Redes de Vapor

REDES DE VAPOR

Que es?

Como su nombre lo indica son las encargadas de transportar el vapor generado en

las calderas hasta los diferentes lugares en donde los procesos puedan requerir la

energía que el vapor puede llegar a ceder.

El vapor es transportado básicamente a través de tubos, los cuales a su vez los

podemos clasificar en dos maneras de acuerdo al servicio que estén prestando.

-Primarios: Por estos van grandes cantidades de vapor, es o son los que salen

directamente desde la caldera y van a lo largo de toda la planta.

-Secundarios: Son tubos de menor diámetro que el de los tubos primarios, estos

van conectados directamente a los primarios y se les denomina así porque

manejan las cantidades exactas de vapor que necesitará determinada máquina o

elemento (flujos de vapor más pequeños).

Las líneas primarias de vapor se encuentran por lo general en la parte superior de

la planta, es decir, cerca al cielorraso, desde allí descienden las líneas secundarias

hasta los puestos de trabajo. Según la norma UNE 48103 (europea), el color para

designar o pintar las redes de vapor en una empresa es el “rojo oscuro”, la norma

ASA (American Standards Association), asigna el color azul para indicar fuentes

de poder para equipos como calderas, el color café para tuberías que lleven

condensado de vapor y el color naranja para tuberías que conduzcan vapor a

cualquier temperatura.

Hay que tener en cuenta que para evitar pérdidas en el potencial energético del

vapor y la condensación al interior de las tuberías, estás deben ir aisladas, el

aislante térmico más utilizado es la lana de vidrio, debido a que tiene un fácil

manejo permitiendo el recubrimiento en su totalidad de la tubería, usualmente se

puede observar que la lana de vidrio esta recubierta por una coraza de aluminio,

esto con el fin de evitar la aspersión de la lana de vidrio que puede llagar a ser

muy molesta. Un efecto secundario de aislar las tuberías, es que esto proporciona

seguridad a las personas que se encuentran al interior de la planta y transita en

medio de estas, ya que el aislante impedirá que alguien tenga contacto directo con

la tubería y así poderse lesionar.

Las redes de vapor están conformadas básicamente por tres elementos

Redes o tubos de conducción.

Válvulas para la eliminación de condensado (trampas de vapor).

Elementos sensoriales (termómetros y manómetros).

Se debe tener en cuenta que en el momento de arrancar un sistema de vapor, los

choques térmicos que se producirán entre los diferentes elementos que tengan

contacto directo con el vapor, este choque térmico ocasionara que el vapor gaste

parte de su energía calentando estas partes, por ende produciéndose una excesiva

condensación de vapor. Nos veremos obligados a sacar este condensado de las

redes y máquinas ya que es indeseable, un método sencillo es realizar un pequeño

agujero en la parte inferior de las redes y máquinas, pero resulta que una vez salga

todo el condensado empezará a escapar el vapor, para controlar esto se utilizan

dos clases de válvulas.

VÁLVULAS OPERADAS MANUALMENTE

VÁLVULAS AUTOMATICAS

-Válvulas operadas manualmente: Las válvulas que operan manualmente

a su vez se subdividen en dos tipos.

VÁLVULA NORMAL: Esta parecería ser una buena solución porque se

abriría cada vez que se necesite dejar escapar el condensado y una vez haya

salido todo se cerraría de nuevo, pero se tiene el inconveniente de que el

condensado que se vaya formando de allí en adelante quede represado en el

interior de la red, teniendo que repetirse de nuevo la operación sin tener la

certeza de cada cuanto se debe realizar.

VÁLVULA DE MACHO LUBRICADO: Es una alternativa mejorada de

la válvula anterior. En el arranque del sistema se utilizaría el agujero mayor,

como ya se dijo es en este momento donde se produce la mayor cantidad de

condensado, una vez se haya alcanzado la estabilidad del sistema en lo que se

refiere a la condensación, se giraría la válvula hasta el agujero más pequeño, el

inconveniente es si el agujero se acomoda a la velocidad de condensación.

Por inconvenientes en las válvulas anteriores es que se tuvo que recurrir a algún

tipo de dispositivo que funcionara por si mismo.

-Válvulas automáticas: Son dispositivos capaces de discriminar entre vapor

y condensado, con la suficiente eficacia de reaccionar al cambio, estas válvulas

automáticas son llamadas también “TRAMPAS DE VAPOR”.

