Introducción - ¿Por qué trampas de vapor?

La función de una trampa de vapor es descargar condensado, aire y otros gases no condensables de un sistema de vapor sin permitir la fuga de vapor vivo. La necesidad de las trampas de vapor, las consideraciones en torno a su operación, los modos básicos de operación y las normas relevantes se tratan en este tutorial.

A lo largo de la historia de la utilización del vapor, Spirax Sarco ha estado a la vanguardia en la mejora de la eficiencia de las plantas de vapor. Desde 1935, la gama de productos Spirax Sarco se ha ampliado considerablemente y ahora se especifica en todo tipo de plantas que emplean vapor en todo el mundo. Hoy en día, hay pocos procesos de fabricación que no dependan del vapor para proporcionar un producto final.

La trampa de vapor es una parte esencial de cualquier sistema de vapor. Es el vínculo importante entre una buena gestión del vapor y el condensado, reteniendo el vapor dentro del proceso para la máxima utilización del calor, pero liberando el condensado y los gases no condensables en el momento apropiado. Aunque es tentador ver las trampas de vapor de forma aislada, su efecto en el sistema de vapor en su conjunto a menudo no se aprecia. Las siguientes preguntas se vuelven importantes

A menudo es cierto que si se selecciona una trampa de vapor inapropiada para una aplicación particular, no se notan efectos adversos. A veces, las trampas de vapor incluso se cierran completamente sin ningún problema aparente, por ejemplo en una línea principal de vapor, donde el drenaje incompleto de condensado de un punto de drenaje a menudo significa que el resto simplemente se transporta al siguiente. Esto bien podría ser un problema si el siguiente punto de drenaje está bloqueado o también se ha cerrado.

El ingeniero observador puede reconocer que el desgaste de las válvulas de control, las fugas y la reducción de la producción de la planta, todo puede remediarse prestando la debida atención a la purga de vapor. Es natural que cualquier mecanismo sufra desgaste, y las trampas de vapor no son una excepción. Cuando las trampas de vapor fallan abiertas, una cierta cantidad de vapor puede pasar al sistema de condensado, aunque a menudo es una cantidad menor de lo que cabría esperar. Afortunadamente, los medios rápidos de detectar y rectificar tales fallas están ahora disponibles para el usuario de vapor.

‘La función de una trampa de vapor es descargar condensado sin permitir la fuga de vapor vivo’

Ningún sistema de vapor está completo sin ese componente crucial ‘la trampa de vapor’ (o trampa). Este es el vínculo más importante en el circuito de condensado porque conecta el uso del vapor con el retorno de condensado.

Una trampa de vapor literalmente ‘purga’ el condensado (así como el aire y otros gases no condensables) fuera del sistema, permitiendo que el vapor llegue a su destino en el estado/condición más seco posible para realizar su tarea de manera eficiente y económica. La cantidad de condensado que una trampa de vapor debe manejar puede variar considerablemente. Puede tener que descargar condensado a temperatura de vapor (es decir, en cuanto se forma en el espacio de vapor) o puede requerirse que descargue por debajo de la temperatura de vapor, cediendo parte de su ‘calor sensible’ en el proceso. Las presiones a las que las trampas de vapor pueden operar pueden estar desde el vacío hasta más de cien bar. Para adaptarse a estas condiciones variadas, hay muchos tipos diferentes, cada uno con sus propias ventajas y desventajas. La experiencia muestra que las trampas de vapor funcionan más eficientemente cuando sus características se adaptan a las de la aplicación. Es imperativo seleccionar la trampa correcta para realizar una función dada bajo condiciones dadas. A primera vista puede no ser obvio cuáles son estas condiciones. Pueden involucrar variaciones en la presión de operación, carga de calor o presión de condensado. Las trampas de vapor pueden estar sujetas a extremos de temperatura o incluso al golpe de ariete. Pueden necesitar ser resistentes a la corrosión o la suciedad. Cualquiera que sean las condiciones, la selección correcta de la trampa de vapor es importante para la eficiencia del sistema. Quedará claro que un tipo de trampa de vapor no puede posiblemente ser la elección correcta para todas las aplicaciones.

