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Tipos de vapor de Agua

Contenidos:

    Si es agua es calentada mas por sobre su punto de ebullición, esta se convierte en vapor, o agua en estado gaseoso. Sin embargo, no todo el vapor es el mismo. Las propiedades del vapor varían de gran forma dependiendo de la presión y la temperatura la cual esta sujeto.

    En el articulo Principales Aplicaciones para el Vapor, discutimos varias aplicaciones en las cuales el vapor es utilizado. En la sección siguiente, discutiremos los tipos de vapor utilizados en estas aplicaciones.


    Relación Presión-Temperatura del Agua y Vapor

    Da click en una palabra para ver la animación.

    WTOS_13

    Los resultados del vapor saturado (seco) cuando el agua es calentada al punto de ebullición (calor sensible) y después evaporada con calor adicional (calor latente). Si este vapor es posteriormente calentado por arriba del punto de saturación, se convierte en vapor sobrecalentado (calor sensible).

    Vapor Saturado

    Como se indica en la línea negra en la parte superior de la grafica, el vapor saturado se presenta a presiones y temperaturas en las cuales el vapor (gas) y el agua (liquido) pueden coexistir juntos. En otras palabras, esto ocurre cuando el rango de vaporización del agua es igual al rango de condensación.

    Ventajas de usar vapor saturado para calentamiento

    El vapor saturado tiene varias propiedades que lo hacen una gran fuente de calor, particularmente a temperaturas de 100 °C (212°F) y mas elevadas. Algunas de estas son:

    Propiedad Ventaja
    Calentamiento equilibrado a través de la transferencia de calor latente y Rapidez Mejora la productividad y la calidad del producto
    La presión puede controlar la temperatura La temperatura puede establecerse rápida y precisamente
    Elevado coeficiente de transferencia de calor Area de transferencia de calor requerida es menor, permitiendo la reducción del costo inicial del equipo
    Se origina del agua Limpio, seguro y de bajo costo

    Tips

    Habiendo dicho esto, es necesario tener presente lo siguiente cuando se calienta con vapor saturado:

    • La eficiencia de calentamiento se puede ver reducida si se usa un vapor diferente al vapor seco para los procesos de calentamiento. Contrario a la percepción común, virtualmente no todo el vapor generado en una caldera es vapor seco, si no vapor húmedo, el cual contiene algunas moléculas de agua no vaporizadas.
    • La perdida de calor por radiación ocasiona que una parte del vapor se condense. Por lo tanto el vapor húmedo generado se vuelve aun mas húmedo, y también se forma mas condensado, el cual debe ser removido al instalar trampas de vapor en las locaciones apropiadas.
    • Condensado el cual es mas pesado caerá del flujo de vapor y puede ser removido a través de piernas de condensado y trampas de vapor. Sin embargo, el vapor húmedo que es arrastrado reducirá la eficiencia de calentamiento, y deberá ser removido por medio de estaciones de separación en el punto de uso o en la distribución.
    • El vapor que incurre en perdidas de presión debido a exceso de fricción en la tubería, etc., podría resultar también en su correspondiente perdida en temperatura.

    Vapor húmedo

    Esta es la forma mas común da vapor que se pueda experimentar en plantas. Cuando el vapor se genera utilizando una caldera, generalmente contiene humedad proveniente de las partículas de agua no vaporizadas las cuales son arrastradas hacia las líneas de distribución de vapor. Incluso las mejores calderas pueden descargar vapor conteniendo de un 3% a un 5% de humedad. Al momento en el que el agua se aproxima a un estado de saturación y comienza a evaporarse, normalmente, una pequeña porción de agua generalmente en la forma de gotas, es arrastrada en el flujo de vapor y arrastrada a los puntos de distribución. Este uno de los puntos claves del porque la separación es usada para remover el condensado de la línea de distribución.

    Vapor Sobrecalentado

    El vapor sobrecalentado se crea por el sobrecalentamiento del vapor saturado o húmedo para alcanzar un punto mayor al de saturación. Esto quiere decir que es un vapor que contiene mayor temperatura y menor densidad que el vapor saturado en una misma presión. El vapor sobrecalentado es usado principalmente para el movimiento-impulso de aplicaciones como lo son las turbinas, y normalmente no es usado para las aplicaciones de transferencia de calor.

    Ventajas de usar vapor sobrecalentado para impulsar turbinas:

    • Para mantener la sequedad del vapor para equipos impulsados por vapor, para los que su rendimiento se ve afectado por la presencia de condensado
    • Para mejorar la eficiencia térmica y capacidad laboral , ej. Para lograr mayores cambios en el volumen especifico del estado sobrecalentado a menores presiones, incluso a vacío.

