Tema 4 - Trampas de Vapor

Tema 4: Trampas de Vapor

Uso y Aplicaciones del Vapor en Plantas - Miguel Maritano, Industria de Jabones S.A. Profesor: Sr. Carlos A. Bizama Fica

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Tema 4

Trampas de Vapor

RHEM RELATORES ASOCIADOS LTDA - CAPACITACION -

Profesor: Sr. Carlos Bizama Fica



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4. Introducción

El trabajo de una trampa de vapor es el sacar condensado, aire y CO2 del sistema tan rápido como se empiezan a acumular. Asimismo, para una mayor eficiencia y economía, una trampa debe también de ofrecer:

Pérdida mínima de vapor. La Tabla siguiente muestra que tan costoso puede resultar el tener fugas de vapor sin reparar.

Las pérdidas de vapor indicadas suponen un vapor limpio y seco que fluye hacia la atmósfera a través de un orificio de bordes agudos, y sin condensado presente. La existencia de condensado usualmente resulta en pérdidas menores debido a la creación de vapor flash cuando se tiene una caída en la presión del vapor.

Larga vida y servicio seguro.

El desgaste rápido de sus partes resulta en una trampa que no ofrece servicio seguro. Una trampa eficiente ofrece ahorro de dinero al minimizar la necesidad de pruebas, reparaciones, limpieza, interrupción de servicio o cualquier otro requerimiento.

Resistencia a la corrosión.

Las partes importantes de una trampa deben de ser resistentes a la corrosión para que no sufran los efectos dañinos de los condensados cargados con ácidos o con oxígeno.

Venteo del aire. El aire puede mezclarse con el vapor en cualquier momento, y en especial al arranque del equipo. El aire debe de ser venteado para tener una transferencia de calor eficiente y para prevenir bloqueos en el sistema.

Cuando el vapor se condensa dentro de una unidad de transferencia de calor, el aire se mueve hacia las superficies de transferencia de calor, donde se consolida en una capa que forma un aislamiento térmico bastante efectivo.

Venteo del CO2.

Mediante el venteo del CO2 a la temperatura del vapor se evita la formación de ácido carbónico. Por lo tanto la trampa de vapor debe de operar a una temperatura igual, o bastante cerca, a la temperatura del vapor, ya que el CO2 se disuelve en condensado que se ha enfriado a temperatura menor que la del vapor.

Funcionamiento con contrapresión.

Presurización de las líneas de retorno puede ocurrir por diseño o por un malfuncionamiento. Una trampa de vapor debe ser capaz de funcionar aún cuando exista contrapresión en su tubería de retorno al sistema.

Libre de problemas por suciedad.

Suciedad y basura siempre serán algo que se encuentra en las trampas debido a que se instalan en los niveles bajos del sistema de vapor. El condensado recoge la suciedad y el sarro en las tuberías, y también partículas sólidas pueden ser acarreadas desde la caldera. Aún las partículas que se cuelan por los filtros son erosivas y por lo tanto la trampa de vapor debe de ser capaz de funcionar ante la presencia de suciedad.

Tamaño del Orificio

(Pulgadas)

Kg vapor / mes desperdiciados

1/2 7/16 3/8 5/16 1/4 3/16 1/8

379,500 289,500 213,600 147,700 95,400 53,200 23,800



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Una trampa que ofrezca cualquier cosa menor que todas estas características deseadas, resultará en una eficiencia menor en el sistema y en un incremento en costos. Cuando una trampa ofrece todas las características enlistadas, el sistema puede lograr:

1. Calentamiento rápido de las unidades de transferencia de calor 2. Temperaturas máximas en las unidades para una mejor transferencia de calor 3. Funcionamiento a capacidad máxima 4. Máximo ahorro energético 5. Reducción de la mano de obra por unidad 6. Una vida en servicio larga, sin problemas y de mínimo mantenimiento

En algunos casos especiales se necesita una trampa sin algunas de las características mencionadas, pero en la gran mayoría de las aplicaciones la trampa que sea capaz de satisfacer todas las necesidades será la que dé mejores resultados.

4.1 Tipos de Trampas para vapor. Hay cuatro grupos principales de trampas para vapor:

Grupo termostático.

Este tipo identifica el vapor y el condensado mediante la diferencia de temperatura la cual opera sobre un elemento termostático. El condensado debe enfriarse por debajo de la temperatura del vapor antes de ser eliminado.

Grupo Mecánico.

Las trampas de este tipo operan mecánicamente por la diferencia de densidad entre el vapor y el condensado. El movimiento de un flotador o de un balde actúa sobre la válvula de salida.

Grupo Termodinámico.

Este grupo trabaja por la diferencia de velocidad entre el vapor y el condensado. La válvula consiste en un disco que cierra con la alta velocidad del revaporizado y abre con la baja velocidad del condensado.

Otros tipos.

Este grupo reúne las trampas que no pueden ser situadas en una de las anteriores categorías.

Figura A. El gas CO2 se mezcla con el condensado que se ha enfriado a una temperatura menor que la del vapor, y forma ácido carbónico que corroe tuberías y unidades de transferencia de calor. Obsérvese en la

figura cómo las roscas han sido corroídas.

Figura B. El oxígeno en el sistema aumenta la corrosión (como oxidación) de las tuberías, causando picaduras como la

mostrada en la figura.



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4.1.1 Grupo Termostático

A. Tipo de presión balanceada. En la figura se muestra una trampa para vapor termostática de presión balanceada. El elemento termostático “A” está fabricado a partir de un tubo de metal corrugado que puede expandirse y contraerse. Una válvula, “B”, en la parte baja de este elemento se ajusta contra el asiento “C”, si aquel se expande. La parte superior de este elemento está fija, con la cual todas las expansiones o contracciones significan movimiento en la parte libre “B”. El elemento va lleno de una mezcla de alcohol que tiene un punto de ebullición más bajo que el del agua. Cuando se abre vapor al sistema, el aire es expulsado a través de la válvula abierta “B”.

El condensado frío seguirá al aire y será descargado por el mismo lugar. A medida que el condensado se va calentando, habrá transferencia de calor a la mezcla alcohólica que llena el elemento. Antes de que el condensado alcance la temperatura del vapor, la mezcla alcanzará su punto de ebullición.

Tan pronto como empieza a hervir, se produce vapor de alcohol, que hace aumentar la presión interna del elemento. Esta presión es superior a la que hay en el cuerpo de la trampa con lo cual el elemento se expande, apoyando la válvula “B” en su asiento “C”.

La trampa ha cerrado, con lo cual el vapor que sigue al condensado no puede escapar. Cuando el condensado que llena el cuerpo se enfría, también enfría a la mezcla alcohólica del interior del elemento haciendo que se condense.

Con ello, disminuye la presión que mantiene la válvula cerrada, el elemento se contrae y la válvula abre. El condensado es descargado y se puede reiniciar el ciclo. La presión de vapor no afecta la operación de la trampa. Lo que actúa es la diferencia entre la presión interior y la exterior del elemento la cual es función de la diferencia de temperatura entre el vapor y el condensado.

Como ya sabemos la temperatura del vapor aumenta con la presión, con lo cual la trampa de presión balanceada se ajusta automáticamente a cualquier variación de presión. Cuanto mayor es la presión de vapor, mayor es la presión en el elemento que provoca el cierre de la trampa. Sólo es necesario un asiento para cualquier presión dentro de los límites de trabajo de una trampa de este tipo.

Ventajas del Tipo de Presión Balanceada.

Las trampas termodinámicas de presión balanceada son pequeñas, ligeras y tienen una gran capacidad en comparación con su tamaño.

Trampa Termostática de Presión Balanceada



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La válvula está totalmente abierta en el arranque, permitiendo la descarga de aire libremente y proporcionando la máxima salida de condensado cuando es más necesario. Este tipo de trampa no es afectado por las heladas a menos que haya una elevación posterior del condensado que pueda inundar la trampa cuando no haya vapor.

La trampa termostática de presión balanceada se autoajusta automáticamente a variaciones en la presión del vapor dentro de su rango de trabajo. Su mantenimiento es fácil. El elemento y el asiento se pueden reemplazar y reponer en pocos minutos sin sacar la trampa de la línea.

Desventajas del Tipo de Presión Balanceada

El elemento extensible en este tipo de trampas se puede dañar por golpes de ariete o por condensado corrosivo, aunque los elementos de acero inoxidable, introducidos en los últimos años, pueden soportar mejor estas condiciones. Un elemento típico de acero inoxidable es el de la figura. La mayoría de las trampas de presión balanceada no pueden ser utilizadas con vapor sobrecalentado. El exceso de temperatura crea una presión en el interior del elemento termostático que no es compensada por la presión que le rodea. Como consecuencia, se puede averiar el elemento.

Sin embargo, se ha diseñado recientemente un nuevo elemento encapsulado que puede resistir vapor sobrecalentado.

La cápsula, tal como se ve en la figura, comprende un par de diafragmas que se acoplan en lugar del tradicional tubo flexible.

La trampa opera exactamente como en los otros modelos de presión balanceada. Como en todas las trampas termostáticas, las de presión balanceada no abren hasta que la temperatura del condensado está algunos grados por debajo de la temperatura del vapor (la diferencia de temperatura exacta es

función de la mezcla alcohólica usada en el elemento). Esto es una desventaja si hay que usar la trampa para una aplicación en la que no se puede tolerar el anegado del espacio destinado al vapor.

Elemento de Acero Inoxidable

Capsula de Presión Balanceada



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B. Tipo de Expansión Líquida La trampa más popular de expansión líquida es la de la figura. Opera por la expansión y contracción de un termostato lleno de líquido que responde a la diferencia de temperatura entre el vapor y el condensado. Cuando no hay vapor, el aire y el condensado salen a través de la válvula abierta “A”. El elemento termostático “B” está lleno de aceite, “C” que está en contacto con el pistón 2 de movimiento libre”. En un extremo de la varilla central del pistón “E” se fija la válvula, “F”.

Cuando la temperatura del condensado que pasa a través de la trampa aumenta, el calor se transmite al aceite “C” con lo que se expande. Esta expansión actúa sobre el pistón “D” y la válvula “F” es empujada lentamente hacia su asiento reduciendo progresivamente el flujo del condensado. La trampa se regula para que cierre completamente antes de que salga vapor Si se forma condensado de un modo continuo y a la velocidad constante, la válvula quedará en una posición fija para permitir la salida de este condensado. Si la cantidad de condensado aumenta, llenará la tubería previa a la válvula y la enfriará.

Este enfriamiento contraerá el aceite y la válvula retrocederá de su posición, permitiendo salir un volumen mayor de condensado. Viceversa, si llega menos condensado a la trampa, estará a mayor temperatura debido a la proximidad del vapor. Esta mayor temperatura expandirá el aceite y la abertura de la válvula se reducirá.

Estas trampas se pueden ajustar mediante la tuerca “G”, acercando o alejando la válvula de su asiento para que cierre a la temperatura deseada (dentro del margen de presión de la trampa) en función de las necesidades del equipo que debe ser drenado. Normalmente el ajuste de temperatura de descarga es de 100ºC o menor.

Ventajas del Tipo de Expansión Líquida.

Las trampas para vapor de expansión líquida se pueden ajustar para descargar a muy bajas temperaturas. Este hecho puede reducir el consumo de vapor en aplicaciones en las que se puede tolerar un cierto anegamiento del espacio destinado al vapor.

