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Los sistemas de vapor, una alternativa económica y eficiente para las industrias

Sistema de vapor. Como sabemos, el agua puede existir en varios estados de la materia y en cada estado tiene una utilidad diferente que se puede aprovechar al máximo. Tenemos sólido, líquido y gaseoso, dependiendo de la temperatura y de la presión que se le aplique.

Hoy hablaremos del vapor. ¿Cómo se obtiene? Es sencillo y es un proceso que nos enseñan en la escuela. Sabemos que cuando calentamos agua a altas temperaturas, las moléculas de agua comienzan a vibrar y algunas de ellas escapan al aire, a eso le conocemos como vapor de agua, el estado gaseoso del agua.

El vapor de agua es un tipo específico que solo se consigue al hervir el agua líquida. Y cuando se crea el vapor es porque cada litro de agua se está expandiendo. Y la verdad es que el vapor que surge, se ha utilizado a lo largo de la historia para producir energía en diferentes procesos de la industria.

¿Qué es el sistema de vapor?

Un sistema de vapor se trata de la circulación de vapor por una tubería o un radiador tal como sucede en los sistemas de agua caliente. Las calderas son las más conocidas por utilizar un sistema de vapor. El vapor se aprovecha porque al ser en gran cantidad produce mucha fuerza, de esta manera la gravedad obliga al vapor condensado en el radiador a bajar a la caldera por la misma tubería por la cual sube el vapor a los radiadores.

Los sistemas de vapor son conocidos porque son eficientes y ayudan al ahorro de energía. Los utilizan mucho en la industria manufacturera. El vapor se considera una fuente de energía muy rentable. La producción de vapor se encuentra entre los procesos de mayor intensidad energética. Algunas de las ventajas son:

Reducción de costos en producción.
Facilidad de transporte
Bajos niveles de toxicidad
Gran capacidad para producir calor
Mayor eficiencia

Para entender mejor cómo funciona un sistema de vapor debemos saber cómo está compuesto:

Caldera: La caldera es donde se coloca el agua líquida, allí se imprime el calor para generar vapor a cierta presión. La presión que se ejerce en la caldera se utiliza para controlar la capacidad térmica del vapor y así motivar el vapor a través del sistema.

Cabezal de vapor: El vapor que se crea en la caldera tiene que transportarse por las tuberías. También sirven como depósito para alimentar el vapor a los circuitos de calefacción individuales. Este cabezal debe ser lo suficientemente grande para eliminar la caída de presión entre la caldera y el inicio del circuito.

El tamaño del cabezal de vapor reduce la caída de presión y la pérdida de radiación. Las tuberías de vapor que no tienen el tamaño suficiente provocan una gran caída de presión y así mismo la falta de vapor en el punto de uso.

Colector de vapor: Un sistema de vapor funciona a través de tuberías que transportan el vapor. La tubería de menor diámetro sirve como punto de derivación para alimentar los circuitos de calefacción individuales. Los distribuidores tienen varias bifurcaciones, cada una con su válvula de aislamiento.

Circuito de calefacción: El circuito de calefacción se compone de un grupo de elementos calefactores: tubo encamisado, atornillado y trazado de tubos. La tubería pre-aislada se utiliza para transportar vapor desde el colector de vapor hasta el primer elemento calefactor del circuito.

Las mangueras de metal flexibles se utilizan para que el vapor fluya de un elemento calefactor a otro. También sirven para transportar el vapor desde el último elemento del circuito hasta el colector de condensado.

Un sistema de vapor debe contar con los circuitos y la configuración adecuada de acuerdo a cada industria. Es por esto que deben estar diseñados por especialistas que puedan garantizar que el funcionamiento suministre el vapor fresco al sistema de revestimiento antes de que el vapor haya perdido demasiada presión.

Tipos de vapor

Otro factor importante que se tiene en cuenta en los sistemas de vapor es el tipo de vapor que sale. Ya que dependiendo de la temperatura y el punto de ebullición se pueden producir diferentes tipos y todos tienen un uso práctico en alguna industria.

Vapor húmedo: Como lo indica su nombre, el vapor húmedo tiene un porcentaje de agua en su contenido. Este vapor está en su punto exacto de ebullición. En caso de agregarle calor se usaría para hervir el agua líquida restantes antes de que se pueda elevar la temperatura del vapor.

Es importante tener en cuenta que la calidad del vapor se define como el porcentaje de contenido gaseoso dentro de la mezcla de vapor húmedo. Es un parámetro importante para definir el estado termodinámico exacto de la mezcla de vapor. Entre el vapor contiene más líquido, el vapor se considera de menor calidad.

Vapor seco: Este tipo de vapor como su nombre lo indica no tiene ningún tipo de líquido en su contenido. Así que se puede decir que su calidad es 100% excelente. El vapor seco puede estar en 0 o por encima del punto de ebullición del vapor a una presión determinada.

Siempre que se necesite vapor seco en el punto de ebullición, se puede hacer uso de un atemperador de vapor para bajar la temperatura del vapor alrededor de 3 grados por encima del punto de ebullición.

