El vapor es una sustancia que contiene agua en fase gaseosa , [1] : 7 y, a veces, también un aerosol de gotas de agua líquida o aire. Esto puede ocurrir debido a la evaporación o debido a la ebullición , donde se aplica calor hasta que el agua alcanza la entalpía de vaporización . El vapor saturado o sobrecalentado ( vapor de agua ) es invisible; sin embargo, el vapor húmedo, una niebla visible o un aerosol de gotas de agua, a menudo se denomina "vapor". [ dieciséis
El agua aumenta su volumen 1.700 veces a temperatura y presión estándar ; Este cambio de volumen puede convertirse en trabajo mecánico mediante máquinas de vapor , como las de pistón alternativo y las turbinas de vapor , que son un subgrupo de máquinas de vapor. Las máquinas de vapor de pistón desempeñaron un papel central en la Revolución Industrial y las turbinas de vapor modernas se utilizan para generar más del 80% de la electricidad mundial . Si el agua líquida entra en contacto con una superficie muy caliente o se despresuriza rápidamente por debajo de su presión de vapor , puede crear una explosión de vapor .
El vapor se crea tradicionalmente calentando una caldera mediante la quema de carbón y otros combustibles, pero también es posible crear vapor con energía solar. [2] [3] [4] El vapor de agua que incluye gotas de agua se describe como vapor húmedo . A medida que el vapor húmedo se calienta aún más, las gotas se evaporan y, a una temperatura suficientemente alta (que depende de la presión), toda el agua se evapora y el sistema está en equilibrio vapor-líquido . [5] Cuando el vapor ha alcanzado este punto de equilibrio, se denomina vapor saturado .
El vapor sobrecalentado o vapor vivo es vapor a una temperatura superior a su punto de ebullición para la presión, lo que sólo ocurre cuando toda el agua líquida se ha evaporado o se ha eliminado del sistema. [6]
Las tablas de vapor [7] contienen datos termodinámicos para agua/vapor saturado y suelen ser utilizadas por ingenieros y científicos en el diseño y operación de equipos donde se utilizan ciclos termodinámicos que involucran vapor. Además, pueden resultar útiles los diagramas de fases termodinámicas para agua/vapor, como el diagrama de temperatura-entropía o el diagrama de Mollier que se muestran en este artículo. Tablas de vapor también se usan para analizar los ciclos termodiámicos.
En agricultura , el vapor se utiliza para la esterilización del suelo para evitar el uso de agentes químicos nocivos y mejorar la salud del suelo . [8]
La capacidad del vapor para transferir calor también se utiliza en el hogar: para cocinar verduras, limpiar con vapor telas, alfombras y suelos, y para calentar edificios. En cada caso, el agua se calienta en una caldera y el vapor transporta la energía al objeto objetivo. El vapor también se utiliza al planchar la ropa para agregar suficiente humedad con el calor para eliminar las arrugas y crear pliegues intencionales en la ropa.
En el año 2000, alrededor del 90% de toda la electricidad se generaba utilizando vapor como fluido de trabajo , casi toda mediante turbinas de vapor . [9]
En la generación eléctrica, el vapor normalmente se condensa al final de su ciclo de expansión y se devuelve a la caldera para su reutilización. Sin embargo, en la cogeneración , el vapor se canaliza hacia los edificios a través de un sistema de calefacción urbana para proporcionar energía térmica después de su uso en el ciclo de generación eléctrica. El sistema de generación de vapor más grande del mundo es el sistema de vapor de la ciudad de Nueva York , que bombea vapor a 100.000 edificios en Manhattan desde siete plantas de cogeneración. [10]
En otras aplicaciones industriales se utiliza vapor para el almacenamiento de energía , que se introduce y extrae mediante transferencia de calor, normalmente a través de tuberías. El vapor es una gran reserva de energía térmica debido al alto calor de vaporización del agua .
Las locomotoras de vapor sin fuego eran locomotoras de vapor que funcionaban con un suministro de vapor almacenado a bordo en un gran tanque que se asemejaba a la caldera de una locomotora convencional. Este tanque se llenó con vapor de proceso, como se encuentra en muchos tipos de fábricas grandes, como por ejemplo las fábricas de papel . La propulsión de la locomotora utilizaba pistones y bielas, como en una locomotora de vapor típica. Estas locomotoras se utilizaban principalmente en lugares donde había riesgo de incendio debido al hogar de una caldera, pero también se utilizaban en fábricas que simplemente tenían abundante suministro de vapor de sobra.
Las máquinas de vapor y las turbinas de vapor utilizan la expansión del vapor para impulsar un pistón o turbina para realizar trabajo mecánico . Es importante la capacidad de devolver vapor condensado como agua-líquido a la caldera a alta presión con un gasto relativamente pequeño de potencia de bombeo. La condensación de vapor en agua a menudo ocurre en el extremo de baja presión de una turbina de vapor, ya que esto maximiza la eficiencia energética , pero dichas condiciones de vapor húmedo deben limitarse para evitar la erosión excesiva de las palas de la turbina. Los ingenieros utilizan un ciclo termodinámico idealizado , el ciclo de Rankine , para modelar el comportamiento de las máquinas de vapor. Las turbinas de vapor se utilizan a menudo en la producción de electricidad.
Un autoclave , que utiliza vapor a presión, se utiliza en laboratorios de microbiología y entornos similares para la esterilización .
Se puede utilizar vapor, especialmente vapor seco (altamente sobrecalentado), para la limpieza antimicrobiana incluso hasta los niveles de esterilización. El vapor es un agente antimicrobiano no tóxico. [11] [12]
El vapor se utiliza en tuberías para líneas de servicios públicos. También se utiliza en revestimientos y trazado de tuberías para mantener la temperatura uniforme en tuberías y recipientes.
El vapor se utiliza en múltiples industrias por su capacidad de transferir calor para impulsar reacciones químicas, esterilizar o desinfectar objetos y mantener temperaturas constantes. En la industria maderera, el vapor se utiliza en el proceso de doblar la madera , matar insectos y aumentar la plasticidad. El vapor se utiliza para acentuar el secado del hormigón, especialmente en prefabricados. Se debe tener cuidado ya que el hormigón produce calor durante la hidratación y el calor adicional del vapor podría ser perjudicial para los procesos de reacción de endurecimiento del hormigón. En las industrias química y petroquímica , el vapor se utiliza en diversos procesos químicos como reactivo. El craqueo con vapor de hidrocarburos de cadena larga produce hidrocarburos de menor peso molecular para combustible u otras aplicaciones químicas. El reformado con vapor produce gas de síntesis o hidrógeno .
Se utiliza en la limpieza de fibras y otros materiales, a veces como preparación para pintar. El vapor también es útil para derretir grasas endurecidas y residuos de aceite, por lo que es útil para limpiar pisos y equipos de cocinas y motores y piezas de combustión interna. Entre las ventajas de utilizar vapor frente a un rociador de agua caliente se encuentran el hecho de que el vapor puede funcionar a temperaturas más altas y utiliza sustancialmente menos agua por minuto. [13]
Wikiversity tiene tablas de vapor con figuras y código Matlab