Consideraciones para la selección de trampas de vapor

Purga de aire En el ‘arranque’, es decir, el comienzo del proceso, el espacio del calentador se llena de aire, que a menos sea desplazado, reducirá la transferencia de calor y aumentará el tiempo de calentamiento. Los tiempos de arranque aumentan y la eficiencia de la planta disminuye. Es preferible purgar el aire tan rápido como posible antes de que tenga la oportunidad de mezclarse con el vapor entrante. Si el aire y el vapor se mezclan, solo pueden separarse condensando el vapor para dejar el aire, que debe ser purgado a un lugar seguro. Pueden requerirse purgas de aire separadas en espacios de vapor más grandes o más difíciles, pero en la mayoría de los casos el aire en el sistema se descarga a través de las trampas de vapor. Aquí las trampas termostáticas tienen una ventaja clara sobre algunos tipos de trampa ya que están completamente abiertas en el arranque. Las trampas de flotador con purgas de aire termostáticas integradas son especialmente útiles, mientras que muchas trampas termodinámicas también son bastante capaces de manejar cantidades moderadas de aire. Sin embargo, el pequeño agujero en las salidas de condensado de orificio fijo y el agujero de sangrado en las trampas de cubeta invertida ambos purgan aire lentamente. Esto podría aumentar los tiempos de producción, los tiempos de calentamiento y la corrosión. Eliminación de condensado Habiendo purgado el aire, la trampa debe entonces pasar el condensado pero no el vapor. La fuga de vapor en este punto es ineficiente y antieconómico. La trampa de vapor debe permitir que el condensado pase mientras atrapa el vapor en el proceso. Si una buena transferencia de calor es crítica para el proceso, entonces el condensado debe descargarse inmediatamente y a temperatura de vapor. La inundación es una de las principales causas de ineficiencia en las plantas de vapor como resultado de una selección incorrecta de la trampa de vapor. Rendimiento de la planta Cuando se han considerado los requisitos básicos de eliminación de aire y condensado, la atención puede dirigirse al ‘rendimiento de la planta’. En pocas palabras, a menos que esté diseñada específicamente para inundarse, para que un intercambiador de calor opere con su mejor rendimiento, el espacio de vapor debe estar lleno de vapor limpio y seco. El tipo de trampa de vapor influirá en esto. Por ejemplo, las trampas termostáticas retienen el condensado hasta que se enfría por debajo de la temperatura de saturación. Si este condensado permanece en el espacio de vapor, reducirá el área de transferencia de calor y el rendimiento del calentador. La descarga de condensado a la temperatura más baja posible puede parecer muy atractiva, pero generalmente la mayoría de las aplicaciones requieren que el condensado se elimine del espacio de vapor a temperatura de vapor. Esto necesita una trampa de vapor con propiedades de operación diferentes al tipo termostático, y esto generalmente significa una trampa de tipo mecánico o termodinámico. Antes de elegir una trampa de vapor particular es necesario considerar las necesidades del proceso. Esto generalmente decidirá el tipo de trampa requerida. La forma en que el proceso se conecta al sistema de vapor y condensado puede entonces decidir el tipo de trampa preferido para hacer el mejor trabajo bajo las circunstancias. Una vez elegida, es necesario dimensionar la trampa de vapor. Esto será determinado por las condiciones del sistema y los parámetros del proceso como:

• Presiones máximas de vapor y condensado.
• Presiones de operación de vapor y condensado.
• Temperaturas y caudales.
• Si el proceso tiene control de temperatura. Estos parámetros se discutirán más en módulos posteriores dentro de este Bloque. Fiabilidad La experiencia ha demostrado que una ‘buena purga de vapor’ es sinónimo de fiabilidad, es decir, rendimiento óptimo con el mínimo de atención. Las causas de la falta de fiabilidad a menudo se asocian con lo siguiente:
• Corrosión, debido a la condición del condensado. Esto puede contrarrestarse utilizando materiales específicos de construcción y un buen acondicionamiento del agua de alimentación.
• Golpe de ariete, a menudo debido a una elevación después de la trampa de vapor, a veces pasado por alto en la fase de diseño y a menudo la causa de daños innecesarios en trampas de vapor de por sí fiables.
• Suciedad, acumulándose de un sistema donde el compuesto de tratamiento de agua es arrastrado desde la caldera, o donde los residuos de tubería interfieren con la operación de la trampa. La tarea principal de una trampa de vapor es la eliminación adecuada de condensado y aire y esto requiere una comprensión clara de cómo operan las trampas de vapor. Vapor flash Un efecto causado por pasar condensado caliente de un sistema de alta presión a uno de baja presión es el fenómeno natural del vapor flash. Esto puede confundir al observador sobre la condición de la trampa de vapor. Considere la entalpía del condensado recién formado a presión y temperatura de vapor (obtenible de las tablas de vapor). Por ejemplo, a una presión de 7 bar g, el condensado contendrá 721 kJ/kg a una temperatura de 170,5°C. Si este condensado se descarga a la atmósfera, solo puede existir como agua a 100°C, conteniendo 419 kJ/kg de entalpía de agua saturada. El contenido de entalpía sobrante de 721 - 419, es decir, 302 kJ/kg, hervirá una proporción del agua, produciendo una cantidad de vapor a presión atmosférica. El vapor de baja presión producido se denomina generalmente ‘vapor flash’. La cantidad de vapor ‘flash’ liberado se puede calcular de la siguiente manera: Si la trampa estuviera descargando 500 kg/h de condensado a 7 bar g a la atmósfera, la cantidad de vapor flash generado sería 500 x 0,134 = 67 kg/h, equivalente a aproximadamente 38 kW de pérdida de energía. Esto representa una cantidad bastante sustancial de energía útil, que con demasiada frecuencia se pierde del balance de calor del circuito de vapor y condensado, y ofrece una oportunidad simple para aumentar la eficiencia del sistema si puede capturarse y utilizarse.

