H, s-diagrama

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H, s-diagram (engañar. "ash-es-diagram") (ortografía en minúsculas: "h, s-diagram", anteriormente i, s-diagram, también - Diagrama de Mollier ) - un diagrama de las propiedades termofísicas de líquido y gas (principalmente agua y vapor de agua ), mostrando la naturaleza del cambio en varias propiedades, dependiendo de los parámetros del estado. Básicamente, los diagramas h, s de agua y vapor han recibido un gran uso, ya que es el agua y el vapor los que se usan con mayor frecuencia como fluido de trabajo en la ingeniería térmica , debido a su relativo bajo costo y disponibilidad, y se presta la mayor atención a aquella parte del diagrama, en la que el agua se encuentra en estado de vapor , ya que en estado líquido es prácticamente incompresible.

Creación

Al realizar cálculos técnicos y económicos para la selección de equipos en la industria de la energía térmica y otras industrias y el modelado de procesos térmicos, se requieren datos verificados confiables sobre las propiedades termofísicas del agua y el vapor en una amplia gama de presiones y temperaturas .

La cooperación internacional a largo plazo en el campo del estudio de las propiedades del agua y el vapor de agua ha hecho posible desarrollar e implementar materiales normativos internacionales que contienen ecuaciones para describir varias propiedades en tablas especiales. Con base en estas ecuaciones, que cumplen con los requisitos del Sistema Internacional de Ecuaciones para Uso Científico y General (The IFC Formulation for Scientific and Generale Use), se compilaron y publicaron tablas detalladas de las propiedades termofísicas del agua y el vapor, que son ampliamente utilizado en la práctica de los cálculos térmicos de ingeniería. Los datos obtenidos por cálculo según ecuaciones internacionales también fueron aceptados en la URSS y recibieron la definición de tablas de propiedades termodinámicas del agua y el vapor. También incluyeron datos de viscosidad dinámica.

En 1904, el termofísico alemán Richard Mollier desarrolló un diagrama especial para simplificar y facilitar la solución de problemas prácticos en ingeniería térmica, en el que la información de las tablas de estado se muestra gráficamente en las coordenadas de entalpía ( ) y entropía ( ). En 1906, se publicó en Berlín su libro New Tables and Diagrams for Water Vapor. Posteriormente, dicho diagrama se denominó diagrama de Mollier. En la URSS, el nombre i, s-diagram fue aceptado durante algún tiempo , y en la actualidad - h, s-diagram . $h$ $s$

Estructura

Los diagramas H, s suelen contener datos sobre las propiedades del agua en estado líquido y gaseoso , ya que son de gran interés desde el punto de vista de la ingeniería térmica.

El grado de sequedad es un parámetro que muestra la fracción de masa de vapor saturado en una mezcla de agua y vapor de agua. El valor corresponde al agua en el momento de ebullición (saturación). El valor , indica que solo hay vapor presente en la mezcla. Al graficar los puntos correspondientes en coordenadas tomadas de las tablas de saturación de libros de referencia sobre las propiedades del agua y el vapor de agua, cuando se conectan se obtienen curvas que corresponden a ciertos grados de sequedad. En este caso, la línea es la curva límite inferior y la curva límite superior. El área encerrada entre estas curvas es el área de vapor húmedo. El área debajo de la curva , que se contrae casi en línea recta (no se muestra), corresponde al agua. El área por encima de la curva corresponde al estado de vapor sobrecalentado. $x=0$ $x=1$ $(h, s)$ $x=0$ $x=1$ $x=0$ $x=1$
Punto crítico ( K ). A una cierta presión suficientemente alta, llamada crítica , las propiedades del agua y el vapor se vuelven idénticas. Es decir, desaparecen las diferencias físicas entre los estados líquido y gaseoso de la materia. Tal estado se llama estado crítico de la materia, que corresponde a la posición del punto crítico. Cabe señalar que en la curva límite se encuentra mucho a la izquierda del máximo de esta curva.
Isoterma - isolínea , construida por el método de combinar puntos de acuerdo con los valores de entalpía y entropía correspondientes a una temperatura determinada. Las isotermas intersecan las curvas límite con una ruptura y, a medida que se alejan de la curva límite superior, se acercan asintóticamente a la horizontal. Para simplificar, solo se muestran tres isotermas en el diagrama:
- $t+\Delta t$
- $t$
- $t - \Delta t$
Una isobara es una isolínea construida combinando puntos según los valores de entalpía y entropía correspondientes a una determinada presión. Las isobaras no tienen rupturas cuando cruzan curvas límite. El diagrama muestra solo tres isobaras:
- $p + \Delta p$
- $pags$
- $p - \Delta p$
Una isocora es una isolínea construida por el método de combinar puntos según los valores de entalpía y entropía correspondientes a un determinado volumen. Las isocoras en el diagrama h, s en la región del vapor sobrecalentado siempre tienen una pendiente más pronunciada que las isobaras, y esto hace que sea más fácil reconocerlas en diagramas de un solo color. La construcción de isocoras requiere un trabajo más minucioso con la tabla de estado. El diagrama muestra solo tres isocoras:
- $v - \Delta v$
- $v$
- $v + \Delta v$

