vapor

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Razones de su uso en la industria: 
Fase 1: El agua se calienta hasta la ebullición (calor sensible). 
 
Fase 3: Evaporada toda el agua, un aporte adicional de calor eleva su temperatura, obteniendo vapor 
sobrecalentado. Calor Total = Calor Sensible + Calor Latente + Recalentamiento 
Terminología 
• Vapor saturado: Vapor a temperatura de ebullición o 
saturación. 
• Vapor saturado seco: Vapor a temperatura de ebullición sin gotas de agua en suspensión. 
• Vapor sobrecalentado: Vapor a temperatura superior a la de saturación a determinada presión. 
• Condensación: Inversa a la vaporización, formándose condensado y cediendo su calor latente. 
• Presión de trabajo o servicio: Presión manométrica de vapor en la parte superior de la caldera. 
• Calor específico: Calor necesario para elevar en 1°C la temperatura de una masa de sustancia. 
• Calor sensible: Calor que gana o cede una sustancia al variar su temperatura sin cambiar de estado. 
• Calor latente: Calor que gana o cede durante un cambio de estado, sin variar su temperatura. 
• Poder calorífico del combustible: Cantidad de calor que entrega un kg o m3 en la combustión completa. 
• Poder calorífico superior (PCS): Calor total desprendido por 1kg de combustible junto con el calor 
cedido por la posterior condensación del vapor. El Poder calorífico inferior (PCI) es idéntico al PCS, pero 
no cuenta el calor latente de condensación. 
• Vapor saturado: No contiene gotas, pero pueden formarse en caso de un pequeño enfriamiento. 
• Vapor sobrecalentado o recalentado: No contiene gotas en suspensión, ni se producirán por 
enfriamientos pequeños. Es usado en turbinas, donde se requiere que el vapor sea seco. 
• Vapor húmedo: Coexisten vapor y líquido (gotas en suspensión), 
en equilibrio entre sí. Se prefiere que el vapor sea lo más seco 
posible, evitando erosión, corrosión y golpes de ariete. 
Partes de un sistemas de vapor 
Calderas: Recipiente metálico cerrado que produce vapor a alta 
presión del modo más eficiente posible, mediante el calor de 
combustión. 
Quemadores: Dispositivos donde se da la combustión. 
Generador de vapor: Se llama así al conjunto de una caldera y su equipamiento auxiliar (accesorios). 
Fase 2: El calor aportado tras el punto de ebullición es calor 
latente (depende de la presión) en la evaporación 
(temperatura constante), donde coexisten agua y vapor. 
VAPOR: 
Es incoloro, inodoro, estéril, barato y de gran disponibilidad; amplio rango de temperaturas de uso; fácil 
transporte por tuberías (sin energía externa, como las bombas, al contar con presión propia); elevado 
calor de condensación (cede mucha energía al condensarse) y variados usos (calentar, evaporar, fundir, 
esterilizar, secar, etc). Es la fuente industrial de calor (para calentar procesos y generar energía) más 
eficiente en relación a su costo al dar mucho calor (latente y sensible) entre dos puntos en forma de 
entalpía. El vapor se forma al aumentar su entalpía tomando calor de combustión. En el punto de uso 
cede esta entalpía al medio. 
Si la sustancia está por debajo de su temperatura crítica, puede 
condensarse por compresión isotérmica, siendo un vapor. De lo contrario, 
no puede condensarse, sin importar la presión, por lo que es un gas. 
 
Hogar de la caldera: Donde el agua pasa a vapor, al recibir el calor del quemador. En las acuotubulares 
está formado por paredes de tubos; en las humotubulares consiste en una envolvente metálica 
interna. El control del aire es esencial para la eficiencia de la caldera, demasiado aire enfriará el hogar 
y disipará calor útil. Y muy poco producirá combustión incompleta y humos. 
 
