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Tecnología de Calderas : Trampas de Vapor

Un simple y económico sistema de vapor consiste de ciertos componentes básicos:
• una caldera que produce vapor
• tuberías que entregan el vapor de la caldera y devuelven el condensado a la misma  
• un intercambiador de calor donde se transfiere el calor para realizar el trabajo
• una trampa de vapor

Una trampa de vapor es un dispositivo que detecta automáticamente la diferencia entre el vapor, gases no condensables y el condensado. La misma asegura la retención de vapor de agua dentro del sistema, mientras que elimina el condensado y los gases no condensables.

Una trampa de vapor efectiva maximiza la eficiencia de un sistema de vapor de tres maneras:

• Mantiene el sistema lleno de vapor seco (vapor saturado y sin arrastre de condensado)
• Elimina subproductos (condensado y el aire) del sistema que forman barreras aislantes que impiden la transferencia de calor en forma eficiente
• Permite que el condensado caliente esté disponible para su reciclado, lo que reduce tanto la demanda de agua como los costos de la energía en la caldera

¿Qué es el condensado?

El condensado es el líquido formado cuando el vapor pasa desde el vapor al estado líquido.

En un proceso de calentamiento, el condensado es el resultado de la transferencia de una parte de su energía térmica, conocido como calor latente, hacia el producto, la línea o el equipo de vapor que se calienta.

Calor latente versus calor sensible

En las industrias que utilizan vapor, calor latente se refiere a la energía necesaria para transformar el agua en vapor, también conocido como entalpía o calor de vaporización. Al absorber este calor latente, el agua se convierte en vapor, y liberándolo, el vapor se transforma en agua a temperatura alta (condensado).

Cuando el vapor se condensa, en el umbral o instante de cambio de fase, la temperatura de condensación es la misma que en forma de vapor, ya que sólo el calor latente se ha perdido, y la cantidad total de calor sensible permanece igual. Esta condición se conoce como "agua saturada". Sin perderlo, sino más bien recuperando y la reutilizando la mayor cantidad de este calor sensible como sea posible es una de las principales razones detrás de recuperación de los condensados.

Un cambio en la temperatura de un sólido, líquido o gas representa un aumento / disminución de calor sensible. Un cambio de estado,  como por ejemplo convertir el hielo en agua o agua en vapor, representa un aumento / disminución de calor latente.

¿Qué es la recuperación de condensado?

Si 1 t / h de vapor es suministrada a los equipos para un proceso de calentamiento, entonces, la misma cantidad de condensado (1 t / h) debe ser descargada del equipo. La recuperación de condensado es un proceso para reutilizar el agua y el calor sensible contenido en el condensado de descarga. La recuperación de condensados ​​en lugar de tirarlo al desagüe puede dar lugar a ahorros significativos de energía, tratamiento químico y agua de reposición.
El condensado se puede reutilizar de muchas maneras diferentes, por ejemplo:
• Como agua de alimentación calentada, mediante el envío de condensado caliente de nuevo a desaireador de la caldera
• Como precalentamiento, para cualquier sistema de calefacción aplicable
• Como vapor, mediante la reutilización de vapor flash
• Como agua caliente, para limpieza de los equipos u otras aplicaciones de limpieza

Beneficios de la recuperación del condensado

La reutilización del condensado caliente puede dar lugar a un ahorro considerable en términos de recursos de agua y energía, así como mejoras en las condiciones de trabajo y reducción en la  huella de carbono de su planta.

Reducción de los costes de combustible

El condensado contiene una cantidad significativa de calor sensible que puede comprender aproximadamente un 10% a 30% de la energía de calor inicial contenida en el vapor.
Alimentando la caldera con condensado de agua de alta temperatura puede maximizar la potencia de la caldera, ya que menos energía de calor es necesaria para convertir el agua en vapor. Cuando es recuperada y reutilizada de manera eficiente, puede incluso  ser posible reducir las necesidades de combustible de la caldera hasta en un 10 a 20%.

Gastos más bajos relacionados con el agua.

Mientras todas las impurezas recogidas durante el transporte de condensado sean eliminadas, el condensado puede ser reutilizado como agua de alimentación de la caldera, reduciendo el suministro y los costos de tratamiento del agua, así como los costos asociados con el agua fría que se utiliza para bajar la temperatura del condensado antes ir a las cloacas, cuando sea aplicable.

Impacto positivo en la seguridad y el medio ambiente

La reducción de las necesidades de combustible de la caldera mediante la recuperación de condensado se traduce en una menor contaminación del aire mediante la reducción de emisiones de CO2, NOx y SOx.
Además, las líneas de recuperación de condensado también pueden limitar las nubes de vapor para reducir el ruido generado por la descarga de condensado ​​atmosférico y ayudar a prevenir la acumulación de agua en el suelo, mejorando considerablemente el entorno laboral de una planta.
Dependiendo de la cantidad de condensado que sea recupera y reutiliza, otros beneficios pueden incluir una menor necesidad de purga de la caldera a través de una mejor calidad del agua de alimentación, y menor corrosión en el sistema debido a que la calidad del agua se hace más consistente a través de la red.

Trampas de vapor

Hay varios tipos de trampas de vapor ( o trampas de condensado, purgadores de boya, purgadores de flotante, etc. ). Como su nombre lo indica éstas atrapan el vapor y permiten que el condensado fluya, están normalmente situadas en las líneas de vapor.

