Aplicaciones de purga de aire

En este tutorial se describen algunas de las muchas aplicaciones diferentes para las purgas de aire, incluyendo líneas principales de vapor, bypass, recipientes con camisa y cilindros rotativos. También se tratan otros aspectos como la purga de grandes volúmenes de aire, la purga de aire en grupo y la sustitución de trampas de vapor termostáticas.

Unidades de purgas de aire en general

La purga de aire automática es una válvula, operada termostáticamente, instalada en una ubicación donde el vapor y el aire, en lugar del condensado, la alcanzarán. Si la purga de aire está acoplada directamente a un calentador de masa sustancial, y que opera cerca de la temperatura del vapor, entonces el calor conducido puede mantener la purga de aire cerrada, o al menos ralentizar su funcionamiento. Por lo tanto, se recomienda que cualquier purga de aire y su tubería de conexión se instalen sin aislar para que funcione correctamente.

En estas circunstancias, la purga de aire se instala mejor al final de un tramo de tubería de aproximadamente 300 mm que puede actuar como una botella de recogida, y que permite un gradiente de temperatura desde el espacio de vapor del calentador hasta la purga. Las ‘botellas’ mencionadas en ‘Cilindros rotativos’ pueden utilizarse de esta manera como unidades de recogida de aire.

Cuando las purgas de aire descargan, invariablemente lo hacen con una mezcla de aire/vapor. Esto a menudo se percibe como vapor puro, y la conclusión lógica es creer que la purga de aire está goteando. Si funciona normalmente, el grado de descarga debería reducirse eventualmente y cesar. Si la purga de aire continúa descargando durante un largo período sin ningún signo de cierre, bien podría estar defectuosa y se beneficiaría de ser inspeccionada y reparada.

Bypass de trampas de vapor

Parece natural instalar bypass manuales alrededor de las trampas de vapor, generalmente para abrirse en el arranque. Dado que las cargas de condensado en el arranque raramente son mucho más del doble de la carga en marcha, y las trampas generalmente tienen capacidades de condensado que proporcionan factores de seguridad considerablemente superiores a esto, parece que la función real de los bypass es descargar el aire. Esto permite que el condensado llegue a la trampa.

Los bypass se encuentran frecuentemente alrededor de trampas de cubeta, que son inherentemente lentas para purgar aire. El conjunto puede hacerse tanto automático como eficiente simplemente sustituyendo la válvula de bypass manual por una purga de aire automática. Los bypass manuales se olvidan fácilmente y se dejan abiertos, y por lo tanto son una fuente potencial de desperdicio de vapor.

Rompevacíos

Los rompevacíos pueden utilizarse con buen efecto en momentos de parada del sistema cuando pueden experimentarse presiones subatmosféricas dentro de las tuberías y equipos de vapor. Estratégicamente ubicados, permitirán que el condensado descienda por gravedad hasta el punto de purga. Al permitir la eliminación completa del condensado de cualquier sistema de vapor, se eliminará el temor al golpe de ariete en el siguiente arranque del sistema.

Líneas principales de vapor saturado

La línea principal de vapor es, en efecto, un largo espacio de vapor con una pequeña sección transversal. Cuando el vapor se enciende en el extremo de suministro, se mueve a lo largo de la tubería como un pistón, empujando el aire delante de él. Una purga de aire instalada al final de la línea, como en la Figura 11.10.13, Módulo 10, eliminará la mayor parte del aire. La purga está conectada en la parte superior de la tubería, o al menos en un punto por encima del nivel esperado de condensado.

Líneas principales de vapor recalentado

Las líneas principales de vapor recalentado, generalmente, solo requieren purga de aire en el arranque. Se necesita una purga de aire capaz de soportar altas temperaturas, por lo tanto, una de tipo bimetálico sería la mejor opción.

Sartenes con camisa

Seleccionar la ubicación de la purga de aire para estas aplicaciones puede ser difícil. El aire disuelto en el producto frío sale de la solución a medida que la sartén se calienta, y aparecen burbujas en el lado del producto de la camisa. La falta de burbujas en la piel interior de la sartén revela puntos fríos, indicando dónde se está acumulando el aire dentro de la camisa.

Con la combinación del tipo incorrecto de trampa de vapor y sin purga de aire, es probable que las burbujas aparezcan en último lugar en la parte inferior de la camisa cerca de la salida de condensado, y en la parte superior frente al punto de entrada del vapor. La mejor trampa de vapor será de tipo flotador con purga de aire, colocada debajo de la sartén, permitiendo que el condensado y el aire desciendan por gravedad hasta el suelo, o a un receptor de recogida y bomba. La purga de aire se coloca mejor frente al punto de entrada del vapor en un nivel alto, y un fabricante de buena reputación colocará una toma para este propósito (Figura 11.9.1, Módulo 9).

Una sartén basculante requiere una trampa de flotador con dispositivo de liberación de bloqueo de vapor, ya que el condensado se elimina mediante un tubo sumergido que pasa a través de un junta rotativa. Si esto no incluye una purga de aire, entonces una purga de aire separada que bypase la trampa mejorará el rendimiento. Asimismo, la trampa de vapor debe colocarse debajo de la salida (Figura 11.9.2, Módulo 9).

Cilindros rotativos

Un caso especial de interés es el cilindro de secado utilizado en muchas industrias de proceso. Un cilindro horizontal se suministra con vapor a través de una junta rotativa en un extremo, y el material que se procesa está en contacto con la superficie exterior del cilindro. El condensado se descarga a través de un tubo sumergido que pasa por la misma junta rotativa o una junta similar en el extremo opuesto del cilindro.

