Trampas para Vapor

1. 1.1. 1.1.1.

GENERALIDADES LA NECESIDAD DE LAS TRAMPAS DE VAPOR Y SU CLASIFICACION. LOS REQUERIMIENTOS DE LAS TRAMPAS PARA VAPOR.

El calor es requerido para calentamiento y también para algunos procesos industriales. Dicho calor es transportado desde una caldera a un punto para su uso mediante medios como agua, aceite o vapor empleando los principios de transferencia de calor ; este último medio es en realidad el medio mas versátilmente utilizado y por esta razón se hará hincapié en el siguiente documento.

El vapor es generado en una caldera y es transportado a través de la tubería hasta los equipos de vapor.

Ilustración 1Generacion de Vapor

Estas tuberías deben estar correctamente aisladas o con recubrimiento con el fin de prever la perdida de calor, no obstante parte de calor es radiado al medio ambiente. En este transporte el vapor cede calor a las paredes de la tubería y empieza a condensar en agua (agua caliente) y a depositarse en el fondo de la misma. Si este condensado se le permite mantenerse en la tubería el ocasionará tanto perdida de calor como bloqueo con sus correspondientes consecuencias.

Similarmente cuando el vapor ingresa en los equipos, el calor es transferido a través de las paredes al fluido o producto empezando su calentamiento. Como el vapor cede su carlor este condensa, el condensado así formado comienza a acumularse en el espacio destinado para el vapor en el equipo. Una vez mas, por lo tanto, el simple uso de las trampas para vapor deberán drenar el condesado sin permitir la fuga del vapor.

Las trampas para vapor, son empleadas para funciones que no son tan aparentes. Cuando el sistema de vapor se interrumpe o apaga, aire ingresa en las tuberías para ocupar el espacio del vapor en compañía con el condensado generado. Las trampas para vapor deben por tanto desalojar ese aire en el momento de arranque de estos sistemas.

En resumen, las tres importantes funciones de las trampas para vapor son: 1.

Descargar condensado.

2.

No permitir escape de vapor.

3.

Ser capaces de desalojar aire y gases.

1.1.2.

CLASIFICACION DE LAS TRAMPAS PARA VAPOR

Existen varios tipos de trampas para vapor, no todas ellas son capaces de cumplir correctamente las funciones antes mencionadas. Dichas trampas se pueden clasificar en tres principales categorías: 1.

Mecánicas.

2.

Termostáticas.

3.

Termodinámicas.

Las trampas mecánicas trabajan con el principio de diferencia entre la densidad del vapor y la del condensado. Por ejemplo, un flotador que haciende a medida que el nivel del condensado se incrementa, abriendo una válvula, pero que en presencia del vapor la mantiene cerrada.

Las trampas mecánicas no pueden permitir el venteo de aire o de gases no condensables, sin embargo puede incorporarse un elemento termico en algunas versiones. Estos elementos son versiones miniaturas de las trampas termostáticas.

Ilustración 2Trampa mecánica convencional

Las trampas termostáticas operan por la percepción de la temperatura del condensado. Cuando la temperatura cae a un específico valor por debajo de la temperatura del vapor, la trampa termostática abrirá para liberar el condensado.

Ilustración 3Trampas termostaticas convencionales tipo Fuelle Finalmente, la tercera categoría es la trampa termodinámica, la cual opera con la diferencia entre el flujo del vapor sobre una superficie, comparada con el flujo del condesado sobre la misma superficie.

El vapor o el gas fluyendo sobre la superficie crea un área de baja presión. Este fenómeno es empleado para mover la válvula hacia el asiento y así cerrar su paso

Ilustración 4Trampa de Disco convencional

A continuación se presentan los diferentes tipos de trampas para vapor dentro de las tres principales categorías ya mencionadas: Mecánicas

Termostáticas

Termodinámicas

Flotador –Termostáticas.

Flotador Libre.

Balde invertido.

Flotador con Nivel.

Expansión.

Balde Libre. Capsula con líquido.

Presión Balanceada.

Fuelle tipo Diafragma.

Bimetálicas. Disco.

Bimetalicas. Camara expuesta.

Impulso.

Aislamiento con aire. Aislamiento con Vapor. Orificio y Piston.