fuera de la caldera, mientras que la cámara húmeda está dentro de la caldera 
para una mayor transferencia de calor con el agua. Pero deben emplearse 
combustibles limpios al ser más complicada la limpieza que en las calderas de 
ventilador de tiro forzado o no). 
sentido del flujo) y luego van por encima del hogar, a 
través de tubos de diámetro pequeño para una gran 
superficie de calentamiento. Por los tubos retornan a la 
parte delantera, hasta la chimenea (puede tener un 
Los gases pasan por el hogar hasta la cámara 
seca en la parte trasera (donde se invierte el 
humotubulares serían excesivos y antieconómicos. 
Las acuotubulares usan el principio de termosifón, 
donde el agua de alimentación fría del domo 
superior desciende (mayor densidad) hasta el 
domo inferior, desplazando el agua caliente 
(menor densidad) hacia arriba. El calentamiento 
continuo crea vapor en los tubos de subida, que se 
El agua circula por los tubos con el calor 
rodeándolos. Para la misma producción 
de vapor, posee domos y tubos de menor 
diámetro que la humotubular. Por eso se 
prefieren para mayores presiones y 
caudales, donde los diámetros de 
envolventes y espesores de chapa de las 
Pero al aumentar la presión, la diferencia de densidad entre el agua y el vapor se 
reduce (por compresión del vapor) y disminuye la circulación. Para mantener el 
mismo nivel de producción de vapor a presiones más altas se aumenta la 
distancia entre el domo superior e inferior, o se emplean bombas. 
 
 
Calderas humotubulares 
 
los que circulan los gases de combustión. 
 
 
 
 
 
 
La cámara seca está por 
 
 
 
cámara seca, donde pueden usarse combustibles sucios (generan hollín). Hay 
de 3 pasos, con tubos más finos para acomodar mayor cantidad en la caldera, 
mejorando la transferencia de calor. 
Al estar ya ensamblada, posee menores costos de instalación, mayor seguridad (al trabajar a menos 
presión), de sencilla construcción y mantenimiento. Los grandes diámetros y espesores de chapa limitan 
el rango de presión de trabajo. A presiones mayores se deberá emplear una caldera acuotubular. 
Calderas acuotubulares 
separa del agua en el domo superior. 
 
 
 
 
 
 
Sección hogar o radiante: Es la zona abierta donde las llamas de los quemadores calientan por 
radiación los tubos (no de forma directa, evitando daños por erosión). 
Sección de convección: Zona formada por bancos de tubos que absorben calor restante de los gases calientes 
por conducción y convección (ya habiendo pasado por la sección radiante), para mejor uso de los gases. 
Economizadores: Es un intercambiador para calentar el agua antes de su ingreso a la caldera 
(humotubular o acuotubular), reduciendo la energía necesaria para generar vapor y mejorando la 
Las superficies de transferencia de calor están contenidas dentro de una 
carcasa de acero. El calor pasa a través de los tubos, con agua alrededor. 
Existen diversas distribuciones de tubos según el número de “pasos” por 
Diseño de una caldera: Depende del combustible, ya que producen diferentes combustiones y temperaturas 
de llama. Ejemplo: En una caldera diseñada para fuel-oil, cambiar a gas puede hacer que la temperatura de los 
gases que entran en los tubos sea más alta causando tensiones térmicas adicionales y posibles fallas. 
eficiencia. Gracias a la presión proveniente de la bomba de alimentación, se pueden alcanzar 
temperaturas de 100°C o más y seguirá estando líquida. 
Recalentadores o Sobrecalentadores 
Consiste en un serpentín por el que se añade calor adicional para obtener 
vapor sobrecalentado. En calderas acuotubulares, el recalentador puede 
estar dentro del hogar, pero no en humotubulares (la estructura no lo 
permite), por lo que se requiere un recalentador externo a la caldera. 
Sistema de alimentación y tratamiento del agua para caldera (ej: ablandador): Son los equipos, tuberías y 
accesorios que permiten el suministro del agua bajo condiciones adecuadas. 
 
