Métodos Prácticos para Prevenir el Estancamiento

Este tutorial considera métodos para superar los problemas de drenaje de condensado, como asegurar el drenaje por gravedad, instalar un dispositivo de trampa de bombeo automático, o controlar la presión en el espacio de vapor.

Métodos Prácticos para Prevenir el Estancamiento

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Si las condiciones de estancamiento son inevitables, los problemas potenciales pueden superarse diseñando la instalación alrededor de una de tres soluciones básicas:

1. Asegurar que la presión del vapor en el espacio de vapor nunca pueda caer por debajo de la presión atmosférica, y que el condensado pueda drenar por gravedad hacia y desde una trampa de vapor flotador de bola.
2. Aceptar que la presión en el espacio de vapor puede ser menor que la contrapresión, y proporcionar un medio alternativo de remover condensado, instalando una trampa de bombeo.
3. Asegurar que la presión en el espacio de vapor sea estable y mayor que la contrapresión. Esto implicará tener el sistema de control de temperatura en el lado secundario del sistema. Tomando estas tres opciones en orden:
4. Instalaciones que aseguran que las condiciones en el espacio de vapor nunca pueden caer por debajo de la presión atmosférica, y que el condensado puede drenar por gravedad hacia y desde una trampa de vapor: 1a) Remoción de condensado por método de rompevacío (ver Figura 13.8.1) La trampa de vapor no puede estar sujeta a ninguna contrapresión mayor que la atmosférica, y debe drenar condensado ya sea a un extremo abierto (que puede ser desperdiciador), o a un receptor ventilado cercano y bomba, permitiendo que la energía contenida en el condensado sea recuperada.

1b) Método de trampa de drenaje auxiliar (ver Figura 13.8.2) Se instala un juego de trampa flotador estándar con condensado retornando a un sistema de condensado, que está presurizado y/o elevado por encima de la trampa. Se puede instalar una trampa flotador auxiliar, descargando condensado a través de un extremo abierto al desagüe.

Cuando hay suficiente presión de vapor para superar la contrapresión, la trampa flotador principal funcionará, pero cuando ocurre el estancamiento, el condensado retrocederá y drenará a través de la trampa flotador auxiliar previniendo así que el condensado inunde de vuelta el intercambiador de calor.

Como este condensado se desperdiciará, este método solo debe usarse si el estancamiento ocurre infrecuentemente. La trampa auxiliar debe dimensionarse con la carga estática para pasar la carga de estancamiento como en el método 1a, y la trampa ‘principal’ debe ser del mismo tamaño, pero instalada al menos 150 mm por debajo del tee de toma auxiliar.

Aparte de la obvia desventaja de la pérdida de energía, este método también requiere carga disponible entre las entradas de la trampa y la salida del intercambiador de calor. 2. Instalaciones que permiten que la presión del vapor en el espacio de vapor caiga por debajo de la contrapresión, pero donde el condensado puede drenar por gravedad a un arreglo de trampa de bombeo: ****2a) Una bomba y trampa flotador instaladas en combinación (ver Figura 13.8.3) Este método usa una bomba y trampa flotador instaladas en combinación. Es más adecuado para intercambiadores de calor con capacidades de calentamiento nominal superiores a 1,5 MW (nominalmente 2 500 kg/h de vapor).

La presión del vapor cambia relativamente a los cambios en la carga de calor. A cargas altas la presión del vapor será mayor que la contrapresión, pero a cargas bajas será menor.

La bomba es de tipo mecánica accionada por presión, en la cual un suministro de vapor auxiliar toma el control automáticamente para proporcionar la fuerza motriz para descargar el condensado cuando ocurre el estancamiento. Si la presión del espacio de vapor es mayor que la contrapresión, el condensado pasa a través del cuerpo de la bomba a la trampa flotador, que permite que el condensado se descargue.

Este método es más práctico y económico en instalaciones más grandes; por ejemplo, aquellas que usan líneas de drenaje de condensado de 40 mm o más. 2b) Una trampa de bombeo con intercambiador de calor de flujo constante (ver Figura 13.8.4) El caudal secundario no cambia al pasar a través del intercambiador de calor, consecuentemente la presión del vapor cambia relativamente a los cambios en la temperatura de entrada secundaria. A cargas altas la presión del vapor será mayor que la contrapresión, pero a cargas bajas será menor.

Este método usa un dispositivo de trampa de bombeo, que ofrece las funciones de una bomba, trampa de vapor y válvulas de retención en un cuerpo.

La trampa de bombeo automática Spirax Sarco APT14 está diseñada para ocupar un espacio mínimo, y puede instalarse en intercambiadores de calor con capacidad de calentamiento nominal de hasta 1,5 MW.