Valor sobrecalentado: Este tipo de vapor también contiene 0% de líquido en su contenido. Se dice que el vapor se considera sobrecalentado cuando se calienta por encima de su temperatura de punto de ebullición. De esta manera, las moléculas de gas aumentan el calor adicional para aumentar la temperatura.

Es muy común que el vapor sobrecalentado se genere en las calderas para ser utilizado en muchas aplicaciones de servicio público, donde se espere evitar el flujo de dos fases en las tuberías de la red de vapor.

Aplicaciones de sistemas de vapor en la industria

El vapor es utilizado por muchas industrias manufactureras porque como ya mencionamos, es eficiente y ahorra costos. Las principales aplicaciones para el vapor tienen que ver con el calentamiento de procesos en grandes fábricas, pero tiene diferentes usos que son muy útiles.

Vapor para calentamiento de procesos: Este es el principal uso del vapor en la industria. El uso de vapor para procesar el calentamiento ofrece múltiples ventajas sobre otros medios de calentamiento. Algunos beneficios son: simplicidad del sistema, alta eficiencia y confiabilidad. Estos factores hacen que el vapor sea la primera opción a considerar para el calentamiento de procesos.

Se puede utilizar de manera directa o indirecta:

Calentamiento directo: Aquí, el vapor se inyecta directamente a la sustancia que se quiere calentar. Es un proceso que requiere mucho cuidado para que se realice una mezcla adecuada para garantizar un calentamiento uniforme. Además, es importante tener en cuenta que la temperatura no rebase los límites. Deben utilizar tubos de burbujeo para garantizar que el vapor no se escape al medio ambiente sin calentar el producto.

Se utiliza en la industria farmacéutica, de alimentos y de bebidas. Es el vapor de más alta calidad, ya que es seguro para ser consumido por los seres humanos.

Calentamiento indirecto: El calentamiento indirecto funciona con la ayuda de intercambiadores de calor para que el producto no entre en contacto físico con el vapor. Se puede utilizar mediante el uso de varios equipos de calefacción como cocinas, recipientes o intercambiadores de calor de tipo de placa o tubos.

Vapor para atomización: La palabra atomización significa romper partículas diminutas. El proceso de atomización asegura una mejor combustión de los combustibles. En los quemadores, el vapor se utiliza con el fin de separar el contenido de un combustible.

Cuando se utiliza de esta manera se asegura una mayor superficie de combustible disponible para la combustión. Como resultado, se minimiza la formación de hollín y aumenta la eficiencia general de la combustión.

Es utilizado en calderas y generadores de vapor que utilizan petróleo como combustible.

Vapor para generar energía: Las centrales eléctricas comerciales de Nueva York y Londres en 1882 utilizaron motores de vapor alternativos para funcionamiento. Durante décadas, el sistema de vapor se ha utilizado para generar energía en forma de electricidad.

Las plantas de energía de vapor funcionan en el ciclo de Rankine. Se trata de un proceso que genera vapor sobrecalentado y luego se transporta a la turbina de vapor. El vapor impulsa la turbina que a su vez genera electricidad. Después, el vapor se convierte nuevamente en agua líquida por medio de un condensador. Y el agua recuperada retroalimenta nuevamente la caldera.

La eficiencia de la planta de energía depende directamente de la diferencia entre la presión y la temperatura del vapor en la entrada y en la salida de la turbina. Se recomienda el uso a alta temperatura y presión. Por esto es más eficiente el vapor sobrecalentado.

Vapor para humidificación: Mantener la humedad es un aspecto importante en los sistemas de climatización y ventilación porque la humedad más baja o más alta de lo establecido tiene efectos adversos en los seres humanos, en las máquinas y en los materiales del sistema.

Una humedad inferior a la deseada puede provocar secado de las membranas mucosas, lo que tiene como resultado dificultades respiratorias. También conduce a un aumento de los problemas de electricidad estática que pueden dañar el equipo.

El vapor se puede usar para humidificación de varios tipos, desde evaporadores hasta ultrasónicos que puedan adaptarse a diferentes aplicaciones. Y cuentan con ventajas adicionales sobre otros medios.

Vapor para secar: Secar productos es otra de las aplicaciones más comunes que utiliza el vapor, precisamente para eliminar la humedad de los elementos. Comúnmente, utilizan aire caliente, pero el uso de vapor para secar hace que el sistema sea más simple, sea más fácil de controlar y sea más compacto. Además, la inversión de capital también es más reducida.

El uso de vapor tiene muchas ventajas sobre el uso de aire caliente para secar: es más económico en términos operativos, es una alternativa más segura y de mejor calidad.

Como pudimos ver, un sistema de vapor, es una opción eficiente, segura y económica para muchas aplicaciones en las industrias. A lo largo de la historia han sido utilizados y con la llegada de nueva tecnología, sin duda potenciarán sus funciones y se convertirán en un elemento indispensable.

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