Propiedades termicas del agua para calderos

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CAPITULO 2

Propiedades del Agua y del Vapor

El gran interés en la inyección de agua caliente y de vapor como procesos de recuperación de petróleo, radica en las excelentes propiedades térmicas del agua, bien sea en estado líquido o de vapor; y de abundancia de ella sobres la tierra. Un cabal entendimiento de las propiedades térmicas del agua, es básico para la eficiente utilización dela energía calorífica en tales operaciones.

A continuación se discuten brevemente las propiedades térmicas del agua y del vapor, y se presentan correlaciones para su estimación.

2.1 Temperatura de saturación del agua

Es la temperatura a la cual se produce ebullición (vaporización) del agua a una determinada presión. También se le denomina punto de ebullición y aumenta alaumentar la presión, tal como se muestra en la figura 2.1.

[pic]

Figura 2.1 Temperatura de saturación para el agua

Al igual que otras propiedades térmicas del agua, la temperatura de saturación puede obtenerse de valores tabulados en tablas de uso común, como la presentada en la sección 2.11, sin embargo en muchas ocasiones es más práctico el uso de ecuaciones sencillas para suestimación. Farouq Alí2 derivó la siguiente ecuación:

[pic] (2.1)

Donde TS es la temperatura de saturación en ºF y P la presión en lpca. El error de aproximación de la ecuación (2.1) es menor del 1 % para presiones comprendidas entre 10 y 3000 lpca.

2.2 Calor específico del agua y del vapor

Sedefine calor específico a la capacidad que tiene una sustancia para absorber calor y se mide como el número de BTU necesarios para aumentar la temperatura de una libra de una sustancia en 1 ºF. Es evidente que entre mayor sea el calor especifico de una sustancia, mayor será la cantidad de calor que debe absorber para que se produzca un determinado aumento de temperatura y por lo tanto mayor serála cantidad de calor liberado al enfriarse. En general, el calor específico de una sustancia no es constante, al contrario depende de la temperatura a la cual se mide.

Excepto por el amoniaco líquido, el agua es el líquido con mayor calor específico (1.0 BTU/lb-ºF a 14.7 lpca y 60 ºF), así el agua es capaz de contener y transportar mas calor que ninguno otro líquido a la misma temperatura.Para el vapor, el calor específico es mucho menor, del orden de 0.56 BTU/lb-ºF, y al igual que el del agua (1.0 BTU/lb-ºF), varían muy poco con la temperatura, por lo que para propósitos prácticos pueden considerarse constantes.

2.3 Calor sensible

Si se mantiene la presión constante y se le agrega en forma continua calor a un líquido, da como resultado un aumento de latemperatura, hasta que se alcanza la temperatura de saturación correspondiente a esa presión constante. Este calor utilizado en aumentar la temperatura hasta la de saturación, se denomina calor sensible y no aumenta ni disminuye la presión.

Considerando la entalpía (contenido de calor) del agua igual a cero a 32 ºF (O ºC) y suponiendo que el calor específico del agua no varía con la temperatura, elcalor sensible, puede calcularse mediante la siguiente expresión:

[pic] (2.2)

Donde hw es la entalpía del agua saturada o calor sensible en BTU/lb, Ts la temperatura de saturación en ºF y Cw el calor específico del agua en 1.0 BTU/lb-ºF.

Puesto que la temperatura de saturación es función de la presión, es evidente queel calor sensible también lo será.

El valor del calor sensible se puede leer de las tablas de vapor o estimar mediante la ecuación,

[pic][pic] (2.3)

con un error menor del 0.3%, en el rango de 15 a 1000 lpca.
2.4 Calor latente de vaporización

Es la cantidad de calor que debe suministrársele a una libra de un...
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