Las trampas de vapor se ven subdivididas en tres grandes grupos.

GRUPO TERMOSTATICO: Por medio de una diferencia de temperatura

actuando sobre un elemento termostático diferencia el vapor del condensado.

Dentro de este grupo se encuentran las válvulas de:

TIPO DE PRESION BALANCEADA

TIPO DE EXPANSION LIQUIDA

TIPO BIMETALICA

GRUPO MECANICO: Operan de acuerdo al cambio de densidad entre el

vapor y el condensado.

En este grupo se encuentran las válvulas de:

TIPO DE FLOTADOR LIBRE

TIPO DE FLOTADOR Y PALANCA

BALDE ABIERTO

BALDE INVERTIDO

GRUPO TEMODINAMICO: Estas trabajan de acuerdo al cambio o

diferencia de velocidad entre el vapor y el condensado.

OTROS TIPOS: En este grupo se encuentran aquellas válvulas que no se

pueden adherir a ninguno de los grupos anteriores.

GRUPO TERMOSTATICO

TIPO DE PRESION BALANCEADA

Este tipo de trampas son relativamente sencillas en su funcionamiento. La

parte A que es un fuelle , con la capacidad de expandirse o contraerse con

los cambios de presión al interior, debido a una mezcla de alcohol que se

encuentra alojada allí (con punto de ebullición más bajo que el del agua).

Cuando entra vapor a la válvula, el alcohol responde rápidamente

evaporándose, el fuelle esta sujeto en su parte superior por ende se

expandirá en su extremo B, asentándose en C y ocasionando el cierre de la

válvula; cuando es el condensado el que esta tocando el fuelle, el alcohol

de el interior se condensará disminuyendo la presión dentro de este y por

consiguiente permitiendo la salida del condensado.

VENTAJAS

*Pequeñas comparadas con su capacidad de descarga

*Ligeras

*Son de fácil mantenimiento ya que el fuelle y el asiento pueden ser

cambiados sin la necesidad de sacar la válvula de la línea, es decir, sin

ser desmontada

*Abiertas totalmente al inicio permitiendo la salida del aire y la

máxima descarga de condensado, que es cuando más se necesita

evacuar el condensado por lo dicho anteriormente ¤

DESVENTAJAS

*El material del fuelle se puede dañar con facilidad por golpes de

ariete o por condensado corrosivo, aunque se han introducido fuelles

de acero inoxidable

*No sirven para vapor sobrecalentado, la elevada temperatura crea una

sobre presión en el del fuelle, la cual no es compensada por la presión

del alrededor, sin embargo se ha diseñado un elemento encapsulado

capas de resistir el vapor sobrecalentado

*La mezcla de alcohol debe ser muy exacta para que responda de

modo inmediato a los cambios de temperatura

TIPO DE EXPANSION LIQUIDA

Cuando se produce un cambio de temperatura al interior de la trampa, la

diferencia de está es transmitida al aceite C, haciéndolo que se expanda o

contraiga, esto crea una diferencia de presión sobre el pistón D, haciendo

que vaya o venga el punzón F correspondientemente, produciendo el cierre

o apertura en el asiento A.

Esta válvula se acomodo muy bien a la velocidad de producción de

condensado. El ajuste de la válvula para que cierre a la temperatura

deseada se da por medio del ajuste de la tuerca en G. Normalmente el

ajuste se da para temperatura de 100C o menor para la descarga.

NOTA: No se deben aplicar en donde se requiera eliminar condensado de

acuerdo a las variaciones de temperatura.

¤ El choque térmico entre el vapor y los elementos fríos en contacto con este, producen grandes cantidades de condensado.

VENTAJAS

*Se pueden ajustar para descargar a bajas temperaturas

*Esta totalmente abierta al inicio del proceso

*Resiste vapor sobrecalentado

*Aguante golpe de ariete

*Soporta vibraciones

DESVENTAJAS

*La respuesta a los cambios de temperatura es lenta

*El elemento termostático se puede ver afectado por la corrosión

TIPO BIMETÁLICA

Son dos metales, uno sobre el otro unidos solidariamente, con diferentes

coeficientes de dilatación térmica.

El que más se dilata ocupa la parte exterior de la curvatura, la dilatación

térmica de los metales es la que produce el cierre de la válvula.

