Vapor flash, Explicación, fórmula y ejemplos

Vapor Flash es un nombre dado al vapor que se forma a partir del condensado caliente cuando existe una reducción en la presión.

El vapor flash nos es tan diferente del vapor normal, simplemente es un nombre conveniente que es utilizado para explicar como se forma el vapor. Vapor normal o «vivo» se genera en la caldera, o en un generador de vapor por recuperación de calor – mientras que el vapor flash se genera cuando condensado de alta temperatura/presión se expone a una gran caída de presión tal como la descarga de una trampa de vapor.

El condensado de alta temperatura contiene una gran energía que no puede permanecer en forma liquida a presiones menores debido a que existe mayor energía que la requerida para obtener agua Saturada a una menor presión. El resultado es que algo de este exceso de energía genera del condensado un % de vapor flash.

Evaporación Flash Durante la Descarga de Condensado

El condensado descargado por el orificio de la trampa se evapora parcialmente (evaporación flash) debido a la diferencia de presiones (ilustración).

¿Que genera al Vapor Flash?

El vapor flash se genera debido a que el punto de saturación del agua varia de acuerdo a la presión. Por ejemplo, el punto de saturación del agua a presión atmosférica es de 100 °C (212 °F), pero a 1.0 barg (145 psig) es de 184°C (323 °F).

Así que, ¿ocurre cuando el condensado que se mantiene bajo presión a 184 °C (363 °F) se libera a la atmosfera? El condensado contiene demasiada energía (entalpía) para permanecer solamente como liquido, por lo que una porción del condensado se evapora, ocasionando que la temperatura del condensado restante se reduzca a una presión de saturación (Ej., 1001°C o 212 °F si es descargado a la atmosfera). Este fenómeno se conoce como evaporación flash.

En otras palabras, cuando el condensado caliente es descargado a una presión menor, su entalpía (energía total) permanece constante, pero su punto de saturación (la temperatura a la cual el condensado puede existir tanto en estado liquido como gaseoso). Para compensar la cantidad excesiva de energía, parte de las moléculas del agua absorben el exceso de energía como calor latente y se evaporan en forma de vapor.

Nota:

Una de las primeras cosas que se vienen a la mente cuando se observan las nubes de vapor flash que son liberadas al ambiente por una trampa de vapor que no posee un grado de enfriamiento es que se trata de vapor vivo. La nube de vapor es normalmente mal interpretada como una fuga de vapor vivo cuando en realidad se trata de vapor flash compuesto de condensado re-evaporado con gotas finas de agua en suspensión ocasionadas por el flasheo del condensado caliente que esta siendo liberado a la atmosfera.

Calculando el % de Vapor Flash Generado

El % de vapor flash generado (rango de flasheo de vapor) puede ser calculado de la siguiente manera:

donde:

• h_f1 = entalpía Especifica del Agua Saturada a la Entrada
• h_f2 = entalpía Especifica del Agua Saturada a la Salida
• h_fg2 = Calor Especifico del Vapor a la Salida

^* En trampas diseñadas a tener cierto grado de enfriamiento del condensado previo a la descarga, el calor sensible del condensado en la entrada de la trampa puede ser significativamente menor que cuando se estima por medio de los valores de la presión de saturación del vapor a la entrada.

Como se puede observar en los ejemplos en la parte inferior, se genera un % mayor de vapor flash cuando el condensado se descarga a la atmosfera (ejemplo 1) comparado a cuando se descarga a un sistema de recuperación de condensado cerrado (ejemplo 2)

CENTRAL TÉRMICA: Calculadora de Porcentaje de Vapor Flash (v1.0)

Volumen del Vapor Flash Generado

El vapor es mucho menos denso que el agua, lo que significa que un pequeño incremento en el porcentaje de vapor flash generado puede parecer como un gran incremento en el volumen del vapor generado. La animación en la parte inferior muestra la diferencia en el rango de vapor a condensado, para los ejemplos 1 y 2 (vea la parte superior) cuando se aplica a tuberías de recuperación de condensado.

Para entender con mayor detalle, el volumen especifico del condensado a 100 °C (212 °F) es de 0.00104 m³/kg (0.0167 ft³/lb), y el volumen especifico de vapor a presión atmosférica es de 1.67 m³/kg (26.8 ft³/lb). Cuando se descarga condensado de alta temperatura a 10 barg (145 psig) a una presión menor tal como la atmosférica, el 16.1% de la masa de ese condensado flasheara a vapor. El rango volumétrico resultante puede ser expresado de la siguiente manera:

Calculando el Rango de Condensado a Flash (Métrico)

• Volumen de Condensado (1 – 16.1%) x 0.00104 m³/kg = 0.000873 m³/kg
• Volumen de Vapor 16.1% x 1.67 m³/kg = 0.269 m³/kg
• Rango de Condensado a Flash: 0.269 m³/kg / 0.000873 m³/kg = 308:1

Calculando el Rango de Condensado a Flash (Imperial)

• Volumen de Condensado: (1 – 16.1%) x 0.0167 ft³/lb = 0.0140 ft³/lb
• Volumen de Vapor: 16.1% x 26.8 ft³/lb = 4.31 ft³/lb
• Rango de Condensado a Flash: 4.31 ft³/lb / 0.0140 ft³/lb = 308:1

Que Hacer con el Vapor Flash?

La nube de vapor formada por vapor flash es un subproducto natural de la descarga de condensado. Ya que el vapor flash es de la misma calidad que el vapor vivo, instalaciones modernas normalmente tratan de reutilizar cantidades significativas de vapor flash en donde sea posible su utilización.

Reutilizar el vapor flash generado por un sistema de alta presión para su uso en un sistema de menor presión puede brindar ahorros de energía considerables además de mejorar el ambiente de trabajo de la planta al reducir las nubes de vapor. Cuando se considera el uso de un sistema para el manejo de la recuperación de calor, los sistemas de recuperación de condensado y vapor flash normalmente se evalúan conjuntamente.

Ejemplo de un Sistema de recuperación de Vapor Flash

Se recupera vapor flash de un sistema de alta presión a un tanque de flasheo y se reutiliza en un sistema de baja presión.