Conceptos básicos del vapor: vapor seco saturado frente a vapor húmedo no saturado
Descubra la diferencia entre vapor seco saturado y vapor húmedo no saturado. ¿Cuáles son las ventajas y dónde se utilizan?
Vapor saturado, no saturado, seco, húmedo, flash, supercrítico y sobrecalentado… Hay muchos factores que indican que no todo el vapor es igual. Entonces, ¿es la aplicación lo que define qué tipo de vapor se necesita?
Las propiedades dependen del volumen, la presión y la temperatura, lo que significa que es la aplicación la que define el tipo de vapor que se necesita.
Echemos un vistazo a los diferentes tipos de vapor que existen, sus ventajas y sus desventajas.
Vapor saturado o seco
El vapor saturado o seco es el tipo de vapor que se obtiene cuando todas las moléculas de agua permanecen en estado gaseoso. Por ejemplo, en el caso de una tetera que silba cuando el agua está lista, el vapor no escapa libremente porque la presión está controlada para su uso previsto. A veces se puede ver salir vapor de la tetera: se trata de vapor seco.
El vapor seco pierde parte de su energía cuando se libera a la atmósfera más fría. Transfiere esa energía al aire ambiente, lo que hace que se condense y se transforme en vapor. En otras palabras: al calentar agua en una cámara cerrada, se produce vapor seco.
A esa presión, la temperatura del vapor se acerca al punto de ebullición.
Vapor no saturado o húmedo
El vapor no saturado o húmedo se produce cuando el vapor arrastra pequeñas gotas de agua al calentarse. Cuando una caldera de vapor calienta el agua, aparecen burbujas en la superficie. Por lo tanto, cuando el vapor comienza a formarse, contiene líquido que moja parcialmente el vapor, a menos que se utilice un sobrecalentador. Sin embargo, incluso el vapor que liberan las mejores calderas de vapor puede contener entre un 3 % y un 5 % de humedad.
Cómo influyen la presión y la temperatura en el agua y el vapor
En general, el vapor tiene una relación directa con la presión y la temperatura.
- Cuanto mayor sea la presión de la caldera, más energía necesitamos aplicar para generar vapor.
- Con el aumento de la presión, el vapor se creará a temperaturas más altas. Este vapor de alta temperatura contiene más energía por kg.
- El vapor sobrecalentado es una excepción a esta regla.
Este gráfico muestra el estado del agua (líquido o gaseoso) a una temperatura y presión determinadas. A 1 bar (presión atmosférica normal), el agua se congelará a 0 °C (32 °F) y hervirá a 100 °C (212 °F), mientras que a 2 bar, el punto de congelación será más bajo y el punto de ebullición más alto.
Tabla de vapor sobrecalentada como guía
Las tablas de vapor son herramientas esenciales para cualquier persona que trabaje con vapor. Su importancia se puede comparar con la del horario para coger un tren o la del mapa del GPS cuando tiene que ir a un lugar nuevo. Normalmente utilizamos una tabla de vapor para determinar la temperatura a una presión determinada, o viceversa.
Lo que hace que esta herramienta sea valiosa es que también incluye la entalpía y el volumen específicos. La entalpía es la cantidad de energía contenida en 1 kg y la entalpía del vapor se calcula sumando la entalpía de los diferentes estados (líquido y gaseoso).
Para pasar del agua al vapor sobrecalentado, esta tabla de vapor muestra la relación entre la presión y la temperatura.
Fracción de sequedad del vapor
Como se mencionó anteriormente, es casi imposible que las calderas de vapor produzcan vapor seco al 100 %. Por lo tanto, medimos el nivel real de vapor en la fracción de sequedad.
Si el vapor contiene un 5 % de agua, se dice que es un 95 % seco y tiene una fracción de sequedad de 0,95.
La fracción de sequedad tiene un efecto directo sobre la cantidad total de energía transferible y, a su vez, afecta a la calidad y eficiencia del calentamiento.
¿Recuerda la diferencia entre el calor latente y el calor sensible? El vapor 100 % seco también contiene el 100% del calor latente disponible (a esa presión específica), mientras que el agua saturada al 0 % de sequedad solo contendrá calor sensible.
En caso de que no esté seguro de la diferencia entre los dos tipos de calor puede leer sobre el tema en este artículo.
¿Sabía que puede calentar el vapor más allá del punto de ebullición para obtener vapor sobrecalentado?
A diferencia del vapor saturado, el vapor sobrecalentado no tiene una relación directa entre la temperatura y la presión. Esto significa que puede existir un amplio rango de temperaturas, por lo que preferimos el vapor saturado para aplicaciones de calentamiento y el vapor sobrecalentado para la generación de energía o para las turbinas.
Parece poco probable, pero ¿sabía que la sequedad del vapor puede ser superior al 100 %? En ese caso, estamos hablando de vapor sobrecalentado. Preferimos el vapor seco saturado para aplicaciones de calentamiento, mientras que el vapor sobrecalentado es la opción ideal para la generación de energía o para las turbinas.
El vapor saturado (seco) es una excelente fuente de calor por las siguientes razones:
- Gracias al calentamiento rápido y uniforme, la productividad y la calidad del producto mejorarán.
- Dado que la presión controla la temperatura, se puede alcanzar una temperatura específica de forma rápida y precisa.
- Debido al alto coeficiente de transferencia térmica, se requiere una superficie térmica más pequeña, lo que permite reducir la inversión inicial en equipos.
- Dado que el vapor se origina a partir del agua, es seguro, limpio y de bajo coste.
Sin embargo, ahora sabemos que el vapor no está seco al 100 %. La pérdida de calor radiante provoca que parte del vapor se condense haciendo que el vapor húmedo sea aún más húmedo y que también se forme condensado. Por lo tanto, si no se gestiona y mantiene correctamente con el equipo y los accesorios adecuados, puede tener efectos perjudiciales:
- Afectar a la eficacia de la transferencia de calor.
- Provocar la corrosión de las tuberías y del equipo crítico.
¿Qué es el coeficiente de transferencia térmica?
Utilizamos el coeficiente de transferencia térmica para calcular cómo se transfiere el calor. Anteriormente dijimos que "un alto coeficiente de transferencia térmica requiere una superficie térmica pequeña, lo que se traduce en una reducción de la inversión inicial en equipos". Puesto que se evapora más agua que se convierte en vapor saturado, el vapor también absorbe más calor latente, lo que provoca que la misma masa contenga más calor y, por lo tanto, tenga la capacidad de realizar más trabajo.
¿Cuál es la diferencia entre vapor saturado (seco) y vapor no saturado (húmedo)?
El vapor seco o saturado no contiene gotas de agua y se produce calentando agua en una cámara cerrada, mientras que el vapor húmedo o no saturado sí contiene gotas de agua. Además, el vapor saturado (seco) es una excelente fuente de calor y el vapor no saturado (húmedo) puede causar corrosión o reducir la eficiencia de la transferencia de calor si no se gestiona correctamente.
¿Qué es la fracción de sequedad?
Es la medida que utilizamos para definir la sequedad real del vapor, que afecta a la capacidad de calentamiento del vapor.