Conceptos básicos del vapor: vapor sobrecalentado
El vapor sobrecalentado es la opción perfecta para operaciones de secado, limpieza o curado. Descubra sus ventajas hoy mismo y conviértase en un especialista en vapor.
El vapor sobrecalentado es otro tipo de vapor, como el vapor saturado o no saturado. Este tipo de vapor se obtiene calentándolo por encima del punto de ebullición. Como resultado, la temperatura del vapor es mayor (y su densidad es menor). Este tipo de vapor se utiliza principalmente en la generación de energía y en las turbinas de vapor.
En la práctica, el vapor saturado nunca está seco al 100 %. Normalmente contiene entre un 3 % y un 5 % de humedad, lo que implica el riesgo de que la eficacia a la hora de transferir el calor sea menor o incluso de que se corroan las tuberías. Pero es cierto que el vapor sobrecalentado carece de humedad y que, por lo tanto, es la opción perfecta para operaciones de secado, limpieza o curado.
Vapor sobrecalentado frente a vapor saturado: ¿cuál es la diferencia?
Cuando el vapor saturado se calienta más allá del punto de ebullición, se obtiene vapor sobrecalentado. Durante ese proceso, el vapor se separa de las gotas de agua restantes. Por lo tanto, hay un par de diferencias entre el vapor sobrecalentado y el saturado.
Relación entre presión y temperatura
A diferencia del vapor saturado, en el vapor sobrecalentado no hay una relación directa entre la presión y la temperatura. Esto significa que el vapor sobrecalentado puede existir a una amplia variedad de temperaturas. Normalmente se especifica mediante una presión y un grado de sobrecalentamiento (que equivale al grado en el que se supera la temperatura del vapor saturado).
Reducción de la temperatura
En comparación con el vapor saturado, el vapor sobrecalentado también tiene una densidad menor. Si reducimos la temperatura del vapor saturado, volverá a su estado líquido, incluso a convertirse en gotas de agua. Esto no ocurre con el vapor sobrecalentado.
Uso en aplicaciones
En función de la aplicación, necesitará un tipo de vapor diferente. En esta tabla se incluye una descripción general rápida del tipo de vapor recomendado para cada aplicación. Con algunos matices, por supuesto. Encontrará más información sobre ellos en este artículo.
Aplicación |
Vapor saturado |
Vapor sobrecalentado |
Calentamiento |
V |
|
Esterilización |
V |
X |
Secado |
|
V |
Decapado |
|
V |
Limpieza |
X |
V |
Desinfección |
|
V |
Catalización (reformación del vapor) |
|
V |
¿Cómo se crea vapor sobrecalentado?
Cuando el vapor saturado sale del tambor de la caldera y entra en una zona de calentamiento secundaria que se denomina supercalentador, se obtiene vapor sobrecalentado. Se trata de un calentamiento secundario que convierte el vapor saturado en vapor sobrecalentado. El vapor sobrecalentado y el agua no pueden coexistir, ya que el calor la evaporaría. Por lo tanto, el vapor sobrecalentado debe generarse fuera del tambor principal de la caldera.
El vapor sobrecalentado se crea en varias fases
Ventajas y desventajas del vapor sobrecalentado
Ya hemos mencionado que el vapor sobrecalentado carece de humedad, lo cual es importante por dos razones:
- La ausencia de humedad aumenta la eficacia de la caldera.
- Reduce las posibilidades de corrosión o de que se produzcan golpes de ariete.
Aparte de esto, el vapor sobrecalentado tiene algunas otras ventajas:
- Alta temperatura a presión normal
- Como se pueden alcanzar altas temperaturas sin aplicar una alta presión, las tuberías pueden ser normales. Se pueden alcanzar altas temperaturas independientemente de las especificaciones del depósito de presión o de la caldera.
- Conductividad térmica extremadamente alta
- El vapor sobrecalentado ofrece una conductividad térmica extremadamente alta en comparación con el aire caliente. El motivo es que tiene una alta capacidad térmica por unidad de volumen.
