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¿Qué es el vapor de expansión?

AMS Steam Technology • 6 de abril de 2020

La presión y la temperatura del vapor saturado están relacionadas de manera que a cada presión le corresponde solamente una temperatura de saturación. Esta relación así como contenido energético (entalpía), volumen específico y otras propiedades del vapor se pueden obtener consultando la tabla del vapor saturado o la curva de saturación del vapor.

En la tabla del vapor saturado, la cual encontrarán en nuestro apartado de descargas, se observa que el calor sensible (calor del agua en ebullición) aumenta con el aumento de presión, mientras que el calor latente (calor de evaporación o calor cedido en la condensación) disminuye al aumentar la presión.


En la siguiente imagen hemos representado gráficamente el calor total del vapor desglosado en sus dos componentes calor sensible y calor latente, con la que se puede encontrar una fácil explicación del proceso de formación del vapor de expansión, también llamado vapor flash o revaporizado:

El punto 1 representa el contenido energético del vapor a la entrada de un equipo consumidor de vapor. La cesión de calor latente se produce a lo largo del tramo 1-2. Al alcanzarse el punto 2, todo el vapor ha condensado sin variación teórica de su temperatura tal y como explicamos en este artículo, llegando al purgador para ser eliminado.

A través del purgador se produce un descenso brusco de presión desde Pv hasta Pc (tramo 2-3), manteniéndose constante el contenido energético del condensado. El punto 3 representa el estado del condensado a la salida del purgador. Ahora bien, el punto de saturación del condensado a la presión Pc corresponde al punto 4, cuyo nivel energético es inferior al 3. Por tanto, en el punto 3 existe una mezcla de vapor y condensado, pues el tramo 3-4 representa el exceso de energía contenida en el condensado evacuado por el purgador, que revaporiza parcialmente hasta alcanzar el equilibrio energético. Este exceso de energía tiene su origen en la expansión del condensado a través del purgador ya que no existe aporte calorífico externo.

En resumen, siempre que un purgador trabaje a temperatura de saturación, en su descarga existirá una mezcla de vapor de expansión y condensado, de modo que la energía contenida en la fase líquida (condensado) es precisamente el calor sensible del condensado a la presión de servicio, mientras el resto de energía, tramo 4-3 en la zona de evaporación del diagrama, corresponde a la presencia de cierta cantidad vapor de expansión formado durante este proceso.

La cantidad de revaporizado formado por unidad de masa de condensado evacuado es precisamente el cociente entre la entalpía correspondiente al tramo 3-4, dividida entre la entalpía correspondiente al tramo 5-4, es decir, el cociente entre la diferencia de entalpías del condensado antes y después del purgador (h2-h4) dividida entre el calor latente de evaporación a la presión de salida del purgador (h5-h4):

Revaporizado por unidad de masa = (h2-h4) / (h5-h4)

Conocer el mecanismo del proceso físico de formación de vapor de expansión es fundamental para evaluar el correcto funcionamiento de un purgador, pues no resulta fácil diferenciar vapor vivo y vapor de expansión lo que conduce a graves errores de diagnóstico de purgadores, agravado por el enorme aumento de volumen que se produce durante la formación de vapor de expansión. 


Esta imagen esquematiza este aspecto, evidenciando el fuerte aumento de volumen que experimenta el condensado al revaporizar a la salida del purgador.

Nótese que aunque la cantidad de condensado es muy superior a la de vapor de expansión formado en peso, sin embargo al comparar sus volúmenes ocurre todo lo contrario (276 m3/h de revaporizado frente a 0.840 m3/h de condensado).

