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6 de marzo de 2025

El vapor es una fuente de energía clave a bordo de los barcos de crucero, ya que desempeña diversas funciones que contribuyen tanto a la eficiencia operativa como al confort de los pasajeros.

Se utiliza para calefacción, producción de agua caliente, tratamiento de combustible, generación de agua dulce, lavandería, operaciones de cocina y gestión de residuos. Gracias a su alta capacidad de transporte de energía y sus propiedades de transferencia de calor, el vapor es el medio más eficaz para satisfacer las necesidades térmicas a bordo.

Una característica clave del vapor es su capacidad para almacenar y transferir grandes cantidades de calor a través del calor latente de vaporización. A diferencia del agua caliente, que pierde calor gradualmente mientras se enfría, el vapor libera una considerable cantidad de energía durante la condensación, lo que lo convierte en una fuente de calor eficiente y uniforme. Además, puede ser distribuido a través de sistemas de tuberías aisladas con pérdidas mínimas, lo que permite un calentamiento eficaz en todo el barco.

El método de producción de vapor varía dependiendo de si el barco está en navegación o en puerto. Durante la navegación, el calor residual de los motores principales a diésel se utiliza para generar vapor a través de los generadores de gases de escape (EGB), lo que garantiza una alta eficiencia energética. En puerto, por otro lado, cuando los motores principales están apagados o funcionando a carga reducida, el vapor debe ser producido mediante calderas auxiliares alimentadas por combustible. Ambos sistemas tienen ventajas y consideraciones operativas específicas, que se analizarán en detalle.

¿Qué es el vapor y por qué es un potente vector de energía?

El vapor es la fase gaseosa del agua, que se forma cuando el agua líquida se calienta más allá de su punto de ebullición. La principal razón por la que el vapor es un vector de energía tan eficaz radica en su calor latente de vaporización, es decir, la gran cantidad de energía absorbida durante el cambio de fase de líquido a gas. Esto convierte al vapor en un medio extremadamente eficiente para la transferencia de calor, ya que es capaz de transportar una gran cantidad de energía térmica en un volumen relativamente pequeño.

Desde el punto de vista termodinámico, el vapor tiene dos componentes energéticos fundamentales:

– Calor sensible (entalpía específica del agua): es la energía necesaria para aumentar la temperatura del agua hasta su punto de ebullición.
– Calor latente de vaporización: es la energía absorbida durante la transición de fase sin variación de temperatura, lo que permite al vapor almacenar y transportar una notable cantidad de energía térmica.

Por ejemplo, calentar el agua de 0°C a 100°C requiere alrededor de 419 kJ/kg. Sin embargo, para convertirla en vapor a 100°C se requiere una energía adicional de 2.257 kJ/kg, es decir, más de cinco veces la cantidad necesaria para simplemente calentar el agua. Cuando el vapor se condensa de nuevo en líquido, libera este calor latente acumulado, lo que lo convierte en un excelente medio para la transferencia de calor en los sistemas a bordo de los barcos.

¿Por qué los barcos utilizan vapor en lugar de otros medios de transferencia de calor?

En comparación con el agua caliente o los aceites térmicos, el vapor ofrece varias ventajas, entre ellas:

– Mayor densidad energética: El vapor transporta más energía por unidad de masa que el agua caliente, reduciendo el volumen necesario para la distribución de calor.

– Sistema auto-presurizado: El vapor se mueve naturalmente a través del sistema de tuberías gracias a las diferencias de presión, eliminando la necesidad de bombas en muchas aplicaciones.

– Calefacción uniforme: El vapor condensa a una temperatura constante, lo que garantiza una distribución uniforme del calor, a diferencia del agua caliente, que se enfría gradualmente.

– Reutilización: El vapor condensado (condensado) puede ser recogido, rehecho y reutilizado, lo que lo convierte en una fuente de calor sostenible. Al recuperar y reutilizar el condensado, los barcos mejoran la eficiencia del consumo de combustible, conservan agua dulce y reducen los desperdicios energéticos. El condensado se recoge de los sistemas que utilizan vapor y se reintegra en el circuito de alimentación de las calderas. Como ya está purificado y precalentado, el condensado reduce el choque térmico en las calderas y previene la formación de incrustaciones causadas por los depósitos minerales. Una recuperación eficiente del condensado reduce los costos operativos, mejora la sostenibilidad y asegura una disponibilidad continua de vapor para los sistemas a bordo.

Productores de vapor en un barco de crucero

A bordo de un barco de crucero, el vapor se genera principalmente a través de dos sistemas principales:

– Calderas auxiliares a combustible: Estas producen vapor quemando combustible marino, principalmente cuando el barco está en puerto.
– Calderas de gases de escape (EGB): Estas utilizan el calor residual de los motores principales mientras el barco está en el mar.