Es más adecuada para instalaciones con líneas de drenaje de condensado de hasta 25 mm, pero puede usarse en líneas de drenaje de hasta 40 mm en algunas circunstancias.

Una instalación típica se muestra en la Figura 13.8.4. 2c) Un dispositivo de trampa de bombeo con intercambiador de calor de flujo variable (ver Figura 13.8.5) Este método es similar a 2b), pero el flujo secundario a través del intercambiador de calor varía con la carga de calor, debido a la acción de la válvula de mezcla secundaria.

El intercambiador de calor entrega un flujo de agua de temperatura constante que es mezclado por la válvula de mezcla secundaria según la carga. A medida que el flujo secundario varía, la presión del vapor cambia para mantener una temperatura de salida constante, de modo que, a cargas altas, está por encima de la contrapresión, y a cargas bajas está por debajo. 3. Instalaciones que aseguran que la presión del vapor se mantenga constante y nunca pueda caer por debajo de la contrapresión, y que el condensado pueda drenar hacia y desde una trampa de vapor: 3a) Trampa de vapor con válvula de control de temperatura en circuito secundario (ver Figura 13.8.6) Este método requiere que el control de temperatura se realice con una válvula de mezcla o derivación de 3 puertos en el circuito secundario. El suministro de vapor al intercambiador de calor se mantiene a una presión constante (generalmente menor de 1 bar g) con una válvula de control de presión, y como tal, el condensado siempre puede limpiarse del intercambiador de calor contra una contrapresión menor.

Este método no siempre es práctico o posible. No es adecuado en baterías de calefactor de aire vapor/aire o sistemas de líquidos donde el sistema secundario está a una presión tan baja que es incapaz de prevenir que el líquido hierva.

Como todos los métodos, tiene tanto ventajas como desventajas, que deben evaluarse antes de poder elegir una opción.

El control encendido/apagado no debe usarse con intercambiadores de calor Una válvula de control de temperatura encendido/apagado no modula dependiendo de la carga de calor, sino que está completamente abierta o completamente cerrada. Un ejemplo sería una válvula solenoide. Cuando está abierta, se mantendrá la presión completa del vapor en el intercambiador de calor para limpiar el condensado contra la contrapresión. A primera vista, este método de control parecería superar cualquier problema de contrapresión, pero no se recomienda en procesos como intercambiadores de calor, donde el fluido secundario debe calentarse a su temperatura requerida al pasar. Hay tres razones principales para esto:

• Un sistema de control ‘encendido/apagado’ es activado por un termostato que depende de una sobrerregulación del producto para lograr el control. Como el vapor tiene alto contenido de calor, una cantidad significativa de calor puede mantenerse en el espacio de vapor después de que la válvula solenoide se ha cerrado. El efecto general es una temperatura del producto más alta de lo requerido. Si el ajuste del termostato se reduce para contrarrestar este efecto, la temperatura de ‘encendido’ puede ser menor de lo que los parámetros del sistema pueden requerir. Puede resultar en un control deficiente de la temperatura del sistema y la posibilidad de deterioro del producto.
• Los cambios continuos y rápidos en presión y temperatura impondrán estrés térmico y mecánico en el intercambiador de calor que probablemente reducirá su vida útil.
• Nunca es buena idea someter los sistemas de vapor a un aumento instantáneo de presión. Cualquier condensado presente en el espacio de vapor y la tubería de condensado es instantáneamente empujado, por la entrada repentina de vapor, a través del sistema hacia la trampa de vapor. Esto puede causar golpe de ariete y dañar el intercambiador de calor y la trampa de vapor. El control encendido/apagado normalmente solo es adecuado para procesos de intercambio de calor ‘sin flujo’ o ‘por lotes’, notablemente tanques con serpentines de calentamiento robustos, o sartenes con camisa, donde la presión de vapor deseada se aplica durante un largo período de calentamiento (generalmente durante muchos minutos o incluso horas). El aumento en la temperatura del producto es mucho más lento que el experimentado con sistemas de tipo flujo que se espera calienten el producto en el corto tiempo que toma pasar a través de un intercambiador de calor. Conclusión El tipo más adecuado de trampa de vapor para equipos de intercambio de calor en general, y especialmente si es probable el estancamiento, es una trampa de vapor flotador de bola con ventilación de aire de presión equilibrada integral.

Si existe alguna probabilidad de estancamiento, una trampa de bombeo es generalmente la forma más efectiva de tratarlo, ya que se beneficia de ser:

• Simple.
• Rentable.
• Compacta. Por favor note: Los diagramas en este Módulo son solo esquemáticos, y por simplicidad no contienen todo el equipo auxiliar que sería necesario o recomendable para una instalación específica. La excepción es la Figura 13.8.8, que muestra una instalación detallada y real de una trampa de bombeo automática APT14.