Igual que la trampa de presión balanceada, la de expansión líquida está totalmente abierta cuando se enfría, produciendo una descarga de aire correcta y una descarga de condensado máxima en los arranques. Es un tipo de Trampa que no se puede helar a menos que quede llena de condensado por un aumento de nivel en la tubería de salida. Este tipo de trampa se puede utilizar con vapor sobrecalentado y puede soportar vibraciones golpes de ariete.

Trampa Termostática de Presión Balanceada



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Desventajas del Tipo de Expansión Líquida.

Si la presión del vapor en la trampa está sujeta a variaciones importantes y rápidas el elemento no responderá a los cambios tan rápidamente como la trampa de presión balanceada. El tubo flexible del elemento se puede ver afectado por condensado corrosivo. Puesto que la trampa de expansión líquida descarga condensado a una temperatura de 100ºC o inferior, no debe ser utilizada en aplicaciones que requieran una eliminación inmediata del condensado.

C. Tipo de Expansión Metálica El principio de operación de este tipo de trampa es muy similar al tipo de expansión líquida. La diferencia es que el movimiento de la válvula se obtiene por la expansión de una varilla metálica, en lugar de un elemento lleno de aceite.

La cantidad de movimiento obtenible por variación de un grado de temperatura en una varilla metálica es mucho menor que en el caso del aceite. Por esta razón, el tipo de expansión líquida. Con el fin de obtener un movimiento apreciable, la varilla metálica debería tener 1 m. de longitud. El desmesurado tamaño de la trampa resultante ha provocado que no se utilice.

D. Tipo Bimetálico En este tipo, el movimiento de la válvula se obtiene por el pandeo de una lámina compuesta de 2 metales que se dilatan una cantidad diferente cuando se calientan. Si dos láminas delgadas o dos discos de dos metales, convenientemente elegidos, se solidarizan y a continuación se aumenta la temperatura, tomarán una forma curva como se ve en la figura. El metal que se expande más ocupa la parte externa de la curva. Cuando se enfría, se recupera la posición inicial.

La figura muestra una trampa para vapor que utiliza una sola placa bimetálica. Un extremo de la misma está fijo al cuerpo de la trampa, mientras que el otro está conectado a la válvula. Aire y condensado pasan libremente a través de la válvula abierta hasta que el elemento bimetálico se aproxima a la temperatura del vapor. Cuando la alcance, el extremo libre, se curvará hacia abajo y cerrará la válvula. La trampa permanecerá cerrada hasta que el cuerpo se llene de condensado suficiente frío para que permita al elemento bimetálico recuperar la posición inicial y abrir la válvula.

Lámina Bimetálica

Trampa Bimetálica de Simple Asiento



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Hay que tener en cuenta dos puntos importantes respecto a esta trampa bimetálica. En primer lugar, el bimetal se curva a una cierta temperatura fija, de tal manera que la trampa abre y cierra a una temperatura determinada independientemente de las presiones del vapor y por tanto de sus temperaturas). En la práctica esto se cumple sólo aproximadamente por cuanto hay una influencia de la presión sobre la válvula. En segundo lugar. Cuando la válvula de la figura apoya en su asiento, la presión de vapor en el interior de la trampa actúa para mantenerla cerrada contra el esfuerzo de bimetal. Mientras que el bimetal no encuentra ninguna oposición para cerrar la válvula, cuando se expande por calentamiento, tiene más dificultades para abrir de nuevo una vez que ha cerrado. Esto significa que el condensado debe enfriarse considerablemente antes de que la válvula pueda abrir, con el anegado parcial que esto provoca. Además, puesto que la fuerza ejercida por un simple elemento bimetálico es bastante pequeña, se debe utilizar una cantidad importante de bimetal lo que implica una lentitud en la reacción frente a cambios de temperatura tanto para abrir como para cerrar la válvula. Se han hecho diferentes pruebas para superar estas desventajas de las trampas bimetálicas simples, usando formas y disposiciones diversas de los elementos bimetálicos y de las válvulas. La figura muestra una de estas variaciones, que usa una válvula de doble asiento. La presión de la parte superior se transmite a la inferior mediante un orificio de paso con lo cual las fuerzas que actúan a ambos lados de la válvula son iguales. Esto significa que la válvula no tiene ninguna tendencia de movimiento en relación con su asiento y se limita a seguir los movimientos de expansión o contracción del bimetal debidos a cambios de temperatura. Para dar suficiente movimiento a la válvula, el bimetal toma la forma de una lámina larga a la que se dan diferentes curvaturas con objeto de reducir el espacio necesario para contenerla.

Imaginémonos que esta trampa va conectada a un sistema de vapor con una presión relativa de 7 bar y se ajusta para que la válvula cierre en el instante en que el vapor llega al elemento. Cuando el condensado alcanza la trampa. Se acumula en ele cuerpo, puesto que no puede escapar al encontrar la válvula cerrada. La transferencia de calor de la trampa al aire que le rodea provoca que condensado y bimetal se enfríen gradualmente hasta que el elemento se contraiga y abra la válvula, permitiendo la descarga del condensado. Cuando el vapor alcanza de nuevo la trampa, el elemento se expande, la válvula cierra y se expande, la válvula cierra y se repite el ciclo. Sin embargo, si el equipo produce una cantidad constante de condensado la trampa podrá tomar una posición que permita una descarga continua de condensado a una temperatura por debajo de la de saturación del vapor. Con lo que llevamos dicho, se comprende que la operación de la trampa será satisfactoria siempre que haya una cierta longitud de tubo antes de la misma donde pueda enfriarse el condensado sin anegar el espacio destinado al vapor.

Trampa Bimetálica de Doble Asiento

Trampa Bimetálica con Válvula en la Salida



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No sucederá así cuando la presión de vapor del equipo empiece a fluctuar. Si la presión desciende, la temperatura del vapor disminuirá consecuentemente y no podrá expandirse el bimetal lo suficiente para que la válvula apoye en su asiento. La trampa perderá vapor. Si la presión aumenta, la mayor temperatura provocará que el elemento se expanda más que cuando el vapor estaba a 7 bar relativos. La válvula apoyará con más fuerza en su asiento y el condensado deberá enfriarse más que antes para abrir la válvula. Se anegará el espacio destinado al vapor. Una trampa bimetálica de este tipo debe ser reajustada manualmente si las condiciones varían mucho en relación con las de ajuste inicial. Otra desventaja es que una válvula de doble asiento difícilmente da un cierre perfecto con lo que el vapor puede escapar. Es sensible a la suciedad debido a la poca tolerancia de que se dispone para evitar el soplado de vapor.

Otra disposición utilizada es situar la válvula en la parte de salida del orificio en lugar de hacerlo en la parte de entrada, tal como se ve en la figura. Aquí el elemento bimetálico actúa sobre la válvula mediante un vástago que pasa a través del orificio del asiento. Está claro que la presión del vapor actúa en el sentido de abrir la válvula en contraste con la trampa de la figura en que la presión intentaba cerrarla.

Una vez más consideramos el caso en que disponemos de vapor a 7 bar relativos y se ajusta la trampa para que la válvula cierre cuando el vapor a esta presión rodee el elemento, tal como se muestra en la figura. Cuando el condensado llena la trampa y empieza a enfriar el elemento, la presión del vapor ayuda al bimetal a abrir la válvula. Esto significa que se necesita menos enfriamiento para abrirla que en el caso de la trampa de la figura. Si la presión del vapor aumenta, la mayor temperatura hará que el bimetal presione la válvula con más fuerza sobre el asiento, pero este efecto se ve compensado por la mayor presión que actúa en el sentido de apertura de aquella. Si la presión disminuye, sucede lo contrario, es decir el bimetal ejerce menos fuerza pero la presión debida al vapor en sentido contrario también es menor. Esta disposición se aproxima al tipo de presión compensada, aunque el ajuste frente a variaciones de presión, es mucho menos fino que en el caso de las trampas de este tipo. Se pueden aportar mejoras de diseño del propio elemento bimetálico. En algunos casos, las láminas bimetálicas tienen una forma que implica una variación en la fuerza que se efectúa sobre la válvula a medida que varía la temperatura. Un ejemplo es el elemento que se muestra en planta en la figura. Un cierto número de estos elementos bimetálicos se disponen dos a dos para actuar sobre la válvula como muestra la figura.

Elemento Bimetálico con forma de cruz

Posición cerrada en una Trampa Bimetálica con una Válvula en la

salida

Trampa Termostática con Láminas Bimetálicas



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Los brazos tienen diferente longitud y ancho con lo que entran en acción en secuencia produciendo una fuerza sobre la válvula que va creciendo a medida que las temperaturas aumentan y más brazos entran en contacto con su pareja. La figura ilustra claramente como las diferentes parejas de brazos entran en acción para cerrar la válvula al aumentar la presión y la temperatura del vapor. Si bien la trampa no puede seguir la curva de saturación del vapor tan exactamente como una trampa de presión balanceada, el uso de elementos bimetálicos de este tipo da una aproximación suficiente. Otra disposición es la de la figura en la que se usa un número determinado de discos en combinación con un muelle que absorbe parte del movimiento que se produce cuando los discos flexionan. Cuando ya no se puede comprimir más el muelle, cualquier movimiento del bimetal se transmite directamente a la válvula.

Ventajas del Tipo Bimetálico

Las trampas bimetálicas generalmente son pequeñas en tamaño y, sin embargo, tienen una gran capacidad de descarga de condensado.

La válvula está totalmente abierta cuando la trampa está fría, lo cual da una gran capacidad de drenaje del aire y del condensado en los arranques, que es cuando más se necesita. Con un diseño adecuado del cuerpo y una descarga libre de condensado a la salida, este tipo de trampa no se hiela aún trabajando a la intemperie. Los cuerpos de algún tipo de trampa bimetálica se diseñan para que no sufran ningún daño en el caso en que produzcan heladas. Las trampas bimetálicas se pueden construir de tal forma que pueden resistir golpes de ariete, condensados corrosivos, presiones de vapor elevadas y vapor sobrecalentado, los elementos bimetálicos de vapor sin necesidad de variar el tamaño de orificio de la válvula, si bien puede necesitar ajuste la posición de la misma.

Si la válvula está a la salida del orificio del asiento, actuará como retención y evitará flujo inverso a través de la trampa. El condensado es descargado a una temperatura por debajo de la del vapor lo cual significa que parte de la entalpía de saturación del agua se puede transferir al equipo siempre que el anegado de una parte pueda tolerar. El mantenimiento de este tipo de trampa no presenta problemas, puesto que las partes internas se pueden reemplazar sin separar el cuerpo de la línea.

Efectos de los Brazos Bimetálicos

Trampa Termostática con Discos Bimetálicos



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Desventajas del tipo Bimetálico

En general las trampas bimetálicas no responden con rapidez a los cambios de caudal o de presión puesto que bimental tiene una reacción relativamente lenta a las variaciones de temperatura. Puesto que el condensado es descargado a una temperatura por debajo de la del vapor habrá anegamiento en el espacio destinado a vapor a menos que haya un tramo de tubería de enfriamiento suficientemente largo entre equipo y trampa. En general las trampas bimetálicas no son deseables para equipos de proceso en los que la eliminación inmediata del condensado es vital para alcanzar los máximos rendimientos. Si hay contrapresión en la descarga de la trampa el condensado deberá enfriarse más de lo normal antes de que abra la válvula. Se deberá recalibrar teniendo en cuenta esta condición.