Distribución del vapor: Son las cañerías que llevan el vapor a los puntos del proceso donde se requiere, en la 
cantidad y temperatura y presión demandada. Cuando la válvula de salida de la caldera está abierta, el vapor 
pasa a las tuberías principales que lo transportan a la planta de utilización del vapor. De ahí, tuberías derivadas 
lo transportan a cada equipo. La tuberíaestá inicialmente fría y el vapor le transfiere calor, condensando parte 
del mismo. En la puesta en marcha del sistema, la cantidad de condensado será la mayor y, por lo tanto, 
también el consumo de vapor debido a que se utiliza para el calentamiento de la tubería (hasta la temperatura 
de régimen del proceso) y se le llama “carga de puesta en marcha”. Cuando la tubería se haya calentado, aún 
habrá condensación ya que la tubería cederá calor al aire que la rodea. Esto es la “carga de funcionamiento”. 
El condensado va a parar a la parte inferior de la tubería y es arrastrado por el flujo de vapor y la 
gravedad. Deberá purgarse de los puntos bajos de la tubería. Cuando la válvula de vapor de un equipo 
está abierta, el vapor vuelve a entrar en contacto con superficies más frías. Entonces el vapor cede 
energía para calentar el equipo (carga de puesta en marcha) y al proceso (carga de funcionamiento) y 
forma condensado. Para compensar esta pérdida de vapor, habrá que emplear más combustible y agua. 
El condensado es un elemento demasiado valioso como para desaprovecharlo, por lo que el circuito de 
vapor debe completarse con el retorno del condensado al tanque de alimentación de la caldera. 
Determinación de la presión de trabajo: Según estos factores: 
 Presión máxima admisible de la caldera. 
 Presión requerida en el punto más alejado de utilización.
 Caída de presión a lo largo de la tubería por a la fricción de esta y la condensación por cederle calor.
El vapor a alta presión ocupa menos volumen que el de baja presión. Por lo que si el vapor se genera a una 
presión superior a la requerida, el diámetro de las tuberías será menor para un caudal determinado. 
Vapor saturado seco 
La generación y distribución de vapor a una presión elevada ofrece tres ventajas: 
 La capacidad de almacenamiento de la caldera se ve aumentada, ayudando a soportar mejor las 
fluctuaciones de carga y reduciendo el riesgo de producir vapor húmedo.
 Se requieren tuberías de menor diámetro, lo que resulta en menor costo.
 Será necesario reducir la presión del vapor en cada punto de uso para que corresponda con la máxima 
presión requerida, dando un vapor más seco (a menor presión condensan las gotas en suspensión).
 
Válvula reductora de presión: Necesaria cuando se trabaja a 
presiones mayores a las de aplicación. Un separador aguas arriba 
de la válvula reductora elimina el agua arrastrada, garantizando 
que sólo vapor de alta calidad pase. La planta aguas abajo posee 
una válvula de seguridad en caso de que la válvula reductora 
fallase, para evitar dañar el equipo al fluir el vapor con a una 
presión superior a la admisible. La válvula de seguridad descargará todo exceso para evitarlo. 
Dimensionado de tuberías: Según la velocidad del fluido y la caída de presión. Si se sobredimensionan serán 
más caras y se formará más condensado por mayores pérdidas de calor (mayor superficie interna de contacto a 
mayor diámetro), disminuyendo la entrega de calor. Mientras que al subdimensionar (menor diámetro), la 
velocidad del vapor y su caída de presión serán mayores, dando una presión inferior a la requerida y mayor 
riesgo de erosión y golpe de ariete. Además el volumen de vapor será insuficiente. 
Si se dimensiona en función de la velocidad, se toma en cuenta el volumen de vapor con relación a la 
sección de la tubería. En líneas muy largas se debe disminuir la velocidad para evitar grandes caídas de 
presión. El vapor sobrecalentado es un gas seco (sin humedad) y no posee gotas en suspensión que 
provoquen erosión, por lo que las velocidades pueden ser de hasta 70 m/s (mayores a que si el vapor 
fuese húmedo o saturado), si la caída de presión lo permite. Una excesiva velocidad puede generar 
problemas, como vibraciones y desgastes en las uniones. 
La presión del vapor de alimentación de un equipo no debe caer por debajo de un mínimo especificado, 
para mantener la temperatura y el régimen de todo el proceso. Por lo que se dimensiona la tubería 
según la caída de presión, conociendo las presiones de alimentación y en el punto de utilización. 
Disposición de tuberías 
Siempre que sea posible, se instala la 
tubería principal con una pendiente de no 
menos de 1:100 (1 m de caída por cada 
100 m de recorrido), que permitirá que la 
gravedad y el flujo de vapor muevan el 
condensado hacia puntos de drenaje, los 
cuales están en puntos bajos y permiten 
que el condensado llegue al purgador. 
Golpe de ariete 
Es cuando bolsas de condensado colisionan a gran velocidad con 
accesorios y equipo (pudiendo llegar a fracturarlos), con un ruido 
de golpe de martillo y vibración de la tubería. Como la velocidad del condensado es mayor de lo 
normal, la disipación de la energía cinética es mayor, además de que el agua es densa e incompresible 
por lo que no hay amortiguación (como en los gases). Se debe a drenaje inadecuado de líneas de 
vapor o al abrir las válvulas demasiado rápido en el arranque cuando las tuberías están frías. Se evita 
con suficiente pendiente, puntos de drenaje en intervalos regulares y válvulas de retención tras los 
purgadores, para impedir al condensado retornar durante una parada.
 