VENTAJAS

*Generalmente son pequeñas con gran capacidad de descargar

condensado

*Esta totalmente abierta al inicio

*Con un correcto diseño puede trabajar a la intemperie

*Aguanta golpe de ariete

*Resiste condensados corrosivos

*Trabaja con presiones de vapor elevadas y sobrecalentado

*Amplio márgenes de presión sin variar el tamaño del orificio de

salida

*Fácil mantenimiento

DESVENTAJAS

*Es de respuesta lenta a los cambios de temperatura

*Se requiere una tubería suficientemente larga entre el equipo y la

trampa, provocando anegamiento en la red de vapor

*Para evitar la contrapresión, deberá enfriarse el condensado más de lo

normal antes de que se abra la trampa, es por esto que se requiere una

tubería larga

GRUPO MECANICO

TIPO DE FLOTADOR LIBRE

El condensado entra por A, levantando el flotador B, así mismo

permitiendo la salida del condensado por D, cuando el nivel de

condensado ha disminuido el flotador baja hasta el asiento C, obstruyendo

el orificio de salida.

VENTAJAS

*Son de poco mantenimiento debido a que son escasa sus partes

móviles

DESVENTAJAS

*El aire queda represado dentro de la trampa, esto se da por estar el

orifico de salida por debajo del orificio de entrada, dando un sello

mecánico que impide que el vapor se escape y a la vez que el aire

salga, para corregir esto es necesario una válvula para la purga E del

aire

*Por ser el flotador de tamaño muy superior al orificio de salida, puede

llegar a darse un mal asiento en el orificio, ocasionado pérdidas de

vapor

TIPO DE FLOTADOR Y PALANCA

El condensado entra por A, el flotador B se eleva gracias al condensado

que entra a la trampa, permitiendo que este salga. Cuando el nivel del

condensado disminuye, el flotador bajará y a su vez el punzón , que es

solidario a la palanca C, produciéndose el cierre en D.

VENTAJAS

*La descarga de condensado es continúa de acuerdo a la temperatura

del vapor, esto es importante para aplicaciones en las que la

transferencia de calor es considerable con el área disponible

*Se acomoda fácilmente a la velocidad de condensación y no se ve

afectada por la presión o fluctuaciones de ella

DESVENTAJAS

*No permite la evacuación de aire, aunque se el puede adaptar un

elemento automático E, F, G, que permita la salida del aire y se cierre

con la presencia del vapor (tipo presión balanceada, pero la mezcla de

alcohol será para aire-vapor).

*Son diseñadas de acuerdo al caudal de condensación

BALDE ABIERTO

También conocida como de cubeta abierta.

El condensado entra a la trampa por F rodeando el balde A, este flotara en

el condensado que va entrando cerrando así la salida E, una vez el

condensado haya alcanzado la parte superior del balde lo empezara a llenar

ganando peso, y por consiguiente descenderá permitiendo la apertura del

orificio de salida ya que el punzón C es solidario al balde gracias a B, el

condensado saldrá por el tubo D siendo empujado por la presión del vapor.

VENTAJAS

*Son robustas permitiendo altas presiones y vapor sobrecalentado


*Resiste condensados corrosivos

*Es de diseño simple y por esto difícil que se dañe

DESVENTAJAS

*Debido a su robustez son pesadas y trabajan para presiones

determinadas

*No tienen forma de evacuar el aire que entre en ella

POCO USADAS

BALDE INVERTIDO

También conocidas como de cubeta invertida.

Funciona mediante la presión del vapor. El condensado entra por E llenado

la parte exterior e interior del balde A, y saliendo cuando haya un nivel

considerable de este. Cuando el vapor llega a la trampa, ejerce una presión

en el balde empujándolo hacia arriba, provocando el cierre en B; tanto el

vapor como el aire pasan por el orificio C, el vapor que logra pasar por

este se condensa.

VENTAJAS

*Trabajan con altas presiones y vapor sobrecalentado

*Aguanta golpes de ariete que sean moderados

*Son difíciles que se dañen

DESVENTAJAS

*El tamaño del orificio de salida, si es muy pequeño el aire que entre a

la trampa saldrá lentamente y si es muy grande se podrá escapar vapor

*Se requiere que en todo momento quede una pequeña cantidad de

agua en la parte inferior de la trampa, para que cree un sello mecánico

y así evitar la salida de vapor

*La revaporización ¤ del condensado, perdiendo el sello mecánico de

agua y por ende vapor

*Se requieren elementos adicionales como lo es una válvula de

retención para evitar la contrapresión

¤ La revaporización se da por cambios súbitos de presión en el condensado, y es que el condensado se evapore nuevamente.