Cómo operan las trampas de vapor

Hay tres tipos básicos de trampas de vapor en los que caen todas las variaciones, los tres están clasificados por la Norma Internacional ISO 6704:1982. Tipos de trampas de vapor:

• Termostáticas (operadas por cambios en la temperatura del fluido) La temperatura del vapor saturado está determinada por su presión. En el espacio de vapor, el vapor cede su entalpía de evaporación (calor), produciendo condensado a temperatura de vapor. Como resultado de cualquier pérdida adicional de calor, la temperatura del condensado descenderá. Una trampa termostática pasará condensado cuando se detecte esta temperatura más baja. Cuando el vapor llega a la trampa, la temperatura aumenta y la trampa se cierra.
• Mecánicas (operadas por cambios en la densidad del fluido) Esta gama de trampas de vapor opera detectando la diferencia de densidad entre el vapor y el condensado. Estas trampas de vapor incluyen ‘trampas de flotador esférico’ y ‘trampas de cubeta invertida’. En la ‘trampa de flotador esférico’, la bola se eleva en presencia de condensado, abriendo una válvula que pasa el condensado más denso. Con la ‘trampa de cubeta invertida’, la cubeta invertida flota cuando el vapor llega a la trampa y se eleva para cerrar la válvula. Ambos son esencialmente ‘mecánicos’ en su método de operación.
• Termodinámicas (operadas por cambios en la dinámica del fluido) Las trampas de vapor termodinámicas dependen en parte de la formación de vapor flash a partir del condensado. Este grupo incluye trampas de vapor ‘termodinámicas’, ‘de disco’, ‘de impulso’ y ‘de laberinto’. También se incluyen laxamente en este tipo las ‘trampas de orificio fijo’, que no pueden definirse claramente como dispositivos automáticos ya que son simplemente un agujero de diámetro fijo establecido para pasar una cantidad calculada de condensado bajo un conjunto de condiciones. Todas dependen del hecho de que el condensado caliente, liberado bajo presión dinámica, se evaporará para dar una mezcla de vapor y agua. Los siguientes Módulos incluyen referencia a estas trampas de vapor.

ISO 6552:1980

Glosario de términos técnicos para trampas de vapor automáticas. **ISO 6553:2016

EN ISO 6553:2017**

Marcado de trampas de vapor automáticas. ISO 6554:1980

Dimensiones cara a cara para trampas de vapor automáticas bridadas. EN 558:2017

Válvulas industriales. Dimensiones cara a cara y centro a cara de válvulas metálicas para uso en sistemas de tubería bridados. Válvulas designadas PN y Class.

(Aunque ISO 6554:1980 sigue vigente, en Europa se ha incorporado a la norma general de válvulas industriales EN 558:2017, que tiene un alcance mucho más amplio que ISO 6554:1980, e identifica las ‘series’ cara a cara de manera diferente a EN 26554:1991). **ISO 6704:1982

EN 26704:1991**

Clasificación de trampas de vapor automáticas. ISO 5117 :2023

Pruebas de producción y características de rendimiento para trampas de vapor automáticas.

(Reemplaza ISO 6948:1981, ISO 7841:1988 y ISO 7842:1988, amalgamando así los Métodos de determinación de pérdida de vapor y Métodos de determinación de capacidad de descarga de trampas de vapor automáticas como apéndices al texto principal que son las Pruebas de producción y características de rendimiento para trampas de vapor automáticas).