Las propiedades del vapor y del agua juegan un papel basic en el diseño y el rendimiento de las calderas de vapor, las turbinas de vapor y otros equipos relacionados con el vapor. Incluso las pequeñas discrepancias en la determinación de propiedades importantes como la entalpía pueden resultar en miles de dólares en pérdida de rendimiento de turbinas o calderas. Estos aspectos otorgan una gran importancia a la precisión de las tablas de vapor, que hoy en día está en gran medida superada por el computer software informático para las propiedades del agua y el vapor.
Durante las décadas de 1920 y 1930, los ingenieros y científicos sintieron una necesidad desesperada de ponerse de acuerdo sobre una tabla aceptable internacionalmente, que debería ser razonablemente precisa, para las propiedades del agua y el vapor que pudiera ser legalmente vinculante para compradores y proveedores. Después de mucho discussion y largas discusiones, la comunidad científica y de ingeniería internacional acordó algunas tablas de propiedades iniciales para un rango limitado de presiones y temperaturas. Publicadas en 1934, estas tablas se convirtieron en una herramienta importante para los ingenieros y se hicieron famosas como «tablas de vapor». La organización llamada Asociación Internacional para las Propiedades del Agua y el Vapor, o IAPWS para abreviar, surgió de estas discusiones internacionales.
Las mesas de vapor, introducidas en la década de 1930, sirvieron a la industria durante aproximadamente 30 años, pero la necesidad de mejorar las mesas se hizo sentir en la década de 1960 cuando el régimen operativo de las centrales eléctricas de vapor se extendió a presiones y temperaturas más altas. En este punto, se hizo imperativo transmitir una mayor precisión e incluir datos experimentales precisos en la tabla de características del vapor. Las computadoras han tenido un tremendo impacto en este sentido, y en 1967 una nueva formulación, IFC-67, se convirtió en la siguiente versión internacionalmente aceptable.
En la década de 1990, se sintió con mucha fuerza la necesidad de un mayor refinamiento de la precisión, confiabilidad y velocidad de cálculo, y en 1995 IAWPS adoptó una nueva versión de las propiedades del vapor y el agua, conocida como IAPWS-95, que mejoró significativamente en comparación con IFC. -67 se convirtió. Posteriormente, con la llegada de las computadoras personales, el uso de la velocidad de cómputo se convirtió en un criterio importante y, finalmente, 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, una gran cantidad de program personalizado ya estaba en uso en la industria y la ciencia. Por lo tanto, no fue tan fácil introducir una formulación completamente nueva en la década de 1990.
En IF97, todo el régimen termodinámico se ha dividido en cinco regiones para cálculos más rápidos y una mejor consistencia, con una formulación específica para cada zona. Sin duda, la división en múltiples zonas ha brindado una mejor consistencia y un medio para cálculos más rápidos, pero ha planteado dudas sobre la salida cerca de los límites de la zona, que en realidad no tiene sentido. IF97 ha tomado precauciones especiales para minimizar las discontinuidades en las franjas para que los resultados de los cálculos no afecten significativamente los cálculos, especialmente los ciclos de potencia.
Avances en IAPWS-IF97
Los avances realizados en la IF-97 se pueden resumir de la siguiente manera:
Se ha observado que los cálculos basados en IF-97 son, en promedio, unas cinco veces más rápidos (no en la zona de puntos críticos) que la formulación utilizada en IF-67. Gracias a la introducción de funciones hacia atrás que han ayudado a reducir el tiempo dedicado a los cálculos iterativos. Sin embargo, la velocidad serious del cálculo depende en gran medida de la habilidad del programador y la potencia del procesador de la computadora, y el efecto de la velocidad se vuelve predominante en los cálculos que involucran métodos de elementos finitos. El aspecto de precisión y consistencia ha cobrado gran importancia en IF-97 a través de la introducción adecuada de los últimos resultados experimentales, and so forth. y ha sido probado exhaustivamente antes de su aceptación por parte de la comunidad internacional. La introducción de una nueva zona de alta temperatura (zona 5) hasta 2000°C ha apoyado el diseño de centrales eléctricas de ciclo combinado. Otros beneficios de IF-97 incluyen la inclusión de la velocidad del sonido, que ayudó a analizar el flujo del estrangulador y la densidad en función de la temperatura y la presión, lo que facilita el cálculo de la viscosidad y la conductividad térmica.
Impacto de la adopción de IAPWS-IF97
Aunque no abrumadora, la transición de IF67 a IF97 tuvo un impacto significativo en términos del rendimiento logrado con IF97 en comparación con IF67 y estos se pueden resumir a continuación:
· Cambio en el calor latente de vaporización
· Cambio de entalpía a temperaturas sobrecalentadas
· Nueva redacción para región metaestable
La precisión mejorada de IF97, el uso de la ecuación de energía de Gibbs y otras características científicas han permitido un enfoque más confiable para el diseño y el rendimiento de los dispositivos basados en vapor. La principal diferencia que creó con respecto al IF67 radica en el cálculo de la tasa de calentamiento, que tiene importancia comercial. Las plantas diseñadas sobre la base de IF67 y modernizadas después de la introducción de IF97 tenían algunos problemas que debían resolverse minuciosamente. Sin embargo, las instalaciones diseñadas a fines de la década de 1990 y en la década de 2000 no sufren tanta controversia como la comunidad internacional ha aceptado ampliamente IF97.
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