Propiedades del vapor y del agua Historial de formulación - inteligenciaes

Propiedades del vapor y del agua Historial de formulación

Las propiedades del vapor y el agua juegan un papel fundamental en el diseño y el rendimiento de las calderas de vapor, las turbinas de vapor y otros equipos relacionados con el vapor. Incluso pequeñas discrepancias en la determinación de propiedades clave, como la entalpía, pueden generar pérdidas de miles de dólares por el rendimiento de turbinas o calderas. Estos aspectos otorgan una gran importancia a la precisión de las tablas de vapor, que en la actualidad se reemplazan en su mayoría por el software computarizado de propiedades de vapor y agua.

Durante las décadas de 1920 y 1930, ingenieros y científicos sintieron desesperadamente la necesidad de ponerse de acuerdo sobre una tabla aceptable internacionalmente, que debería ser razonablemente precisa, para las propiedades del agua y el vapor que pudieran ser legalmente vinculantes para los compradores y proveedores. Después de muchos debates y largas discusiones, la comunidad internacional científica y de ingeniería acordó algunas tablas iniciales de propiedades para un rango limitado de presión y temperatura. Estas tablas se publicaron en 1934 y se convirtieron en una herramienta vital para los ingenieros y se hicieron famosas como “tablas de vapor”. Esas discusiones internacionales dieron origen a la organización llamada Asociación Internacional para las Propiedades del Agua y el Vapor, o IAPWS.

Las mesas de vapor introducidas en la década de 1930 sirvieron a las industrias durante unos 30 años, pero la necesidad de actualizar las mesas se sintió en la década de 1960 cuando el régimen operativo de las centrales eléctricas de vapor comenzó a extenderse hacia presiones y temperaturas más altas. En ese momento se volvió esencial impartir más precisión e incorporar datos experimentales precisos en la tabla de propiedades del vapor. Las computadoras tuvieron un tremendo impacto en este sentido y en 1967 una nueva formulación, IFC-67, se convirtió en la próxima versión aceptable internacionalmente.

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En la década de 1990, se sintió mucho la necesidad de un mayor refinamiento en precisión, confiabilidad y velocidad de cálculo y en 1995, IAWPS adoptó una nueva versión de las propiedades del agua y el vapor conocida como IAPWS-95, que se mejoró enormemente en comparación con IFC-67. Posteriormente, el uso de la velocidad computacional se convirtió en un criterio importante con la llegada de las computadoras personales y, por último, en 1997, la comunidad internacional adoptó formalmente la última versión conocida como IAPWS-IF97. IFC-67 estuvo en uso durante casi 30 años y, mientras tanto, muchos programas personalizados ya estaban en uso en la industria y el mundo académico. Por lo tanto, no fue tan sencillo introducir una formulación completamente nueva en la década de 1990.

En IF97, el régimen termodinámico completo se ha dividido en cinco regiones para facilitar cálculos más rápidos y una mejor consistencia donde se ha detallado la formulación específica para cada zona. La división en múltiples zonas, sin duda, ha producido una mejor consistencia y un vehículo para un cálculo más rápido, pero planteó dudas sobre la salida cerca de los límites de la zona, que en realidad no tiene importancia. IF97 tomó precauciones especiales para minimizar las discontinuidades en las zonas límite para que los resultados de los cálculos no afecten significativamente los cálculos, especialmente los ciclos de potencia.

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Avances en IAPWS-IF97

Los avances logrados en IF-97 se pueden resumir de la siguiente manera:

· Aumento de la velocidad de cómputo

· Aumento de la precisión

· Consistencia mejorada

· Introducción de la zona de mayor temperatura

Se ha observado que, en promedio, los cálculos basados ​​en IF-97 son aproximadamente 5 veces más rápidos (no en la región del punto crítico) que la formulación utilizada en IF-67. Gracias a la introducción de funciones hacia atrás, que ayudaron a reducir el tiempo necesario en los cálculos iterativos. Sin embargo, la velocidad real de la computación depende en gran medida de la habilidad del programador y de la potencia del procesador de la computadora, y el efecto de la velocidad se vuelve predominante en las computaciones que involucran métodos de elementos finitos. El aspecto de precisión y consistencia ha adquirido una gran importancia en IF-97 al presentar de manera adecuada los últimos resultados experimentales, etc. y se ha probado exhaustivamente antes de su adopción por parte de la comunidad internacional. La introducción de una nueva zona de alta temperatura (zona 5) hasta 2000 Deg C ha ayudado al diseño de plantas de ciclo combinado. Otras ventajas de IF-97 son la inclusión de la velocidad del sonido, que ha ayudado en el análisis del flujo de estrangulación y la densidad en función de la temperatura y la presión, lo que facilita el cálculo de la viscosidad y la conductividad térmica.

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Efectos de adoptar IAPWS-IF97

Aunque no abrumadora, la transición a IF97 desde IF67 tuvo efectos significativos con respecto a la salida obtenida usando IF97 en comparación con IF67 y se pueden resumir a continuación:

· Cambio en el calor latente de vaporización

· Cambio de entalpía a temperaturas sobrecalentadas

· Nueva formulación para región metaestable

La precisión mejorada, el uso de la ecuación de energía de Gibbs y otras características científicas de IF97 han brindado un enfoque más confiable para el diseño y el rendimiento de los equipos basados ​​en vapor. La principal diferencia que ha creado con respecto al IF67 está en el cálculo de la tasa de calor, que tiene importancia comercial. Se encontraron algunos problemas para las plantas, que se diseñaron en base a IF67 y posteriormente se actualizaron después de la introducción de IF97 y tuvieron que resolverse con dolor. Sin embargo, las plantas diseñadas a fines de la década de 1990 y en la década de 2000 no sufren tales controversias ya que la comunidad internacional aceptó en gran medida IF97.

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