EL VAPOR DE AGUA: amigo o enemigo?

[Bobby Caffey]

El vapor de agua es beneficioso para un sin número de actividades industriales y hogareñas, desde calefaccionar una vivienda hasta mover una turbina y utilizar esa energía para generar electricidad, comprimir gas en un gasoducto, etc.
Pero en nuestra actividad el vapor cumple diferentes roles, aprender sus características básicas nos ayudará a utilizarlo de una manera beneficiosa y segura para nuestra integridad física, contribuyendo así al éxito de la intervención.

Conozcamos primero algunos conceptos que refieren al agua, elemento de origen del vapor.

Sabemos que el agua se manifiesta en varios estados como materia, estos son Sólido, Líquido y Gaseoso, razonemos ahora sobre cada estado citando algunas características siempre a la misma condición de presión que será la atmosférica.
Estado Sólido:
El hielo de agua tiene una estructura cristalina muy compacta, esta condición se manifiesta por debajo de los 0° C.
Estado Líquido:
Podemos dividir este estado en dos:
Líquido Saturado:Se dice que el líquido está saturado si al agregarle energía (calor), una fracción de él se evapora, esto sucede a los 100° C.

Líquido Subsaturado: Aquí, al agregar energía solo se produce un aumento de temperatura en el líquido

En este caso existe un aumento de volumen que se manifiesta a partir de lo 4° C, haciéndose efectivo en la solidificación.
Estado Gaseoso:
En este estado encontramos al vapor de agua como lo conocemos y podemos dividirlo de la siguiente manera:

Vapor Saturado: Este estado se da entre los 100° C y los 148° C

Vapor Sobrecalentado: Lo encontramos desde los 148° C
Debemos mencionar también otras características termodinámicas del agua y en vapor como son:
Punto triple: Es el punto donde conviven en equilibrio las tres fases, Sólida, Líquida y Gaseosa. Este se encuentra a los 273,16° K (-0,15° C) y 0.6113 Kilo Pascales (0,00602 Kg/cm2). El punto triple, se ha utilizado como estado de referencia a la hora de definir las escalas de temperatura.
Temperatura Crítica: Es aquella a la cual dejan de coexistir la fase líquida y el vapor (225,2 Kg/cm2 y 383,8° C), por ende por más que comprimamos el vapor no lograríamos condensación, el vapor entonces se convertirá en gas, por supuesto esto es una mera referencia, requiriendo este aspecto un desarrollo mayor que no es el sentido de estas líneas.
Habiendo conocido algunas características del agua y sus estados, nos referiremos de ahora en adelante solo al vapor que producimos en las intervenciones.
Para ello utilizaremos una sencilla curva donde descubriremos a presión atmosférica las variaciones de volumen y energía que sufre el vapor con el incremento de la temperatura.

A los efectos de considerar estos aspectos diremos que en este sistema ideal, la cantidad de calor es suficiente para evaporar la totalidad del volumen de líquido supuesto y recordaremos la ley de calor que dice que el calor se transmitirá del cuerpo con más temperatura al de menor hasta que los dos estén a la misma temperatura en ese momento y al suspenderse el intercambio, el sistema habrá logrado el equilibrio térmico.
Curva de Volumen:

Siempre hemos oído y nos han enseñado que el agua aumenta 1.700 veces su volumen al evaporarse a 100° C, pero... que ocurre cuando sobrepasamos ese límite?.

Para develar esta incógnita vamos a referirnos a una sencilla curva (Azul), en ella nos vamos a remitir al incremento de volumen del vapor a presión constante variando la temperatura, siempre que evaporemos el agua a la temperatura de referencia.
Podemos observar la zona de vapor saturado (en Negro) y a continuación la zona de vapor sobrecalentado (en Azul).
Dada la ley de conservación de masa podemos decir que un Kilogramo de Agua producirá un Kilogramo de Vapor, solo veremos variación en la comparación de volumen, atreviéndonos a despreciar la diferencia y al solo efecto del cálculo mental rápido diremos también que un Kilogramo de Agua, equivaldrá a un Litro del mismo líquido a condiciones de presión atmosférica.

Como ejemplo podemos decir que un Litro (en verdad un Kilo) de agua evaporada a 871° C producirá 5,2 m3 de vapor.

La utilización de esta tabla es sencilla y puede darnos una idea de la cantidad de vapor que podemos producir al realizar un ataque interior, teniendo en cuenta las temperaturas que normalmente se desarrollan y que son de nuestro conocimiento.

