Aplicaciones de la Presión de Vapor Este fenómeno se aprovecha en la práctica para muchas aplicaciones, algunas tan simples como la conocida olla conocida olla a presión y otras tan complejas e importantes importantes como como las grandes ,
calderas de vapor, las vapor, las máquinas refrigeradoras o la producción de aire líquido.
Olla a Presión La olla a presión se ha convertido convertido en un indispensable elemento en la cocina moderna moderna en la mayoría de los hogares del mundo, pueden conseguirse en el mercado de diferentes tipos, capacidades, niveles de funcionalidad y precios. Este dispositivo basa su funcionamiento en el hecho de que la temperatura de ebullición de un líquido dependerá de la presión a que está sometido, de forma tal que a más presión mayor temperatura. Utilicemos el esquema siguiente para ilustrar.
El esquema representa un recipiente cerrado tal y como es la olla de presión con su tapa ajustada, al que se le aplica calor y que contiene agua (azul). Las pequeñas bolitas azules representan las burbujas de vapor que abandonan el líquido y pasan al estado de vapor durante el calentamiento. calentamiento.
Estos vapores como están confinados y no pueden escapar, van gradualmente incrementando la presión dentro de la olla, y con ello la presión de vapor saturado del agua, por lo que esta no podrá entrar en ebullición. El incremento de presión terminará levantando el peso que cierra un pequeño conducto al exterior y los vapores escaparán haciendo que la presión interior se estabilice en un valor fijo, si baja, el peso cae y cierra el conducto, si sube el peso se levanta y deja escapar vapores en una suerte de regulador de presión. Durante este proceso, al agua de la olla ha ido ganando en temperatura, y entra al fin en ebullición a un valor más alto de temperatura final, que si la olla estuviera abierta a la atmósfera. El incremento de temperatura, resulta evidente, que dependerá de la magnitud del peso colocado para cerrar el agujero de escape, y del diámetro de este agujero. Este incremento de temperatura hará que los alimentos se cuezan mucho más rápido, que es la aplicación principal de la olla a presión
Finalmente, el uso de la olla a presión, ha hecho que ganemos en tiempo de cocción lo que
indirectamente
además
significa
un
considerable
ahorro
de
energía.
Como existe la posibilidad real de que el agujero de escape se obstruya por fragmentos del alimento que se cuece, todas la ollas a presión, tienen un válvula de seguridad, que se abre cuando la presión interior sobrepasa un límite de seguridad establecido para evitar su explosión.
Calderas de vapor
Una caldera es una máquina o instalación, diseñada y construida para producir vapor de agua a elevada presión y temperatura, las hay, desde pequeñas instalaciones locales para la producción de vapor para cocción de alimentos, planchado en serie de ropa, tratamientos sépticos de instrumentales y labores similares, con vapor de relativa baja temperatura y presión, hasta enormes instalaciones industriales, utilizadas para la alimentación de turbinas de generación de electricidad, y otros procesos industriales donde se requiere vapor en grandes cantidades, a altísimas temperaturas y presiones. La caldera de vapor mas elemental es la conocida olla a presión, tan común en nuestros hogares.
En esencia una caldera es un recipiente cerrado, lleno parcialmente de agua a la que se le aplica calor procedente de alguna fuente, tal como un combustible, rayos solares concentrados, electricidad etc. para hacerla hervir y producir vapores. Como estos vapores están confinados a un espacio cerrado, se incrementará la presión interior y con ello la temperatura de ebullición del agua según muestra el diagrama de fases, pudiéndose alcanzar finalmente muy elevados valores de presión y temperatura. Estos vapores se concentran en la parte superior del recipiente inicialmente vacío, conocido como domo, de donde se extrae vía conductos para ser utilizado en el proceso en cuestión.
Aunque el principio de trabajo es muy simple, las particularidades del proceso son complejas para un trabajo seguro y eficiente de la caldera, especialmente en las grandes instalaciones industriales.
Hay muchos tipos de calderas de acuerdo a las temperaturas y presiones finales, tipo de energía
calorífica
disponible
y
volumen
de
producción
de
vapor.
Cabe destacar además, que incluso, para las mismas condiciones generales, existen un gran número de diseños constructivos en cuanto al modo de intercambio de calor, la forma del quemado del combustible, forma de alimentación del agua y otros muchos factores, lo que hace el tema de las calderas, objeto de grandes tomos técnicos así como de constante desarrollo.
En la imagen se muestra un esquema de una caldera simple, que utiliza carbón como combustible.
Los gases muy calientes procedentes de un quemador de carbón, se conducen a través de múltiples tubos embebidos en el agua contenida en el cuerpo de la caldera, hasta una chimenea de salida al exterior. Estos tubos se conocen como tubos de fuego. Durante el paso por los tubos, ceden el calor al agua circundante, calentándola y haciéndola hervir, los vapores resultantes, burbujean en el resto del agua para concentrarse
en
el
domo
de
donde
se
extraen
para
el
proceso.
Una válvula de seguridad calibrada, impide que se alcancen presiones peligrosas para la integridad de la caldera. Como durante el trabajo, se utiliza el vapor, el nivel del agua dentro de la caldera se reduce, por tal motivo es necesario alimentar la caldera con agua fresca. El conducto de purga se utiliza para vaciar la caldera en caso de reparaciones y mantenimiento o en periodos de inactividad durante las heladas.
El agua para la caldera Un factor importantísimo a tener en cuenta durante el trabajo de la caldera es la calidad del agua de alimentación.
Esta agua debe estar desprovista de dureza temporal, de lo contrario, las sales depositadas en torno a los tubos de fuego van formando una capa aislante que impide el intercambio adecuado de calor entre gases de la combustión y agua, con la consecuente pérdida de eficiencia.
Hay calderas de funcionamiento invertido al del esquema presentado, es decir por dentro de los tubos de fuego, circula el agua a calentar, y por el exterior, los gases calientes producto de la combustión, en este caso, la capa de sales depositadas en el interior de los tubos y su consecuente aislamiento, pueden producir que el tubo se caliente mucho, se reblandezca y estalle produciendo la explosión de la caldera.
Planta Simple de Vapor La figura muestra un diagrama esquemático de un planta simple de vapor. El vapor sobrecalentado a alta presión sale de la caldera , que es un elemento del generador de vapor y entra a la turbina. El vapor se expande en la turbina y mediante esto efectúa un trabajo, lo cual hace que la turbina mueva un generador eléctrico. El vapor a baja presión sale de la turbina y entra al condensador, en donde el calor es transmitido del vapor (haciendo que se condense) al agua de enfriamiento. Debido a que se requieren cantidades muy grandes de agua, las plantas de fuerza están situadas cerca de los ríos o los lagos. Cuando el agua disponible es limitada, podrá utilizarse una torre de enfriamiento. En la torres de enfriamiento, parte del agua se evapora, de tal modo que baja la temperatura del agua remanente. La presión del condensado, al salir del condensador, se aumenta por medio de una bomba que lo hace f luir dentro del generador de vapor.
En muchos generadores de vapor se utiliza un economizador. El economizador es simplemente un cambiador de calor en el cual el calor es transmitido de los productos de combustión al condensado, aumentando la temperatura de éste, pero sin que se efectúa ninguna evaporación. En otras secciones del generador de vapor se transmite el calor de los productos de combustión al agua, causando su evaporación. La temperatura a la cual ocurre la evaporación se llama temperatura de saturación. Entonces el vapor fluye a través de otro cambiador de calor llamado sobrecalentador, donde la temperatura del vapor sube muy arriba de la temperatura de saturación.
