vapor de saturação é a curva que separa o estado de duas fases e o estado de vapor superaquecido no diagrama Ts.
• A curva de líquido saturado é a curva que separa o estado líquido sub – resfriado e o estado bifásico no diagrama Ts.

Entalpia específica do vapor úmido

A entalpia específica da água líquida saturada (x = 0) e do vapor seco (x = 1) pode ser selecionada nas tabelas de vapor. No caso de vapor úmido , a entalpia real pode ser calculada com a qualidade do vapor, xe as entalpias específicas de água líquida saturada e vapor seco:

h _molhado = h _s x + (1 – x) h _l              

Onde

h _úmido = entalpia do vapor úmido (J / kg)

h _s = entalpia do vapor “seco” (J / kg)

h _l = entalpia de água líquida saturada (J / kg)

Como pode ser visto, o vapor úmido sempre terá entalpia menor do que o vapor seco.

Densidade do vapor

Água e vapor são um meio comum, porque suas propriedades são muito conhecidas . Suas propriedades estão tabuladas nas chamadas ” Tabelas Steam “ . Nestas tabelas, as propriedades básicas e principais, como pressão, temperatura, entalpia, densidade e calor específico, são tabuladas ao longo da curva de saturação vapor-líquido em função da temperatura e da pressão.

A densidade (⍴) de qualquer substância é recíproca do seu volume específico (ν).

ρ = m / V = ​​1 / ν

O volume específico (ν) de uma substância é o volume total (V) dessa substância dividido pela massa total (m) dessa substância (volume por unidade de massa). Possui unidades de metro cúbico por quilograma (m ³ / kg).

Densidade do fluido supercrítico

Um fluido supercrítico é um fluido que está sob pressões mais altas que seus valores críticos termodinâmicos . Nas pressões críticas e supercríticas, um fluido é considerado uma substância monofásica, apesar de todas as propriedades termofísicas sofrerem alterações significativas nas regiões críticas e pseudocríticas .

Em pressões acima da pressão crítica, as propriedades da água no reator mudam gradualmente e continuamente daquelas que normalmente associamos a um líquido (alta densidade, pequena compressibilidade) para as de um gás (baixa densidade, grande compressibilidade) sem uma mudança de fase . Não há mudança na fase da água no núcleo. Por outro lado, propriedades físicas como densidade, calor específico e entalpia específica sofrem alterações significativas, principalmente na faixa de temperatura da região pseudocrítica (para 25 MPa entre 372 ° C e 392 ° C).

Densidade da Água Pesada

A água pesada pura (D ₂ O) tem uma densidade cerca de 11% maior que a água , mas é física e quimicamente semelhante.

Essa diferença é causada pelo fato de o núcleo de deutério ser duas vezes mais pesado que o núcleo de hidrogênio . Como cerca de 89% do peso molecular da água provém do único átomo de oxigênio, e não dos dois átomos de hidrogênio, o peso de uma molécula de água pesada não é substancialmente diferente do peso de uma molécula de água normal. A massa molar da água é M (H ₂ O) = 18,02 e a massa molar da água pesada é M (D ₂ O) = 20,03 (cada núcleo de deutério contém um nêutron em contraste com o núcleo de hidrogênio), portanto, água pesada (D ₂ O) tem uma densidade cerca de 11% maior (20,03 / 18,03 = 1,112).

A água pesada pura (D ₂ O) tem sua maior densidade 1110 kg / m ³ à temperatura 3,98 ^o C (39,2 ^o F). A água pesada também difere da maioria dos líquidos, pois se torna menos densa à medida que congela . Tem uma densidade máxima a 3,98 ° C (1110 kg / m ³ ), enquanto a densidade de sua forma sólida de gelo é 1017 kg / m ³ . Deve-se notar que a mudança na densidade não é linear com a temperatura, porque o coeficiente de expansão térmica volumétrica para a água não é constante ao longo da faixa de temperatura.