4.1.2 Grupo Mecánico

A. Tipo de Flotador Libre El ejemplo más simple de una trampa de flotador libre es el de la figura. Cuando el condensado entra a la trampa a través de “A” el nivel de agua aumenta y el flotador “B” es levantado de su punto de reposo, “C”. Esto permite al condensado pasar libremente a través del orificio de la válvula “D”. Si el flujo de condensado disminuye, también lo hace el nivel de agua en la trampa y el flotador empieza a tapar la salida “D”. Cuando se ha descargado todo el condensado, el flotador cierra completamente el orificio, evitando cualquier pérdida de vapor. La acción del flotador permite una descarga continua en función de la cantidad de condensado que llega a la trampa.

Ventajas del Tipo de Flotador Libre

La trampa para vapor de flotador libre necesita poco mantenimiento puesto que son pocas las partes que pueden dañarse.

Desventajas del Tipo de Flotador Libre.

La figura muestra que la salida “D” está más abajo que la entrada “A”. Esto proporciona un sellador con agua que impide la salida de vapor. Este sello tiene un efecto negativo puesto que impide la salida de aire del sistema a través de la válvula principal. Por esta razón, se debe instalar una válvula manual para la purga de aire, “E”. Otra desventaja es que puede ser difícil obtener un buen asiento con el flotador, de tamaño notable, en el pequeño orificio de salida.

Trampa de Flotador Libre



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B. Tipo de Flotador y Palanca La figura muestra una trampa para vapor de flotador y palanca. El condensado entra en el cuerpo de la trampa a través de la entrada “A” y el flotador “B” sube a medida que aumenta el nivel de agua. La palanca “C” une el flotador a la válvula de salida “D”, la cual abre gradualmente a medida que el flotador sube.

La posición de la válvula varía de acuerdo con el nivel del agua en el cuerpo de la trampa, dando una descarga continua de condensado para cualquier caudal que no sea superior a la capacidad máxima de la trampa. Si la carga de condensado disminuye y el vapor llega a la trampa, el flotador bajará hasta su posición inferior. La válvula se apoya firmemente en su asiento impidiendo la salida de vapor. El mayor inconveniente de estas trampas tal como lo hemos estudiado hasta ahora, es que el aire no puede salir a través de la válvula principal en el arranque. A menos que se instale algún medio para eliminar este aire. El condensado no podrá llegar a la trampa y esta se bloqueará. A veces se instala una válvula manual “E” en la parte superior de la trampa pero esta solución tiene la desventaja de que requiere operación manual cada vez que deja de llegar vapor a la trampa.

Una mejor solución es la que se muestra en la figura. El mecanismo del flotador es el mismo que en el ejemplo anterior, pero la válvula manual ha sido reemplazada por un elemento automático, “E”, de eliminación de aire. De hecho se trata de un elemento termostático del tipo de los ya comentados anteriormente. La válvula “F” está totalmente abierta cuando la trampa esta fría con lo que el aire descarga perfectamente en el arranque. Tan pronto como el vapor llega a la trampa el elemento “E” se expande y empuja la válvula “F” contra su asiento “G” con lo cual el vapor no puede escapar. Si durante la operación entra aire en la trampa, quedará acumulado en la parte superior. Su efecto de enfriamiento provocará que el elemento termostático se contraiga, permitiendo la descarga de aire. Aunque la llegada de condensado sea muy importante, el agua nunca puede llegar a descargar a través del elemento termostático. Si esto ocurre, significa que la trampa está mal dimensionada para el caudal de condensado a eliminar. Algunas trampas del tipo de flotador incorporan una válvula de salida directa de vapor en lugar del elemento termostático eliminador de aire. Se trata simplemente de una válvula de aguja que actúa como by pass de la válvula principal y permite la salida de vapor que podría bloquear la trampa impidiendo la llegada de condensado. El problema de bloqueo por vapor se estudiará más adelante con más detalle.

Trampa de Flotador con Eliminador Termostático de Aire.

Trampa de Flotador y Palanca



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Ventajas del tipo de Flotador y Palanca.

Este tipo proporciona una descarga continua de condensado a la temperatura del vapor. Ello hace que sea el más indicado para aplicaciones en las que la transferencia de calor es importante en relación con el área de calentamiento disponible.

Puede descargar cantidades importantes o pequeñas de condensado con la misma efectividad y no se ve afectado por súbitas e importantes fluctuaciones de la presión.

Cuando lleva elemento termostático incorporado, descarga aire libremente. Las trampas de flotador que incorporan el sistema de antibloqueo mediante válvulas de aguja son el único modelo utilizable cuando este fenómeno sea susceptible de aparecer.

Desventajas del Tipo de Flotador y Palanca

El flotador se pude dañar por golpes de ariete. Este tipo de trampas puede ser dañado por heladas y su cuerpo debe ser aislado si está a la intemperie en lugares con temperaturas por debajo de cero. Una desventaja común a todos los tipos de trampas mecánicas es que el tamaño del orificio de descarga es función de la fuerza del flotador y de la presión del vapor, que opone. La fuerza proporcionada por el flotador es constante, con lo cual si la presión del vapor aumenta, el tamaño permitido para el orificio de descarga disminuye (la fuerza hacia arriba del flotador es contrarrestada por la fuerza hacia abajo que es igual al producto de la presión del vapor por la superficie del orificio de salida). En la práctica, las trampas mecánicas tienen diferentes tamaños de asiento de válvula para cada gama de presiones. Por ejemplo, un modelo típico de trampa de flotador y palanca tiene diferentes asientos de válvula para presiones hasta 4.5 bar, hasta 10 bar, hasta 14 bar, y así sucesivamente.

C. Tipo de Balde Abierto (o Cubeta Abierta) Un balde abierto por su parte superior puede sustituir a la boya para actuar sobre la válvula. Este balde flotará en el condensado cuando esté vacío, pero caerá por su propio peso cuando se llene de condensado. Una trampa de este tipo es la de la figura. Unida al fondo del balde “A” va una varilla “B” a la que se sujeta la válvula “C”. Varilla y válvula están en el interior de un tubo “D” abierto por su parte inferior. En la parte superior de este tubo va el asiento de la válvula “E”.

Cuando el condensado entra por “F” en primer lugar llena el cuero de la trampa por el exterior del balde. Este flota y la válvula se apoya en su asiento. Si sigue entrando condensado en la trampa, empieza a llenar el balde, cuando está suficientemente lleno, el peso interior provoca que el balde baje hasta el fondo de la trampa abriendo la válvula. La presión de vapor empuja el agua a través del tubo central hasta que el balde pueda volver a flotar. Se repite el ciclo. De la descripción del funcionamiento se deduce que las trampas de este tipo tienen descarga intermitente.

Trampa de Balde Abierto (Cubeta Abierta)



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Ventajas del Tipo de Balde Abierto.

Las trampas de balde abierto en general son robustas y se pueden utilizar para altas presiones y vapor sobrecalentado. Soportan los golpes de ariete y los condensados corrosivos y tienen un mecanismo tan simple que es difícil que se dañe.

Desventajas del Tipo de Balde Abierto.

Puesto que el peso del balde determina el área de la válvula para una presión dada, implica que sólo se puede descargar condensado en una gama de presión determinada. Esta limitación mecánica provoca que este tipo de trampa tienda a ser grande y pesada en relación con su capacidad de descarga. Esta razón hace que sea poco usada.

No incorpora ningún mecanismo de desaireación por lo que únicamente se puede realizar mediante una válvula manual o un elemento termostático. Se puede practicar un pequeño agujero en la parte alta del tubo de descarga para que el aire pueda salir libremente, pero si la cantidad de aire a descargar es importante se recomienda un sistema complementario. Este tipo de trampas se puede dañar por heladas y el cuerpo deteriorarse si queda lleno y a la intemperie.

D. Tipo de Balde Invertido (o Cubeta Invertida) Una trampa utilizada más comúnmente que la de balde abierto es la de balde invertido mostrada en la figura. En este tipo, la fuerza de operación la proporciona el vapor que entra en el balde haciéndolo flotar en el condensado que llena la trampa. Cuando falta vapor en la planta, el balde “A” está en la parte inferior de la trampa y la válvula “B” está totalmente abierta. El aire descarga a través de un pequeño orificio “C” en la parte superior del balde. El condensado entra en la trampa por “E” y el nivel de agua aumenta tanto en el interior como el exterior del balde. Este permanece en la parte inferior con lo que el agua puede pasar a través de la válvula abierta “B”. Cuando el vapor llega a la trampa, entra en el balde y lo hace flotar, cerrando la válvula “B” mediante un sistema de palanca. El vapor contenido en el balde escapa lentamente por el orificio “C” y al mismo tiempo va condensando. Si sigue llegando vapor, la trampa permanece cerrada, pero si llega más condensado llega un momento en que el balde ya no puede flotar, vuelve a su posición inferior, la válvula abre y el condensado sale. También este tipo realiza una acción de descarga intermitente.

Ventajas del Tipo de Balde Invertido

La trampa de balde invertido se puede fabricar para que resista altas presiones y es utilizable con vapor sobrecalentado si se coloca una retención en la entrada. Resiste razonablemente condiciones de golpes de ariete y por su constitución mecánica es difícil que se dañe.

Trampa de Balde Invertido

Válvula de Retención



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Desventajas del Tipo de Balde Invertido

El pequeño tamaño del agujero practicado en la parte superior del balde implica que se elimine el aire muy lentamente. Tampoco se puede hacer un orificio excesivamente grande porque se perdería demasiado vapor durante la operación normal. Siempre debe quedar agua suficiente en la trampa para que actúe de sello alrededor de la parte inferior del balde. Si la trampa pierde este sello de agua, el vapor saldrá directamente al exterior a través de la válvula.

Esto puede suceder en aplicaciones en las que se produzca una caída importante de presión del vapor con lo que el condensado contenido en el cuerpo de la trampa se revaporiza. El agua que queda en la trampa es empujada hacia que el balde baje abriendo la válvula. En estas circunstancias irá saliendo vapor hasta que llegue a la trampa una cantidad de condensado superior a la de agua y vapor que salen a través de la válvula abierta. Cuando esto ocurra se volverá a llenar el fondo de la trampa restableciendo el sello.

Si se debe utilizar una trampa de balde invertido para una aplicación en la que son de preveer fluctuaciones importantes de presión es necesario instalar una válvula de retención a la entrada de la trampa. Esta válvula evitará la pérdida de sello. Un modelo sencillo es el de la figura. Agua y vapor pueden circular libremente en la dirección indicada por la flecha, pero el flujo inverso es imposible puesto que provocará el cierre de la válvula sobre su asiento. El exceso de temperatura del vapor sobrecalentado puede causar más fácilmente la pérdida de sello en una trampa de balde invertido. También en este caso la válvula de retención es esencial. Algunos fabricantes colocan la retención en la propia trampa. La trampa de balde invertido puede ser dañada por las heladas si se instala a la intemperie. Como en los otros tipos de trampas mecánicas, un pequeño aislamiento puede ser suficiente para superar este problema si las condiciones no son demasiado severas.

4.1.3 Grupo Termodinámico La construcción de la trampa del tipo Termodinámico es extraordinariamente sencilla. En la figura se representa un modelo típico que consiste en un cuerpo “A” una tapa “B” y un disco libre “C”. Este disco es la única pieza móvil de la trampa. En la parte superior del cuerpo se mecaniza una hendidura anular con unos resaltes interior “D” y exterior “E” que constituyen el asiento del disco (Fig. 35 y 36). Las caras del asiento y el disco se mecanizan planas con el fin de que éste asiente sobre le anillo interior y el exterior al mismo tiempo. Por esta acción la entrada “F” queda aislada de la salida “G” lo cual es esencial si se quiere lograr un cierre perfecto. En el arranque el aire y el condensado frío alcanzan la trampa y pasan a través del orificio de entrada “F”. El disco “C” es empujado hacia arriba hasta que se apoya en el resalte “H” de la tapa. El aire y el condensado fluyen radialmente hacia el exterior a través del espacio comprendido entre los anillos de asiento “D” y “E” y descargan por el orificio “G”.