Calderas auxiliares a combustible – Producción de vapor en puerto

Cuando un barco de crucero está atracado en puerto, sus motores principales funcionan a baja carga o están apagados, lo que significa que las calderas de gases de escape no pueden generar suficiente vapor. En su lugar, las calderas auxiliares a combustible producen vapor quemando gasóleo marino (MGO) o aceite combustible de bajo contenido de azufre (LSFO), que cumplen con las normativas sobre emisiones del puerto.

El proceso funciona de la siguiente manera:

– El combustible se quema en una cámara de combustión, calentando el agua dentro de los tubos de la caldera.
– El calor transforma el agua en vapor, alcanzando temperaturas de 170-190°C a una presión de 7-10 bar.
– El vapor se distribuye a los diversos sistemas a bordo.
– El vapor utilizado se condensa en agua y se devuelve a la caldera para su reutilización.

Estas unidades proporcionan un suministro continuo y controlable de vapor, pero requieren un consumo adicional de combustible, lo que aumenta los costos operativos. Las normativas medioambientales en algunos puertos limitan las emisiones, a veces exigiendo que los barcos utilicen energía eléctrica de tierra. Sin embargo, dado que la electricidad de tierra no proporciona vapor, las calderas auxiliares a menudo siguen siendo necesarias.

Calderas de gases de escape (EGB) – Producción de vapor en el mar

Cuando el barco está en navegación, las calderas de gases de escape recuperan el calor residual de los motores de propulsión del barco, lo que hace que la producción de vapor sea energéticamente eficiente. Los gases de escape de estos grandes motores diésel alcanzan temperaturas entre 300°C y 450°C, y en lugar de ser expulsados directamente a la atmósfera, este calor se captura y se utiliza para transformar el agua en vapor.

El proceso funciona de la siguiente manera:

– Los gases de escape calientes provenientes de los motores principales del barco pasan a través de una serie de tubos llenos de agua dentro de la caldera.

– El calor se transfiere al agua, transformándola en vapor saturado a aproximadamente 7-10 bar (170-185°C).

– Los gases de escape enfriados se liberan luego a través de la chimenea.

– El vapor generado se distribuye a los diversos sistemas, incluidos calefacción, tratamiento de combustible y evaporadores.

Dado que este método depende de los gases de escape de los motores, la cantidad de vapor producido depende de la carga del motor. Si el barco navega a velocidades más bajas o está maniobrando, la temperatura de los gases de escape podría no ser suficiente para una producción completa de vapor, lo que requeriría calderas auxiliares a combustible adicionales.

Consumidores de vapor en un barco de crucero

El vapor se distribuye a lo largo del barco a diversos consumidores, entre los cuales se incluyen:

– Sistemas de calefacción: Calefacción de cabinas, pasillos y espacios públicos.
– Producción de agua caliente: El vapor calienta el agua dulce para duchas, lavabos y cocinas.
– Calefacción de combustible: El combustible pesado (HFO) debe ser precalentado para reducir la viscosidad.
– Evaporadores: El agua de mar se transforma en agua dulce para beber y lavar.
– Operaciones de lavandería: Lavadoras industriales, secadoras y equipos para planchado.
– Cocina y preparación de alimentos: Cocción, lavado de platos y esterilización.
– Gestión de residuos: Esterilización de residuos peligrosos y reducción del volumen.

Cada consumidor requiere vapor a temperaturas y presiones específicas, dependiendo de su función operativa. Los barcos utilizan diferentes presiones de vapor para diversas aplicaciones, ya que la presión determina la temperatura y el contenido energético del vapor. El vapor a alta presión contiene más energía, pero también requiere tuberías más resistentes y medidas de seguridad. El sistema de distribución de vapor está diseñado con varios niveles de presión para optimizar la eficiencia y la seguridad.

– Vapor a alta presión (7-10 bar, 170-190°C): Utilizado para aplicaciones de alta energía como calefacción de combustible, evaporadores de alta capacidad y operaciones de lavandería pesada.

– Vapor a media presión (4-6 bar, 140-160°C): Utilizado para calefacción general, producción de agua caliente y hornos a vapor en la cocina.

– Vapor a baja presión (1-3 bar, 100-130°C): Utilizado para humidificación del aire, calefacción a baja temperatura y aplicaciones de lavandería delicada.

– Vapor en los sistemas de calefacción

Los barcos de crucero deben mantener un clima confortable para los pasajeros y la tripulación, especialmente cuando navegan en regiones más frías. El vapor se utiliza en bobinas de calefacción, unidades de calefacción con ventiladores y intercambiadores de calor para transferir el calor al sistema de ventilación del barco.

