Cuando un líquido se evapora su pasa por un proceso en el que
- el líquido se calienta hasta la temperatura de evaporación
- el líquido se evapora a la temperatura de evaporación cambiando de estado de fluido a gas
- el vapor se calienta por encima de la temperatura de evaporación-. sobrecalentamiento
El calor transferido a una sustancia cuando cambia la temperatura suele denominarse calor sensible. El calor necesario para cambiar de estado como la evaporación se denomina calor latente de evaporación.
El vapor más común es el agua evaporada – vapor o húmedo.
Entalpía
La entalpía de un sistema se define como la masa del sistema – m – multiplicada por la entalpía específica – h – del sistema y se puede expresar como:
H = m h (1)
donde
H = entalpía (kJ)
m = masa (kg)
h = entalpía específica entalpía (kJ/kg)
Entalpía específica
La entalpía específica es una propiedad del fluido y se puede expresar como:
h = u + p v (2)
donde
u = energía interna (kJ/kg)
p = presión absoluta (N/m2)
v = volumen específico (m3/kg)
Parte de las propiedades del vapor de agua – vapor – puede expresarse en una tabla como:
Para la tabla completa con la entalpía y la entropía – ¡gira la pantalla!
| p (bar) |
ts (oC) |
vf (m3/kg) |
vg (m3/kg) |
uf (kJ/kg) |
ug (kJ/kg) |
hf (kJ/kg) |
hg (kJ/kg) |
sf (kJ/kg K) |
sg (kJ/kg K) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.006112 1) | 0.01 | 0.0010002 | 206.1 | 0 | 2375 | 0.0006 | 2501 | 0 | 9.155 |
| 0.010 | 7.0 | 0.0010001 | 129.2 | 29 | 2385 | 29 | 2514 | 0.106 | 8.974 |
| . | . | . | . | . | . | . | . | . | . |
| 1.01325 2) | 100.0 | 0.001044 | 1.673 | 419 | 2507 | 419 | 2676 | 1.307 | 7.355 |
| . | . | . | . | . | . | . | . | . | . |
| 220 | 373.7 | 0.00269 | 0.00368 | 1949 | 2097 | 2008 | 2178 | 4.289 | 4.552 |
| 221.2 3) | 374.15 | 0.00317 | 0.00317 | 2014 | 2014 | 2084 | 2084 | 4.430 | 4.430 |
- s es la entropía del vapor
- suffix – f – referida al líquido saturado
- suffix – g – referida al vapor saturado – vapor
La energía interna – u – puede calcularse a partir de (2) y a menudo se omite en las tablas. vf – cambia muy poco y también se suele omitir.
- 1) se refiere al vacío absoluto.
- 2) se refiere a la ebullición del agua a la atmósfera estándar.
- 3) se refiere al punto crítico del agua. Para presiones superiores al punto crítico no hay transición definida de líquido a vapor.
Entalpía específica del agua saturada
La entalpía específica del agua saturada – hf – puede obtenerse de las tablas anteriores. El valor depende de la presión.
Para el agua saturada en atmósfera estándar – 2) – la entalpía específica – hf – es de 419 kJ/kg. A una atmósfera estándar – 1 bar (14,7 psi) – el agua comienza a hervir a 100 oC (212 oF).
La entalpía específica del agua (en unidades del SI) puede calcularse a partir de:
hf = cw (tf – t0) (3)
donde
hf = entalpía del agua (kJ/kg)
cw = calor específico agua (4.19 kJ/kg.oC)
tf = temperatura de saturación (oC)
t0 = temperatura de referencia = 0 (oC)
Entalpía específica del vapor saturado
La entalpía específica del vapor saturado – hg – puede obtenerse de las tablas anteriores. El valor depende de la presión.
Para el vapor saturado a atmósfera estándar – 2) – la entalpía específica – hg – es de 2676 kJ/kg.
La entalpía específica de evaporación puede calcularse a partir de:
he = hg – hf (4)
donde
he = entalpía específica de evaporación (kJ/kg)
La entalpía específica de evaporación para el agua a atmósfera estándar es:
he = (2676 kJ/kg) – (419 kJ/kg)
= 2257 (kJ/kg)
Ejemplo – Energía para evaporar agua
La energía para evaporar una determinada cantidad de agua puede calcularse como
Q = he m (4b)
donde
Q = energía de evaporación (kJ)
m = masa de agua (kg)
La energía para evaporar 5 kg de agua a presión atmosférica puede calcularse como
Q = (2257 kJ/kg) (5 kg)
= 11285 kJ
Entalpía específica del vapor sobrecalentado
La entalpía específica del vapor sobrecalentado puede calcularse a partir de:
hs = hg + cps (ts – tf) (5)
donde
hs = entalpía del vapor sobrecalentado (kJ/kg)
cps = calor específico del vapor a presión constante = 1.860 (kJ/kg oC)
tf = temperatura de saturación (oC)
ts = temperatura del vapor sobrecalentado (oC)
cps = 1,860 (kJ/kg oC) a atmósfera estándar. Tenga en cuenta que cps varía con la temperatura.
Unidades comunes para la entalpía específica
- 1 kJ/kg = 1000 J/kg
- 1 erg/g = 1E-4 J/kg
- 1 Btu/lbm = 2326 J/kg
- 1 cal/g = 4184 J/kg