Trampa Termodinámica Típica



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La temperatura del condensado aumenta de una forma gradual y al descargar libremente se forma cierta cantidad de revaporizado. La mezcla resultante fluye por la parte inferior del disco y puesto que el vapor tiene un volumen muy superior al del peso correspondiente de condensado, la velocidad de salida aumenta a medida que la temperatura del condensado aumenta. Para comprender lo que sucede, a continuación hay que recordar el teorema de Bernouilli. Establece que en un fluido en movimiento la presión total es la misma en todos los puntos. Esta presión total es la suma de la presión estática y de la presión dinámica.

La estática es la que se puede medir con un manómetro, mientras que la dinámica es la que sería producida por las partículas de fluido si de golpe se les parase mediante un obstáculo. La presión dinámica aumenta cuando lo hace la velocidad de las partículas. Si aplicamos este teorema a la trampa termodinámica nos daremos cuenta de que la presión dinámica del revaporizado y condensado que fluyen debajo del disco aumenta a medida que su velocidad aumenta. Puesto que la presión total debe permanecer constante, la presión estática disminuye al aumenta la dinámica. Como resultado el disco empieza a descender y se acerca a los anillos asiento. Al bajar, el revaporizado puede pasar entre el disco y la tapa de la trampa y entra en la cámara de control, como se muestra en la figura. Este revaporizado ejerce una presión estática sobre la totalidad de la superficie del disco. Cuando esta presión es suficiente para vencer la del fluido a la entrada que actúa sólo en la parte central del disco, éste cae definitivamente y se apoya en los anillos asiento tal como se ve en la figura, evitando cualquier flujo a través de la trampa. El disco permanece firmemente apretado contra su asiento hasta que se condensa el revaporizado de la cámara de control debido a la transferencia de calor a la atmósfera y al cuerpo de la trampa. Con esto disminuye la presión que actúa en la parte superior del disco permitiendo que sea empujado de nuevo por la presión de entrada. Si no hay condensado que descargar, una pequeña cantidad de vapor vivo entrará en la cámara de control y volverá a cerrar el disco muy rápidamente. En la práctica esto no sucede porque el tiempo que transcurre hasta que la presión en la cámara de control baja lo suficiente para permitir la reapertura es bastante largo y el condensado llega holgadamente a la parte inferior del disco.

Disco de Trampa Termodinámica Típica

Asiento de Trampa Termodinámica

Acción de Cierre de una Trampa Termodinámica

Trampa Termodinámica

Trampa Termodinámica Cerrada



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La figura muestra una disposición habitual de una trampa termodinámica, que recoge mejoras de diseño. La adición de un filtro impide que partículas de suciedad puedan bloquear los orificios de salida, de pequeño diámetro, o bien que depositen en los anillos de asiento impidiendo un cierre correcto. La trampa tiene tres orificios de paso que conducen desde la hendidura comprendida entre los dos anillos asiento hasta la conexión de salida. Cuando la trampa descarga hay un flujo simétrico de condensado hacia el exterior desde el centro del disco. Esto garantiza que permanezca paralelo a su asiento durante la fase de descarga, evitando problemas de desgastes diferenciales causados por la inclinación que se produce en modelos con un solo orificio de salida. Un examen detallado del disco de una trampa termodinámica revela que mientras una cara es plana la otra tiene una o más hendiduras concéntricas. La trampa se usa normalmente con la cara de hendiduras de lado de los anillos asiento. Estas hendiduras rompen las líneas de flujo a lo ancho del disco retardando el descenso de la presión estática hasta que el condensado que pasa a través de la trampa esté casi a la temperatura del vapor. Ello garantiza que se vacíe la casi totalidad del condensado. Si el disco se coloca al revés, la trampa cerrará cuando el condensado esté algunos grados por debajo del temperatura del vapor. Con esta disposición, quedará condensado en el equipo al cerrar la trampa. La decisión de colocar el disco en un sentido o en el otro depende de cómo lo requiera la instalación en cuestión.

Ventajas del Tipo Termodinámico

Las trampas termodinámicas operan dentro de su margen de presiones sin ajuste o cambio del tamaño de válvula. Son compactadas, simples, ligeras y tienen una gran capacidad de descarga de condensado en comparación con su tamaño. Este tipo de trampa puede ser utilizado con presiones elevadas y vapor sobrecalentado y no lo averían los golpes de ariete o las vibraciones.

Al estar construidas en acero inoxidable presentan un alto grado de resistencia a los condensados corrosivos. No se averían por las heladas y en ningún caso se congelarán si se instalan en un plano vertical y descargando libremente a la atmósfera. Sin embargo, la operación en esta posición implica un desgaste del contorno del disco. Puesto que la única parte móvil es el disco, se puede efectuar fácilmente el mantenimiento sin sacar la trampa de la línea. El disco evita el retorno de condensado, con lo que no se necesita válvula de retención.

Desventajas del Tipo Termodinámico

Las trampas termodinámicas no trabajan correctamente con presión de entrada baja o presión de descarga elevada. En ambos casos, la velocidad a través de la parte inferior del disco será exigua y no provocará suficiente depresión. El modelo de la figura requiere una presión mínima de 0,25 bar relativos y puede soportar una presión máxima de descarga igual al 80% de la presión de entrada. Pueden descargar cantidad de aire en el arranque si la presión de entrada aumenta lentamente. Sin embargo, un aumento rápido de presión provoca velocidad suficiente en el aire para cerrar la trampa igual que lo hace el vapor. En este caso se debe instalar en paralelo un eliminador termostático de aire. Si la trampa está expuesta a temperaturas ambiente muy bajas, el revaporizado de la cámara de control obviamente condensará más rápidamente de lo normal. Ello causará una apertura y cierre del disco más frecuente, provocando un desgaste excesivo y reduciendo la vida de la trampa.



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4.1.4 Otros tipos de Trampas de Vapor

A. Tipos de impulso La trampa de impulso típica es la de la figura. La válvula principal “A” forma parte de un cilindro hueco que lleva un resalte delgado “B”. El cilindro puede moverse arriba y abajo dentro de una guía “C”. Cuando el equipo está parado, la válvula “A” permanece sobre su asiento “D”. En el arranque, primero el aire y después el condensado frío llegan a la trampa y presión que se ejerce en la parte baja de resalte “B” hace subir la válvula principal y la trampa descarga. Parte del condensado pasa por el espacio comprendido entre “B” y su guía “C” llegando a la cámara de salida a través de “E”. La presión en esta parte superior del pistón disminuye debido al aumento de velocidad del condensado con lo cual es algo menor que la de la parte inferior y la válvula permanece abierta.

Cuando el condensado se aproxima a la temperatura del vapor, una parte del mismo revaporiza al pasar por el estrechamiento que hay entre “B” y “C”. Este revaporizado se acumula en la cámara de la parte superior del disco e intenta salir por el orificio “E”. Como el revaporizado tiene un volumen considerablemente mayor que la masa correspondiente de condensado, tarda en pasar a través de “E” y empieza a generar una sobrepresión en la cámara, forzando al pistón hacia abajo. El caudal de condensado se reduce debido a la forma cónica de la guía, con lo que la trampa permanece en una posición que permite la descarga del condensado a medida que va llegando. Cuando el vapor llega a la trampa, aumenta aún más la presión en la parte superior del pistón con lo cual la válvula cierra totalmente. La trampa no da un cierre hermético puesto que siempre pueda pasar algo de vapor a través del orificio “E”.

Ventajas del Tipo de Impulso

La trampa del tipo de impulso tiene una buena capacidad de descarga de condensado con un tamaño relativamente pequeño. Puede trabajar en una amplia gama de presiones sin cambiar el tamaño de válvula. Se puede utilizar para altas presiones y con vapor sobrecalentado. Elimina el aire con facilidad y no se bloquea por la presencia de éste.

Desventajas del Tipo de Impulso

Las trampas de impulso no siempre cierran totalmente y pueden perder vapor cuando las cargas son pequeñas. Las afecta sensiblemente cualquier tipo de suciedad que entre en el cuerpo de la trampa debido a las pequeñas tolerancias existentes entre pistón y cilindro. Pueden pulsar cuando reciben cargas bajas causando ruidos o golpes de ariete e incluso averías mecánicas en la propia válvula. No pueden trabajar cuando la contrapresión excede en un 40% a la presión de entrada.

Trampa de Impulso



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B. Tipo de Laberinto La figura muestra una trampa sencilla de laberinto. El condensado entra por “A” y encuentra un número de deflectores ajustables “B” que aumenta de diámetro en el sentido de entrada a salida. El condensado pierde presión gradualmente al pasar por cada una de estas restricciones. Como consecuencia, parte del condensado revaporiza en cada una de las cámaras generadas por los bafles, con lo que el flujo de condensado se frena, impidiendo la salida de vapor. Las placas deflectoras pueden ser variadas de posición ajustando el eje “C”.

Si el espacio que se deja entre los deflectores y cuerpo de la trampa es importante pasará condensado y vapor. Si las tolerancias, por el contrario, son muy pequeñas sólo descargará condensado frío.

Ventajas del Tipo de Laberinto

Este tipo de trampa es pequeño comparado con su capacidad de descarga y no presenta averías mecánicas al no tener partes móviles.

Desventajas del Tipo de Laberinto

La trampa de laberinto debe ser ajustada manualmente cuando hay variaciones importantes de la presión del vapor o de la carga de condensado. Si el ajuste no es el adecuado a las condiciones de operación, se puede producir pérdida de vapor o anegamiento por condensado.

C. Placa Orificio Consiste en un agujero fijo dimensionado para el paso de condensado que, teóricamente se va a generar en el equipo o planta a drenar.

Ventajas de la Placa Orificio

No requiere mantenimiento al no tener partes móviles. Pueden incorporar un filtro que evite su obturación. Son extremadamente pequeñas en relación con su capacidad de drenaje y se eliminan prácticamente las pérdidas por radiación.

Desventajas de la Placa Orificio

Las principales desventajas de la placa orificio radican en tener que fijar el tamaño del agujero, el cual debe ser forzosamente pequeño. El aire sólo puede descargar muy lentamente en el arranque. Aún cuando se instalen filtros, la suciedad puede bloquear el orificio. Si no llega condensado, se perderá vapor constantemente a través de orificio. Este aumentará de diámetro gradualmente por erosión, incrementando consecuentemente las pérdidas potenciales de vapor.

