Efecto Krapivin aplicado a la generación de vapor

Introducción

Son pocas las veces que se tiene la posibilidad de comenzar la aplicación tecnológica de un fenómeno prácticamente desconocido, este es el caso que aquí se abordará. Quizá por curiosidad literaria, usted se haya encontrado alguna vez el fenómeno del efecto Krapivin; sin embargo, quedarse con dudas, hacerse preguntas…va más allá del placer que brinda una buena lectura. Por ello, este resumen es un incentivo para que conozca la potencialidad que para el ahorro de combustible ofrece este fenómeno tan interesante.

Esta es a la vez, una propuesta para, en el plano personal del autor, validar la investigación encaminada a incrementar la eficiencia energética de las Centrales termoeléctricas y optar por medio de esta solución al título académico de Doctor en Ciencias.

¿Qué es el Efecto Krapivin?

Si hubiese que ofrecer una definición de lo que es el Efecto Krapivin se pudiera decir que consiste en la elevación de la temperatura que experimenta una solución salina al ser atravesada por un chorro de vapor saturado, que también se calienta, por ejemplo, una disolución de agua y cloruro de calcio, puede elevar su temperatura y la del vapor de agua, a presión atmosférica, desde 100ºC hasta 145ºC o más, con el solo hecho de que dicho vapor saturado entre y salga del seno de la disolución, pero sobrecalentado.

Sí, créalo o no, el Efecto Krapivin es el calentamiento de la salmuera y el sobrecalentamiento del vapor sin gasto adicional de combustible.

Volviendo al ejemplo anterior, los 45ºC de sobrecalentamiento se manifiestan como calor sensible obtenido a partir de la mezcla de agua y sal, y representan un 8,5 % del calor latente de vaporización del agua a la presión atmosférica.

¿Por qué no se ha aplicado el Efecto Krapivin hasta hoy?

Esta es una pregunta obligada, a la cual es necesario dar respuesta: en primer lugar, se tiene que ha sido un fenómeno muy poco divulgado y en segundo lugar, en la literatura en que se analiza, su esencia ha sido poco estudiada, ofreciéndose criterios tales como: que se debe al calor de solución y para que se produzca tiene que existir exceso de sal todo el tiempo.

A estos criterios se imponen las siguientes interrogantes y que son las que han motivado la presentación de este trabajo en aras de mejorar la eficiencia energética en la generación de vapor, principalmente para las Centrales Termoeléctrica:

• ¿Ocurrirá este fenómeno para cualquier grado de disolución de la sal en el líquido y no con exceso, tal y como ha sido divulgado en la literatura que lo aborda?

• ¿Se producirá con sales que provocan una disolución endotérmica si se plantea que se debe al calor de disolución?

En varios experimentos y con diferentes sustancias salinas han sido respondidas estas preguntas y es fácilmente demostrable que no se necesita exceso de sal ni que el sobrecalentamiento obtenido es a causa del calor de solución.

¿A qué se debe entonces el Efecto Krapivin?

El efecto Krapivin es un fenómeno de mezclas y como tal es la manifestación de dos de las propiedades coligativas de las disoluciones. Estas son:

• Elevación de la temperatura de ebullición con respecto al solvente puro.

• Disminución de la presión parcial del vapor sobre la superficie líquida.

El estudio de las disoluciones por medio de la Química – Física ha permitido desarrollar ecuaciones que permiten evaluar el cambio de estas propiedades coligativas, siendo empleada para la determinación de la elevación del punto de ebullición de una disolución diluida la siguiente expresión matemática.

En esta ecuación claramente se observa que la temperatura de ebullición de las soluciones va en aumento a medida que aumenta la concentración (X2) de la sal en la solución.

¿El sobrecalentamiento que ofrece el Efecto Krapivin será suficiente para evaporar una fracción de agua adicional e incrementar la generación de vapor de una caldera?

Para realizar este análisis se tuvo la necesidad de plantear el experimento como se muestra a continuación.

Fig. 1 Modificación del experimento de Krapivin para comprobar el sobrecalentamiento del vapor

Con este se comprobó que el calentamiento adicional obtenido era capaz de producir un incremento en el chorro final de vapor, pues en el último enlermeyer se obtuvo una cantidad menor de agua transcurrido cierto tiempo. Esta es la razón que ha motivado este encuentro.