Intercambiadores de Calor y Estancamiento

El lado primario del intercambiador de calor se denominará ‘espacio de vapor’, y el dispositivo de purga de vapor se denominará ‘trampa’. La ‘trampa’ puede ser una ‘trampa de vapor’, una ‘trampa de bombeo’, o una ‘trampa de vapor y bomba’ instalada en combinación.

En estas instalaciones, un sensor de control monitorea la temperatura del fluido calentado saliente en el circuito secundario. La válvula de control se esfuerza por mantener una temperatura determinada por el controlador, independientemente de las variaciones en la carga de calor. La válvula logra esto abriéndose o cerrándose para alterar el caudal de vapor, variando así la presión del espacio de vapor.

La descarga de la trampa de vapor puede estar sujeta a una elevación y/o presión en la línea de condensado, o puede caer a un extremo abierto donde solo está sujeta a presión atmosférica. Este Bloque se referirá a la presión del condensado como ‘contrapresión’.

El equipo de intercambio de calor puede ser casi cualquier cosa que cumpla con los criterios anteriores. Los ejemplos incluyen:

• Intercambiadores de calor tubulares.
• Intercambiadores de calor de placas.
• Bobinas calefactoras de aire o baterías en conductos.
• Tuberías o serpentines de tubería en equipos de proceso, tanques, cubas, etc. Por brevedad, este Bloque se referirá a todos tales dispositivos como ‘intercambiadores de calor’ o ‘calefactores’, y el paso del fluido siendo calentado por el intercambiador de calor se referirá como pasando por el lado ‘secundario’ del intercambiador de calor.

El rendimiento de los intercambiadores de calor de vapor se reduce a menudo debido a que el condensado inunda el espacio de vapor y lo encharca. Las dos causas principales del encharcamiento son:

• Instalar el tipo incorrecto de trampa.
• Estancamiento. Nota importante Algunos sistemas buscan lograr el control de la temperatura fomentando positivamente el encharcamiento parcial del espacio de vapor del intercambiador de calor. En estos casos, la acción moduladora de la válvula de control en la salida del condensado varía el nivel de condensado en el espacio de vapor. Esto cambia el área de superficie de calentamiento expuesta al vapor, y el efecto es cambiar la tasa de transferencia de calor para controlar la temperatura de salida secundaria.

Con sistemas de este tipo, es importante que los intercambiadores de calor estén diseñados y fabricados específicamente para resistir los efectos del encharcamiento. Cuando esto no se hace, la presencia de condensado en el intercambiador de calor tendrá un efecto adverso en el rendimiento de operación y reducirá la vida útil.

Este método de control puede tener ciertos beneficios si el sistema está correctamente diseñado. Uno es que el condensado se subenfría en el intercambiador de calor antes de ser descargado. Esto puede reducir considerablemente la cantidad de vapor flash en las tuberías de condensado, lo que puede mejorar el rendimiento del sistema de condensado y también reducir las pérdidas de calor.

La principal desventaja operativa es que los sistemas de este tipo son lentos en responder a las variaciones de carga de calor. ¿Qué se entiende por estancamiento? El estancamiento es la reducción o la cesación del flujo de condensado desde el intercambiador de calor, y ocurre cuando la presión en el intercambiador de calor es igual o menor que la contrapresión total impuesta en la trampa de vapor.

Una presión menor a la esperada en un intercambiador de calor puede ocurrir como resultado de cualquiera de las siguientes circunstancias:

• La temperatura de entrada del fluido secundario aumenta como resultado de una carga de calor decreciente.

• El caudal del fluido secundario disminuye como resultado de una carga de calor decreciente.

• La temperatura de salida del fluido secundario disminuye debido a una reducción del punto de ajuste.

A medida que la válvula de control reduce la presión del vapor para satisfacer una carga de calor decreciente, la falta de presión diferencial a través de la trampa de vapor causa que el condensado encharque el espacio de vapor, como se muestra en la Figura 13.1.1.