Trampa de Laberinto



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4.2 Instalación Correcta de las Trampas

4.2.1 Punto de Drenaje Las ventajas resultantes de una correcta elección del tipo de trampa para cada aplicación se pueden perder si el condensado no encuentra fácilmente su camino hasta la trampa. Por esta razón, se debe estudiar con cuidado el punto de drenaje. Consideremos lo que sucede al condensado en una tubería de distribución de vapor y condensado. Obviamente, el condenado que quede se acumulará en los puntos bajos del sistema. Por lo tanto estos puntos bajos deben estar equipados con trampas. Sin embargo, la cantidad de condensado que se forman en una tubería de distribución, es importante en los períodos de arranque, es suficiente para aconsejar la colocación de puntos de drenaje a intervalos de no más de 50 m, además de drenar los puntos bajos antes mencionados. En operación normal, el vapor fluye por la tubería de distribución a velocidades de hasta 145 Km/h arrastrando el condensado. La figura muestra una tubería de drenaje de 15 mm., tiene capacidad suficiente, no pude recoger todo el condensado que circula a lo largo de aquella a gran velocidad. Una instalación de este tipo sería ineficaz. La solución al problema es la disposición mostrada en la figura. Se intercala una “T” en la tubería de distribución, la cual actúa de pozo de goteo. El condensado cae en este pozo y alcanza fácilmente la tubería de 15 mm., hasta la trampa. Este pozo de goteo es tan importante en el sistema de drenaje como la propia trampa.

4.2.2 Separadores de Condensado Las calderas modernas tienen una gran capacidad comparadas con su tamaño y hay que tener mucho cuidado para evitar situaciones de excesiva sobrecarga. Un incorrecto tratamiento del agua de alimentación y picos de consumo pueden provocar el arrastre de agua hacia las tuberías de distribución. Ya hemos visto que el vapor húmedo contiene menos entalpía de evaporación que el vapor saturado seco a la misma presión y reduce la eficiencia del proceso o del equipo de calefacción. Por esta razón, se deben tomar medidas para garantizar el mayor título posible (fracción seca) del vapor generado. Si bien el tipo de drenaje mostrado en la figura eliminará todo condensado que se forme en la tubería, no podrá eliminar las gotitas de humedad arrastradas por el propio vapor. La solución más simple a este problema es la instalación de un separado de gotas, del que se muestra un modelo típico en la figura inferior.

Instalación para drenaje incorrecta Instalación para

drenaje correcta

Separador



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Una pantalla central obliga al vapor a cambiar de dirección y a adquirir un movimiento circular. El vapor seco puede pasar sin dificultad pero las gotas de agua, más pesadas se recogen en el punto de drenaje inferior. Una trampa adecuada elimina el agua separada junto con el condensado que pudiese hacer en este tramo de tubería de distribución. La fuente más común de vapor húmedo es el arrastre desde la caldera y por esta razón se debe instalar un separador inmediatamente a la salida de la misma. También es deseable instalar separadores antes de cualquier equipo que requiere vapor seco para su funcionamiento.

4.2.3 Prevención de la Suciedad Cuando se instala una tubería nueva, habitualmente quedan en su interior trozos de soldadura, empaquetaduras, juntas e incluso tornillos y tuercas utilizadas durante el montaje. En tuberías viejas hay depósitos de óxidos y carbonatos que se pueden desprender y circular a lo largo de la tubería del vapor. Esto no representaría ningún problema si esta suciedad se drenase libremente, pero en la práctica queda acumulada en la trampa impidiendo el cierre de su válvula y causando pérdidas de vapor. La propia trampa puede averiarse por la acción constante del vapor a altas velocidades pasando a través de su válvula parcialmente abierta. Una vez que se ha producido este desgaste, la válvula no vuelve a cerrar correctamente, aunque se elimine la suciedad. Es prácticamente habitual instalar antes de la trampa una derivación para recoger la suciedad, tal como se ve en la figura. Sin embargo, la velocidad del condensado puede provocar que no toda la suciedad entre en esta derivación y que una parte de la misma llegue a la trampa. Por otra parte, si la derivación no se vacía regularmente, una vez llena no puede recoger más partículas, las cuales llegarán a la trampa. Una disposición de este tipo deja mucho que desear. Es preferible instalar un filtro antes de cualquier trampa, medidor, válvula reductora o de regulación. La figura muestra la sección de un filtro típico. El vapor fluye de la entrada “A” a la salida “C” a través del cilindro perforado “B”. Mientras el vapor y el agua pasan sin dificultad a través del cilindro, las partículas de suciedad no pueden pasar por los orificios del mismo. La tapa “D” se puede abrir para limpiar regularmente la malla filtrante.

La figura muestra un filtro angular acoplado a una trampa con el que forma una unidad compacta. Evita la necesidad de instalar dos elementos separados en la línea. Las ventajas de esta disposición son tales que un número importante de modelos de trampas llevan filtro incorporado, como hemos visto anteriormente cuando se pasaba revista a los diferentes tipos de trampas.



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4.3 Selección de una Trampa para Vapor.

Hay quién dice que la mayoría de las trampas para vapor son válidas para cualquier aplicación (en tanto que las condiciones de operación estén dentro del campo de presiones y capacidades de descarga de la trampa). Sin embargo, no debemos contentarnos con que la trampa trabaje moderadamente bien, sino que debemos alcanza la máxima eficiencia en todos los equipos que usan vapor. Esto significa que se debe seleccionar una trampa para cada aplicación concreta.

La lista siguiente contiene un número importante de preguntas que deben ser consideradas al elegir una trampa.

¿Se debe descargar el condensado tan pronto como se forma? ¿La línea del retorno de condensado está a nivel superior que el equipo que se purga?

¿Hay riesgos de golpes de ariete en la línea? ¿Hay vibraciones o movimientos excesivos en el equipo?

¿Contiene el condensado substancias corrosivas? ¿Está la trampa instalada a la intemperie?

¿Se utiliza vapor sobrecalentado? ¿Hay cantidades importantes de aire?

¿Hay posibilidades de bloqueo por vapor? ¿Comprende la instalación diversas unidades calentadas con vapor?

A. Anegamiento por Condensado En la mayoría de los equipos calentados con vapor es deseable y muchas veces imprescindible, descargar el condensado tan pronto como se forma. Si bien la entalpía del agua saturada del condensado es utilizable, se obtiene una transferencia de calor más importante si únicamente el vapor está en contacto con la superficie de transferencia. Las razones de este fenómeno se han visto claramente en un ejemplo anterior. Las trampas del tipo mecánico son las idóneas para aplicaciones que requieran una rápida eliminación del condensado. Las del tipo termostático no drenan condensado hasta que éste se ha enfriado una cantidad de grados por debajo de la temperatura del vapor, con lo que se produce un cierto anegamiento del espacio destinado a éste. Sin embargo, en algunas ocasiones el anegamiento puede ser aceptable o incluso deseable. Como ejemplo, consideremos la diferencia entre las necesidades de purga de un radiador de vapor y una unidad calefactora. Mientras el espacio dedicado al vapor en un radiador es grande comparado con la superficie de calefacción, la capacidad de vapor de una unidad calefactora es pequeña comparada con la transferencia de calor requerida. El radiador puede utilizar perfectamente la entalpía del agua saturada del condensado antes de descargarlo, pero en la unidad calefactora no se puede hacer. Por esta razón, el radiador podría ser equipado con una trampa termostática mientras que la unidad calefactora lo debe ser con una trampa que elimine el condensado inmediatamente. En este último caso, por pequeño que fuera el anegamiento, reduciría la transferencia de calor y provocaría que el calefactor soplase aire frío. El condensado retenido en la unidad calefactora es también una fuente de corrosión y por tanto de reducción innecesaria de vida de los tubos de calefactor. El porcentaje tolerable de anegamiento del espacio de vapor es claramente un factor significativo en la selección de la trampa. La elección incorrecta del mismo es fuente, en muchos casos, de bajos rendimientos del equipo.



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B. Elevación del Condensado

La velocidad a la cual la trampa puede descarga el condensado depende del tamaño del orificio de la válvula y de la presión diferencial o diferencia de presión entre la entrada y la salida de la trampa. Si una trampa descarga a la atmósfera, la presión diferencial a través de la misma es igual a la presión de entrada. Lo mismo sucede si la trampa descarga en una línea de retorno situada a nivel inferior y que permite al condensado llegar, por gravedad, al tanque de alimentación de caldera (a menos que un retorno subdimensionado cree contrapresión).

Desgraciadamente una disposición de este tipo es poco frecuente bien porque el tanque de alimentación de la caldera está a un nivel superior de la trampa, bien porque el circuito de retorno circula por niveles superiores para evitar obstrucciones. En estos casos, el condensado debe ser impulsado mediante una bomba o por la propia presión del vapor, hasta su punto final. En esta sección, nos interesan especialmente los problemas que puedan surgir por la elevación de condensado mediante la presión del vapor a la entrada de la trampa. Por cada 0,11 bar (11kPa) de presión de vapor en la trampa, el condensado puede ser elevado a una altura próxima a 1 m. Para elevar el condensado, la trampa debe ser de un tipo en el cual todo el cuerpo esté sometido a la presión total del vapor.

Todas las trampas de balde y la mayor parte de las habituales en el mercado son de este tipo. Hay desventaja al elevar el condensado por este método. En primer lugar, no siempre se dispondrá de la presión de vapor necesaria a la entrada de la trampa. Si, por ejemplo, la presión normal de operación es de 1, 65 bar (165 kPa) teóricamente es posible elevar el condensado a 15m. Sin embargo, en el arranque, la presión de vapor permanecerá durante un cierto tiempo a un valor próximo a 0 bar o incluso por debajo. Hasta que esta presión aumenta, el condensado no puede ser drenado y se acumulará en el espacio destinado al vapor. Este hecho provocará un período de calentamiento más largo. El condensado, además evitará la salida de aire a través de la trampa con lo cual el problema empeorará. Si el equipo tiene control de temperatura, la acción de este control pude reducir la presión del vapor por debajo del valor al cual la elevación de condensado se efectuaría correctamente hasta la línea de retorno. Una vez más el espacio destinado al vapor quedará anegado hasta que abra la válvula de control, resultando una deficiente regulación de temperatura y un riesgo de golpes de ariete cuando el vapor llegue súbitamente al espacio anegado. Se deber recordar que ciertos tipos de trampas tienen limitada la contrapresión a la que pueden descargar. Es particularmente importante en las trampas de tipo termodinámico, mientras que las bimetálicas han de ser nuevamente calibradas si deben descargar con una contrapresión impuesta por la elevación de condensado. Las trampas se pueden instalar en la parte baja o en la superior de la tubería ascendente, según las necesidades de cada instalación en particular.



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Trampas en la parte baja de la tubería.

Siempre es preferible instalar la trampa por debajo del punto de drenaje de la unidad en cuestión. La figura muestra la mejor disposición para elevar condensado directamente de la trampa. La trampa está en la parte inferior de la tubería de elevación y cerca de la unidad a drenar. Está precedida de un filtro y seguida de una válvula de retención. Esta se instala para evitar que el condensado llene la parte destinada al vapor durante las paradas. Es deseable conectar la tubería de elevación a la parte superior de la tubería principal de retorno de condensado.

Trampas en la parte alta de la tubería de elevación.

