Termodinamica: vapores


VAPOR
El vapor es el medio natural más eficiente de transferencia de calor. El vapor es incoloro, inodoro y estéril, circula fácilmente a través de las tuberías sin necesidad de bombas, y existe una relación única entre temperatura y presión.

¿Qué es el vapor?
Como otras sustancias, el agua puede estar en estado sólido llamado hielo, en estado líquido, que es cuando la llamamos agua, ocomo gas, llamado vapor. En este curso centraremos la atención en las fases líquido y gas y en el cambio de una fase a la otra. Si se añade calor al agua, su temperatura aumenta hasta que alcanza un valor a partir del cual ya no puede subsistir como líquido. A este valor lo llamamos "punto de saturación".
Cualquier nueva adición de energía provoca que parte del agua hierva y se convierta en vapor.Esta evaporación requiere cantidades de energía relativamente importantes y mientras ésta se está añadiendo, el agua y el vapor formado permanecen a la misma temperatura.
Igualmente, si conseguimos que el vapor libere la energía que se añadió cuando se formó, condensará y se formará agua a la misma temperatura.

¿Por qué se usa el vapor?
De las características del vapor hay varias que le hacenespecialmente apto como fluido transmisor de calor:
- Se obtiene a partir del agua, y, por tanto, no presenta problemas ambientales ni su coste es excesivo.
- La cantidad de vapor necesaria para transportar una determinada cantidad de energía es pequeña con lo que se reducen los tamaños de las tuberías de transporte y de retorno de condensados.
- Las tasas de transferenciason elevadas con lo que se disminuyen las superficies de intercambio.
- De fácil control por la rapidez de respuesta del vapor a la acción de la válvula de regulación.
- La transmisión del calor, si se utiliza vapor saturado seco, se efectúa a temperatura constante que depende de la presión del sistema. A más presión más temperatura.

Producción del vapor
Quizás la mejormanera para explicar la formación del vapor es considerar un experimento imaginario. Supongamos que tomamos un cilindro con la parte inferior tapada y rodeado de aislante 100% eficiente, con lo que no hay pérdidas de calor a través del mismo. Si introducimos en el cilindro 1 kg de agua a la temperatura de formación del hielo, 0ºC, podemos utilizarlo como punto de

referencia y decir que para nuestrospropósitos su contenido de calor, o entalpía, es 0. En el próximo apartado se definen entalpía y otros conceptos que, para mayor facilidad, se utilizan ya en éste. Cualquier adición de calor al agua hará aumentar su temperatura, hasta que se alcancen los 100ºC (puesto que el cilindro está abierto en su parte superior, al agua se le aplica únicamente la presión atmosférica).Cualquier aumentoadicional de entalpía hace que el agua no pueda seguir manteniéndose en fase líquida y una parte hierva convirtiéndose en vapor. La entalpía total retenida por cada kg de agua líquida a la temperatura de ebullición se llama "Entalpía específica del agua saturada" y se designa con el símbolo "hf".
La entalpía adicional necesaria para convertir 1 kg de agua en vapor se llama "Entalpía específica deevaporación" y se designa con el símbolo "hfg".
La entalpía total de cada kg de vapor es la suma de las dos anteriores. Se llama "Entalpía específica del vapor" y se designa con el símbolo "hg". Está claro que: hf + hfg = hg. Cuando al kg de agua de nuestro cilindro que estaba a la temperatura de 100ºC, se le ha añadido toda la Entalpía Específica de evaporación, el agua se habrá convertidototalmente en vapor a la presión atmosférica.
Su volumen será mucho mayor que el del agua líquida. El factor de multiplicación es 1,6. Claramente las moléculas del agua líquida se mantienen mucho más próximas que las moléculas del vapor. Se puede pensar que el proceso de evaporación consiste en añadir suficiente energía para que cada molécula pueda vencer la fuerza de cohesión que la mantiene próxima a...