Conexiones y derivaciones: Toman el vapor seco de la parte superior de la 
tubería. Si la toma es lateral o de la parte inferior, pueden aceptar condensado 
que llega a los equipos y que afectará su rendimiento. 
 
Dilatación en tuberías: Se da más en longitud, creando tensiones en juntas, hasta roturas. El 
sistema debe ser flexible para adaptarse a las expansiones con la longitud adecuada de tubería, 
número de codos y soportes, que hacen que la estructura no sea tan rígida. También se hacen 
necesarios accesorios de dilatación, como los dilatadores de fuelle, que se montan en la cañería 
y compensan las dilataciones sin que cambie notablemente la longitud de la tubería. También 
la curva de herradura o lira , que se colocan horizontalmente para que la curva y la tubería 
estén en el mismo plano (visto desde arriba). Si la curva se coloca por encima de la tubería, se 
debe proporcionar un punto de purga en el lado aguas arriba. La longitud de la curva debe ser 
dos veces el ancho (W), y este ancho se determina a partir de la dilatación esperada a ambos 
lados de la curva. 
Recuperación de condensado: Son los elementos denominados “cabezales y ramales de condensado”, que 
regresan el condensado (de gran valor por su pureza) al sistema de generación de vapor. 
 
Trampas de vapor (purgas) Sirven para expulsar condensado de vapor (golpe 
de ariete), aire (absorbe calor destinado a la obtención de vapor) y CO2 (evitar la 
formación H2CO3) del sistema apenas se empiezan a acumular, con pérdida 
mínima de vapor. Sus materiales deben aguantar la corrosión del agua y H2CO3 y 
debe poder funcionar incluso a contrapresión (presión en sentido contrario al de salida de la purga). 
 
Tipos de trampas de vapor 
 Mecánicas: Se basa en la diferencia de densidad del vapor y el condensado. Descargan el condensado a 
la temperatura del vapor, siendo útiles para usar ese calor en intercambiadores de calor, por ejemplo. 
 Trampa de balde invertido: El vapor que entra al balde, haciendo que flote y que 
cierre la válvula de descarga. El condensado que entra a la trampa hace al balde 
más pesado, por lo que se hunde y se tira de la palanca de la válvula de descarga, 
abriéndola. La descarga continúa hasta que llegue más vapor que repita el ciclo. 
 
 Trampa de Flotador: Una palanca conecta la bola del flotador a la válvula y su 
asiento. El flotador se eleva una vez que el condensado llega a cierto nivel, 
abriendo el orificio de la válvula y drenando el 
condensado. Al estar la válvula de descarga bajo agua, 
no es posible que se pueda ventear el aire, que al 
provocar una gran caída de temperatura, un venteador 
termostático se abre para descargarlo, pero se cierra 
al subir la temperatura para evitar la pérdida de vapor. 
 
 Termodinámicas: Funciona por cambios de velocidad.Se basan en que el condensado caliente, puede 
revaporizar para dar una mezcla de vapor y agua. No les afectan los golpes de ariete. 
 
 Trampa de Disco: Al arrancar, el condensado y el aire 
entran a la trampa, pasan por la cámara de 
calentamiento (alrededor de la cámara de control) y a 
través de los orificios de entrada, separando el disco de 
los conductos de salida. En cuanto ingresa vapor a la 
trampa, la velocidad de flujo aumenta y se reduce la 
presión, llevando el disco hacia al asiento y cerrando la trampa. Esto evita la salida de vapor. Y cuando vuelve a 
fluir condensado por el orificio de entrada, este levanta el disco y todo se repite. 
 
