1

OPERACIONES DE PROCESOS UNITARIOS

PROFESOR: Huiman Sandoval, Jose Alberto

TEMA: Vapor de Agua

INTEGRANTES:

- ROQUE SALAS ROBERTO CARLOS

- ROQUE FERNANDEZ ROBERTO

- HUAYTA ARACCA JESUS

2013

2

INDICE

1.- INTRODUCCION DE VAPOR DE AGUA----------------------------------------------------------3

2.- EL AGUA----------------------------------------------------------------------------------------------3

2.1.- TIPOS DE AGUA--------------------------------------------------------------------------4

2.2.- DISTRIBUCIÓN DE AGUA EN LA TIERRA--------------------------------------------7

3.- FLUIDOS CALOPORTADORES---------------------------------------------------------------------8

4.- ESTADOS DEL AGUA

4.1.- AGUA SATURADA-----------------------------------------------------------------------9

4.2.- AGUA NO SATURADA------------------------------------------------------------------10

4.3.- AGUA SUPERCRITICA-------------------------------------------------------------------11

5.- ENTALPIA DE VAPORIZACION--------------------------------------------------------------------11

6.- TIPOS DE VAPOR DE AGUA

6.1.- VAPOR SATURADO----------------------------------------------------------------------12

6.2.- VAPOR HUMEDO------------------------------------------------------------------------13

6.3.- VAPOR SOBRECALENTADO-----------------------------------------------------------13

6.4.- VAPOR FLASH----------------------------------------------------------------------------15

7.- COMO LEER UNA TABLA DE VAPOR------------------------------------------------------------15

7.1- TABLAS DE VAPOR SATURADO-------------------------------------------------------16

7.1.1.- BASADO EN PRESION Y BASADO EN TEMPERATURA -------------- 17

7.1.2.- USANDO PRESION ABSOLUTA Y PRESION MANOMETRICA ------ 18

7.2- TABLAS DE VAPOR SOBRECALENTADO---------------------------------------------19

3

1.- INTRODUCCION:

El vapor de agua es un gas que se obtiene por evaporación o ebullición del agua líquida o por sublimación del hielo. Es inodoro e incoloro.

Muy enrarecido, el vapor de agua es responsable de la humedad ambiental. En ciertas condiciones, a alta concentración, parte del agua que forma el vapor se condensa y se forma niebla o, en concentraciones mayores, nubes.

Podemos también apreciar el vapor de agua en nuestra exhalación en climas fríos y con alta humedad.

El vapor de agua es el gas formado cuando el agua pasa de un estado líquido a uno gaseoso. A un nivel molecular esto es cuando las moléculas de H2O logran liberarse de las uniones que las mantienen juntas.

2.- EL AGUA:

Es una sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida. El término agua generalmente se refiere a la sustancia en suestado líquido, pero la misma puede hallarse en su forma sólida llamada hielo, y en forma gaseosa denominada vapor. El agua cubre el 71% de la superficie de la corteza terrestre. Se localiza principalmente en los océanos donde se concentra el 96,5% del agua total, losglaciares y casquetes polares poseen el 1,74%, los depósitos subterráneos (acuíferos), los permafrost y los glaciares continentales suponen el 1,72% y el restante 0,04% se reparte en orden decreciente entre lagos, humedad del suelo, atmósfera, embalses, ríos y seres vivos. El agua es un elemento común del sistema solar, hecho confirmado en descubrimientos recientes. Puede ser encontrada, principalmente, en forma de hielo; de hecho, es el material base de los cometas y el vapor que compone sus colas.

Desde el punto de vista físico, el agua circula constantemente en un ciclo de evaporación o transpiración (evapotranspiración),precipitación, y desplazamiento hacia el mar. Los vientos transportan tanto vapor de agua como el que se vierte en los mares mediante su curso sobre la tierra, en una cantidad aproximada de 45.000 km³ al año. En tierra firme, la evaporación y transpiración contribuyen con 74.000 km³ anuales al causar precipitaciones de 119.000 km³ cada año.

