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La temperatura del vapor NO determina el grado de sequedad (calidad) del mismo

Publicado el: 2/3/2020
Autor/es: Marc Manich, Responsable de proyectos en AMS Steam Technology
Durante las auditorías de vapor que realizamos constantemente, son muchos los clientes que nos dicen:
Mi termómetro marca la temperatura de saturación del vapor a la presión que estoy trabajando (según tabla). No tenemos problemas de arrastres de agua, ¡Nuestro vapor es 100% saturado seco!
Decir que nuestro vapor es 100% seco porqué la temperatura se corresponde a la presión del vapor saturado, según tabla, es del todo incorrecto.
Cuando el vapor se condensa y cambia de fase (de gas a líquido), siempre y cuando la presión se mantenga constante, el condensado tendrá la misma temperatura que el vapor porqué solo se desprende su calor latente, conservando su calor sensible. Por este motivo esta agua se conoce como “agua saturada”.
Es muy importante tener en cuenta este aspecto, ya que la temperatura del vapor no determina el grado de sequedad (calidad) del mismo. Veámoslo con un ejemplo:
Imaginemos un proceso industrial el cual consume 500 Kg/h de vapor a una presión de 3 bar(g). El vapor de este proceso está compuesto por un 70% de vapor saturado seco y un 30% de agua saturada. Como hemos visto, el termómetro de dicho proceso indicará una temperatura de 143ºC.
Imaginemos ahora el mismo proceso industrial, con las mismas condiciones (500 Kg/h a 3 bar(g)), pero esta vez nuestro vapor es 100% saturado seco. El termómetro, en estas condiciones, también indicará una temperatura de 143ºC.
Entonces, ¿Dónde reside la diferencia, entre el primer caso y el segundo? La diferencia reside en la transferencia térmica, es decir, el calor del cual disponemos en cada caso. A mayor porcentaje de agua presente en el vapor, menor será la transferencia térmica.
¿Porqué? Porqué la Energía del vapor saturado seco (Entalpía específica) es 4,5 veces superior a la del agua saturada. A continuación calcularemos la Energía total de ambos casos:
Antes de proceder con los cálculos debemos conocer la Entalpía especifica tanto del Vapor saturado como del Agua saturada a la presión de 3 bar(g):
Entalpía especifica Vapor Saturado (Hg) = 2.738,21 kJ/Kg
Entalpía especifica Agua Saturada (Hf) = 605,23 kJ/Kg

Caso 1 – 70% Vapor saturado seco + 30% Agua saturada
En este caso, de los 500 Kg/h de vapor, el 70% se encuentra en forma de vapor saturado seco y el otro 30% en forma de agua saturada. Para determinar la Energía (Entalpía) total debemos calcular la Entalpía del Vapor saturado y del agua saturada que, sumándolas, resultarán en la Entalpía (energía) total de la cual disponemos.
Entalpía Vapor Saturado: 500 Kg/h x 0.70 x 2.738,21 kJ/Kg = 958.373,50 kJ/h
Entalpía Agua Saturada: 500 Kg/h x 0.30 x 605,23 kJ/Kg = 90.784,50 kJ/h
Entalpía total = 1.049.158 kJ/h
 
Caso 2 – 100% Vapor saturado seco, 0% Agua saturada
En este caso, de los 500 Kg/h de vapor, el 100% se encuentra en forma de vapor saturado seco, es decir, no existe agua saturada en forma líquida. Para determinar la Energía (Entalpía) total debemos calcular la Entalpía del Vapor saturado y del agua saturada que, sumándolas, resultarán en la Entalpía (energía) total de la cual disponemos. En este caso la Entalpía del agua saturada será 0.
Entalpía Vapor Saturado: 500 Kg/h x 1 x 2.738,21 kJ/Kg = 1.369.105 kJ/h
Entapía Agua Saturada: 500 Kg/h x 0 x 605,23 kJ/Kg = 0 kJ/h
Entalpía total = 1.369.105 kJ/h

Como se puede apreciar, aunque el termómetro en ambos casos indique 143ºC, cuando nuestro vapor es 100% saturado seco disponemos de 319.947 kJ/h más, o lo que es lo mismo, en el otro caso estamos perdiendo 319.947 kJ cada hora.
Por favor, no confundamos temperatura con calidad de vapor, la calidad del vapor se mide con su grado de sequedad, o lo que es lo mismo, con el porcentaje de agua presente en el vapor lo cual determinará su transferencia térmica.
 
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