Vapor - Steam

Erupción en fase líquida del Castle Geyser en Yellowstone Park
Un diagrama de temperatura versus entropía para vapor
Un diagrama de entalpía versus entropía de Mollier para vapor

El vapor es agua en fase gaseosa . Esto puede ocurrir debido a la evaporación o debido a la ebullición , donde se aplica calor hasta que el agua alcanza la entalpía de vaporización . El vapor saturado o sobrecalentado es invisible; sin embargo, "vapor" a menudo se refiere a vapor húmedo, la niebla visible o el aerosol de las gotas de agua que se forman cuando el vapor de agua se condensa .

El agua aumenta en volumen 1.700 veces a temperatura y presión estándar ; este cambio de volumen se puede convertir en trabajo mecánico mediante motores de vapor , como los motores de pistón alternativo y las turbinas de vapor , que son un subgrupo de motores de vapor. Las máquinas de vapor de pistón jugaron un papel central en la Revolución Industrial y las turbinas de vapor modernas se utilizan para generar más del 80% de la electricidad mundial . Si el agua líquida entra en contacto con una superficie muy caliente o se despresuriza rápidamente por debajo de su presión de vapor , puede crear una explosión de vapor .

Tipos de vapor y conversiones.

El vapor se crea tradicionalmente calentando una caldera mediante la quema de carbón y otros combustibles, pero también es posible crear vapor con energía solar. El vapor de agua que incluye gotas de agua se describe como vapor húmedo . A medida que el vapor húmedo se calienta más, las gotas se evaporan y, a una temperatura suficientemente alta (que depende de la presión), toda el agua se evapora y el sistema está en equilibrio vapor-líquido . Cuando el vapor ha alcanzado este punto de equilibrio, se denomina vapor saturado .

El vapor sobrecalentado es vapor a una temperatura superior a su punto de ebullición para la presión, que solo ocurre cuando toda el agua líquida se ha evaporado o se ha eliminado del sistema.

Las tablas de vapor contienen datos termodinámicos para agua / vapor saturado y suelen ser utilizadas por ingenieros y científicos en el diseño y operación de equipos donde se utilizan ciclos termodinámicos que involucran vapor. Además, los diagramas de fase termodinámicos para agua / vapor, como un diagrama de temperatura-entropía o un diagrama de Mollier que se muestra en este artículo, pueden ser útiles. Tablas de vapor también se usan para analizar los ciclos termodiámicos.

Tabla de entropía de entalpía de Mollier para vapor - US units.svg
Tabla de presión-entalpía para vapor, en unidades estadounidenses.svg
Tabla de temperatura-entropía para vapor, unidades estadounidenses.svg
Diagrama de entalpía-entropía (hs) para vapor. Diagrama de presión-entalpía (ph) para vapor. Diagrama de temperatura-entropía (Ts) para vapor.

Usos

Agrícola

En la agricultura , el vapor se utiliza para la esterilización del suelo para evitar el uso de agentes químicos nocivos y mejorar la salud del suelo .

Químico

El vapor se utiliza en diversos procesos químicos como reactivo, especialmente en la industria petroquímica . El craqueo con vapor de hidrocarburos de cadena larga produce hidrocarburos de menor peso molecular para aplicaciones químicas o de combustible. El reformado con vapor produce gas de síntesis o hidrógeno .

Doméstico

La capacidad del vapor para transferir calor también se utiliza en el hogar: para cocinar verduras, limpiar con vapor telas, alfombras y pisos, y para calentar edificios. En cada caso, el agua se calienta en una caldera y el vapor lleva la energía a un objeto objetivo. El vapor también se usa para planchar la ropa para agregar suficiente humedad con el calor para eliminar las arrugas y poner pliegues intencionales en la ropa.

Generación de electricidad (y cogeneración)

En 2000, alrededor del 90% de toda la electricidad se generaba utilizando vapor como fluido de trabajo , casi toda mediante turbinas de vapor .