El agua es esencial para la mayoría de las formas de vida conocidas por el hombre, incluida la humana. El acceso al agua potable se ha incrementado durante las últimas décadas en la superficie terrestre. Sin embargo estudios de la FAO, estiman que uno de cada cinco países en vías de desarrollo tendrá problemas de escasez de agua antes de 2030; en esos países es vital un menor gasto de agua en la agricultura modernizando los sistemas de riego.

4

2.1- TIPOS DE AGUA:

El agua se puede presentar en tres estados siendo una de las pocas sustancias que pueden encontrarse en sus tres estados de forma natural. El agua adopta formas muy distintas sobre la tierra: como vapor de agua, conformando nubes en el aire; como agua marina, eventualmente en forma de icebergs en los océanos; en glaciares y ríos en las montañas, y en los acuíferos subterráneos su forma líquida.

El agua puede disolver muchas sustancias, dándoles diferentes sabores y olores. Como consecuencia de su papel imprescindible para la vida, el ser humano entre otros muchos animales ha desarrollado sentidos capaces de evaluar la potabilidad del agua, que evitan el consumo de agua salada o putrefacta. Los humanos también suelen preferir el consumo de agua fría a la que está tibia, puesto que el agua fría es menos propensa a contener microbios. El sabor perceptible en el agua de deshielo y el agua mineral se deriva de los minerales disueltos en ella; de hecho el agua pura es insípida. Para regular el consumo humano, se calcula la pureza del agua en función de la presencia de toxinas, agentes contaminantes y microorganismos. El agua recibe diversos nombres, según su forma y características:

Según su estado físico : - Estado sólido - Estado líquido - Estado gaseoso Según su posición en el ciclo del agua : -Hidrometeoro -Precipitación:

Precipitación según desplazamiento:

Precipitación según estado:

precipitación vertical

lluvia

nieve

granizo blando

perdigones de hielo

pedrisco

cristal de hielo

precipitación horizontal

rocío

escarcha

congelación atmosférica

precipitación líquida

lluvia

lluvia helada

llovizna

llovizna helada

rocío

precipitación sólida

granizo blando

gránulos de nieve

perdigones de hielo

precipitación mixta

con temperaturas cerca a los 0 °C

5

Partículas de agua en la atmósfera:

Partículas en suspensión

nubes

niebla

bruma

Partículas en ascenso (impulsadas por el viento)

ventisca

nieve revuelta

Según su circunstancia:

agua subterránea

agua de deshielo

agua meteórica

agua inherente – la que forma parte de una roca

agua fósil

agua dulce

agua superficial

agua mineral – rica en minerales

Agua salobre ligeramente salada

agua muerta – extraño fenómeno que ocurre cuando una masa de agua dulce o ligeramente salada circula sobre una masa de agua más salada, mezclándose ligeramente. Son peligrosas para la navegación.

agua de mar

salmuera - de elevado contenido en sales, especialmente cloruro de sodio.

Según sus usos:

6

agua entubada

agua embotellada

agua potable – la apropiada para el consumo humano, contiene un valor equilibrado de minerales que no son dañinos para la salud.

agua purificada – corregida en laboratorio o enriquecida con algún agente – Son aguas que han sido tratadas para usos específicos en la ciencia o la ingeniería. Lo habitual son tres tipos:

agua destilada

agua de doble destilación

agua desionizada

Atendiendo a otras propiedades:

agua blanda: Es pobre en minerales

agua dura: Es de origen subterráneo, contiene un elevado valor mineral

agua de cristalización: Es la que se encuentra dentro de las redes cristalinas.

hidratos: Agua impregnada en otras sustancias químicas

agua pesada: Es un agua elaborada con átomos pesados de hidrógeno-deuterio. En estado natural, forma parte del agua normal en una concentración muy reducida. Se ha utilizado para la construcción de dispositivos nucleares, como reactores.

agua de tritio

agua negra

aguas grises

agua disfórica

Según la microbiología :

agua potable

agua residual

agua lluvia o agua de superficie

7

2.2.- DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN LA TIERRA:

3.- FLUIDOS CALOPORTADORES:

8

El fluido caloportador pasa a través del absorbedor y transfiere a la parte del sistema de aprovechamiento térmico (acumulador o interacumulador) la energía. Los tipos más usados son el agua y la mezcla de anticongelante, pueden ser también aceites de silicona o líquidos orgánicos sintéticos.Los anticongelantes son glicoles y los más usados son el etilenglicol y el propilaglicol. Las características fundamentales de los anticongelantes son:

-Son tóxicos. Debido a que llevan una sustancia que se conoce como inhibidores de la corrosión que es beneficioso para los dispositivos de la instalación. Se debe impedir que se mezcle con el agua de consumo (haciendo la presión del secundario mayor que la del primario, por prevención ante una posible rotura del intercambiador).-Son muy viscosos. Al ser más espesos le cuesta al líquido más avanzar, aumentando la pérdida de carga, factor a tener en cuenta a la hora de elegir la electrobomba que suele ser de mayor potencia.-Dilata más que el agua cuando se calienta. Para evitar las sobrepresiones se utiliza el vaso de expansión. Si se diseña el vaso como para que aguante una presión como si fuese sólo agua, la membrana del vaso llega un punto en el que no da más de sí y se produciría la sobrepresión en el circuito.-Es inestable a más de 120ºC. Si alcanzase más de esta temperatura, se degrada convirtiéndose en un ácido muy corrosivo que afectaría a la vida de los elementos de la instalación. Además pierde sus propiedades por lo que deja de evitar la congelación. Los hay que aguantan más temperatura pero son más caros.-La temperatura de ebullición disminuye a la del agua. Podría verse como una ventaja porque significa que absorbe más energía.-El calor específico disminuye al del agua. Por absorber más energía, tarda también más en perderla o entregarla, por lo que la ventaja anterior se anula al no transferir todo el calor que ha ganado.

4.- ESTADOS DEL AGUA:

9

4.1.-AGUA SATURADA:

Las moleculas saturadas de vapor son invisibles. Cuando el vapor saturado es liberado a la atmosfera al ser venteado de una tuberia, parte de el se condensa al transferir su calor al aire circundante, y se forman nubes de vapor blanco (pequeñas gotas de agua). Cuando el vapor incluye estas pequeñas gotas de agua, se le llama vapor húmedo.

En un sistema de vapor, el vapor es liberado por las trampas de vapor es generalmente confundido con vapor (vivo) saturado, mientras que en realidad es vapor flash. La diferencia entre los dos es que el vapor saturado es invisible inmediatamente a la salida de la tuberia mientras que el vapor flash contiene pequeñas gotas de agua que se forman una vez expuesto al ambiente.

10

4.2.- AGUA NO SATURADA:

Esta es agua en su estando más reconocido. Aproximadamente 70% del peso del cuerpo humano es de agua. En la forma líquida del agua, las uniones de hidrogeno mantienen unidas las moléculas de hidrogeno. Como resultado, el agua No saturada posee una estructura relativamente densa, compacta y estable. 

11

4.3.-AGUA SUPERCRITICA:

A pesar de que no es posible de identificar por confirmación visual, esta es agua en una forma en la cual no es ni liquido ni gas. La idea general es de un movimiento molecular que es cercano al gas, y una densidad que es cercana a la de un líquido.

5.- ENTALPIA DE VAPORIZACION:

Es la cantidad de energía necesaria para que la unidad de masa (kilogramo, mol, etc.) de una sustancia que se encuentre en equilibrio con su propio vapor a una presión de una atmósfera pase completamente del estado líquido al estado gaseoso. Se representa por

, por ser una entalpía. El valor disminuye a temperaturas crecientes, lentamente cuando se está lejos del punto crítico, más rápidamente al acercarse, y por encima de la temperatura crítica las fases de líquido y vapor ya no coexisten. Generalmente se determina en el punto de ebullición de la sustancia y se corrige para tabular el valor en condiciones normales.

12

Entalpías de vaporización de algunas sustancias comunes, medidas a sus respectivos puntos de ebullición.