Hay ocasiones en las que no es posible instalar trampas en la parte inferior debido a la disposición del equipo. La figura muestra un recipiente, equivalente al de una unidad de tratamiento superficial, calentando con un serpentín lleno de vapor. La tubería baja por un lado del recipiente, circula por el fondo del mismo y sale al exterior subiendo por la pared opuesta antes de alcanzar la trampa. El final del serpentín no puede salir por el fondo del recipiente porque introduciría una junta que puede perder líquido corrosivo. El vapor condensa al ser admitido en el serpentín y este condensado se acumula en la parte baja. Al mismo tiempo, el vapor puede pasar por encima de aquel y alcanzar la trampa que cerrará inmediatamente. No abrirá hasta que el vapor que llena la tubería previa a la trampa condense. Sin embargo el vapor continuará entrando y llegando a la trampa hasta que se haya formado suficiente condensado en la parte baja del serpentín. Este condensado será empujado por el vapor hasta la trampa que abrirá. Cuando la trampa abre, el nivel del condensado disminuye con lo que el vapor puede llegar nuevamente a la trampa. Se repite el proceso con el resultado de que el serpentín nunca queda libre de condensado por lo que la eficiencia térmica es baja. Esta situación se puede mejorar con la disposición que se muestra en la figura. En lugar de un serpentín plano, este desciende gradualmente en la dirección del flujo de vapor y forma un codo sifón antes de iniciar el camino ascendente. Un tubo del serpentín hasta el punto bajo del codo sifón. Cuando llega vapor en el arranque, el primer condensado que se forma cae en el codo sifón, sellando la parte final del tubo de pequeño diámetro e impidiendo que el vapor llegue a la trampa. Debido a este pequeño diámetro. Tampoco las burbujas de vapor pueden llegar a la trampa, lo que sucedería si se mantuviese el diámetro del serpentín. La mayor parte de las trampas pueden ser instaladas en el punto superior del tubo de pequeño diámetro siempre que la instalación se efectué del modo descrito. Sin embargo, si se utiliza un trampa de balde invertido, hay que instalar una retención, a la entrada, para evitar que el sello de agua que necesita la trampa se pierda a través de la tubería de pequeño diámetro.

Incorrecto

Correcto



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C. Golpes de Ariete

Tan pronto como el vapor sale de la caldera, se inicia la condensación en las tuberías debido a las pérdidas de calor. Esta condensación es particularmente importante en el arranque cuando el sistema está frío. En la figura se ve como las gotas de condensado se van depositando en el fondo pudiendo forma, eventualmente, una barrera compacta que es arrastrada a gran velocidad a lo largo de la tubería. Cuando este condensado encuentra un obstáculo, tal como un cambio de dirección de la tubería, será frenado súbitamente. La energía cinética del condensado a alta velocidad se convierte en energía de presión que es absorbida por la tubería. Si la velocidad es muy alta o el peso de condenado importante, la cantidad de energía liberada puede ser suficiente para romper algún elemento de la instalación. Incluso con la baja velocidad y poco peso, el ruido creado en el sistema por el impacto puede provocar molestias importantes.

La incidencia de los golpes de ariete será mayor si se forman bolsas de condensado en los puntos bajos del sistema de vapor. Son fuente común de problemas los pandeos en las tuberías o el uso incorrecto de reductores concéntricos, como se ve en la figura A. Un reductor instalado correctamente como el de la figura B no permite acumulación de condensado. Incluso un filtro instalado como en la figura C es una fuente potencial de golpe de ariete. Es mucho mejor instalar los filtros en un plano horizontal para evitar que la bolsa de condensado pueda ser arrastrada por el vapor que circula a gran velocidad. Con el fin de minimizar la posibilidad de golpes de ariete, las líneas de vapor deben instalarse con una pendiente en la dirección del flujo y con puntos de drenaje instalados a intervalos regulares y en los puntos bajos. Después de las trampas deben instalarse válvulas de retención que impidan el paso de condensado en sentido inverso que inundarían las tuberías cuando se produjera una parada.

Al alimentar de nuevo con vapor en el arranque, las válvulas de comunicación deben ser abiertas poco a poco con el fin de que si hubiese quedado condensado en el sistema éste sea arrastrado lentamente hacia los puntos de drenaje y no a gran velocidad. Los golpes de ariete pueden producirse en serpentines sumergidos en tanques. Si bien no tienen cambios de dirección, el vapor que entra condensa muy rápidamente. El resultado es un peso comparativamente importante de agua arrastrada por el vapor el cual a su vez tiene una velocidad muy alta debido a la rapidez de la condensación.

Figura A

Figura B

Figura C



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Es importante que el serpentín tenga una pendiente positiva y que en su parte final tenga un codo sifón y un tubo de elevación de pequeño diámetro hasta la trampa, como se ha visto en la figura. Si el condensado debe ser elevado después de la trampa, las dificultades proceden del hecho de no disponer suficiente presión a la entrada de la trampa. El equipo quedará anegado y los golpes de ariete serán inevitables cuando la presión del vapor vuelva a aumentar. Este es el caso de equipos con control automático de temperatura. La mejor disposición en estos casos es drenar el condensado por gravedad hasta un tanque receptor a presión atmosférica y usar una bomba para elevar el condensado a mayor nivel.

Es aconsejable instalar una trampa robusta como la termodinámica, la de balde invertido o la bimetálica cuando hay riesgo de golpes de ariete. Los golpes de ariete se pueden presentar también en el sistema de retorno de condensados. Ello es evidente desde que las trampas descargan condensado a la temperatura próxima en una tubería de retorno de condensado completamente inundada. El revaporizado que se forma cuando el condenado pasa por la trampa debe abrirse paso en la tubería inundada, ocasionando violentos golpes de ariete. Una solución de compromiso es usar una trampa para vapor que elimine el condensado a una temperatura inferior a la de saturación minimizando el revaporizado que se forma (figura A). Para esta disposición, es necesario disponer de un bolsillo de drenaje adecuado y de la suficiente longitud de enfriamiento antes de la trampa, si no el equipo o la tubería de vapor se llenarán de condensado en una tubería inundada debe evitarse siempre que sea posible. En la figura B se ilustra el único sistema seguro de evitar problemas.

D. Vibraciones La mayor parte de los procesos y equipos de calefacción no están sujetos a vibraciones excesivas con lo que este factor raramente tiene influencia en la selección de la trampa. Sin embargo, esto no es así en algunas aplicaciones tales como bombas, martillos accionados con vapor, equipos instalados en barcos y otros. Indudablemente la mejor trampa en estas condiciones es la de tipo termodinámico. La única parte móvil es el disco de acero inoxidable que no se ve afectado ni siquiera por vibraciones severas. Si el movimiento no es excesivo también se puede utilizar trampas termostáticas de expansión líquida. Este tipo requiere una cierta longitud de enfriamiento entre trampa y punto de drenaje para que el condensado se enfríe fuera del espacio destinado al vapor. En los barcos se presentan otras complicaciones. Las vibraciones casi siempre van acompañadas de golpes de ariete debido a la imposibilidad de efectuar un trazado adecuando puesto que se dispone de poco espacio. Además el vaivén de un barco puede también efectuar la operación de un flotador o una cubeta. También en este caso la trampa termodinámica es la que mejor se comporta y esta es la razón por la que se encuentra tan frecuentemente en instalaciones navales.

Figura

A

Figura B



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E. Condensado Corrosivo

El agua no es suficientemente pura para poderla usar directamente en la alimentación de una caldera, sin algún tipo de tratamiento previo. No es extraño, por tanto que puede contener sólidos disueltos (que pueden precipitar formando incrustaciones en la superficie de intercambio de la caldera) y gases, tales como oxígenos y dióxido de carbono. Estos gases son arrastrados por el vapor hasta las zonas de intercambio térmico de la planta, donde permanecen al condensar el vapor. Cuando la concentración de gases aumenta, éstos pueden disolverse en el condensado, convirtiéndolo en corrosivo. Si la caldera produce arrastres de agua e impurezas sólidas, estas se verán introducidas en la instalación y consecuentemente, una buena parte de ellas irán a parar al condensado. Cuando se hable de tratamiento del agua no debemos tender únicamente a obtener condiciones satisfactorias en la caldera, sino que debemos lograr también que no sean atacadas las tuberías de retorno de condensado. El correcto tratamiento del agua es esencial en calderas modernas, de pequeño tamaño comparado con su potencia. Si la calidad del agua no es la adecuada, se pueden producir arrastres nocivos. Se debe consultar la opinión de expertos cuando se sospecha que se tiene condensados corrosivos debido a mala calidad del agua de alimentación. Otras fuentes de corrosión tienen relación con procesos en los que vapor y condensado pueden entrar en contacto con la sustancia a calentar. Por ejemplo, durante el proceso de vulcanización se puede formar una cierta cantidad de ácido sulfúrico que corroe las partes más débiles de las trampas y otros accesorios. En ciertos procesos se han de inyectar vapor vivo directamente a líquidos que son de naturaleza corrosiva. Cuando la válvula de paso está cerrada y se cierra también la válvula principal, el vapor que ha quedado en las tuberías condensa, produciendo un cierto grado de vacío que pueda facilitar el paso de líquido corrosivo hacia las tuberías de vapor.

Este líquido lo encontramos finalmente en las trampas que son atacadas en sus partes más débiles, un problema similar puede ocurrir en tanques en los que se calientan mezclas corrosivas mediante serpentines de vapor, con sus correspondientes trampas en este caso la entrada de líquido a las tuberías de vapor se pude producir por pequeños poros de los serpentines.

La manera más sencilla de evitar estas formaciones de vacío en las tuberías consiste en instalar una válvula de retención que esté cerrada cuando se alimenta con vapor y abra al dejar de hacerlo, para permitir la entrada de aire (ver figura). De este modo, la tubería siempre estará, como mínimo, a la presión atmosférica. Algunas trampas están fabricadas con materiales que pueden resistir ciertos tipos de corrosión durante períodos de tiempo largos. Sin embargo, raras veces la instalación de estas trampas es la solución correcta al problema, debido al efecto que la corrosión produce en otras partes del sistema. La mejor manera es eliminar la causa de la corrosión en su origen.



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Se puede producir una corrosión muy rápida en sistema de trabajo intermitente y que no se drenen convenientemente. En presencia de aire, el condensado, que se acumula en puntos determinados, puede producir corrosiones severas.

Un ejemplo lo tenemos en los sistemas de calefacción que no se utilizan en los meses de verano. Siempre que sea posible, se deben drenar completamente estos sistemas cuando están fuera de uso. El oxigeno y el dióxido de carbono son responsables de la mayor parte de las corrosiones en los sistemas de vapor.

Aunque no son peligrosos cuando están presentes como gases, sí que causan problemas cuando se disuelven. La proporción en la que pueden disolverse en un líquido aumenta cuando la temperatura de éste disminuye. Por esta razón los sistemas con eliminación de aire correcta y en los que se drena el condensado a la temperatura del vapor no sufren daños por corrosión. No es recomendable descargar los venteos en las tuberías de retorno de condensados porque se facilita la corrosión en los tramos de tuberías posteriores a las trampas.

F. Heladas El condensado de las tuberías que están instaladas en el exterior se puede helar en invierno cuando se corta el vapor. Las trampas en estos casos, pueden sufrir las consecuencias. No es raro ver trampas dañadas por esta causa. Se puede evitar este problema de distintas maneras. Quizás la mejor solución la constituyen las trampas termodinámicas, puesto que no son dañadas por las heladas. Como alternativa, hay que tener presente que cualquier trampa que abra por descenso de temperatura tampoco sufrirá daños siempre que deje salir todo el condensado. Como solución de emergencia se podría pensar en aislar las trampas, aunque ello no sea una garantía total si las condiciones son muy duras y si se está mucho tiempo sin vapor. En algunos casos, se podría llegar incluso al calentamiento externo de las trampas grandes.

G. Sobrecalentamiento En relación con el efecto del vapor sobrecalentado sobre las trampas hay dos puntos importantes a tener en cuenta:

En primer lugar, que las temperaturas de sobrecalentamiento pueden ser muy altas y, en segundo lugar, que estas temperaturas no guardan ninguna relación con la presión del vapor. Las temperaturas del vapor sobrecalentado en general son muy altas porque este vapor se produce casi siempre para utilizarlo en turbinas o máquinas para generar potencia. Además, también suele ir íntimamente relacionadas con altas presiones.