- Niveles de oxígeno bajos
- El vapor sobrecalentado es un gas con niveles bajos de oxígeno. Por lo tanto, evita la oxidación de los elementos calentados y reduce la posibilidad de que se produzcan incendios o explosiones.
¿Qué tipo de corrosión se produce al generar vapor?
Cuando el vapor se evapora desde el tambor de la caldera, deja atrás algunas impurezas. Y cuando está húmedo, las gotas de agua arrastran esas impurezas disueltas en ellas. El resultado es que las impurezas se transfieren a la red y a los equipos de vapor. El condensado puede provocar daños por erosión o corrosión carbónica.
¿Qué es el golpe de ariete?
El golpe de ariete es un fenómeno que se produce cuando un líquido en movimiento provoca una onda o un pico de presión. También se denomina choque hidráulico. En el caso del vapor se refiere a cuando una parte del condensado que se desplaza a alta velocidad golpea contra la tubería. Este efecto puede ocasionar diferentes problemas, desde ruidos y vibraciones hasta la rotura o el colapso de la tubería. Existen medios para evitar o mitigar estos efectos, como emplear el vapor adecuado para cada aplicación, pero también otros, como el uso de válvulas de venteo, entre otros.
El vapor sobrecalentado también presenta algunas desventajas, sobre todo si se va a utilizar para calentar:
- Bajo coeficiente de transferencia térmica
- Esto se traduce en una reducción de la productividad y en que se necesita una mayor superficie para la transferencia térmica.
- Temperatura variable del vapor, incluso a una presión constante
- El vapor sobrecalentado necesita mantener una alta velocidad. Si no, las temperaturas bajarán a medida que se pierda el calor.
- Calor sensible para transferir calor
- Significa que, cuando la temperatura desciende, puede tener un impacto negativo en la calidad del producto.
- Las temperaturas pueden ser extremadamente altas
- No se necesitan tuberías especiales porque el vapor sobrecalentado funciona a una presión normal. Pero debido a que las temperaturas pueden llegar a ser extremadamente altas, es posible que necesite materiales de construcción más resistentes. Y eso requiere una mayor inversión inicial en equipos.
¿Qué es el coeficiente de transferencia térmica?
Utilizamos el coeficiente de transferencia térmica para calcular cómo se transfiere el calor. Anteriormente dijimos que "un coeficiente de transferencia térmica alto requiere una pequeña superficie térmica, 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. El resultado es que la misma masa contiene más calor y, por lo tanto, tiene capacidad para hacer más trabajo.
Conclusión
- El vapor sobrecalentado es vapor que se calienta por encima del punto de ebullición.
- El vapor sobrecalentado tiene una temperatura y una densidad más altas.
- Se utiliza principalmente para la generación de energía y en turbinas de vapor, de modo que es la opción perfecta para operaciones de secado, limpieza o curado. Sin embargo, no se puede utilizar para la esterilización.
- El vapor sobrecalentado no contiene humedad y, por ello, es una buena opción para aquellos procesos que no admiten humedad. Además, reduce las posibilidades de que se genere corrosión o se produzcan golpes de ariete.
- No existe una relación directa entre la presión y la temperatura. Por lo tanto, a diferencia del vapor saturado, el vapor sobrecalentado puede existir en una amplia variedad de temperaturas.
- El grado de sobrecalentamiento es el grado en el que se supera la temperatura del vapor saturado.
- Si se reduce la temperatura, el vapor sobrecalentado no vuelve al estado líquido como ocurre con el vapor saturado.
Las tres ventajas principales del vapor sobrecalentado son:
- Altas temperaturas a presión normal: lo que significa que se pueden utilizar tuberías normales.
- Conductividad térmica extremadamente alta en comparación con la del aire caliente debido a la alta capacidad por unidad de volumen.
- Niveles de oxígeno bajos: prevención de la oxidación y reducción de la posibilidad de que se produzcan incendios o explosiones.