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METODOS DE DETERMINACIÓN DE LA CALIDAD DEL VAPOR

Calidad del vaporLa calidad del vapor es el porcentaje de la relación entre masa de vapor y la mezcla líquido-vapor. Denotada por la letra “x”, cuya ecuación es la siguiente:

x=mv

mv+mlDonde:x : calidad del vapormv :masadel vaporml:masadelliquido

La calidad de vapor “x”, varía desde 0 (líquido saturado) a 1 (vapor saturado). Vapor de calidad baja contiene un alto porcentaje de humedad y por lo tanto dañar

los componentes más fácilmente. Vapor de alta calidad no podría corroer el motor de vapor. Las máquinas de vapor

usan vapor de agua para impulsar los pistones o turbinas que generan trabajo.

La calidad del vapor es muy útil en la determinación de la entalpía de mezclas de agua/vapor saturado ya que la entalpía de vapor en magnitud es más alta que la entalpía de agua.

Métodos de determinación de calidad del vapor Instrumentos de prueba estandarizados

La forma tradicional para medir la calidad de vapor es mediante instrumentos de prueba que cumplen con ciertos estándares. Estas medidas son esenciales para el correcto funcionamiento de una planta de vapor. Algunos tipos de medidores de calidad se describen por la ASME.

UltrasonidoUn nuevo método de medición de la calidad del vapor es basado en ultrasonido. Este método toma en cuenta propiedades termodinámicas del vapor. Dado que la velocidad de sonido del vapor depende de su calidad dado una temperatura de saturación. Por lo tanto, la calidad del vapor húmedo puede determinarse si se conoce su velocidad del sonido. La velocidad del sonido de un fluido que fluye puede medirse utilizando medidores ultrasónicos de tiempo de tránsito. Las pruebas de campo de un par de transductores ultrasónicos de diseño personalizado han demostrado que es factible para medir la velocidad de sonido del vapor. Un análisis de la incertidumbre de este nuevo método sugiere que este método es capaz de alcanzar una exactitud de medida mejor que ± 3 puntos

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porcentuales de la calidad del vapor en condiciones típicas de inyección de vapor de agua en campos petroleros.

Calorímetro de estrangulaciónEste método es capaz de medir la calidad del vapor directamente. (Ver fig. 1). Este método es más preciso si está por debajo de 600 psi y donde el contenido de humedad está por encima de 0.5%. El calorímetro es un instrumento fácil de usar, es muy precisa. Trabaja con el principio de que cuando el vapor se expande sin hacer el trabajo, el contenido de calor no cambia. Si el vapor es seco y se descarga a la atmósfera, éste se convertirá en sobrecalentado debido a la caída de presión. Si hay alguna humedad presente, la temperatura de la descarga atmosférica se reducirá. La medición de la temperatura y la comparación del máximo posible indicarán la calidad del vapor.

Figura 1 Calorímetro de estrangulamiento instalado en una tubería de vapor

Calcular la calidad del vapor con un calorímetro de estrangulamientoUna pequeña cantidad de vapor se estrangula a través de un orificio de presión del sistema (PS) bajo la presión atmosférica. La temperatura del vapor a la salida del orificio (TE) se registra. Esta expansión es adiabática. La siguiente expresión describe el balance energético asociado con el proceso de estrangulación:

HM=HL (1−X )+HGX

Reordenando: X=HL−HMHL−HG

Donde: HM :entalpía del vapor sobrecalentadoTE : temperaturade salidaa presiónatmosféricaHL y HG :entalpía decondensado y vapor respectivamenteX :calidad del vapor

Método gráficoEs un método rápido para calcular la calidad del vapor cuando se conocen la presión y temperatura de saturación y la temperatura del calorímetro. (fig. 2)

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Figura 2 Método gráfica

Otros métodos1) Intercambio iónico2) Conductividad (eléctrica)3) Fotometría de trazador de llama de sodio4) Electrodos de iones específicos

Estos métodos determinan el contenido de solidos del vapor, incluyendo los sólidos arrastrados por gotas de agua. Éstos dan una medida indirecta de la calidad del vapor.Los sólidos en el vapor son mostrados y contados, después comparados con el contenido de sólidos del agua en la caldera. Esta relación ha sido encontrada para ser altamente precisa. Esto tiene una aplicación limitada en lugares alejados de la caldera, donde el calorímetro puede ser usado.

Bibliografía Hougen, Olaf A. (1994). Principios de los procesos químicos: Balances de materia y

energía. Reverté. p. 85. Shen JS. A New Method of Steam Quality Measurement Based on Ultrasound.

ASME. J. Energy Resour. Technol. 1999;121(3):172-175. Deacon W. Steam in distribution and use: Steam Quality redefined. Rusche F. Quantifying steam quality. Plant Services. 2003