En el próximo artículo explicaremos como diferenciar el vapor vivo del vapor de expansión o revaporizado, también llamado vapor flash.
Por AMS Steam Technology 22 de octubre de 2020
Si alguna vez has sufrido alguno de estos problemas, es muy probable que el efecto Stall haya aparecido en tu instalación: • Ruptura de intercambiadores • Golpe de Ariete • Temperaturas de Calentamiento Desiguales ¿Qué es el efecto Stall? El Stall ocurre cuando la presión diferencial necesaria a través de un purgador de vapor se vuelve negativa, ocasionando que el condensado no sea descargado por el purgador y este se acumule dentro del intercambiador de calor. Los purgadores de vapor no tienen la capacidad para descargar el condensado por si solos, sino que el condensado es descargado mediante la diferencia de presiones entre la presión a la entrada y la presión de salida del purgador. La presión de entrada del purgador , por lo tanto, debe ser superior a la presión de salida para permitir la descarga apropiada del condensado. Existen varios factores que pueden interferir en la presión diferencial de un purgador. Uno de ellos, por ejemplo, es el uso de una válvula de control, que puede originar una reversión en la presión diferencial de operación del purgador. Normalmente, los intercambiadores de calor son diseñados para alcanzar la carga máxima. El área de transferencia de calor de un intercambiador de calor es fija y no se puede cambiar, pero la carga puede fluctuar dependiendo de las condiciones de operación. Por ejemplo, si el flujo de aire en un calentador de aire caliente se reduce, la única manera de mantener la temperatura actual del aire caliente es reduciendo la temperatura (presión) del vapor, que se utiliza como la fuente de calor. Si la apertura de la válvula de control se encuentra más cerrada, la presión dentro del intercambiador de calor sufrirá una caída. Como resultado, caerá la presión a la entrada del purgador y puede que esta sea menor a la presión en la salida, por lo que el condensado no será descargado, si no que se almacenara dentro del equipo. Aun que el condensado que está almacenado puede ser eliminado al restaurar la presión de entrada del purgador, aun se pueden presentar problemas durante el tiempo que le tome recuperarse a la presión de entrada y poder descargar el condensado. Cuando el vapor entra en contacto con el condensado acumulado y se condensa instantáneamente , debido a la diferencia de temperatura, es muy probable que ocurran golpes de ariete. En equipos como intercambiadores tubulares o de placas, el impacto de los golpes de ariete puede causar ruptura de los tubos y placas interiores.
Por AMS Steam Technology 21 de septiembre de 2020
El golpe de ariete en la tubería de recuperación de condensado normalmente es ocasionado debido a la interacción de el condensado de baja temperatura y el vapor de alta temperatura. Generalmente este se forma de la presencia dual del condensado y el vapor flash en la tubería. En la mayoría de instalaciones de vapor, es muy común escuchar un “golpeteo” constante en el depósito de retorno de condensados pero, ¿es normal este ruido? En tanques atmosféricos de recuperación de condensado, es muy común que se forme vapor flash al descargar condensado a alta temperatura, el cual entra en contacto con el condensado de baja temperatura dentro del depósito. Si el salto térmico no es muy elevado las bolsas de vapor que se generan son pequeñas, por lo que el vapor se condensará rápidamente y escucharemos impactos pequeños y cíclicos a gran velocidad conocidos como “golpeteo”. Por lo tanto, es completamente normal escuchar este famoso “golpeteo”. No obstante, existen soluciones para minimizar este ruido como por ejemplo realizar pequeños agujeros en el tubo de descarga de condensado o instalar un silenciador en el extremo del tubo de descarga. Al realizar esto, conseguimos que el vapor forme pequeñas burbujas que se mezclan con el condensado.
Por AMS Steam Technology 6 de septiembre de 2020
¿Por qué instalar una Bomba de Condesado Mecánica en lugar de una Bomba de Condensado Eléctrica (Centrífuga)? La fiabilidad es el objetivo principal para seleccionar una PMP (pressure motive pump) de tipo mecánica en lugar de las bombas de condensado eléctricas. Las bombas eléctricas requieren un sello mecánico para evitar la fuga del líquido ya que el líquido que se bombea actúa como lubricante, por lo que las caras del sello mecánico pueden girar libremente una contra la otra, mientras el líquido permanezca relativamente frío, el sello mecánico puede durar muchos años. Sin embargo, el condensado caliente puede convertirse en vapor entre las caras del sello y provocar una falla. Una bomba centrífuga crea una zona de baja presión en el ojo del impulsor, el condensado caliente puede convertirse en vapor en la zona de baja presión, causando cavitación y erosión del impulsor y carcaza de la bomba como consecuencia.
Por AMS Steam Technology 31 de agosto de 2020
El vapor ha sido una valiosa fuente de energía desde la revolución industrial. Al contrario de lo que la gente cree, el vapor sigue siendo una de las formas más eficientes y convenientes de distribuir energía térmica de alta calidad ; sin embargo, si las instalaciones de vapor no se mantienen adecuadamente, pueden incurrir en gastos energéticos elevados, pueden ser ineficientes y poco seguras. Con los ciclos interminables de desperdicio de vapor, la mayoría de las empresas no se dan cuenta de que las pruebas y el mantenimiento adecuados de los purgadores de vapor pueden reducir sus facturas de combustible en un 10-30%. De forma muy resumida, a medida que el vapor viaja a través de las tuberías y puntos de consumo, pierde energía y se condensa. Es muy importante que este condensado sea eliminado sin fugas de vapor vivo para mantener la planta en plena eficiencia. "Alrededor del 10% de las trampas de vapor fallan cada año debido al desgaste de las piezas mecánicas" Para obtener la máxima eficiencia de la planta, los purgadores de vapor deben revisarse de manera adecuada y regular. Para una planta la cual trabaja las 24 horas del día los 365 días del año, es recomentable realizar una auditoría cada 6 meses. Para las demás indústrias, las cuales paran su actividad en fines de semana o de vez en cuando, es recomendable realizar una auditoría al año. Si quieres reducir tu consumo energético al mismo tiempo que incrementas la eficiencia de tu instalación de vapor, no dudes en ponerte en contacto con nosotros.
Por AMS Steam Technology 24 de agosto de 2020
A menudo, muchos de nuestros clientes nos comentan que algunas de sus válvulas de seguridad disparan antes de lo esperado. Sin embargo, tras inspeccionar y revisar las válvulas, comprobamos que no están abriendo antes de tiempo, sino existe un concepto erróneo sobre la presión de disparo (tarado) de la válvula.
Por AMS Steam Technology 17 de agosto de 2020
Cliente: Indústria Quimica Objetivo: Reducir el consumo energético y mejorar el rendimiento global de la planta Resultados: Ahorro energético anual de 120.000€, retorno de la inversión en menos de 6 meses
Por AMS Steam Technology 10 de agosto de 2020
Todos sabemos que cualquier fuga de vapor representa un gasto energético pero, ¿sabemos realmente cuanto cuestan las fugas de vapor? Generalmente, existen dos tipos de fugas de vapor: - Fugas en purgadores de vapor - Fugas en equipos y tuberías (orificios) En este artículo explicamos como calcular cuanto cuesta una fuga de vapor, sea del tipo que sea. Empezamos por las fugas en los purgadores de vapor. La fórmula que debemos utilizar para calcular el coste de una fuga de vapor es la siguiente:
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