Rara vez se encuentra vapor sobrecalentado en proceso de calefacción, puesto que para estos casos es mejor el saturado. Sólo en algunas instalaciones se aumenta ligeramente la temperatura del vapor en relación a la de saturación para que durante la distribución del mismo no se convierta en vapor húmedo, antes de alcanzar el proceso. Contrariamente a lo que se podría suponer, también se requieren trampas para drenar líneas sobrecalentadas. En el arranque, puesto que el sistema ya está caliente, las pérdidas por radiación deben ser compensadas por el vapor, que cede parte o todo su sobrecalentamiento y condensa, a menos que la tasa de sobrecalentamiento o la cantidad de vapor que circular sean importantes.



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Las trampas que se usan con vapor sobre calentado se construyen con materiales que resisten tanto la presión como la temperatura. Las trampas termodinámicas y las bimetálicas son las que se utilizan normalmente. Con las trampas de balde invertido existe el riesgo de que el sellado de agua alrededor del lado abierto del balde se evapore con el sobrecalenamietno. Se puede evitar instalando una válvula de retención a la entrada de la trampa. Por esta razón, las trampas de balde invertido para altas presiones y temperaturas a menudo ya llevan incorporada una válvula de retención adecuada. Puesto que la presión y la temperatura del vapor sobrecalentado no guardan ninguna relación, la mayor parte de las trampas termostáticas de presión balanceada no pueden ser utilizadas en líneas con este tipo de vapor. La mayoría de los fuelles termostáticos no pueden soportar temperaturas por encima de la del vapor saturado para una presión dada.

H. Bloqueo por Aire. En los períodos de paro, el sistema de vapor se llena de aire. Además durante el funcionamiento, el vapor arrastra consigo aire e incondensables. Ya se ha visto que la presencia de aire agrava los problemas de corrosión y que, además puede afectar negativamente el rendimiento del equipo.

Otro problema, que puede y debe ser evitado, es la tendencia de algún tipo de trampa a quedar bloqueada por aire. Cuando se arranca una planta, todo el aire que ha llenado el sistema durante la parada debe ser eliminado lo más rápidamente posible. El vapor empuja al aire hacia las trampas, donde es descargado. Por esta razón, si la trampa no elimina el aire fácilmente, se debe solucionar con alguna instalación especial.

Todas las trampas del tipo termostático están completamente abiertas cuando están frías y permiten que el aire descargue libremente tanto en los arranques como cuando llega aire a la trampa en marcha normal. La instalación de un eliminador de aire termostático en el interior de la trampa de flotador garantiza que éstas también se comportarán correctamente en presencia de aire o incondensable. Si bien las trampas de balde invertido nunca quedan totalmente bloqueadas por aire, lo dejan escapar muy lentamente debido al pequeño tamaño que necesariamente debe tener el agujero de ventilación del balde. Recuérdese que la presión que actúa sobre el aire para expulsarlo es sólo la diferencia entre el nivel de agua en el balde y fuera de él, tal como se ve en la figura.



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Hay una manera de superar esta dificultad. Algunas veces las trampas de balde invertido se equipan con un termostato en el propio balde. Cuando está abierto, por ejemplo en la puesta en marcha, aumenta la capacidad de descarga de aire. Sin embargo, como la trampa está siempre llena de agua, las diferencias de temperatura que deben provocar la apertura y cierre del termostato cuando la instalación está en servicio, son pequeñas y los problemas de funcionamiento son corrientes. Además, el aire, después del termostato, debe encontrar el camino de salida hasta la válvula principal sin quedar acumulado en ningún otro sitio. La mejor manera de solucionar la eliminación de aire cuando se utilizan trampas de balde invertido es instalar un eliminador de aire termostático por encima de la trampa tal como se muestra en la figura. La construcción y operación de un eliminador de aire son idénticas a las de una trampa termostática. Las trampas termodinámicas son capaces de descargar el aire en los arranques a menos que la presión aumente muy rápidamente. Si el aire es forzado a salir a través de la trampa a gran velocidad, el efecto dinámico puede causar el asentamiento del disco en su asiento con lo que la trampa quedará bloqueada por aire. En los casos en que este hecho representa un problema, se debe instalar un eliminador de aire termostático en paralelo con la trampa.

I. Bloqueo por Vapor El bloqueo de las trampas por vapor es una causa frecuente de la operación ineficaz de un equipo y, sin embargo, es un fenómeno bastante ignorado. El problema básico queda ilustrado en la figura. Una unidad calentada con vapor es drenada mediante una trampa termostática correctamente dimensionada e instalada. La unidad a la que está conectada la trampa trabaja con vapor a una presión de unos 3 bar relativos y hay unos 5m de tubería de 25mm entre la salida A y la trampa B. Cuando se manda vapor al sistema, ésta frío y la trampa está abierta completamente. El aire y el condensado descargan debido a la presión que ejerce el vapor. Cuando éste llega a la trampa, ésta última cierra. Dejando el tramo de tubería de A a B lleno de vapor. Imaginemos por un momento que esta tubería esté llena de aire en lugar de vapor pero con la trampa cerrada. Aunque la presión de trabajo es de 3 bar relativos, la diferencia de presión entre el punto de drenaje y la trampa es muy pequeña. Es sólo la debida a los pocos centímetros de diferencia de nivel, tal como se ve en la figura. Por esta razón, todo el condensado que se forme deberá llegar a la trampa por gravedad, con la dificultad que genera el que toda la tubería esté llena de aire. Lo mismo sucede cuando la tubería está llena de vapor, fenómeno que se conoce como bloqueo por vapor. Una solución podría ser que la tubería de descarga del sistema fuese de gran diámetro. Pero habría que colocar en el equipo una conexión de salida del mismo diámetro que la tubería de descarga, pues el estrangulamiento provocado por una conexión de pequeño diámetro causaría sello de vapor en ese punto. Además el tubo de gran diámetro sería más caro y difícil de instalar. La mejor solución es instalar la trampa lo más cerca posible de la unidad que debe ser drenada. Si se utiliza una trampa termostática de presión balanceada lo mejor es instarla a 1m o 1,5 m del punto de drenaje. Esta menor longitud de tubería reducirá la posibilidad de sello de vapor. Si se instalase una trampa termostática de presión más cerca del equipo el condensado tardaría más tiempo en enfriarse y se provocaría anegamiento del espacio de vapor.



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Si se utiliza una trampa de tipo mecánico debe ser instalada siempre cerca del punto de drenaje. Si ello no es posible, será necesario instalar una válvula complementaria en la trampa, que permita eliminar continuamente el vapor que de otra manera la bloquearía. El cilindro de secado de la figura, es un caso en el que es imposible instalar la trampa cerca del punto de drenaje, puesto que debe ser colocada después de la junta rotativa. El sifón o tubo de eliminación de condensado está rodeado de vapor con lo que las pérdidas de calor del vapor que pueda quedar bloqueado en este tubo son muy lentas. La única solución es instalar una trampa de flotador que disponga de la válvula complementaria de la que se ha hablado en el párrafo anterior. Otro ejemplo importante de bloqueo por vapor es cuando la trampa debe ser instalada en la parte alta de un tramo ascendente inmediato al punto de drenaje. La solución para este caso, utilizando un tubo de pequeño diámetro, ya ha sido descrita en el espacio dedicado a la elevación de condensado.

J. Trampeo en Grupo Veamos la disposición de la figura-A. Dos unidades calentadas por vapor, A y B situadas una junto a la otra, trabajan a presiones de 0,4 y 7 bar relativos respectivamente, el drenaje de cada unidad se comunica con el de la otra y ambas van a un tramo común en el que se instala una trampa. La mayor presión de la unidad B garantiza que el condensado que se forme alcanzará fácilmente la trampa para ser descargado. Cuando llegue vapor a la trampa cerrará. Este vapor llegará antes que el condensado de la unidad A debido a la diferencia de presión, por lo que esta segunda unidad quedará anegada. Es tan obvio que nadie haría una instalación de este tipo. Sin embargo, ya es más común unir a una sola trampa un conjunto de unidades que trabajan a la misma presión. Esta práctica puede tener el mismo efecto que se ha comentado para el caso de presiones distintas. En efecto. La pérdida de presión que genera el vapor en movimiento es proporcional a su velocidad. Si el consumo de vapor en las distintas unidades conectadas no es el mismo la presión real en el punto de drenaje será mayor en aquellas en que el consumo de vapor sea menor y por lo tanto la velocidad del mismo y la pérdida de carga, también más pequeñas.

Figura A

Trampeo en Grupo

Figura

C Trampeo Individual Correcto

Figura B Trampeo en Grupo Incorrecto



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Estamos pues en el mismo caso ya considerando de presiones distintas en los puntos de drenajes y aún con el agravante de que la unidad que tiene más consumo de vapor y, por lo tanto, mayor necesidad de purga, es la que queda anegada al tener la presión mas baja en el punto de drenaje. Incluso cuando las cargas sean idénticas, las tuberías de conexión desde los puntos de drenajes hasta la trampa tendrán longitudes distintas. La figura B (Trampeo en Grupo Incorrecto) muestra claramente que el condenado procedente de “D” alcanza primero la trampa, también llegará vapor de “D” a la trampa antes de que haya descargado correctamente todo el condensado “A”, “B” y “C”. Completemos la exposición indicando que el caso ideal considerando de demanda equilibrada de vapor en diferentes equipos no se presenta en la práctica, puesto que aunque las cargas promedio sean equivalentes no lo son las puntuales. La demanda de vapor de una unidad que esté en proceso de arranque y frías es obviamente mayor que la de una unidad ya caliente. Esto es válido para procesos en los que hay baterías de equipos que no trabajan en paralelo sino sucesivamente.

La razón por la que se agrupan unidades conectadas a una sola trampa es de tipo económico. Quizás en un momento determinado pudo estar algo justificado este proceder. Sin embargo, la comparación del costo actual de un sistema de purgas correcto con las pérdidas que produce un uso del vapor no adecuado lleva siempre a disposiciones como la de la figura C (Trampeo Individual Correcto)

4.4 Dimensionamiento de las Trampas para Vapor.

Los beneficios obtenidos de la correcta selección del tipo de trampa para vapor se pueden perder si éstas no se dimensionan adecuadamente. Es una práctica a eliminar el elegir el tamaño de la trampa en función del diámetro de la tubería a la que va conectada. Para dimensionar una trampa, se necesita conocer la cantidad de condensado a descargar, en función del tiempo. Los fabricantes de equipos calentados con vapor ofrecen datos confiables de las tasas de condensación de sus aparatos. Si no se dispone de esta información se debe recurrir al cálculo teórico o a la medida real del condensado producido. Más adelante se indicará un método para realizar esta medida. Ya se ha hecho hincapié en la diferencia de carga de condenado en el arranque y en macha normal. Sabemos que el vapor condensará más rápidamente en el arranque cuando el sistema está frío. Por esta razón es una práctica común dimensionar la trampa para descargar el doble del condensado presente en marcha normal. Una trampa subdimensionada causa anegamiento cuando menos se pueden tolerar. El primer gráfico muestra las fluctuaciones de la cantidad de condensado en un proceso continuo real.