6.- TIPOS DE VAPOR DE AGUA:

6.1.- VAPOR SATURADO:

Como se indica en la línea negra en la parte superior de la gráfica, el vapor saturado se presenta a presiones y temperaturas en las cuales el vapor (gas) y el agua (liquido) pueden coexistir juntos. En otras palabras, esto ocurre cuando el rango de vaporización del agua es igual al rango de condensación. Ventajas de usar vapor saturado para calentamiento:

El vapor saturado tiene varias propiedades que lo hacen una gran fuente de calor, particularmente a temperaturas de 100 °C (212°F) y más elevadas. Algunas de estas son:

Propiedad VentajaCalentamiento equilibrado a través de la transferencia de calor latente y Rapidez

Mejora la productividad y la calidad del producto

La presión puede controlar la temperatura La temperatura puede establecerse rápida y precisamente

Elevado coeficiente de transferencia de calor

Área de transferencia de calor requerida es menor, permitiendo la reducción del costo inicial del equipo

Se origina del agua Limpio, seguro y de bajo costo

13

6.2.- VAPOR HUMEDO:

Esta es la forma más común da vapor que se pueda experimentar en plantas. Cuando el vapor se genera utilizando una caldera, generalmente contiene humedad proveniente de las partículas de agua no vaporizadas las cuales son arrastradas hacia las líneas de distribución de vapor. Incluso las mejores calderas pueden descargar vapor conteniendo de un 3% a un 5% de humedad. Al momento en el que el agua se aproxima a un estado de saturación y comienza a evaporarse, normalmente, una pequeña porción de agua generalmente en la forma de gotas, es arrastrada en el flujo de vapor y arrastrada a los puntos de distribución. Este uno de los puntos claves del porque la separación es usada para remover el condensado de la línea de distribución.

6.3.- VAPOR SOBRECALENTADO:

El vapor sobrecalentado se crea por el sobrecalentamiento del vapor saturado o húmedo para alcanzar un punto mayor al de saturación. Esto quiere decir que es un vapor que contiene mayor temperatura y menor densidad que el vapor saturado en una misma presión. El vapor sobrecalentado es usado principalmente para el movimiento-impulso de aplicaciones como lo son las turbinas, y normalmente no es usado para las aplicaciones de transferencia de calor

Ventajas de usar vapor sobrecalentado para impulsar turbinas:

Para mantener la sequedad del vapor para equipos impulsados por vapor, para los que su rendimiento se ve afectado por la presencia de condensado

Para mejorar la eficiencia térmica y capacidad laboral , ej. Para lograr mayores cambios en el volumen especifico del estado sobrecalentado a menores presiones, incluso a vacío.

Es ventajoso tanto como para suministro así como para la descarga de vapor mientras que se encuentre en el estado de sobrecalentamiento ya que el condensado no se generara dentro del equipo impulsado por vapor durante una operación normal, minimizando así el riesgo a daños ocasionados por la erosión o la erosión acido carbónica. Además, como la eficiencia térmica teórica de la turbina es calculada del valor de la entalpía a la entrada y a la salida de la turbina, incrementando el grado de sobrecalentamiento así como la presión incrementa la entalpía a la entrada de la turbina, y es por lo tanto efectiva al mejorar la eficiencia térmica.

14

Desventajas de usar el vapor sobrecalentado para calentamiento:

Propiedad DesventajaBajo coeficiente de transferencia de calor

Reduce la productividadSe requiere un superficie mayor para la transferencia de calor

Temperatura variable aun a una presión constante

El vapor sobrecalentado requiere mantener una velocidad elevada, de lo contrario la temperatura disminuirá ya que se perderá el calor del sistema

Calor sensible utilizado para la transferencia de calor

Las caídas de temperatura pueden tener un impacto negativo en la calidad del producto

La temperatura podría ser extremadamente elevada

Se podrían requerir materiales más fuertes para la construcción de equipos, requiriendo un mayor costo inicial.