Tabla 1. Diferentes tipos de trampas y su clasificación

2.

TRAMPAS PARA VAPOR DE FLOTADOR –FLOTADOR LIBRE

2.1.1.

DOS TIPOS BÁSICOS.

Existen dos tipos básicos de trampas para vapor termostáticas empleados en procesos industriales:

*

Flotador con palanca.

*

Flotador libre.

2.1.2.

PRINCIPIO DE OPERACIÓN –FLOTADOR DE PALANCA.

La válvula principal controladora del flujo de condensado es conectada mediante una palanca al flotador, el cual ascenderá o descenderá en el condensado presente de la trampa para vapor.

Cuando la trampa es conectada al equipo de vapor y el vapor empieza a fluir, el aire es empujado a la parte superior de la trampa. El flotador esta en su posición mas baja manteniendo la válvula cerrada. Sin embargo, el elemento termostático esta frio permitiendo pasar a traves del orificio el aire.

Luego el condensado frio sigue al aire en el cuerpo de la trampa. Como el condensado se incrementa elevando al mismo tiempo el flotador y por consiguiente abriendo la válvula para así desalojar el mismo.

Ilustración 5Funcionamiento Trampa para vapor mecánica de flotador con palanca

2.1.3.

FLOTADOR LIBRE CON ELEMENTO TERMOSTATICO.

este tipo de trampa es similar a la de flotador con palanca, sin embargo a diferencia de ella no existe nada que sujete el flotador y por tanto la única parte en movimiento es el flotador. Este flotador no es cualquier tipo de flotador, ya que el ha sido manufacturado con una moderna técnica y su material es 316L acero inoxidable. El asiento del flotador (orificio) esta tratado térmicamente incrementando así su dureza y adicionalmente esta elaborado en acero inoxidable.

Ilustración 6Flotador Libre de TLV

Cuando el sistema de vapor empieza a funcionar el aire es introducido en la trampa, la cual gracias al elemento

termostático o venteo de aire permite expulsarlo libremente a la atmósfera. Luego llega el condensado frío ocasionando que el flotador se suspenda logrando desalojarlo igualmente.

En resumen se tiene:

VENTAJAS Una sola parte en movimiento Construcción robusta con una cubierta de fácil remoción Flotador de Precisión en acero inoxidable Fácil acceso al orificio de la válvula Giro del flotador sobre el orificio de la válvula Simple flotador / orifico Válvula de acomodo. Ubicación del orificio de la válvula debajo del nivel de agua. Trampa con elemento termostático para venteo incorporada. Filtro incorporado. Steam lock release Opcional Modelos con tres puntos de apoyo

BENEFICIOS Mantenimiento simple a bajo costo con un mínimo requerimiento de repuestos. No es necesario remover la trampa de la líne para realizar su mantenimiento. Rotación del flotador para proveer infinitos puntos de contacto sobre la superficie de cierre generando una larga vida del elemento. El orifico puede ser inspeccionado sin remover la trampa para vapor de la línea. Si es necesario el reemplazo su remoción será sencilla. La trampa se ajusta automáticamente a los cambiios en el flujo de condensado descargado desde le equipo de vapor tan pronto el es generado. La trampa trabajara bien en condiciones de contrapresión. Previene la fuga del vapor. Permite un rápido venteo en el arranque para líneas que no tienen elementos de venteo. Previene el daño causado por elementos extraños. Ideal para procesos que involucren bloqueo de la trampa para vapor por el mismo vapor. Ideal para flujos muy bajos o en condiciones de vapor sobrecalentado.

Tabla 2Ventajas y Beneficios del uso de trampas para vapor tipo flotador libre de TLV

3. 3.1.1.

TRAMPAS PARA VAPOR DE BALDE INVERTIDO. PRINCIPIO DE OPERACIÓN.

Todos los tipos de trampas de balde invertido trabajan sobre el mismo principio. Este es, un pequeño cilindro invertido, el cual es sujeto a uno de sus extremos, llegando a flotar cuando el condensado interno es desplazado por el vapor.

Ilustración 7Trampa para vapor tipo Balde Invertido

Dentro de la trampa, el cilindro o balde invertido es unido a una palanca sobre la cual existe el sello de la válvula.

