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Sep 10, 2023

¿Qué es el vapor sobrecalentado y cuáles son sus usos?

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El vapor sobrecalentado suena genial (bien caliente), pero ¿qué es? ¿Para qué se puede usar realmente?

Aquí exploramos lo que significa el término vapor sobrecalentado y descubrimos algunos de sus usos y beneficios interesantes.

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El vapor sobrecalentado es una forma de vapor a una temperatura más alta que el punto de ebullición del líquido de origen, también conocido como punto de vaporización, bajo una presión determinada.

Es un estado relativo a algo llamado vapor saturado o húmedo. Este tipo de vapor es aquel que apenas supera el punto de ebullición de la fuente a una presión dada.

El vapor saturado se forma cuando tanto el líquido fuente como el vapor tienen la misma temperatura y las tasas de evaporación/condensación están en equilibrio. En otras palabras, el vapor y el líquido pueden coexistir en el mismo espacio.

Si se aplica calor y grados de temperatura adicionales al vapor por encima de este punto, se considera que tiene una cantidad x de "grados sobrecalentados". En este punto, la mayoría, si no todos, los rastros de humedad tienden a borrarse formando vapor "seco" y luego sobrecalentado.

El vapor sobrecalentado "puede, por lo tanto, enfriarse (perder energía interna) en cierta cantidad, lo que resulta en una disminución de su temperatura sin cambiar de estado (es decir, condensarse) de un gas a una mezcla de vapor saturado y líquido". -Wikipedia.

De hecho, el vapor derivado del agua sobrecalentada tiene tanta energía almacenada que en realidad puede usarse para iniciar incendios.

"Si el vapor no saturado (una mezcla que contiene tanto vapor de agua como gotas de agua líquida) se calienta a presión constante, su temperatura también permanecerá constante a medida que la calidad del vapor (piense en la sequedad o el porcentaje de vapor saturado) aumenta hacia el 100 % y se vuelve seco ( es decir, sin líquido saturado) vapor saturado. El aporte continuo de calor "sobrecalentará" el vapor saturado seco. -Wikipedia.

El vapor sobrecalentado se puede generar tomando, por ejemplo, vapor extraído de una caldera. Luego pasa a través de un dispositivo de calentamiento separado, llamado sobrecalentador, para transferir energía adicional al vapor a través del contacto directo o la radiación.

Este tipo de vapor tiene mucha más energía que el vapor saturado o húmedo y puede trabajar más que el vapor saturado. Sin embargo, el contenido de energía del vapor sobrecalentado es mucho menos útil para ciertas aplicaciones.

Esto se debe a que el vapor sobrecalentado tiene el mismo coeficiente de transferencia de calor que el aire, lo que lo convierte en un aislante y un mal conductor del calor.

Se prefiere el vapor saturado para aplicaciones de calefacción, mientras que el vapor sobrecalentado se usa principalmente en generación de energía y turbinas. Si se necesita vapor tanto para la generación de energía como para la calefacción, el vapor se puede sobrecalentar y luego desrecalentar hasta su condición de saturación". - nationalboiler.com.

Estos son algunos usos típicos del vapor sobrecalentado.

Si bien el vapor sobrecalentado tiene algunas aplicaciones de desinfección, no es necesariamente la mejor opción. El vapor sobrecalentado es, después de todo, efectivamente seco.

Esto se debe a que el vapor sobrecalentado tiene algunas desventajas con respecto al vapor saturado o húmedo. Este último es en realidad mejor para transferir su calor que el vapor sobrecalentado, lo que lo hace más adecuado para fines de desinfección.

El vapor sobrecalentado debe alcanzar temperaturas mucho más altas que el vapor húmedo, lo que genera la necesidad de que los productos estén expuestos durante un período de tiempo más prolongado. Por la misma razón, el vapor sobrecalentado no es útil para calentar.

Sin embargo, el vapor ligeramente sobrecalentado se puede usar para la desinfección antimicrobiana en cosas como biopelículas y superficies duras.

El vapor sobrecalentado es fantástico para cosas como la generación de electricidad. Su tremenda energía interna puede aprovecharse para reacciones cinéticas a través de la expansión mecánica contra los álabes de la turbina y los pistones alternativos.

Se prefiere el vapor sobrecalentado al vapor saturado porque puede liberar gran parte de su energía interna para trabajar y permanecer por encima del punto de vapor de agua del líquido (a una presión dada dentro de la turbina/motor de pistón).

A presiones más altas, el vapor húmedo contiene gotas de líquido que, por lo general, son bastante difíciles de comprimir. Estas gotas también pueden causar daños por impacto en elementos mecánicos de turbinas y motores.

El vapor saturado también puede condensarse a medida que baja la temperatura y la presión. Las gotas de líquido que se forman pueden provocar picaduras en los álabes de la turbina.

Con suficiente fuerza, pueden incluso doblar, agrietar o fracturar componentes vitales de la turbina/motor. Obviamente, esto no es deseable, especialmente para turbinas más grandes y caras.

El vapor sobrecalentado también permite velocidades de vapor más altas a través de tuberías (típicamente100 m/s ). Esto significa que se pueden usar tuberías más pequeñas para transmitirlo (siempre que la caída de presión no sea excesiva).

También es ampliamente utilizado en plantas de energía nuclear.

El vapor sobrecalentado se utilizó ampliamente en locomotoras de vapor y otras máquinas de vapor. Demostró ser más económico y eficiente que el vapor saturado para impulsar la locomotora.

Debido a que está efectivamente seco, era menos probable que el vapor se condensara dentro de los cilindros de la locomotora, lo que reducía la necesidad de drenarlos periódicamente.

El vapor sobrecalentado también se utiliza para diversas aplicaciones de procesamiento como: -

- Secado

- Limpieza

- Oxidación con vapor

- Capas

- Ingeniería de reacción

- Secado epoxi

- Curado

- Procesamiento de reacciones químicas

- Catálisis

- Sistemas de energía

- Nanotecnología

Para nombrar sólo unos pocos.

También se puede utilizar en el procesamiento de alimentos con gran efecto. Como el vapor sobrecalentado puede transferir calor rápidamente en las circunstancias adecuadas, puede usarse para calentar algo rápidamente.

"Las principales ventajas de usar vapor sobrecalentado para el procesamiento de alimentos son una mejor calidad del producto (características de color, contracción y rehidratación), menores pérdidas por oxidación y mayor eficiencia energética". - Alfy A. et al.

El vapor sobrecalentado también se puede usar para algunas formas de control de plagas. Se puede utilizar, por ejemplo, para vaporizar el suelo.

Aquí, el vapor se introduce en el suelo, lo que hace que casi todo el material orgánico se deteriore. La vaporización del suelo es una alternativa eficaz al uso de productos químicos en la agricultura.

Esto dependerá completamente de la fuente de líquido en cuestión. Para que el vapor se sobrecaliente, debe exceder el punto de ebullición de ese líquido a tal grado que pierda la mayoría, si no todos, los componentes líquidos.