Por estas y otras razones, se prefiere al vapor saturado por sobre el vapor sobrecalentado como medio de calentamiento en intercambiadores de calor y otros equipos de transferencia de calor. Por otro lado, desde el punto de vista de usarlo como fuente de calor para un calentamiento directo como un gas de alta temperatura, tiene algunas ventajas por sobre el aire caliente como que puede ser usado como fuente de calentamiento bajo las condiciones de libre de oxígeno. De igual manera se realizan investigaciones para el uso de vapor sobrecalentado en aplicaciones de industrias procesadoras de alimentos tales como el cocimiento y el secado.

15

Mientras retenga su estado de sobrecalentamiento, el vapor sobrecalentado no se condensara aun cuando entre en contacto con la atmosfera y su temperatura descienda. Como resultado, no se forman nubes de vapor. El vapor sobrecalentado almacena más calor que el vapor saturado a la misma presión, y el movimiento de sus moléculas es mucho más rápido por lo tanto tiene menor densidad (ej. su volumen especifico es mayor)

6.4.- VAPOR FLASH:

Vapor Flash es un nombre dado al vapor que se forma a partir del condensado caliente cuando existe una reducción en la presión.

El vapor flash nos es tan diferente del vapor normal, simplemente es un nombre conveniente que es utilizado para explicar cómo se forma el vapor. Vapor normal o "vivo" se genera en la caldera, o en un generador de vapor por recuperación de calor - mientras que el vapor flash se genera cuando condensado de alta temperatura/presión se expone a una gran caída de presión tal como la descarga de una trampa de vapor.

El condensado de alta temperatura contiene una gran energía que no puede permanecer en forma líquida a presiones menores debido a que existe mayor energía que la requerida para obtener agua Saturada a una menor presión. El resultado es que algo de este exceso de energía genera del condensado un % de vapor flash.

7.- COMO LEER UNA TABLA DE VAPOR:

Justo como un mapa (o un sistema de navegación GPS) es necesario cuando se conduce en un área nueva o como un programa de vuelos es indispensable cuando se va a tomar un vuelo, las tablas de vapor son esenciales para los usuarios de vapor en la industria. Este

16

artículo presenta las tablas de vapor, puntualizando los diferentes tipos y ofreciendo una visión de conjunto de los diferentes elementos encontrados dentro de ellas.

7.1- TABLAS DE VAPOR SATURADO:

Una tabla de vapor saturado es una herramienta indispensable para cualquier ingeniero que trabaja con vapor. Típicamente es usada para determinar la temperatura de saturación del vapor a partir de la presión del vapor o viceversa, presión a partir de la temperatura de saturación del vapor. Además de presión y temperatura, estas tablas usualmente incluyen otros valores relacionados tales como entalpía específica (h) y volumen específico (v).

17

7.1.1.- BASADO EN PRESION Y BASADO EN TEMPERATURA:

Debido a que la presión del vapor saturado y la temperatura del vapor saturado están directamente relacionadas entre si, las tablas de vapor saturado generalmente se encuentran disponibles en dos formatos diferentes: basados en presión o basados en temperatura. Ambos tipos contienen la misma información la cual simplemente está ordenada de modo diferente.

18

7.1.2.- USANDO PRESION ABSOLUTA Y PRESION MANOMETRICA:

Las tablas de vapor saturado también puede usar dos tipos diferentes de presión: Presión Absoluta y Presión Manométrica

La presión absoluta es cero en relación a un vacío perfecto

La presión Manométrica es cero en relación a la presión atmosférica (101.3 kPa, o 14.7 psi).

19

7.2- TABLAS DE VAPOR SOBRECALENTADO:

Los Valores relacionados con el vapor sobre calentado no pueden ser obtenidos por medio de una tabla de vapor saturado regular, en lugar de eso se requiere el uso de una Tabla de Vapor Sobre Calentado. Esto es porque la temperatura del vapor sobre calentado, a diferencia del de vapor saturado, puede variar considerablemente para una misma presión.

De hecho, el número de posibles combinaciones de temperatura-presión es tan grande que sería virtualmente imposible recolectarlos todo en una sola tabla. Como resultado, un gran número de tablas de vapor sobre calentado usa valores representativos de presión-temperatura para formar un resumen de tabla.