Cuando el equipo empieza a funcionar, el aire presente es llevado a través de la línea y ubicado en la parte superior de la trampa; en este instante el balde se encuentra abajo y la válvula permanece abierta, luego aparece el vapor en la línea desplazando el condensado hacia la trampa generando que el balde empiece a ascender en la medida que dicho vapor se ubique en el interior del cilindro y causando que la válvula cierre.

Este balde flota gracias al vapor que como ya se menciono se encuentra en su interior y además debido al sello que se genera en la parte inferior del mismo por la presencia del condensado.

3.1.2.

CAPACIDAD DE VENTEO DE LAS TRAMPAS PARA VAPOR TIPO BALDE INVERTIDO.

Este tipo de trampas presenta una deficiente capacidad de venteo de aire o gases no condensables. Debido a que la presión en la línea es la misma de la presión de acción en el cuerpo de la trampa; la única forma de desalojar el aire a través del orificio del balde , es mediante la presión ejercida debido a la diferencia de nivel o columna de agua generada en dicho cilindro. Esta presión es muy baja por lo cual la respuesta de desalojo del aire es muy lenta.

Ilustración 8Trampa de Balde Invertido. Venteo

4. 4.1.1.

TRAMPAS PARA VAPOR TIPO PRESION BALANCEADA. PRINCIPIO DE OPERACIÓN.

Existe en el mercado una infinidad de diseños de trampas para vapor balanceado, sin embargo todas funcionan bajo el mismo principio.

El principal elemento es construido de un fuelle soldado a un plato el cual contiene el sello de la válvula. Durante la construcción del fuelle , una bomba de vació extrae el aire del elemento y luego una pequeño volumen de alcohol es introducido dentro del espacio para ser soldado inmediatamente. Esta mezcla ha de ser cuidadosamente seleccionada para ebullir a una temperatura inferior al punto de ebullición del agua; usualmente 10 C.

Por lo tanto, cuando el elemento es calentado el fluido empieza a ebullir y luego a generar vapor logrando de esta manera que su volumen se incremente y por ende se expanda.

La relación entre la presión de vapor y el punto de ebullición del agua y de la mezcla se enseña a continuación:

Ilustración 9Trampa para vapor tipo Presión Balanceada.

4.1.2.

ELEMENTO X

Un moderno tipo de construcción de elemento presión balanceada es el diseñado por la compañía TLV, el cual se puede apreciar a continuación:

Ilustración 10Elemento X . TLV

Este elemento esta construido totalmente en acero inoxidable y l a válvula esta compuesta de varios diafragmas que proveen una extremada duración y flexibilidad. El líquido se encuentra dentro del sándwich de diafragmas los cuales estan soldados entre si para dar una fuerte construcción.

De igual forma el asiento de la válvula previene la deformación del diafragma ocurrida por temperaturas altas que ocasionan una sobreexpansión y el golpe de arriete.

En ciertos tipos de procesos como por ejemplo lineas de transporte de grasa, donde el calor del producto es vital para mantener el fluido del mismo, es importante perder energía a bloquear el sistema con el condensado generado. Es alli cuando el elemento x ofrece una falla abierta garantizada a diferencia de otros elementos en donde la falla es incierta.

4.2.

TRAMPAS PARA VAPOR TIPO BIMETALICAS.

Este tipo de trampas contienen elementos bimetálicos, los cuales como su nombre lo indican constan de dos elementos con diferente coeficiente de expansión. De esta manera cuando se incrementa la temperatura uno de ellos se expandera mas que el otro ocasionando una deflexión así:

Ilustración 11 Elementos Bimetalicos. 5. 5.1.

TRAMPAS PARA VAPOR TIPO TERMODINÁMICAS. PRINCIPIO DE OPERACIÓN.

Ilustración 12 Trampa para vapor tipo termodinamico

BIBLIOGRAFÍA.

NAGASUNA, Noguchi. EFFICIENT USE OF PROCESS STEAM. TLV. 1999.

NAGASUNA, Noguchi. STEAM TRAPPING PRINCIPLES. TLV. 1999. NAGASUNA, Noguchi. CONDENSATE DRAINAGE AND RECOVERY. TLV. 1999.

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