El vapor flash se forma cuando un líquido caliente desciende a una presión inferior y parte de su masa se vaporiza para alcanzar un nuevo estado de equilibrio. En una instalación de vapor industrial, suele aparecer cuando el condensado se descarga a una línea o recipiente de menor presión. El vapor producido está a la presión y temperatura de saturación del punto de descarga; una reducción de presión no genera por sí sola vapor de mayor presión.
En el análisis simplificado se considera una expansión por estrangulamiento aproximadamente isoentálpica y un separador a presión conocida. Si la entalpía del líquido de entrada supera a la del agua saturada a la presión de salida, el exceso de entalpía permite vaporizar una fracción del condensado. Debe comprobarse la temperatura y presión de entrada: no todo líquido presurizado está saturado, y un condensado subenfriado generará menos vapor flash.
El vapor generado en el proceso de vapor flash se puede utilizar en una variedad de aplicaciones, incluyendo la generación de electricidad, la calefacción y el enfriamiento de edificios, y la producción de petróleo y gas. En la industria petrolera, el vapor se inyecta en el subsuelo para calentar el petróleo y el gas atrapados en formaciones rocosas y facilitar su extracción.
Aunque el proceso de vapor flash es relativamente simple, su diseño y operación pueden ser críticos para garantizar una producción de vapor segura y eficiente. Se deben tomar en cuenta factores como la presión y la temperatura del líquido, el tamaño y la geometría del recipiente, la ubicación y el diseño de las válvulas, y la capacidad de la instalación para manejar el volumen y la calidad del vapor producido.
¿Cómo saber la cantidad de vapor flash que se genera?
Ejemplo orientativo: agua líquida a 140 °C y 8 bar manométricos (bar(g)), con un caudal de 450 kg/h, pasa por una válvula a un separador que trabaja a 1 bar(g) (aproximadamente 2 bar absolutos). La presión atmosférica corresponde aproximadamente a 0 bar(g), no a 1 bar(g). El agua de entrada está subenfriada respecto de la saturación a 8 bar(g), y no se debe calcular su entalpía como si fuera líquido saturado a esa presión.
¿Cuánto sería la cantidad de vapor flash generada?
Utilizaremos dos fórmulas para determinar este valor:
mfs = (mc (hc – hfc)) / hfg
Rfs = 100 (mfs / mc)
Donde:
| mc | : Carga de condensado (kg/h) |
| mfs | : Flujo de vapor flash (kg/h) |
| Rfs | : Relación de vapor flash (%) |
| hc | : Entalpía específica del condensado (kJ/kg) |
| hfc | : Entalpía específica de agua saturada (kj/kg) |
| hfg | : Calor latente del vapor flash (kJ/kg) |
Para una estimación termodinámica podemos utilizar hc ≈ 589 kJ/kg (agua líquida a 140 °C), hfc ≈ 506 kJ/kg y hfg ≈ 2.201 kJ/kg a 1 bar(g). Por tanto, mfs ≈ 450 × (589 − 506) / 2.201 ≈ 17 kg/h. La aproximación requiere que el líquido alcance el equilibrio en el separador, sin pérdidas de calor ni arrastres significativos. Contraste en las tablas de vapor saturado de Spirax Sarco y su guía de cálculo del vapor flash.
- Flujo de vapor flash aproximado: 17 kg/h.
- Fracción másica aproximada de vapor flash: 3,8 %.
En este ejemplo, de los 450 kg/h de agua de entrada se formarían aproximadamente 17 kg/h de vapor y 433 kg/h de líquido en la salida del separador. Los valores son orientativos y no sustituyen el balance energético detallado y la selección de recipientes, válvulas, purgadores o tuberías para servicio presurizado.
Usos más comunes que se le da al vapor flash en la industria
El vapor flash se suele utilizar en varias aplicaciones en la industria, entre las que se encuentran:
- Separación de mezclas: El vapor flash se utiliza para separar mezclas de líquidos con diferentes puntos de ebullición. Se inyecta vapor flash en la mezcla, lo que produce la evaporación del líquido con el punto de ebullición más bajo, dejando el líquido con el punto de ebullición más alto en su forma líquida.
- Generación de energía: El vapor flash se utiliza en plantas de energía geotérmica para generar electricidad. En estas plantas, se utiliza el vapor generado por la liberación de presión de agua caliente subterránea para hacer girar una turbina y producir electricidad.
- Recuperación de solventes: El vapor flash se utiliza en la recuperación de solventes en procesos químicos. Se inyecta vapor en la mezcla líquida de solvente y soluto, lo que produce la evaporación del solvente, que luego se condensa y se recupera para su reutilización.
- Destilación: El vapor flash se utiliza en la destilación de líquidos para separar componentes de mezclas complejas. El vapor se utiliza para calentar la mezcla, lo que produce la evaporación de los componentes con menor punto de ebullición, que se pueden separar y recoger por condensación.
- Tratamiento de aguas residuales: El vapor flash se utiliza en la evaporación de aguas residuales para separar los sólidos disueltos. Se inyecta vapor en el agua residual, lo que produce la evaporación del agua y la concentración de los sólidos disueltos, que luego se pueden recoger y desechar de manera segura.
