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Explicación de las propiedades y usos del vapor sobrecalentado (por ejemplo, para la generación de electricidad). Incluye explicaciones de los ciclos termodinámicos de Rankine y Carnot, tablas de vapor sobrecalentado y el gráfico de Mollier (H-S).
El sobrecalentamiento no puede impartirse al vapor mientras esté en presencia de agua, ya que cualquier calor adicional simplemente evapora más agua. El vapor saturado debe pasar por un intercambiador de calor adicional. Puede tratarse de una segunda etapa de intercambio de calor en la caldera o de una unidad de sobrecalentamiento independiente. El medio de calentamiento primario puede ser el gas de combustión caliente de la caldera, o puede ser calentado por separado.
El vapor sobrecalentado tiene sus aplicaciones, por ejemplo, en las turbinas, donde el vapor es dirigido por boquillas hacia un rotor. Esto hace que el rotor gire. La energía para que esto ocurra sólo puede proceder del vapor, por lo que lógicamente el vapor tiene menos energía después de haber pasado por el rotor de la turbina. Si el vapor estuviera a la temperatura de saturación, esta pérdida de energía haría que parte del vapor se condensara.
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Por lo tanto, el vapor sobrecalentado puede enfriarse (perder energía interna) en cierta medida, lo que resulta en una disminución de su temperatura sin cambiar de estado (es decir, condensarse) de un gas, a una mezcla de vapor saturado y líquido. Si el vapor no saturado (una mezcla que contiene tanto vapor de agua como gotas de agua líquida) se calienta a presión constante, su temperatura también permanecerá constante a medida que la calidad del vapor (piense en la sequedad, o el porcentaje de vapor saturado) aumenta hacia el 100%, y se convierte en vapor saturado seco (es decir, sin líquido saturado). El aporte de calor continuado calentará entonces el vapor saturado seco. Esto ocurrirá si el vapor saturado entra en contacto con una superficie con una temperatura más alta.
El vapor sobrecalentado y el agua líquida no pueden coexistir en equilibrio termodinámico, ya que cualquier calor adicional simplemente evapora más agua y el vapor se convertirá en vapor saturado. Sin embargo, esta restricción puede violarse temporalmente en situaciones dinámicas (de no equilibrio). Para producir vapor sobrecalentado en una central eléctrica o para procesos (como el secado de papel), el vapor saturado extraído de una caldera pasa por un dispositivo de calentamiento independiente (un sobrecalentador) que transfiere calor adicional al vapor por contacto o por radiación.
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