    Es ventajoso tanto como para suministro así como para la descarga de vapor mientras que se encuentre en el estado de sobrecalentamiento ya que el condensado no se generara dentro del equipo impulsado por vapor durante una operación normal, minimizando así el riesgo a daños ocasionados por la erosión o la erosión acido carbónica. Además, como la eficiencia térmica teórica de la turbina es calculada del valor de la entalpía a la entrada y a la salida de la turbina, incrementando el grado de sobrecalentamiento así como la presión incrementa la entalpía a la entrada de la turbina, y es por lo tanto efectiva al mejorar la eficiencia térmica.

    Desventajas de usar el vapor sobrecalentado para calentamiento:

    Propiedad Desventaja
    Bajo coeficiente de transferencia de calor Reduce la productividad
    Se requiere un superficie mayor para la transferencia de calor
    Temperatura variable aun a una presión constante El vapor sobrecalentado requiere mantener una velocidad elevada, de lo contrario la temperatura disminuirá ya que se perderá el calor del sistema
    Calor sensible utilizado para la transferencia de calor Las caídas de temperatura pueden tener un impacto negativo en la calidad del producto
    La temperatura podría ser extremadamente elevada Se podrían requerir materiales mas fuertes para la construcción de equipos, requiriendo un mayor costo inicial.

    Por estas y otras razones, se prefiere al vapor saturado por sobre el vapor sobrecalentado como medio de calentamiento en intercambiadores de calor y otros equipos de transferencia de calor. Por otro lado, desde el punto de vista de usarlo como fuente de calor para un calentamiento directo como un gas de alta temperatura, tiene algunas ventajas por sobre el aire caliente como que puede ser usado como fuente de calentamiento bajo las condiciones de libre de oxigeno. De igual manera se realizan investigaciones para el uso de vapor sobrecalentado en aplicaciones de industrias procesadoras de alimentos tales como el cocimiento y el secado.

    Agua Supercrítica

    El agua supercrítica es agua en estado que excede su punto critico: 22.1MPa, 374 °C (3208 psia, 705°F). En el punto critico, el calor latente del vapor es cero, y su volumen especifico es exactamente igual ya sea que se considere como gas o liquido. En otras palabras, el agua que se encuentra a una presión y temperatura mayor que la de su punto critico es un estado indistinguible en el cual no es liquido o gas.

    El agua supercritica es utilizada para impulsar turbinas en plantas de energia que demandan mayor eficiencia. Investigaciones sobre agua supercritica se realizan con un enfasis hacia su uso como fluido que tiene propiedades tanto de liquido y gas, y en particular que es adecuado para su uso como solvente para reacciones quimicas.

    Varios Estados del Agua

     

    Agua No-saturada

    Agua No-saturada

    Esta es agua en su estamdo mas reconocido. Aproximadamente 70% del peso del cuerpo humano es de agua. En la forma liquida del agua, las uniones de hidrogeno mantienen unidas las moleculas de hidrogeno. Como resultado, el agua No-saturada posee una estructura relativamente densa, compacta y estable.

     

    Agua Saturada

    Las moleculas saturadas de vapor son invisibles. Cuando el vapor saturado es liberado a la atmosfera al ser venteado de una tuberia, parte de el se condensa al transferir su calor al aire circundante, y se forman nubes de vapor blanco (pequeñas gotas de agua). Cuando el vapor incluye estas pequeñas gotas de agua, se le llama vapor húmedo.

    En un sistema de vapor, el vapor es liberado por las trampas de vapor es generalmente confundido con vapor (vivo) saturado, mientras que en realidad es vapor flash. La diferencia entre los dos es que el vapor saturado es invisible inmediatamente a la salida de la tuberia mientras que el vapor flash contiene pequeñas gotas de agua que se forman una vez expuesto al ambiente.

     

    Vapor Sobrecalentado

    Mientras retenga su estado de sobrecalentamiento, el vapor sobrecalentado no se condensara aun cuando entre en contacto con la atmosfera y su temperatura descienda. Como resultado, no se forman nubes de vapor. El vapor sobrecalentado almacena mas calor que el vapor saturado a la misma presión, y el movimiento de sus moléculas es mucho mas rápido por lo tanto tiene menor densidad (ej. su volumen especifico es mayor)

     

    Agua Supercrítica

    Agua No-saturada

    A pesar de que no es posible de identificar por confirmación visual, esta es agua en una forma en la cual no es ni liquido ni gas. La idea general es de un movimiento molecular que es cercano al gas, y una densidad que es cercana a la de un liquido.

    Aplicaciones Principales para el Vapor de Agua Vapor Húmedo vs. Vapor Seco: La Importancia del Porcentaje de Sequedad