En la generación eléctrica, el vapor se condensa típicamente al final de su ciclo de expansión y se devuelve a la caldera para su reutilización. Sin embargo, en la cogeneración , el vapor se canaliza a los edificios a través de un sistema de calefacción urbana para proporcionar energía térmica después de su uso en el ciclo de generación eléctrica. El sistema de generación de vapor más grande del mundo es el sistema de vapor de la ciudad de Nueva York , que bombea vapor a 100.000 edificios en Manhattan desde siete plantas de cogeneración.

Almacen de energia

Locomotora de vapor sin fuego
A pesar del parecido con una caldera, tenga en cuenta la falta de chimenea y también cómo los cilindros están en el extremo de la cabina, no en el extremo de la chimenea.

En otras aplicaciones industriales, el vapor se utiliza para el almacenamiento de energía , que se introduce y extrae mediante transferencia de calor, generalmente a través de tuberías. El vapor es un depósito espacioso de energía térmica debido al alto calor de vaporización del agua .

Las locomotoras de vapor sin fuego eran locomotoras de vapor que funcionaban con un suministro de vapor almacenado a bordo en un gran tanque que se asemejaba a la caldera de una locomotora convencional. Este tanque se llenó con vapor de proceso , como está disponible en muchos tipos de grandes fábricas, como las fábricas de papel . La propulsión de la locomotora utiliza pistones y bielas, como en una locomotora de vapor típica. Estas locomotoras se usaban principalmente en lugares donde existía el riesgo de incendio de la cámara de combustión de una caldera, pero también se usaban en fábricas que simplemente tenían un suministro abundante de vapor de sobra.

Esfuerzo mecánico

Las máquinas de vapor y las turbinas de vapor utilizan la expansión del vapor para impulsar un pistón o turbina para realizar un trabajo mecánico . Es importante la capacidad de devolver el vapor condensado como agua-líquido a la caldera a alta presión con un gasto relativamente pequeño de potencia de bombeo. La condensación de vapor en agua ocurre a menudo en el extremo de baja presión de una turbina de vapor, ya que esto maximiza la eficiencia energética , pero tales condiciones de vapor húmedo deben limitarse para evitar una erosión excesiva de las palas de la turbina. Los ingenieros utilizan un ciclo termodinámico idealizado , el ciclo Rankine , para modelar el comportamiento de las máquinas de vapor. Las turbinas de vapor se utilizan a menudo en la producción de electricidad.

Esterilización

Un autoclave , que utiliza vapor a presión, se utiliza en laboratorios de microbiología y entornos similares para la esterilización .

El vapor, especialmente el vapor seco (muy sobrecalentado), se puede utilizar para la limpieza antimicrobiana incluso hasta los niveles de esterilización. El vapor es un agente antimicrobiano no tóxico.

Vapor en la tubería

El vapor se utiliza en las tuberías de las líneas de servicios públicos. También se utiliza para revestir y rastrear tuberías para mantener la temperatura uniforme en tuberías y recipientes.

Tratamiento de la madera

El vapor se utiliza en el proceso de doblado de la madera, matando insectos y aumentando la plasticidad.

Tratamiento de hormigón

El vapor se utiliza para acentuar el secado, especialmente en prefabricados. Se debe tener cuidado ya que el hormigón produce calor durante la hidratación y el calor adicional del vapor podría ser perjudicial para los procesos de reacción de endurecimiento del hormigón.

Limpieza

Se utiliza en la limpieza de fibras y otros materiales, a veces como preparación para pintar. El vapor también es útil para derretir grasas endurecidas y residuos de aceite, por lo que es útil para limpiar pisos y equipos de cocina y motores y piezas de combustión interna. Entre las ventajas de usar vapor frente a un rociador de agua caliente se encuentran el hecho de que el vapor puede operar a temperaturas más altas y usa sustancialmente menos agua por minuto.

Ver también

Referencias

enlaces externos

Wikiversity tiene tablas de vapor con figuras y código Matlab