CALIDAD DEL VAPOR

La calidad del vapor se define como:

Donde:

Masa del vapor

Masa total (masa de vapor + masa de líquido)

Vapor

Líquido

Sea:

Volumen total de la mezcla

Volumen total de la fase líquida

Volumen total de la fase de vapor

El volumen total es:

En función de los volúmenes específicos tenemos:

-------------------------- (1)

La masa total es:

-------------------------------------- (2)

De la ecuación (2), tenemos:

------------------------------------- (3)

Sustituyendo la ecuación (3) en la ecuación (1) tenemos:

Dividiendo entre , tenemos:

Si , tenemos:

De igual manera tenemos:

La calidad del vapor se define como:

Donde:

Masa del vapor

Masa total (masa de vapor + masa de líquido)

Vapor

Líquido

Sea:

Entalpía total de la mezcla

Entalpía total de la fase líquida

Entalpía total de la fase de vapor

La entalpía total es:

En función de las entalpías específicas tenemos:

-------------------------- (1)

La masa total es:

-------------------------------------- (2)

De la ecuación (2), tenemos:

------------------------------------- (3)

Sustituyendo la ecuación (3) en la ecuación (1) tenemos:

Dividiendo entre , tenemos:

Si , tenemos:

Ejemplo 1:

Encuentre los valores de la entalpía del agua o del vapor de agua.

(a) P = 0.2 MPa, T = 120.2 °C(b) P = 0.2 MPa, x = 0.59

(c) T = 250°F,

(d) P = 350 psia, T = 700°F

(e) T = 700°F,

(f) T = 750°F,

(g) P = 2.0 MPa,

(h) P = 2.5 MPa,T = 100°C

(a) De las tablas de vapor tenemos:Para P = 0.2 MPa = 200 KPa, T = 120.2°Chl = 504.5 kJ/kg y hg = 2,706.2 kJ/kg

(b) Para P = 0.2 MPa = 200 kPa, x = 0.59hl = 504.5 kJ/kg y hlg = 2,201.7h = 504.5 kj/kg + 0.59(2,201.7 kJ/kg) = 1,803.503 kJ/kg

(c) Para T = 250°F,

T = 250°F = 121.11 °C

Interpolación

0.001064

0.001060

120.2 121.11 124

De igual manera tenemos:

0.88498

0.79229

120.2 121.11 124.0

Recordemos:

Despejando la calidad x, tenemos:

Interpolación

520.5

504.2

120.2 121.11 124

De igual manera tenemos:

2201.7

2191.1

120.2 121.11 124.0

Recordemos:

Sustituyendo, tenemos:

(c) A P = 350 psia = 2,410.33 kPa y T = 700°F = 371.11 °C

Determinación de la temperatura de saturación a una presión de 2,410.33 kPa por interpolación:

224

222

2409.9 2410.33 2502.7

Como se puede observar, la temperatura de saturación es menor que la temperatura del problema. Por lo tanto el vapor es sobrecalentado.P kPa 371.11°C

2410.33 222.009°C

HG HTabla de vapor sobrecalentado

De esta tabla tenemos:P = 2400 kPa y T = 350°C H = 3130.4 kJ/kgP = 2400 kPa y T = 375 °C H = 3186.7 kJ/kgInterpolando a una temperatura de 371.11°C tenemos que H = 3177.94 kJ/kgPor otro lado tenemos:P = 2500 kPa y T = 350°C H = 3128.2 kJ/kgP = 2500 kPa y T = 375 °C H = 3184.8 kJ/kg

Interpolando a una temperatura de 371.11°C tenemos que H = 3175.99 kJ/kgResultados a una temperatura de 371.11°CP = 2400 kPa H = 3177.94 kJ/kgP = 2500 kPa H = 3175.99 kJ/kgInterpolando a una presión de 2410.33 kPa y la temperatura de 371.11°C, tenemos:H = 3177.7385 kJ/kgOtra forma de calcular la entalpía es la siguiente:

Para el vapor de agua tenemos:

Y , sustituyendo tenemos:

Integrando tenemos:

Determinación del error

Ejemplo 2:Se está alimentando una mezcla de vapor – líquido saturado (10 °F) de refrigerante 134a con una calidad de 0.20 a un evaporador. Si la capacidad del evaporador es de 10 Toneladas de refrigeración (1 T.R. = 12,000 Btu/hr), determine el flujo másico y el flujo volumétrico de refrigerante alimentado

10 °F

Hl H HG

De las tablas de vapor tenemos:

T = 10°F P = 26.617 psia Vl = 0.01202 ft3/lb VG = 1.736 ft3/lb Hl = 15.187 Btu/lb HG = 104.471 Btu/lb

Recordemos:

Aplicando la primera ley para sistemas abiertos tenemos:

1 2

Determinación del flujo másico

Determinación del flujo volumétrico