Trampas de vapor mecánicas

Las trampas de vapor mecánicas dependen de la diferencia de densidad entre el vapor y el condensado para poder operar. Pueden pasar continuamente grandes volúmenes de condensado y son adecuadas para una amplia gama de aplicaciones de proceso. Los tipos incluyen trampas de vapor de flotador esférico y de cubeta invertida. Este tutorial considera la operación y los beneficios de ambos tipos.

Trampa de vapor de flotador esférico

La trampa de tipo flotador esférico opera detectando la diferencia de densidad entre el vapor y el condensado. En el caso de la trampa mostrada en la Figura 11.3.1, el condensado que llega a la trampa hará que la bola flotador se eleve, levantando la válvula de su asiento y liberando condensado. Como se puede ver, la válvula siempre está inundada y ni el vapor ni el aire pasarán a través de ella, por lo que las primeras trampas de este tipo se purgaban usando una llave de operación manual en la parte superior del cuerpo. Las trampas modernas usan una purga de aire termostática, como se muestra en la Figura 11.3.2. Esto permite que el aire inicial pase mientras la trampa también está manejando condensado. La purga de aire automática usa la misma cápsula de presión equilibrada que una trampa de vapor termostática, y está ubicada en el espacio de vapor por encima del nivel de condensado. Después de liberar el aire inicial, permanece cerrada hasta que el aire u otros gases no condensables se acumulan durante el funcionamiento normal y causan que se abra reduciendo la temperatura de la mezcla aire/vapor. La purga de aire termostática ofrece el beneficio adicional de aumentar significativamente la capacidad de condensado en el arranque en frío.

En el pasado, la purga de aire termostática era un punto débil si había golpe de ariete en el sistema. Incluso la bola podía dañarse si el golpe de ariete era severo. Sin embargo, en las trampas de flotador modernas, la purga de aire es una cápsula compacta, muy robusta, de acero inoxidable completo, y las técnicas modernas de soldadura utilizadas en la bola hacen que la trampa de vapor completa de flotador-termostático sea muy robusta y fiable en situaciones de golpe de ariete.

En muchos aspectos, la trampa de flotador-termostático es la más cercana a una trampa de vapor ideal. Descargará condensado tan pronto como se forme, independientemente de los cambios en la presión del vapor. Ventajas de la trampa de vapor de flotador-termostático

• La trampa descarga condensado continuamente a temperatura de vapor. Esto la convierte en la primera opción para aplicaciones donde la velocidad de transferencia de calor es alta para el área de superficie de calentamiento disponible.
• Es capaz de manejar cargas de condensado pesadas o ligeras igualmente bien y no se ve afectada por fluctuaciones amplias y repentinas de presión o caudal.
• Siempre que se instale una purga de aire automática, la trampa es capaz de descargar aire libremente.
• Tiene una gran capacidad para su tamaño.
• Las versiones que tienen una válvula de liberación de bloqueo de vapor son el único tipo de trampa completamente adecuado para uso donde puede ocurrir bloqueo de vapor.
• Es resistente al golpe de ariete. Desventajas de la trampa de vapor de flotador-termostático
• Aunque menos susceptible que la trampa de cubeta invertida, la trampa de tipo flotador puede dañarse por congelación severa y el cuerpo debe estar bien aislado, y/o complementado con una pequeña trampa de drenaje termostática suplementaria, si va a instalarse en una posición expuesta.
• Al igual que con todos los tipos mecánicos de trampas, se requieren componentes internos diferentes para permitir la operación sobre rangos de presión variables. Las trampas diseñadas para operar en presiones diferenciales más altas tienen orificios más pequeños para equilibrar la flotabilidad del flotador. Si una trampa está sujeta a una presión diferencial más alta de la prevista, se cerrará y no pasará condensado.