Densidade de água – H ₂ S

A água pura tem sua maior densidade de 1000 kg / m ³ à temperatura de 3,98 ^o C (39,2 ^o F). A água difere da maioria dos líquidos, pois se torna menos densa à medida que congela . Tem uma densidade máxima de 3,98 ° C (1000 kg / m ³ ), enquanto a densidade do gelo é de 917 kg / m ³ . Difere em cerca de 9% e, portanto, flutua no geloem água líquida. Deve-se notar que a mudança na densidade não é linear com a temperatura, porque o coeficiente de expansão térmica volumétrica da água não é constante ao longo da faixa de temperatura. A densidade da água (1 grama por centímetro cúbico) foi originalmente usada para definir o grama. A densidade (⍴) de uma substância é recíproca do seu volume específico (ν).

ρ = m / V = ​​1 / ν

O volume específico (ν) de uma substância é o volume total (V) dessa substância dividido pela massa total (m) dessa substância (volume por unidade de massa). Possui unidades de metro cúbico por quilograma (m ³ / kg).

Densidade do vapor

Água e vapor são um meio comum, porque suas propriedades são muito conhecidas . Suas propriedades estão tabuladas nas chamadas ” Tabelas Steam “ . Nessas tabelas, as propriedades básicas e principais, como pressão, temperatura, entalpia, densidade e calor específico, são tabuladas ao longo da curva de saturação vapor-líquido em função da temperatura e da pressão.

A densidade (⍴) de qualquer substância é recíproca do seu volume específico (ν).

ρ = m / V = ​​1 / ν

O volume específico (ν) de uma substância é o volume total (V) dessa substância dividido pela massa total (m) dessa substância (volume por unidade de massa). Possui unidades de metro cúbico por quilograma (m ³ / kg).

Veja também: Fluido supercrítico

Densidade da Água Pesada

A água pesada pura (D ₂ O) tem uma densidade cerca de 11% maior que a água , mas é física e quimicamente semelhante.

Essa diferença é causada pelo fato de o núcleo de deutério ser duas vezes mais pesado que o núcleo de hidrogênio . Como cerca de 89% do peso molecular da água provém do único átomo de oxigênio, e não dos dois átomos de hidrogênio, o peso de uma molécula de água pesada não é substancialmente diferente do peso de uma molécula de água normal. A massa molar da água é M (H ₂ O) = 18,02 e a massa molar da água pesada é M (D ₂ O) = 20,03 (cada núcleo de deutério contém um nêutron em contraste com o núcleo de hidrogênio), portanto, água pesada (D ₂ O) tem uma densidade cerca de 11% maior (20,03 / 18,03 = 1,112).

A água pesada pura (D ₂ O) tem sua maior densidade 1110 kg / m ³ à temperatura 3,98 ^o C (39,2 ^o F). A água pesada também difere da maioria dos líquidos, pois se torna menos densa à medida que congela . Tem uma densidade máxima a 3,98 ° C (1110 kg / m ³ ), enquanto a densidade de sua forma sólida de gelo é 1017 kg / m ³ . Deve-se notar que a mudança na densidade não é linear com a temperatura, porque o coeficiente de expansão térmica volumétrica para a água não é constante ao longo da faixa de temperatura.

Mudanças de densidade

Em geral, a densidade pode ser alterada alterando a pressão ou a temperatura . Aumentar a pressão sempre aumenta a densidade de um material. O efeito da pressão nas densidades de líquidos e sólidos é muito pequeno. Por outro lado, a densidade dos gases é fortemente afetada pela pressão. Isso é expresso pela compressibilidade . Compressibilidade é uma medida da mudança relativa de volume de um fluido ou sólido como resposta a uma mudança de pressão.

O efeito da temperatura nas densidades de líquidos e sólidos também é muito importante. A maioria das substâncias se expande quando aquecida e se contrai quando resfriada . No entanto, a quantidade de expansão ou contração varia, dependendo do material. Esse fenômeno é conhecido como expansão térmica . A mudança no volume de um material que sofre uma mudança de temperatura é dada pela seguinte relação:

em que AT é a alteração de temperatura, V é o volume original, AV, é a alteração de volume, e α _V é o coeficiente de expansão de volume .

Deve-se notar, há exceções a esta regra. Por exemplo, a água difere da maioria dos líquidos, pois se torna menos densa à medida que congela . Tem uma densidade máxima de 3,98 ° C (1000 kg / m ³ ), enquanto a densidade do gelo é de 917 kg / m ³ . Diferentemente, a água é líquida, e o gelo flutua sobre a água líquida, como também a densidade influencia a reatividade do reator.