En el campo de la química, los conceptos de vapor saturado y seco juegan un papel fundamental no solo en cuestiones puramente teóricas, sino también en sus aplicaciones directas al sector industrial.
En primer lugar, para comprender mejor la diferencia entre estas dos nociones, es bueno recordar la definición precisa de vapor de agua.
El agua, así como la materia en el sentido físico más general, puede encontrarse en diferentes estados: los más frecuentes, al menos en la práctica, son el estado sólido (en el caso del agua, el hielo), el estado líquido y el gaseoso. El vapor de agua corresponde precisamente a este último estado.

Sin embargo, esto no significa que no existan relaciones entre los diferentes estados de la materia, o que cada uno de estos estados se encuentre siempre en las mismas condiciones idénticas. De hecho, si un material se somete a un determinado cambio de presión y/o temperatura, se puede producir la llamada transición de fase. De esta forma, numerosos enlaces químicos que unen las moléculas del material en cuestión se romperán (por ejemplo, en la transición de sólido a líquido) o se crearán (como en la transición de gas a líquido). Es precisamente este reensamblaje molecular lo que constituye la diferencia crucial entre los diversos tipos de estados y subestados.

Entonces, consideremos un ejemplo para introducir la idea de vapor saturado. A la presión de 1 atmósfera (unos 101325 Pascal), o la presión que ejerce el aire con su peso al nivel del mar y a una temperatura de 0°C, el agua hierve a 100°C. Esto significa que a esta temperatura, las moléculas de agua que se encuentran en estado líquido comienzan a romper sus enlaces químicos para transformarse en vapor de agua. Sin embargo, una transformación química que produce un cambio tan radical obviamente no ocurre de una sola vez. El proceso requiere un paso intermedio: la temperatura debe permanecer fija, al menos por un corto período de tiempo, en 100 °C. Cuando la temperatura se mantiene constante a 100 °C, el agua se encuentra exactamente entre dos estados, líquido y gaseoso, y las moléculas que deben romper enlaces son iguales en número a las que deben crear otros nuevos. Este estado particular del agua se llama vapor saturado .

Lo mismo es cierto en el caso general, no solo cuando la presión se fija en 1 atmósfera. La única precaución a tener en cuenta, en tal situación, es que la temperatura de ebullición del agua cambia (generalmente la diferencia es mínima, si no en altitudes bastante altas o, por supuesto, en lugares donde la presión se controla de manera diferente) .

Ahora bien, hemos observado que ese estado a medio camino entre líquido y gaseoso da lugar a un determinado tipo de vapor, el saturado, que de por sí garantiza muchas ventajas (como se explicará a continuación, su alta temperatura permite la eliminación de bacterias). Sin embargo, es posible mejorar el grado de precisión de nuestro análisis y distinguir dos tipos más de vapor saturado:

  • vapor saturado seco (a menudo abreviado como vapor seco);
  • vapor saturado húmedo (a menudo abreviado como vapor húmedo).

La distinción entre estas dos etapas se debe a la presencia o ausencia de ‘gotas’: como enseña la experiencia, por ejemplo, el vapor de una olla produce pequeñas gotas que recubren el material, tal como sucede con la niebla. La aparición de estas gotas denota la presencia de la máxima cantidad de líquido (es la parte del vapor saturado que contiene las moléculas que se están preparando para crear enlaces y permanecer en estado líquido), por lo que se denomina vapor húmedo. La otra etapa, en cambio, no produce gotitas y representa la parte restante de las moléculas. Esto es vapor seco.

También existe otra fase que puede ser útil en el sector industrial, y es la del vapor sobrecalentado. A diferencia de los anteriores, este vapor se obtiene en un estado de no equilibrio: cuando se aumenta considerablemente la temperatura y se supera el punto de ebullición, ya no queda líquido para vaporizar y uno se encuentra en una especie de ‘establo’.

Isoterma es el nombre que recibe la curva que representa las transformaciones térmicas que se producen en un plano como el de la figura, donde las abscisas representan el volumen V y las ordenadas, en función de V, la presión P. El plano superior A menudo se le llama plano de Clapeyron o simplemente diagrama de volumen-presión.

Aplicaciones de vapor saturado y seco para limpieza, desengrasado y sanitización

Comencemos con las ventajas del vapor saturado seco sobre el vapor normal y húmedo. La aplicación de vapor seco, gracias a su alta temperatura, permite eliminar las bacterias presentes en una superficie (de hecho, las únicas bacterias capaces de vivir a altas temperaturas se llaman termófilas, y no pueden sobrevivir excepto en las inmediaciones de volcanes o similares). áreas). Esto garantiza una higienización completa que, combinada con el nivel de humedad del vapor seco, implica una limpieza a fondo. Se podría decir que las partículas de suciedad casi ‘flotan’ si entran en contacto con el vapor seco, y esto facilita su eliminación. La presión también optimiza el proceso y mejora el rendimiento.

En el frente totalmente opuesto, la voluminosa presencia de líquido en el vapor húmedo hace que su aplicación en la limpieza de superficies sea de escasa utilidad. De ello se deduce que, desde el punto de vista de la higiene, el uso de vapor seco es fundamental (sobre todo en los últimos años, desde la llegada del coronavirus).

El vapor en el sentido general, por otro lado, no tiene una temperatura lo suficientemente alta para el propósito y, por lo tanto, también es ineficaz. Una conclusión similar sigue siendo válida en el contexto del vapor sobrecalentado que, si bien es muy útil para realizar saltos térmicos en numerosas máquinas, no asegura resultados óptimos desde el punto de vista analizado.

En última instancia, la discusión anterior muestra que el vapor seco es significativamente superior en términos de saneamiento y limpieza en comparación con los otros dos estados. Además, es importante destacar otra ventaja del vapor seco: no contamina y consume poco. De hecho, en la fase de limpieza con vapor seco se incorporan el prelavado, el lavado y el aclarado de un ciclo clásico que finaliza con la desinfección, reduciendo los residuos. En términos numéricos, la máquina de hidrojet tradicional consume entre 1500 y 2000 litros de agua por hora, mientras que el generador de vapor solo consume 10. Las ventajas, también en este frente, son evidentes.

FONTI:
[1] William D. Wise (2005). ‟Succeed at steam sterilization” Chemical processing.
[2] ‟Saturated vs Superheat Steam Conditions". nationwideboiler.com
[3] Song, L.; Wu, J.; Xi, C. (2012). ‟Biofilms on environmental surfaces: Evaluation of the disinfection efficacy of a novel steam vapor system”. American Journal of Infection Control. Vol. 40, Issue 10, 926-930.