 Termostáticas: Usadas cuando se tienen b a j a s cargas de condensado. El 
funcionamiento está basado en la diferencia de temperatura del vapor y la del 
condensado. Cuando el condensado y el aire se acumulan, la temperatura disminuye y el 
fuelle termostático se contrae, abriéndose la válvula, hasta que ingresa vapor, aumentando 
la temperatura y expandiendo el fuelle, cerrando la válvula. Y el ciclo se repite. 
 
Selección de trampas 
Trampeo Unitario: Es el uso de trampas individuales en cada 
unidad condensadora. Se debe al fenómeno de “Cortocircuito”, 
que es cuando se tiene una sola trampa conectada a más de una 
tubería de descarga. Es posible que el condensado y el aire de 
una o más de las unidades no puedan llegar a la trampa. Ante 
diferencias en las cantidades de condensado de cada unidad, se tendrá una diferencia en la caída de 
presión del vapor, suficiente para que el vapor de la unidad de mayor presión bloquee el flujo de aire y 
condensado de la unidad de presión más baja, impidiendo su expulsión. 
Revaporización: Formación de vapor (llamado de expansión o flash) por el descenso de presión o 
expansión del condensado purgado al exterior. Posee mucha energía, como el vapor saturado. 
Vapor vivo: Es el vapor que sale de una trampa de vapor en las mismas condiciones en que se encuentra 
en el sistema, debido a una falla de la trampa. 
Presión de trabajo o servicio: Presión manométrica de vapor a la entrada del purgador. 
Contrapresión: Presión a la salida del purgador, en el colector de retorno del condensado. 
Presión diferencial: Diferencia entre la presión de servicio y la contrapresión. Se usa la máxima presión 
diferencial de trabajo para dimensionar las purgas, ya que si no son aptas para dicha presión pueden 
perder vapor cuando la presión diferencial supera el máximo dado por el fabricante o bloquearse 
(trampa de flotador y cubeta invertida). 
Vapor flash, instantáneo o de expansión: Cuando sale el condensado presurizado por una trampa a una 
presión más baja (la del medio), reevaporándose parte del líquido. Es algo normal en las trampa de vapor. 
	Razones de su uso en la industria:
	Terminología
	Partes de un sistemas de vapor
	Calderas humotubulares
	Calderas acuotubulares
	Sección de convección: Zona formada por bancos de tubos que absorben calor restante de los gases calientes por conducción y convección (ya habiendo pasado por la sección radiante), para mejor uso de los gases.
	Economizadores: Es un intercambiador para calentar el agua antes de su ingreso a la caldera (humotubular o acuotubular), reduciendo la energía necesaria para generar vapor y mejorando la eficiencia. Gracias a la presión proveniente de la bomba de alim...
	Recalentadores o Sobrecalentadores
	Distribución del vapor: Son las cañerías que llevan el vapor a los puntos del proceso donde se requiere, en la cantidad y temperatura y presión demandada. Cuando la válvula de salida de la caldera está abierta, el vapor pasa a las tuberías principales...
	Determinación de la presión de trabajo: Según estos factores:
	Vapor saturado seco
	Dimensionado de tuberías: Según la velocidad del fluido y la caída de presión. Si se sobredimensionan serán más caras y se formará más condensado por mayores pérdidas de calor (mayor superficie interna de contacto a mayor diámetro), disminuyendo la e...
	Disposición de tuberías
	Golpe de ariete
	Recuperación de condensado: Son los elementos denominados “cabezales y ramales de condensado”, que regresan el condensado (de gran valor por su pureza) al sistema de generación de vapor.
	Tipos de trampas de vapor
	 Trampa de balde invertido: El vapor que entra al balde, haciendo que flote y que cierre la válvula de descarga. El condensado que entra a la trampa hace al balde más pesado, por lo que se hunde y se tira de la palanca de la válvula de descarga, abri...
	 Trampa de Flotador: Una palanca conecta la bola del flotador a la válvula y su asiento. El flotador se eleva una vez que el condensado llega a cierto nivel, abriendo el orificio de la válvula y drenando el condensado. Al estar la válvula de descarga...
	 Trampa de Disco: Al arrancar, el condensado y el aire entran a la trampa, pasan por la cámara de calentamiento (alrededor de la cámara de control) y a través de los orificios de entrada, separando el disco de los conductos de salida. En cuanto ingr...