Fig. 1

Los purgadores de boya modernos utilizan una purga termostática de aire, como se muestra en la figura anterior. Esto permite que el aire inicial pase, mientras que la trampa también controla el condensado. El orificio de evacuación de aire automático utiliza el mismo elemento de cápsula de presión equilibrada como una trampa de vapor termostático, y se encuentra en el espacio de vapor por encima del nivel de condensado. Luego de liberar el aire inicial, ésta permanece cerrada hasta que el aire u otros gases no condensables se acumulen durante el funcionamiento normal y hacen que se abra mediante la reducción de la temperatura de la mezcla de aire / vapor. El purgador termostático de aire ofrece el beneficio adicional de incrementar significativamente la capacidad de condensación en el arranque en frío.  En el pasado, el purgador termostático de aire era un punto de debilidad si existían golpes de ariete en el sistema. Incluso la boya podía dañarse si el golpe de ariete era grave. Sin embargo, en las trampas de flotador modernas la salida de aire es una cápsula de acero inoxidable compacta y muy robusta, y las técnicas modernas de soldadura utilizadas en la boya o flotador vuelven toda la trampa termostática de vapor de flotador muy robusta y fiable durante situaciones de golpe de ariete. In muchos sentidos, la trampa termostática a flotador es la más cercana a una trampa de vapor ideal. Esta descarga el condensado tan pronto como se forma, independientemente de los cambios en la presión.

Ventajas de una trampa de vapor de flotador termostática. La trampa descarga continuamente el condensado a la temperatura del vapor. Esto hace que sea la primera opción para aplicaciones en las que la tasa de transferencia de calor sea alta para la zona de superficie de calefacción disponible. Es capaz de manejar en forma similar cargas de condensado pesadas o ligeras y no se ve afectada por las fuertes y repentinas fluctuaciones de presión o caudal. Mientras la trampa automática sea la adecuada, esta será capaz de descargar el aire libremente. Teniendo una gran capacidad para su tamaño.

Trampa de vapor de bola (tradicional)

La trampa de tipo de flotador de bola opera mediante la detección de la diferencia de densidad entre el vapor y el condensado. En el caso de la trampa mostrada en la figura a continuación, condensado que llega a la trampa hará que el flotador esférico se eleve, levantando la válvula fuera de su asiento y liberando el condensado. Como puede verse, la válvula siempre se inunda y ni el vapor ni el aire pasarán a través de la misma, por lo que en las primeras trampas de este tipo se purgaba el aire por el uso de una llave de accionamiento manual en la parte superior del cuerpo.

Fig. 2

Tipo de Impulso

A medida que el condensado se acerca la temperatura del vapor una parte del mismo se convierte  en vapor a medida que pasa a través del orificio. Vea la figura  a continuación. Aunque de que éste se extrae a través del agujero F se crea una presión intermedia sobre el pistón, que posiciona efectivamente la válvula principal para alcanzar la carga. La trampa puede ser ajustada moviendo la posición del pistón (B) con respecto al asiento, pero la trampa se ve afectada por una contrapresión significativa. Tiene una capacidad considerable, teniendo en cuenta su pequeño tamaño. Por el contrario, la trampa no está en condiciones de proporcionar un cierre completo y pasará vapor con cargas muy ligeras. El problema principal, sin embargo es la delgada holgura entre el pistón y el cilindro.

Fig. 3

Purgador termodinámico

Hay varios tipos de esta clase

Tipo tradicional

Fig. 4

La trampa termodinámica es una trampa de vapor extremadamente robusta con un modo sencillo de funcionamiento. La trampa opera por medio del efecto dinámico del vapor flash ( o sea el vapor que se forma a partir del condensado caliente cuando existe una reducción en la presión) a medida que pasa a través de la trampa, tal como se representa en la Figura 4.i. La única pieza móvil es el disco encima de la cara plana dentro de la cámara de control o tapa. En la puesta en marcha, la presión de entrada levanta el disco, y el nuevo condensado además de aire se descargan de inmediato desde el anillo interior, debajo del disco, y hacia fuera a través de tres puntos de salida periféricos (sólo 2 se muestran, Figura 4. ii). El condensado caliente que fluye a través de la paso de entrada en la cámara bajo el disco pierde presión y libera vapor flash en movimiento a alta velocidad. Esta alta velocidad crea una zona de baja presión bajo el disco, atrayéndolo hacia su asiento (Figura 4.iii). Al mismo tiempo, la presión de vapor flash se acumula dentro de la cámara por encima del disco, forzándola hacia abajo contra el condensado entrante hasta que se ubique sobre los anillos interior y exterior. En este punto, el vapor flash queda atrapado en la cámara superior, y la presión por encima del disco iguala a la presión que se aplica a la parte inferior del disco desde el anillo interior. Sin embargo, la parte superior del disco está sujeta a una fuerza mayor que la parte inferior, ya que tiene un área de superficie mayor. Eventualmente la presión atrapada en la cámara cae a medida que se condensa el vapor flash. El disco se levanta debido a la presión de condensación ahora más alta y el ciclo se repite (Figura 4. Iv).

Trampa de vapor de orificio

Fig. 5

La placa orificio evita que el vapor vivo fluya a través de la misma, y el agujero u orificio permite que tanto el condensado como una pequeña cantidad de vapor vivo puedan escapar. Cuando las trampas de  placa de orificio de vapor son del tamaño adecuado para las condiciones de flujo, pueden funcionar adecuadamente, pero no son adecuados para todas las aplicaciones. El vapor se escapará cuando no haya condensado presente, y saltos de condensado pueden producirse en el arranque y durante los períodos de alta demanda. Las trampas de placa de orificio de vapor son las más adecuadas para situaciones en las que la diferencia de presión a través de la placa y la carga de condensado se mantienen constantes.

 

 

 

 

 

 

 
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