Las isotermas y las isobaras en la región de vapor húmedo coinciden, de acuerdo con la regla de la fase de Gibbs .

Aplicación

Los diagramas H, S se utilizan para calcular los sistemas de enfriamiento por evaporación (con torres de enfriamiento o estanques de aspersión ) y los sistemas de aire acondicionado . A partir del diagrama, puede determinar la proporción de humedad relativa y absoluta del aire a diferentes temperaturas, el punto de rocío y también calcular el grado requerido de saturación del aire con humedad para alcanzar la temperatura deseada.

Designaciones utilizadas en los cálculos

P es la presión absoluta (bar);
t es la temperatura ( grados Celsius );
h es la entalpía específica (kJ/kg);
s es la entropía específica (kJ/(kg K));
v - volumen específico (m³ / kg);
x es el grado de sequedad ;
t s - temperatura de saturación (grados Celsius);
h' es la entalpía específica del agua en ebullición (kJ/kg);
h' ' es la entalpía específica del vapor saturado seco (kJ/kg);
v' es el volumen específico de agua hirviendo (m³/kg);
v' ' es el volumen específico de vapor saturado seco (m³/kg);
s' es la entropía específica del agua hirviendo (kJ/(kg K));
s' ' es la entropía específica del vapor saturado seco (kJ/(kg K));
Punto " 0 " - el punto de partida del proceso de expansión (compresión) de vapor;
Punto " 1t " - el punto final de expansión (compresión) en el proceso ideal;
El punto " 1 " es el punto final de expansión (compresión) en un proceso real con una eficiencia dada;
H 0 \ u003d h 0 - h 1t ;
H \ u003d h 0 - h 1 .

Diagramas h, s modernos

Con el desarrollo de la tecnología informática electrónica moderna y la llegada de computadoras y aplicaciones asequibles , los diagramas h, s en forma electrónica se han generalizado. Dichos gráficos son una interfaz de ventana común con campos para ingresar datos iniciales, teclas de funciones gráficas y un campo de respuesta. Después de ingresar los datos disponibles, presionando la tecla gráfica "Cálculo" o " Entrar " en el teclado de la computadora, puede recuperar la información necesaria, sujeto a los parámetros ingresados.

Literatura

Aleksandrov A.A. PROPIEDADES TERMOFÍSICAS DE LAS SUSTANCIAS DE TRABAJO DE LA INDUSTRIA DE LA ENERGÍA TÉRMICA / A.A. Alexandrov, K. A. Orlov, V. F. Ochkov. - 2ª ed., revisada. y añadir. - M.: Editorial MPEI. 2017. - 226 [8] p.: il. - directorio del sitio http://twt.mpei.ac.ru/rbtpp
Tablas de propiedades termofísicas del agua y el vapor: Manual. rec. Gos.sluzhby datos de referencia estándar. GSSSD R-776-98 / A.A. Aleksandrov, BA Grigoriev - M.: Editorial MPEI. 1999. ISBN 5-7046-0397-1 .
Ingeniería de energía térmica e ingeniería de calor. Libro segundo: “Fundamentos teóricos de la ingeniería del calor. Experimento de ingeniería térmica. Directorio". / Bajo la dirección general. V. A. Grigorieva y V. M. Zorina - Moscú. Energía atomizada. 1988 ISBN 5-283-00112-1
Fundamentos teóricos de la ingeniería térmica: Proc. tolerancia. 2ª ed., ster. / Lyashkov V. I. - Moscú: Editorial Mashinostroenie-1, 2005. ISBN 5-94275-027-0