Calidad del vapor

Termodinámica
La clásica máquina térmica de Carnot
Sucursales Clásico Estadístico Químico Termodinámica cuántica Equilibrio  / No equilibrio
Leyes Cero Primero Segundo Tercero
Sistemas Sistema cerrado Sistema abierto Sistema aislado Estado Ecuación de estado Gas ideal Gas real Estado de la materia Fase (materia) Equilibrio Controlar el volumen Instrumentos Procesos Isobárico Isocórico Isotermal Adiabático Isentrópico Isentálpico Cuasistático Politrópico Expansión libre Reversibilidad Irreversibilidad Endorreversibilidad Ciclos Motores térmicos Bombas de calor Eficiencia térmica
Propiedades del sistema Nota: Variables conjugadas en cursiva Diagramas de propiedades Propiedades intensivas y extensivas Funciones del proceso Trabajar Calor Funciones del estado Temperatura  / Entropía  ( introducción ) Pressure / Volume Chemical potential / Particle number Vapor quality Reduced properties
Material properties Property databases Specific heat capacity  ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \partial S}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle \partial T}$ Compressibility  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial p}$ Thermal expansion  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial T}$
Equations Carnot's theorem Clausius theorem Fundamental relation Ideal gas law Maxwell relations Onsager reciprocal relations Bridgman's equations Table of thermodynamic equations
Potentials Free energy Free entropy Internal energy ${\displaystyle U(S,V)}$ Enthalpy ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ Helmholtz free energy ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Gibbs free energy ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
History Culture History General Entropy Gas laws "Perpetual motion" machines Philosophy Entropy and time Entropy and life Brownian ratchet Maxwell's demon Heat death paradox Loschmidt's paradox Synergetics Theories Caloric theory Vis viva ("living force") Mechanical equivalent of heat Motive power Key publications An Inquiry Concerning the Source ... Friction On the Equilibrium of Heterogeneous Substances Reflections on the Motive Power of Fire Timelines Thermodynamics Heat engines Art Education Maxwell's thermodynamic surface Entropy as energy dispersal
Scientists Bernoulli Boltzmann Bridgman Carathéodory Carnot Clapeyron Clausius de Donder Duhem Gibbs von Helmholtz Joule Kelvin Lewis Massieu Maxwell von Mayer Nernst Onsager Planck Rankine Smeaton Stahl Tait Thompson van der Waals Waterston
Other Nucleation Self-assembly Self-organization Order and disorder
Category
v t e

En termodinámica , la calidad del vapor es la fracción de masa en una mezcla saturada que es vapor ; ^[1] en otras palabras, el vapor saturado tiene una "calidad" del 100%, y el líquido saturado tiene una "calidad" del 0%. La calidad del vapor es una propiedad intensiva que se puede utilizar junto con otras propiedades intensivas independientes para especificar el estado termodinámico del fluido de trabajo de un sistema termodinámico . No tiene significado para sustancias que no son mezclas saturadas (por ejemplo, líquidos comprimidos o fluidos sobrecalentados ). La calidad del vapor es una cantidad importante durante el paso de expansión adiabática en varios ciclos termodinámicos (como el ciclo de Rankine orgánico , el ciclo de Rankine , etc.). Los fluidos de trabajo se pueden clasificar utilizando la apariencia de las gotitas en el vapor durante el paso de expansión.

La calidad χ se puede calcular dividiendo la masa del vapor por la masa de la mezcla total:

${\displaystyle \chi ={\frac {m_{\text{vapor}}}{m_{\text{total}}}}}$

donde m indica masa.

Otra definición utilizada en ingeniería química define la calidad ( q ) de un fluido como la fracción que es líquido saturado. ^[2] Según esta definición, un líquido saturado tiene q = 0. Un vapor saturado tiene q = 1. [ ^3]

Una definición alternativa es la de "calidad termodinámica de equilibrio". Puede utilizarse únicamente para mezclas de un solo componente (por ejemplo, agua con vapor) y puede adoptar valores < 0 (para fluidos subenfriados) y > 1 (para vapores sobrecalentados):

${\displaystyle \chi _{eq}={\frac {h-h_{f}}{h_{fg}}}}$

donde h es la entalpía específica de la mezcla , definida como:

${\displaystyle h={\frac {m_{f}\cdot h_{f}+m_{g}\cdot h_{g}}{m_{f}+m_{g}}}.}$

Los subíndices f y g se refieren a líquido saturado y gas saturado respectivamente, y fg se refiere a vaporización . ^[4]

La expresión anterior para la calidad del vapor se puede expresar como:

${\displaystyle \chi ={\frac {y-y_{f}}{y_{g}-y_{f}}}}$

donde es igual a la entalpía específica , entropía específica , volumen específico o energía interna específica , es el valor de la propiedad específica del estado líquido saturado y es el valor de la propiedad específica de la sustancia en la zona de la cúpula, que podemos encontrar tanto en estado líquido como en vapor .${\displaystyle y}$${\displaystyle y_{f}}$${\displaystyle y_{g}-y_{f}}$${\displaystyle y_{f}}$${\displaystyle y_{g}}$

Otra expresión del mismo concepto es:

${\displaystyle \chi ={\frac {m_{v}}{m_{l}+m_{v}}}}$

donde es la masa de vapor y es la masa del líquido.${\displaystyle m_{v}}$${\displaystyle m_{l}}$

El origen de la idea de la calidad del vapor se derivó de los orígenes de la termodinámica , donde una aplicación importante fue la máquina de vapor . El vapor de baja calidad contendría un alto porcentaje de humedad y, por lo tanto, dañaría los componentes más fácilmente. ^{[ cita requerida ]} El vapor de alta calidad no corroería la máquina de vapor. Las máquinas de vapor utilizan vapor de agua ( vapor ) para empujar pistones o turbinas, y ese movimiento crea trabajo . La calidad del vapor descrita cuantitativamente (sequedad del vapor) es la proporción de vapor saturado en una mezcla saturada de agua/vapor. En otras palabras, una calidad de vapor de 0 indica 100% líquido, mientras que una calidad de vapor de 1 (o 100%) indica 100% vapor.

La calidad del vapor sobre el que se hacen sonar los silbatos de vapor es variable y puede afectar a la frecuencia . La calidad del vapor determina la velocidad del sonido , que disminuye con la disminución de la sequedad debido a la inercia de la fase líquida . Además, el volumen específico de vapor para una temperatura dada disminuye con la disminución de la sequedad. ^{[5] [6]}

La calidad del vapor es muy útil para determinar la entalpía de mezclas de agua saturada/vapor, ya que la entalpía del vapor (estado gaseoso) es muchos órdenes de magnitud mayor que la entalpía del agua (estado líquido).