GRUPO TERMODINÁMICO

Las trampas de este grupo basan su funcionamiento en el teorema de Bernoulli *.

La velocidad de salida aumenta en forma gradual conforme la temperatura del

condensado aumenta

VENTAJAS

*Son compactas, simples y ligeras

*Tienen una gran capacidad de descarga comparado con su tamaño

*Trabajan con presiones elevadas y vapor sobrecalentado


*Soporta vibraciones

*Fácil mantenimiento ya que su única parte móvil es el disco, se

puede revisar sin necesidad de desmontar de la línea

* La presión total es igual a la suma de la presión estática más la presión dinámica, la presión total siempre permanecerá constante

DESVENTAJAS

*Las presiones de entrada no pueden ser muy bajas ni la de salida

muy elevada

*Elimina poco aire

*Su operación es ruidosa

OTROS TIPOS

TIPO DE IMPULSO

El aire y el condensado cuando llegan ala trampa empujan el resalte B de

la válvula principal A, desplazándola hacia arriba y por consiguiente

dejando una pequeña apertura en el asiento D, dejado escapar el

condensado y el aire. Cuando el vapor llega a la válvula, ejerce una

presión mayor elevando hasta el punto más alto la válvula A, cerrando así

la salida.

VENTAJAS

*Tiene buena capacidad de descarga comparado con su tamaño que es

relativamente pequeño

*Se puede usar para una amplia gama de presiones sin necesidad de

cambiar el orificio de salida

*Trabaja con altas presiones y vapor sobrecalentado

*Elimina con facilidad el aire, debido al orificio E

DESVENTAJAS

*No cierran herméticamente permitiendo que se produzcan pequeñas

fugas de vapor cuando las cargas son pequeñas esto por el orificio E

*Son sensible a la suciedad, se pueden ver afectadas seriamente por

estas debido a las pequeñas tolerancias entre el pistón B y el cilindro C

*Las bajas cargas pueden causar fluctuaciones y con esto ruido, golpes

de ariete e incluso daños en la válvula A

*No trabajan cuando la contrapresión es superior al 40% de la presión

de entrada

TIPO DE LABERINTO

El condensado o vapor entra por A, teniendo como restricción los

deflectores, los cuales van aumentando de diámetro conforme se va

avanzando en la trampa. El condensado que va entrando cada vez que llena

un espacio formado entre deflectores se revaporiza y este frenando al

condensado impidiendo la salida del vapor.

VENTAJAS

*Son pequeñas comparado con su capacidad de descarga

*Son libres de mantenimiento ya que no cuentan con partes móviles

DESVENTAJAS

*Se requiere un ajuste manual cuando hay variaciones importantes en

la presión o variación en la producción de condensado

*La luz entre los deflectores y la coraza debe ser exacta, puesto que

una luz muy grande permitiría que el vapor se escapara y si es muy

pequeña puede haber represamiento de condensado

INSTALACIÓN CORRECTA DE LAS TRAMPAS DE VAPOR

PUNTO DE DRENAJE

- Se deben buscar los puntos bajos de las tuberías o maquinas, puesto

que el condensado se vera retenido en estas partes, entonces colocar

trampas en estos puntos.

- Las trampas se deben instalar a no más de 50_m una de otra.

- El vapor puede viajar por la tubería hasta con una velocidad de

145_Km/h, impulsando el condensado.

SEPARADORES DE CONDENSADO

- Se instalan con fin de separar del vapor aquellas gotas de agua que

puedan ser arrastradas por este.

PREVENCIÓN DE LA SUCIEDAD

- Es importante colocar filtros para sólidos antes de las trampas con el

fin de evitar que algún sólido llegue hasta la trampa y ocasione un

daño permanente.

- Hay que revisar periódicamente estos filtros.

AIRE EN LOS SISTEMAS DE VAPOR

- El aire por estar fluyendo junto con el vapor ejerce también una

presión, esta presión del aire hace que disminuya la temperatura del

vapor, perdiendo poder energético.

- El aire puede formar un colchón entre el vapor y el elemento que va

aprovechar la energía de este, es decir, disminuye el área para la

transferencia de calor. (Una capa de aire con un espesor de 1_mm, es

como si se tuviera un colchón de agua de 25_mm de espesor).