Curva de Energía:

Esta curva indicada en Rojo, nos da la pauta de la energía que es capaz de devolver al medio en que se encuentra, ese volumen de vapor, siempre a una condición de presión atmosférica.

Para un mayor entendimiento, digamos que 1 Caloría es la energía necesaria para elevar 1° C la temperatura de 1 Gramo de agua, por ello podemos calcular muy rápidamente la cantidad de energía necesaria para elevar por ejemplo la temperatura de un Kilogramo de Agua de 15° C a 100° C.

El procedimiento es simple y puede realizarse de esta manera: La diferencia de temperatura en °C entre 15 y 100 es igual a 85, como un kilogramo tiene 1.000 gramos, entonces necesitaré 1.000 calorías para elevar la temperatura del kilo de agua de 0 a 100° C, como mi diferencia de temperatura entre la que tengo y la que quiero lograr para evaporar el agua son 85° C, entonces necesitaré 850 Calorías por cada Kilo (ó para nosotros Litro) de agua a evaporar.

Puede calcularse mentalmente también como la diferencia entre la temperatura a la que poseo el líquido menos 100 y multiplicada por diez.

Se desprende de esto que vamos a absorber del ambiente (con los datos del ejemplo) 850 Calorías por cada litro de agua totalmente evaporada, con lo que en consecuencia bajaremos la temperatura del elemento al que hemos aplicado el líquido.

Esta cuenta sencilla nos servirá para determinar la cantidad de calor máximo que podemos absorber del medio si evaporamos totalmente la totalidad del agua que lleva nuestra autobomba de ataque comparándola con las calorías que desprenden los materiales usuales con los que se construye una habitación ó vivienda.

En nuestra curva esta energía ya fue consumida para lograr los 100° C y nos dirá de allí en adelante la cantidad de calor en Kilocalorías por Kg., (para nosotros Litro), que ese vapor estará dispuesto a intercambiar con el medio.

Supongamos un ejemplo: queremos saber que cantidad de energía posee para entregar un Kilo de Vapor a 871° C, si nos fijamos en la curva veremos que puede intercambiar 1,021 Kilo Calorías, esta energía es la equivalente para calentar y evaporar 1,021 Litros de agua !!, imagine lo que pasaría si nos encontráramos expuestos a semejante cantidad de energía cuando producimos vapor en un incendio, sabiendo además que 871° C pueden producirse con facilidad en los planos superiores.

Por ello es que el vapor tiene sus beneficios, nos ayuda a expulsar gases calientes y al producirse quita energía del medio bajando la temperatura, dado su mayor peso buscará luego de producirse los lugares bajos, por lo que favorecerá a la disminución del oxígeno de combustión, es un gran aliado mientras controlemos su producción y no nos expongamos a sus efectos, no podemos resistir sin quemarnos el embate de tanta energía y si no extremamos las medidas, podemos vernos envueltos en una nube de vapor sobrecalentado con gran facilidad.

Desarrollado por:
HUMBERTO GIANINI Sub Jefe Cuerpo de Bomberos Vol. de Rio Grande Provincia de Tierra del Fuego.
[e-mail]

[BOMBEROS VOLUNTARIOS GARAGOA]

Exelente. PabloDiaz. Bomberos Garagoa Boyaca Colombia

[CREADOR DE LA RED]

Tarde per vimos su articulo, muy bueno y lo Destacamos como corresponde un abrazo

[CRISTIAN SANCHEZ]

"El procedimiento es simple y puede realizarse de esta manera: La diferencia de temperatura en °C entre 15 y 100 es igual a 85, como un kilogramo tiene 1.000 gramos, entonces necesitaré 1.000 calorías para elevar la temperatura del kilo de agua de 0 a 100° C, como mi diferencia de temperatura entre la que tengo y la que quiero lograr para evaporar el agua son 85° C, entonces necesitaré 850 Calorías por cada Kilo (ó para nosotros Litro) de agua a evaporar"
Estimado: Me parece que con 850 Calorias en un kilo de agua se aumentaria solo 0,85° C° la temperatura de la masa. Lo que se necesita para llegar a 100° son 85000 calorias. (1 Cal. = 1°C° x gramo → 1000 grs x 85°C° = 85000 cal.)
Muy interesante su articulo, me atrapo... Gracias!