16 septiembre 2010

La eficiencia de los sistemas de condensado y vapor en detalle (3ª PARTE)



TRAMPAS DE VAPOR Y SU APLICACIÓN

Funciones de las trampas de vapor

Las trampas de vapor son elementos importantes de los sistemas de condensado y vapor, y pueden representar una oportunidad principal para la conservación de la energía. La función básica de las trampas de vapor es permitir que el condensado formado en el proceso de calentamiento sea drenado del equipo. Esto debe hacerse rápidamente para prevenir que el condensado entre en el sistema.

La retirada ineficiente del condensado produce dos efectos adversos. Primero, si el condensado vuelve a la cámara de vapor, enfría la temperatura del vapor y reduce el potencial efectivo de transferencia de calor. Ya que el vapor de condensación es un medio de transferencia de calor más efectivo que el líquido, se reduce el área de condensación, y la eficiencia del proceso de transferencia de calor se deteriora.

Un segundo motivo para retirar el agua de los sistemas de vapor es evitar el martilleo del agua, o “water hammer” en el sistema. Este fenómeno ocurre cuando los lodos del líquido quedan atrapados entre paquetes de vapor en un conducto. El vapor, que tiene un volumen específico mucho mayor, puede acelerar estos lodos y cuando impactan con un obstáculo como una válvula o codo, producen una fuerza de impacto semejante al golpe de un martillo. Este fenómeno es extremadamente perjudicial para el equipo, y un diseño apropiado del sistema de trampas puede evitarlo si es necesario.

La segunda función crucial de una trampa de vapor es facilitar la retirada de aire de un espacio con vapor. El aire en el sistema de vapor puede obstruirlo, y siempre se liberan gases en el proceso de vaporización que es transportado por los conductos de vapor. El aire mezclado con vapor ocupa volumen que puede ser llenado por el vapor. La presencia de aire en el sistema reduce la temperatura de transferencia de calor. Esto significa que más vapor debe ser generado para hacer el mismo trabajo.

El oxígeno y el dióxido de carbono, en particular, tienen también efectos adversos, y éste es el la corrosión en las líneas de vapor. El oxígeno en el condensado produce podredumbre, que puede contaminar el agua, y el CO2 en solución con el agua forma ácido carbónico, que es altamente corrosivo en las superficies metálicas. Estos componentes deben retirarse del sistema.

Tipos de trampas de vapor y su selección

Varios tipos de trampas de vapor están disponibles en el mercado, y la selección de la mejor trampa para una aplicación dada es importante. Muchos fabricantes producen varios tipos de trampas para aplicaciones específicas.

Las trampas de vapor pueden generalmente clasificarse en tres grupos: trampas mecánicas, que trabajan sobre la base de diferencias de densidad entre condensado y vapor o aire; termostáticas, que usan la diferencia en temperatura entre vapor, que permanece cerca de su temperatura de saturación, y condensado, que se enfría rápidamente; y termodinámicas, que funcionan en base a la diferencia en las propiedades del flujo entre líquidos y vapores.

Dimensionado de trampas de vapor

Es necesario asegurar que las trampas de vapor estén apropiadamente dimensionadas para la carga de condensado dada. Una trampa de vapor más pequeña de lo necesario permitirá acumulación de condensado y ello originará pérdidas en la efectividad de transferencia de calor del equipo.

Las trampas de vapor se dimensionan basándose en dos especificaciones, la carga de condensado y la presión diferencial a través de la trampa. Debe considerarse un factor de seguridad para absorber picos y fluctuaciones en condiciones de operación normales. No es inusual que la carga de condensado durante el arranque sea tres o cuatro veces mayor que las cargas operacionales en estado estacionario, y en algunas aplicaciones puede ser diez veces la carga en estado estacionario.

Otra importante especificación de diseño es la presión diferencial sobre la cual la trampa operará, ya que la presión es la fuerza que impulsa a moverse el condensado.



Mantenimiento de trampas de vapor para operación eficiente

Las trampas de vapor pueden funcionar mal por dos motivos. Pueden pegarse en posición cerrada, causando que el condensado vuelva al sistema de vapor, o puede pegarse en posición abierto, permitiendo que el vapor vivo descargue en el sistema de condensado.

En las trampas de vapor antiguas, el disfuncionamiento es fácilmente detectable, ya que inundar un calentador de proceso con condensado degrada su rendimiento. El cambio será pronto evidente por cambios significativos en las condiciones de operación. Este tipo de fallos puede tener un efecto desastroso en el equipo produciendo daños por martilleo de agua y causando daños en otros equipos. Debido a estos problemas potenciales, las trampas de vapor están diseñadas para fallar en posición abierto. Por este motivo están entre los más grandes derrochadores de energía en una planta industrial. La experiencia indica que en las grandes plantas de proceso que usan miles de trampas de vapor, entre el 15 y el 60 % de las trampas pueden estar abiertas y derrochar enormes cantidades de energía.

Un problema principal en conservación de energía es la diagnosis de las trampas de vapor. Hay varios métodos directos para controlar la operación de la trampa. Un primer método es la inspección visual. Otro sistema es el ensayo para observar el sonido de la trampa durante la operación. Otro tercer método usa la caída de la temperatura de saturación asociada a la caída de presión a través de la trampa. El condensado tiende a enfriarse rápidamente en contacto con porciones no aisladas de la línea de retorno, acentuando la diferencia de temperatura. Si se mide la temperatura a cada lado de la trampa, se hará evidente la caída de temperatura.

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