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Cuando el equipo es puesto en marcha a las 8 h se produce un pico de 250 Kg/h de condensado, hacia las 8 h.30 min. el equipo alcanza su valor de régimen y la cantidad de condensado desciende a 150 Kg/h. Después de la comida, a las 13 h.30 min, hay un nuevo pico de 200 Kg/h, menor que el de las 8 h. Porque el equipo permanece caliente. Hacia las 14 h. 15 min., se ha recuperado el valor del régimen para este caso es claramente deseable una trampa dimensionada para asumir una capacidad de descarga igual al doble del condensado presente en marcha normal. El segundo gráfico, muestra lo que sucede en un equipo con un proceso intermitente. A las 8h. cuando el equipo arranca, se produce un pico de 200 Kg/h de condensado. Durante el día se van produciendo picos en la tasa de condensación, en lugar de la situación estacionaria vista en la figura del primer gráfico. Si bien podríamos pensar también en una trampa con una capacidad de descarga igual al doble del promedio diario, hay que tener presente que algunos tipos de trampas tienden a perder vapor cuando las cargas son demasiado pequeñas. Por ejemplo, el tipo bimetálico no pude responder rápidamente cuando fluctúa la presión del vapor. El tipo de flotador es, en general, más conveniente en estas condiciones en las que la presión del vapor o la cantidad de condensado a drenar están sujetas a fluctuaciones importantes y frecuentes.

4.4.1 Presión de vapor y capacidad de las Trampas para Vapor

Sabemos que para que una trampa funcione, la presión a la entrada debe ser superior a la presión a la salida. La cantidad de condensado que puede descargar una trampa viene determinado por los tres factores siguientes:

A. Presión diferencial B. Tamaño del orificio de descarga de la trampa C. Temperatura del condensado

A. Presión Diferencial La cantidad máxima de condensado que puede descargar una trampa aumenta cuando lo hace la presión diferencia (diferencia entre la presión a la entrada y salida de la trampa). En otras palabras, la capacidad de una trampa que descargue a la atmósfera y que esté alimentada con vapor a 5 bar será mayor que la de la misma trampa alimentada con vapor a 2 bar. Sin embargo, la capacidad no aumenta en proporción con la presión. No es correcto suponer que la presión a la entrada de la trampa es aquella a la que ese produce el vapor, puesto que las pérdidas de carga en el equipo casi siempre provocan que la presión del vapor en la trampa sea menor que la presión del vapor suministrado al equipo.

Si una trampa descarga el condensado a la atmósfera, la presión de salida será la atmosférica con la que la presión diferencial coincidirá con la presión relativa indicada por un manómetro que situásemos a la entrada de la trampa. Sin embargo, si la trampa descarga en una tubería presurizada hay que averiguar la diferencia entre las dos presiones (entrada y salida) para conocer el valor de la presión diferencia. Lógicamente, en este segundo caso se producirá una reducción del condensado descargado.



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B. Tamaño del orificio de Descarga.

El tamaño del orificio de descarga no sólo determina la capacidad de la trampa sino que, a menudo fija la presión diferencial máxima a la que puede trabajar, como se ha visto al describir los tipo de trampas, la mayor parte de ellas llevan la válvula por el lado de alta presión, sólo se exceptúan algunas trampas bimetálicas en la que la válvula actúa por el lado de salida del asiento. En el caso de trampas con la válvula del lado de alta presión, ésta se mantiene apoyada contra su asiento debido a la presión diferencial. Según el tipo de trampa en cuestión, el elemento termostático, el flotador o el balde deberán ejercer fuerza suficiente para separar la válvula de su asiento vencido el esfuerzo debido a esta presión. En cualquier trampa dada (excepto para las que tiene válvulas de corredera) este esfuerzo es de una magnitud fija y conocida para cada presión.

Fuerza = Presión diferencia x área del orificio.

Si el esfuerzo que puede realizar el elemento termostático, flotador o balde es inferior a este producto de la presión diferencial por el área del orificio de la válvula de salida, la trampa nunca llegará a abrir. Por esta razón, a cada presión diferencial corresponde un orificio máximo a considerar para que la trampa funcione. En el caso de las trampas con la válvula del lado de salida, la situación es distinta. En este tipo, la presión del vapor tiende a abrir la válvula con lo que, si el elemento bimetálico no tiene la fuerza suficiente, la trampa puede quedar permanentemente abierta.

C. Temperatura del Condensado La capacidad de una trampa no se debe basar en la cantidad de agua fría que pueda descargar, a una presión diferencial dada. El condensado que llega a la trampa en general, supera a la de ebullición a presión atmosférica. Por ello, cuando sale de la trampa y encuentra una presión más baja se genera una cierta cantidad de vapor (revaporizado). Este vapor tiende a ocupar una parte importante del orificio de salida, reduciendo su área efectiva. A medida que la temperatura del condensado aumenta, también lo hace la cantidad de revaporizado que se forma con lo que disminuye la capacidad de descarga de la trampa. La figura muestra cómo la temperatura del condensado afecta la capacidad de descarga de la trampa.



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4.5 Detección de Averías en las trampas para Vapor

4.5.1 Trampa Termodinámica

Síntoma: La trampa pierde vapor.

Ver si se trata de suciedad. Limpiar el filtro, el disco y el asiento. Si no mejora, es probable que se hayan deteriorado las superficies del asiento y del disco. En este aso se puede: a. Mandar la trampa al fabricante para que la repare. b. Lapidar asiento y disco según instrucciones del fabricante. c. Cambiar asiento y disco si la trampa es del tipo de asiento recambiable. Si la estadística dice que las trampas termodinámicas en un punto determinado se desgastan con rapidez hay que sospechar que o bien están sobredimensionadas o la tubería en que van montadas tiene diámetro insuficiente o la contrapresión es excesiva.

Síntoma: La trampa no descarga condensado

Puede ser debido a un bloqueo por aire, particularmente si el problema se presenta en un arranque. Hay que verificar el venteo del equipo en general. En casos extremos puede ser necesario instalar un eliminador de aire en paralelo con la trampa o utilizar, por ejemplo, una trampa de flotador con elemento termostático en lugar de una trampa termodinámica.

4.5.2 Trampa termostática de presión Balanceada

Síntoma: La trampa pierde vapor

Aislar la trampa y dejar que se enfríe antes de verificar si se ha depositado suciedad en la válvula. Si el asiento se ha erosionado, cambiar todas las partes interiores, incluido el elemento termostático, puesto que el original se puede haber arruinado por el paso continuo de vapor. Si la válvula y asiento están en buen estado hay que verificar elemento termostático. Una vez frío no se le puede comprimir, si se observa blandura es señal de que está roto. Si las ondulaciones están algo aplanadas indica que ha habido daño por golpes de ariete. Si éstos no se pueden eliminar, hay que instalar una trampa de otro tipo más robusto.

Síntoma: La trampa no descarga Condensado

Probablemente el elemento se habrá extendido excesivamente, por una presión interior muy alta y no pude levantar la válvula de su asiento. La deformación se puede haber producido por sobrecalentamiento o por apertura de la trampa aún muy caliente y antes de que haya condensado el vapor contenido por el fuelle.

4.5.3 Trampa termostática de expansión Líquida

Síntoma: La trampa pierde vapor.

Verificar si hay suciedad o erosión en válvula y asiento. Si hay erosión se deben cambiar todos los componentes internos. Se ha de recordar que este tipo de trampa no se auto-ajusta cuando hay variaciones de presión. Si ha sido regulada para que cierre a presión alta no lo hará a presiones bajas. Por esto, si la trampa pierde vapor hay que tratar de regularla para presiones más bajas vigilando que no se produzcan retenciones excesivas de condensado. Si no reacciona con la temperatura, hay que cambiar todos los componentes internos.



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Verificar que el ajuste del cierre no se haya realizado para una temperatura demasiado baja.

4.5.4 Trampa Termostática bimetálica


Como en los otros casos, se debe revisar que no haya suciedad ni erosiones en la válvula. Puesto que la presión que puede ejercer el bimetal es limitada, el esfuerzo puede no ser suficiente para apretar la válvula contra su asiento si hay suciedad depositada. Este tipo de trampa se suministra con un ajuste determinado que se puede ver afectado si la tuerca de ajuste se mueve. Verificar que este defecto no se ha producido. Si no corrigió el problema hay que cambiar todos los elementos internos.


Las trampas bimetálicas tienen la válvula en e l lado de salida por lo que si a algo tienden es averiarse en posición de apertura. Si no descargan condensado es que o están muy descalibrados o hay obstrucción en la válvula o en el filtro.

4.5.5 Trampa de Flotador


Ver si hay suciedad que impida el cierre correcto en la válvula o en el termostato. Si hay válvula antibloqueo por vapor, verificar que no haya quedado excesivamente abierta (un cuarto de vuelta es, en general, más que suficiente). Comprobar que no se ha desalineado la palanca que mueve la válvula, por funcionamiento brusco o golpes de ariete, lo cual podría impedir el cierre correcto. Verificar que el flotador baja hasta su posición inferior sin rozar con el cuerpo de la trampa; si no fuese así podría quedar la válvula abierta. La comprobación del elemento termostático debe efectuarse como en las trampas de este tipo. Los elementos internos deben cambiarse todos de una vez tal como están agrupados en los recambios suministrados por el fabricante.


Verificar que la presión diferencial máxima de funcionamiento, marcada en la placa, no sea inferior a la presión diferencial a la que está funcionando en realidad. Si es así, la válvula no puede abrir y hay que instalar el asiento del diámetro adecuado. Comprobar que los caudales que deseamos descargar coinciden con los que son posibles en la nueva situación. Si el flotador está agujerado o deformado, no flota y la válvula permanece cerrada. El problema puede ser debido a golpes de ariete y hay que buscar su origen para remediarlo. Verificar si trabajan correctamente el eliminador de aire y el antibloqueo por vapor, cuando lo hay.



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4.5.6 Trampa de balde Invertido


Comprobar que no se haya perdido el sello de agua. Aislar la trampa, esperar que se acumule condensado y ponerla de nuevo en servicio. Si funciona bien, buscar el origen de la pérdida de sello. Puede ser debido a vapor muy sobre calentado, a fluctuaciones súbitas de presión o a una defectuosa instalación de la trampa que permite que el condensado salga por gravedad. Instalar una válvula de retención antes de la trampa. Si persiste la fuga, comprobar que no haya suciedad o erosiones en la válvula y palanca. Inspeccionar el balde. Si está alabeado o desalineado con la palanca, significa que hay golpes de ariete. Buscar el origen del problema para eliminarlo.


Comprobar que la presión diferencial máxima marcada en la placa no es inferior a la de servicio. Si fuese así, la válvula no pude abrir y hay que cambiar el asiento para que el diámetro del mismo sea el correcto. Se debe verificar que la capacidad de descarga en la nueva situación es la adecuada. Verificar también que el orificio de eliminación de aire no está obstruido con lo que se producirá bloqueo por aire.

4.5.7 Características de la descarga de las diferentes trampas para vapor

Trampas Características de la Descarga Termodinámica Súbita e intermitente. Cierre total entre descargas.

Termodinámica de Presión Equilibrada

Súbita e intermitente. Cierre total entre descargas.

Expansión Líquida Descarga continua cuando las cargas son estacionarias altas y medias. Tendencia a la descarga súbita cuando las cargas son pequeñas.

Bimetálica Descarga continua variando según la velocidad de formación de condensado. Tendencia a la descarga súbita cuando las cargas son pequeñas o muy variables.

Flotador Descarga continua variando según la cantidad de condensado que se forma, si bien tienden a tener un funcionamiento pulsante cuando las cargas son pequeñas.

Balde Invertido Súbita e intermitente con cierre total entre descargas excepto cuando las cargas son pequeñas en que tiene tendencia a gotear.

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Tema 4 - Trampas de Vapor