Trampa de vapor de cubeta invertida

La trampa de vapor de cubeta invertida se muestra en la Figura 11.3.3. Como su nombre implica, el mecanismo consiste en una cubeta invertida que está unida por una palanca a una válvula. Una parte esencial de la trampa es el pequeño orificio de purga de aire en la parte superior de la cubeta. La Figura 11.3.3 muestra el método de operación. En (i) la cubeta cuelga hacia abajo, tirando de la válvula de su asiento. El condensado fluye por debajo de la parte inferior de la cubeta llenando el cuerpo y fluyendo hacia afuera a través de la salida. En (ii) la llegada del vapor hace que la cubeta se vuelva flotante, luego se eleva y cierra la salida. En (iii) la trampa permanece cerrada hasta que el vapor en la cubeta se ha condensado o ha burbujeado a través del orificio de purga a la parte superior del cuerpo de la trampa. Entonces se hundirá, tirando de la válvula principal de su asiento. El condensado acumulado se libera y el ciclo se repite. En (ii), el aire que llega a la trampa en el arranque también dará flotabilidad a la cubeta y cerrará la válvula. El orificio de purga de la cubeta es esencial para permitir que el aire escape a la parte superior de la trampa para su eventual descarga a través del asiento de la válvula principal. El orificio y la presión diferencial son pequeños, por lo que la trampa es relativamente lenta en purgar aire. Al mismo tiempo debe pasar (y por lo tanto desperdiciar) una cierta cantidad de vapor para que la trampa opere una vez que el aire se ha eliminado. Una purga de aire en paralelo instalada fuera de la trampa reducirá los tiempos de arranque. Ventajas de la trampa de vapor de cubeta invertida

• La trampa de vapor de cubeta invertida puede fabricarse para soportar altas presiones.
• Al igual que una trampa de vapor de flotador-termostático, tiene una buena tolerancia a las condiciones de golpe de ariete.
• Puede usarse en líneas de vapor recalentado con la adición de una válvula de retención en la entrada.
• El modo de fallo es generalmente abierto, por lo que es más segura en aquellas aplicaciones que requieren esta característica, por ejemplo drenajes de turbinas. Desventajas de la trampa de vapor de cubeta invertida
• El pequeño tamaño del agujero en la parte superior de la cubeta significa que este tipo de trampa solo puede descargar aire muy lentamente. El agujero no puede agrandarse, ya que el vapor pasaría demasiado rápido durante la operación normal.
• Siempre debe haber suficiente agua en el cuerpo de la trampa para actuar como sello alrededor del borde de la cubeta. Si la trampa pierde este sello de agua, el vapor puede desperdiciarse a través de la válvula de salida. Esto puede ocurrir a menudo en aplicaciones donde hay una caída repentina en la presión del vapor, causando que parte del condensado en el cuerpo de la trampa ‘flashee’ a vapor. La cubeta pierde su flotabilidad y se hunde, permitiendo que el vapor vivo pase a través del orificio de la trampa. Solo si suficiente condensado llega a la trampa se formará de nuevo el sello de agua, y se evitará el desperdicio de vapor.
• Si se usa una trampa de cubeta invertida en una aplicación donde se esperan fluctuaciones de presión de la planta, debe instalarse una válvula de retención en la línea de entrada delante de la trampa. El vapor y el agua pueden fluir libremente en la dirección indicada, mientras que el flujo inverso es imposible ya que la válvula de retención sería forzada contra su asiento.
• La temperatura más alta del vapor recalentado puede causar que una trampa de cubeta invertida pierda su sello de agua. Una válvula de retención delante de la trampa debe considerarse esencial bajo tales condiciones. Algunas trampas de cubeta invertida se fabrican con una válvula de retención integral como estándar.
• La trampa de cubeta invertida puede sufrir daños por congelación si se instala en una posición expuesta con condiciones ambientales bajo cero. Al igual que con otros tipos de trampas mecánicas, el aislamiento adecuado puede superar este problema si las condiciones no son demasiado severas. Si se esperan condiciones ambientales muy por debajo de cero, puede ser prudente considerar un tipo más robusto de trampa para hacer el trabajo. En el caso del drenaje de líneas principales, una trampa termodinámica sería la primera opción.
• Al igual que la trampa de flotador, el orificio en una trampa de cubeta invertida está diseñado para operar hasta una presión diferencial máxima. Si la trampa está sujeta a una presión diferencial más alta de la prevista, se cerrará y no pasará condensado. Hay una gama de tamaños de orificio disponibles para cubrir un amplio rango de presión.