Descripción breve

Un inyector de vapor es una bomba mecánica que utiliza chorros de vapor a alta velocidad para alimentar agua a una caldera de vapor presurizada sin utilizar partes mecánicas móviles. Resuelve una paradoja fundamental de la termodinámica: utilizar el vapor de una caldera para empujar agua de regreso a esa misma caldera contra su propia presión interna.

Uso / Función

• Alimentación de calderas: Bombear agua fría desde un depósito directamente a calderas de alta presión.
• Locomotoras y buques de vapor: Proporcionar un reabastecimiento de caldera compacto, fiable y autoalimentado en aplicaciones de vapor móviles.
• Calentamiento de procesos industriales: Circular agua y líquidos utilizando vapor de desecho.
• Escala: Escala industrial pequeña a grande.

Principio de funcionamiento

El inyector se basa en el efecto Venturi y en la transformación de energía cinética:

1. Expansión del vapor: El vapor a alta presión de la caldera entra en una boquilla de vapor convergente, expandiéndose y acelerándose a velocidades supersónicas mientras cae su presión y temperatura.
2. Condensación y mezcla: El vapor a alta velocidad se encuentra con el agua fría de suministro en un cono de mezcla. El vapor se condensa en el agua, transfiriendo su enorme impulso cinético a la corriente de agua.
3. Conversión de presión cinética a estática: El chorro de líquido de alta velocidad resultante entra en un cono de entrega divergente (difusor), donde su energía cinética se convierte de nuevo en presión hidráulica estática que supera la presión original de la caldera.
4. Entrada en la válvula de retención: El agua a alta presión fuerza la apertura de una válvula de no retorno y fluye hacia la caldera.

Cómo crearlo

1. Diseñar boquillas de precisión: Diseñar tres conos céntricos de latón alineados con precisión: una boquilla de vapor, un cono de mezcla y un cono difusor de entrega.
2. Mecanizar el cuerpo del inyector: Taladrar y roscar un cuerpo de bronce o latón fundido con puertos de entrada para vapor, agua de suministro, rebosadero y salida de entrega.
3. Alinear y ensamblar las boquillas: Montar la boquilla de vapor convergente centrada con precisión frente al cono de mezcla para mantener un flujo laminar.
4. Instalar la válvula de rebosadero: Colocar una válvula de rebosadero con resorte entre los conos de mezcla y entrega para purgar el vapor inicial antes de que se fije la succión del líquido.
5. Conectar al sistema de caldera: Conectar la entrada de vapor a la parte superior de la caldera, la línea de entrega mediante una válvula de retención a la parte inferior y la entrada de agua a una fuente de agua fría.

Materiales necesarios

• Materiales esenciales:
  • Latón o Cobre: Para boquillas mecanizadas de alta precisión resistentes a la corrosión.
  • Acero: Para la carcasa estructural y tuberías de caldera.
  • Agua: Como fluido de trabajo y agente de condensación.
• Herramientas:
  • Torno: Para el mecanizado de precisión de los conos Venturi internos.
  • Taladro: Para perforar canales y puertos internos.
  • Llave: Para asegurar los accesorios de tubería de alta presión.
• Posibles sustitutos:
  • Plásticos mecanizados: Pueden usarse para bombas Venturi líquido-líquido de baja temperatura o baja presión, aunque no son aptos para vapor.

Variantes y mejoras

• Inyector automático simple: Utiliza un solo chorro de vapor y una válvula de rebosadero automática para calderas pequeñas.
• Inyector de reinicio: Incorpora boquillas divididas que reestablecen automáticamente el flujo de agua si entra aire y rompe la succión.
• Inyector de vapor de escape: Utiliza vapor de escape del motor a baja presión en lugar de vapor directo de caldera para mejorar la eficiencia del combustible.

Límites y riesgos

• Sensibilidad a la temperatura del agua: Si el agua de suministro está demasiado caliente (por encima de ~40-50 °C), el vapor no puede condensarse lo suficientemente rápido, haciendo que el inyector pierda succión y se detenga.
• Manufactura de precisión: La geometría crítica de las boquillas debe mecanizarse con tolerancias estrechas; la erosión o incrustaciones minerales degradan el rendimiento rápidamente.
• Peligros de alta presión: Fugas o rupturas de tuberías bajo presión de vapor vivo representan un grave riesgo de quemaduras.