Con cilindros de tamaño apreciable, el volumen de aire a descargar en el ‘arranque’ es grande. El aire que se acumula dentro del cilindro durante el funcionamiento normal provoca puntos fríos en la superficie exterior, y se produce material mal procesado. La purga automática de aire es primordial y debe lograrse como cuestión de rutina si se esperan buenos resultados.

La mejor trampa de vapor para este propósito es de tipo flotador-termostático con liberación de bloqueo de vapor, pero a menudo se necesita una purga de aire separada debido a la gran cantidad de aire a purgar.

La experiencia muestra que una purga de aire y una botella de recogida de aire en la salida de condensado darán un excelente resultado si se instalan como se muestra en la Figura 11.13.1.

Purga de aire en grupo

Los diseñadores de equipos de vapor a veces reducen el gasto conectando los puntos remotos de dos o más espacios de vapor, e instalando una sola purga de aire, en lugar de usar purgas de aire individuales para cada espacio de vapor. Desafortunadamente, tal disposición a menudo no es exitosa. Un calentador de aire de serpentín múltiple puede tener cada uno de los serpentines suministrados desde una cabecera de vapor común que se alimenta a través de una sola válvula de control. Aquí, la purga de aire se cerrará cuando el vapor de una sección la alcance. El aire presente en las otras secciones simplemente no llegará a la purga para abrirla. Posteriormente, el vapor en el cuerpo de la purga de aire se condensa y es reemplazado de nuevo. De nuevo, cuando el vapor entrante proviene del serpentín que contiene menos aire, la purga tiende a cerrarse rápidamente. Las mezclas de aire/vapor en los otros serpentines no se inducen a fluir hacia la posición de la purga. La purga de aire en grupo no es exitosa y debe evitarse, de la misma manera que la purga de condensado en grupo de las líneas de drenaje de condensado.

Purgas de aire de gran tamaño

La capacidad de una purga de aire depende del tamaño del orificio, la presión diferencial a través del asiento y las propiedades del gas que se descarga. En algunos casos, los espacios de vapor que se purgan son muy grandes, como en grandes esterilizadores y autoclaves en la industria alimentaria, grandes autoclaves, recipientes de vulcanización de caucho, etc. La cantidad de aire a purgar puede ser tan grande que requiera un gran número de purgas de aire instaladas en paralelo. Una alternativa es usar un control de temperatura autónomo, instalado de manera similar a la Figura 11.13.2. La válvula debe ser de un modelo adecuado para uso en servicio de vapor. La válvula es posicionada por el sistema de control, y el sensor de temperatura se ubica en el lado aguas abajo de la válvula. La temperatura de ajuste se regula a 100°C, o justo por debajo de este valor. Dado que la presión en la tubería de cola en el sensor de temperatura es atmosférica, la temperatura en este punto sería 100°C si vapor libre de aire hubiera alcanzado el sensor después de fluir a través de la válvula. A esta temperatura, la válvula debería estar justo cerrada. Cualquier temperatura más baja en la ubicación del sensor significa que algo de aire está presente, y la válvula se abrirá ligeramente.

Posicionar el sensor de temperatura de esta manera, aguas abajo de la válvula donde la presión de la línea es atmosférica, anula el efecto de la presión aguas arriba de la válvula. El sistema de control solo tiene que cerrar la válvula cuando la temperatura del sensor alcanza 100°C y abrirla a temperaturas más bajas. Esta disposición hace que sea bastante práctico usar válvulas de purga de aire tan grandes como DN50, lo que permite descargar grandes volúmenes de aire.

Purga de aire a través de trampas de vapor termostáticas

Cualquier trampa de vapor termostática, como la cápsula o fuelle de presión equilibrada, o el tipo bimetálico, puede usarse como purga de aire. Claramente, la unidad de operación debe ser una que reaccione rápidamente a los cambios de temperatura, y las trampas que incorporan tiras bimetálicas de grandes dimensiones son probablemente menos adecuadas. Pero, si una trampa de vapor termostática se usa principalmente para drenar condensado, ¿qué tan efectivamente purgará el aire?

Dado que la trampa estará abierta en el arranque cuando se encienda el vapor, descargará el aire que se empuja hacia ella.

Sin embargo, durante el funcionamiento normal, la trampa puede no ser tan efectiva como una purga de aire. Como trampa de vapor, se cerrará al condensado justo por debajo de la temperatura de saturación. Se deduce que con un sello de agua presente en el lado de entrada de la trampa, el aire y otros gases no condensables quedarán sellados dentro del espacio de vapor del proceso por un corto tiempo por el condensado.

Cuando el condensado en la trampa de vapor eventualmente pierda algo de su calor, solo entonces la trampa se abrirá y descargará tanto el condensado como la mezcla de aire/vapor fría.

La forma más efectiva de liberar aire mediante una trampa de vapor de un espacio de vapor es usar una trampa de vapor de tipo flotador con una purga de aire integrada. Dado que el condensado siempre debe llegar a la trampa, el paso de los no condensables a la purga de aire integral no se detiene durante el funcionamiento normal.

Debe quedar claro que el dispositivo automático que se utiliza para descargar mezclas de aire/vapor, ya sea que se describa como una trampa de vapor o como una purga de aire, se posiciona mejor por encima del nivel del agua en la trampa. En todos los demás casos, la adición de purgas de aire (en posiciones donde la mezcla de aire/vapor pueda alcanzarlas bajo todas las condiciones) puede tener resultados beneficiosos desproporcionados a los costes adicionales implicados.