SELECCION DE UNA TRAMPA PARA VAPOR

Hay que buscar la mejor eficiencia térmica de los equipos que operan con vapor,

de allí que se haga una buena elección de las trampas, ya que no todas tienen la

misma presión de descarga de condensado.

Algunas preguntas que se deben considerar en el momento de seleccionar una

trampa para vapor.

¿Se debe descargar el condensado tan pronto se forma?

¿La línea de retorno de condensado está a nivel superior que el equipo que

se purga?

¿Hay riesgos de golpe d ariete en la línea que se purga?

¿Hay vibraciones o movimientos excesivos en el equipo?

¿Esta la trampa instalada a la intemperie ¤?

¿Se utiliza vapor sobre calentado?

¿Hay cantidades importantes de aire?

¿Hay posibilidades de bloque por vapor?

¿Comprende la instalación diversas unidades calentadas por vapor?

¤ Algunas trampas tienen el inconveniente que se quedan pegadas debido a las heladas.

VERIFICACION DEL CORRECTO FUNCIONAMIENTO DE LAS

TRAMPAS PARA VAPOR

En algunos casos se considera como normales pequeñas fugas de vapor y

condensado ¤.

Los siguientes son algunos métodos para saber el correcto funcionamiento de las

trampas para vapor.

Colocar mirillas a 1_m después del trampa para poder observar que clase

de fluido esta descargando la trampa.

Instalar termocuplas cerca de las trampas, y acorde a la temperatura se

determina que clase de fluido es el que esta descargando la trampa.

Otro método es el ultrasonido, se requiere un operario bien capacitado con

habilidad de discernir los ruidos producidos en la trampa por el vapor o

condensado y si estos no provienen de una trampa cercana.

¤ Un agujero con un diámetro de 3_mm, puede descargar 30_Kg/h de vapor a 10 bar relativos y trabajando 8400_h/año. Esto representa un consumo en la caldera de 31_Ton de carbón, 18_Ton de combustible.

FALLAS COMUNES EN LAS TRAMPAS PARA VAPOR

Los siguientes son los síntomas más comunes que presentan las diferentes trampas

para vapor de un mal funcionamiento.

PRESION BALANCEADA

*Síntoma: La trampa pierde vapor

*Causas: Corrosión en el asiento o el elemento termostático puede

estar averiado por exposición excesiva al vapor.

*Medida: Cambiar todos los elementos internos, se debe

inspeccionar en frío el elemento termostático, si al ejercer una

pequeña presión en este, se observa que esta blando puede estar

roto.

*Síntoma: La trampa no descarga condensado

*Causas: Exposición del elemento termostático a vapor

sobrecalentado y esto produjo una sobre expansión del elemento

termostático o la trampa se abrió estando aún caliente y la mezcla

de alcohol no se había condensado.

EXPANSION LIQUIDA


*Causas: Puede haber suciedad o corrosión en el asiento y la

válvula, así como también por ser ajustada manualmente puede ser

que tenga un ajuste de alta presión y al presión a la que esta

trabajando sea inferior.


*Causa: El ajuste de la trampa esta para una presión demasiado

baja.

BIMETÁLICA


*Causas: Presencia de suciedad o corrosión en la válvula, también

puede ser pérdida del ajuste.


*Causa: La válvula esta descalibrada u obstrucción en esta.

TIPO DE FLOTADOR


*Causas: Presencia de suciedad que impide un correcto cierre de la

válvula o puede haber un desalineamiento de la palanca que mueve

el punzón que da el cierre, debido a golpe de ariete.

*Medida: Comprobar que el elemento flotador baje hasta su

asiento sin tocar el cuerpo de la válvula.


*Causa: El flotador está deformado o agujereado.

BALDE INVERTIDO


*Causas: Son muchas las posibles causas de este problema tales

como pérdida del sello de agua, vapor sobrecalentado,

fluctuaciones de la presión, un mal montaje y por gravedad se esta

saliendo el condensado, suciedad o corrosión en la válvula y sus

enlaces o por último el balde puede estar desalineado junto con la

palanca, debido a golpe de ariete.


*Causa: La presión de funcionamiento es inferior a la requerida

para accionar el balde.

TERMODINÁMICA


*Causas: Presencia de suciedad o corrosión, ya sea el asiento del

disco o en este mismo.


*Causa: Bloqueo por aire, principalmente en el arranque.

*Medida: Instalar un eliminador de aire en paralelo con la trampa.

BIBLIOGRAFÍA

-Ferretería Reina, curso sobre vapor

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