– Bobinas de calefacción y unidades de calefacción con ventilador: El vapor a 6-8 bar (160-175°C) pasa a través de las bobinas de calefacción, calentando el aire que luego se circula a través del sistema de ventilación del barco.

– Calefacción de cubiertas y ventanas: Para evitar la condensación o congelación en climas más fríos, los tubos calefaccionados ubicados debajo de las cubiertas exteriores y alrededor de las ventanas mantienen las temperaturas por encima del punto de congelación.

– Vapor en la producción de agua caliente

El vapor se utiliza para calentar agua dulce para duchas, lavabos y uso en cocina a través de intercambiadores de calor para agua caliente, con el siguiente proceso:

– El vapor a 4-6 bar (140-160°C) entra en un intercambiador de calor.
– El agua fría absorbe el calor, alcanzando una temperatura final de 60-70°C.
– El agua caliente se almacena en tanques aislados antes de su distribución.
– Vapor en el calentamiento de combustible

El aceite combustible pesado (HFO) es altamente viscoso a temperaturas ambiente y debe ser calentado a 120-140°C antes de ser utilizado en los motores. Para ello, el vapor a 6-8 bar (160-175°C) circula a través de los intercambiadores de calor en los tanques y las tuberías de combustible. De esta manera, el combustible calentado alcanza la viscosidad correcta para una atomización y combustión adecuadas en los motores diésel.

– Vapor en los evaporadores (producción de agua dulce)

Los barcos de crucero pueden producir su propia agua dulce utilizando evaporadores, que emplean vapor para eliminar la sal del agua de mar. Este proceso solo ocurre cuando el barco está en el mar y la mayor parte del vapor utilizado en esta condición proviene de las calderas de gases de escape. El proceso consiste en utilizar vapor a 5-6 bar (150-160°C) para calentar el agua de mar dentro de una cámara de vacío. El vacío reduce el punto de ebullición a 40-60°C, permitiendo que el agua se evapore de manera eficiente. Luego, el vapor se condensa en agua dulce, dejando la sal. El agua dulce condensada se almacena para beber, cocinar y lavar.

– Vapor en las operaciones de lavandería

El servicio de lavandería de un barco de crucero procesa diariamente miles de sábanas, toallas y uniformes. Una lavandería marina estándar incluye:

– Lavadora industrial: El vapor a 4-5 bar (130-150°C) calienta el agua a 90°C para una limpieza efectiva.
– Secadoras a vapor: El vapor a 6-8 bar (160-175°C) seca los tejidos más rápido y de manera más uniforme que las secadoras eléctricas.
– Equipos de planchado a vapor: El vapor a 4-5 bar (130-150°C) elimina las arrugas y desinfecta los tejidos.
– Vapor en la cocina (cocina del barco)

La cocina de un barco de crucero puede operar las 24 horas del día, 7 días a la semana, para servir a miles de pasajeros y tripulación. Una cocina marina estándar incluye:

– Hornos a vapor: El vapor a 4-5 bar (130-150°C) proporciona una distribución uniforme del calor para la cocción a gran escala.
– Equipos para lavar platos: El vapor a 5-6 bar (140-160°C) asegura la sanitización a alta temperatura de los utensilios.
– Ollas a vapor: El vapor a 6 bar (160°C) se utiliza para cocinar sopas, salsas y guisos de manera eficiente.
– Vapor en la gestión de residuos

Los barcos de crucero generan una cantidad significativa de residuos, incluidos restos de comida, empaques y residuos biológicos. El vapor se utiliza en:

– Esterilización de residuos peligrosos: El vapor a 6-8 bar (160-175°C) esteriliza los residuos médicos y orgánicos.
– Compactación y secado: El vapor reduce el contenido de humedad, minimizando el volumen de los residuos antes de su eliminación.

Conclusión

El vapor es un componente esencial en las operaciones de los barcos de crucero, desempeñando una amplia variedad de funciones críticas. En el mar, las calderas de gases de escape producen vapor de manera eficiente recuperando el calor residual, mientras que en puerto, las calderas a combustible generan vapor cuando los motores no están en funcionamiento. Los consumidores de vapor, como los sistemas de calefacción, los evaporadores, las instalaciones de lavandería, las cocinas y los sistemas de gestión de residuos, dependen de temperaturas y presiones de vapor cuidadosamente controladas.

A medida que los barcos de crucero continúan evolucionando hacia una mayor eficiencia energética, los avances en la recuperación de calor residual, los combustibles alternativos y las normativas medioambientales jugarán un papel clave en la optimización de la producción y el uso del vapor. Comprender la compleja relación entre los productores y consumidores de vapor es fundamental para mantener operaciones marítimas fluidas y eficientes.

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Luca Paglia

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