Comportamiento del vapor en una aplicación de transferencia de calor

Es importante conocer el comportamiento del vapor en una aplicación de transferencia de calor y el flujo de vapor saturado a través de una válvula de control, como parte del tema central sobre el dimensionado de válvulas de control para sistemas de vapor.

En primer lugar, el vapor se suministra a una presión específica en el lado aguas arriba de la válvula de control y, a través de ella, pasa a un intercambiador de calor, también operando a una presión específica.

El vapor pasa a través de la válvula de control y entra en el espacio vapor del equipo, donde entra en contacto con las superficies de transferencia de calor. El vapor se condensa en las superficies de transferencia de calor, creando condensado. El volumen del condensado es mucho menor que el del vapor. Esto significa que cuando el vapor se condensa, se reduce la presión en el espacio vapor.

La presión reducida en el espacio vapor significa que existe una diferencia de presión a través de la válvula de control y el vapor fluirá desde la zona de alta presión, que es aguas arriba de la válvula de control, hasta la zona de presión inferior, es decir, el espacio de vapor en el equipo, que es proporcional a la diferencia de presión e, idealmente, equilibrando la tasa a la que se condensa el vapor.

El caudal de vapor que entra en el equipo se rige por esta diferencia de presión y el tamaño del orificio de la válvula. Si, en un momento dado, el caudal de vapor a través de la válvula fuese menor que la tasa de condensación, en caso que la válvula fuese demasiado pequeña, la presión de vapor y la tasa de transferencia de calor en el intercambiador de calor caerían por debajo de la requerida, el intercambiador de calor no podría satisfacer la carga térmica.

Así, si se utiliza un sistema de control modulante, a medida que la temperatura del proceso se aproxima al punto de consigna del controlador, este cerrará la válvula en una cantidad relacionada, reduciendo, de este modo, el caudal de vapor para mantener la menor presión requerida para sostener una menor carga de calor. La acción de abrir y cerrar la válvula se conoce a menudo como aumentar o disminuir la carrera de la válvula.

Luego, al cerrar la válvula, se reduce el caudal másico. La presión del vapor cae en el espacio vapor y, por lo tanto, también la temperatura del vapor. Esto significa que existe una menor diferencia de temperatura entre el vapor y el proceso, de modo que la tasa de transferencia de calor se reduce, de acuerdo con la siguiente ecuación:

El coeficiente global de transferencia de calor (U) no cambia mucho durante el proceso y el área (A) es fija, de modo que, si se reduce la diferencia de temperatura media (DTM), también se reduce la transferencia de calor desde el vapor al fluido secundario.

Este es el primero de una serie de artículos relacionados con el dimensionado de válvulas de control para sistemas de vapor, por lo que, de momento, te invitamos a leer el contenido relacionado sobre válvulas de control:

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