Trampas de vapor termodinámicas

Las trampas de vapor termodinámicas tienen un principio de operación único que depende de la dinámica del agua y el vapor flash. Son simples, robustas y fiables y pueden operar hasta temperaturas y presiones muy altas. Su construcción, uso y beneficios se detallan aquí.

Trampa de vapor termodinámica tradicional

La trampa termodinámica es una trampa de vapor extremadamente robusta con un modo de operación simple. La trampa opera mediante el efecto dinámico del vapor flash cuando pasa a través de la trampa, como se muestra en la Figura 11.4.1. La única parte móvil es el disco sobre la cara plana dentro de la cámara de control o tapa. En el arranque, la presión entrante eleva el disco, y el condensado frío más el aire se descargan inmediatamente desde el anillo interior, por debajo del disco, y salen a través de tres salidas periféricas (solo 2 mostradas, Figura 11.4.1, i). El condensado caliente que fluye a través del pasaje de entrada hacia la cámara bajo el disco reduce la presión y libera vapor flash que se mueve a alta velocidad. Esta alta velocidad crea un área de baja presión bajo el disco, atrayéndolo hacia su asiento (Figura 11.4.1, ii). Al mismo tiempo, la presión del vapor flash se acumula dentro de la cámara sobre el disco, forzándolo hacia abajo contra el condensado entrante hasta que se asienta en los anillos interior y exterior. En este punto, el vapor flash queda atrapado en la cámara superior, y la presión sobre el disco iguala la presión que se aplica a la parte inferior del disco desde el anillo interior. Sin embargo, la parte superior del disco está sujeta a una fuerza mayor que la inferior, ya que tiene una mayor superficie. Eventualmente la presión atrapada en la cámara superior cae a medida que el vapor flash se condensa. El disco es elevado por la presión de condensado ahora mayor y el ciclo se repite (Figura 11.4.1, iv). La velocidad de operación depende de la temperatura del vapor y las condiciones ambientales. La mayoría de las trampas permanecerán cerradas entre 20 y 40 segundos. Si la trampa se abre con demasiada frecuencia, quizás debido a una ubicación fría, húmeda y ventosa, la velocidad de apertura puede ralentizarse simplemente instalando una cubierta aislante sobre la parte superior de la trampa. Ventajas de la trampa de vapor termodinámica

• Las trampas termodinámicas pueden operar en todo su rango de trabajo sin ningún ajuste o cambio de componentes internos.
• Son compactas, simples, ligeras y tienen una gran capacidad de condensado para su tamaño.
• Las trampas termodinámicas pueden usarse en vapor de alta presión y recalentado y no se ven afectadas por el golpe de ariete o la vibración. La construcción completamente de acero inoxidable ofrece un alto grado de resistencia al condensado corrosivo.
• Las trampas termodinámicas no se dañan por la congelación y es improbable que se congelen si se instalan con el disco en un plano vertical y descargando libremente a la atmósfera. Sin embargo, la operación en esta posición puede resultar en desgaste del borde del disco.
• Como el disco es la única parte móvil, el mantenimiento puede realizarse fácilmente sin retirar la trampa de la línea.
• El ‘clic’ audible que ocurre cuando la trampa se abre y cierra hace que la prueba de la trampa sea muy sencilla. Desventajas de la trampa de vapor termodinámica
• Las trampas de vapor termodinámicas no trabajarán positivamente en presiones diferenciales muy bajas, ya que la velocidad de flujo a través de la parte inferior del disco es insuficiente para que ocurre una menor presión. Están sujetas a una presión mínima de entrada (típicamente 0,25 bar g) pero pueden soportar una contrapresión máxima del 80% de la presión de entrada.
• Las trampas termodinámicas pueden descargar una gran cantidad de aire en el ‘arranque’ si la presión de entrada se acumula lentamente. Sin embargo, la acumulación rápida de presión hará que el aire de alta velocidad cierre la trampa de la misma manera que el vapor, y se ‘bloqueará por aire’. En este caso puede instalarse una purga de aire termostática separada en paralelo con la trampa. Las trampas de vapor termodinámicas modernas pueden tener un disco anti-bloqueo por aire integrado que previene que la presión del aire se acumule sobre el disco y permite que el aire escape (Figura 11.4.3).
• La descarga de la trampa puede ser ruidosa y este factor puede prohibir el uso de una trampa termodinámica en algunas ubicaciones, por ejemplo fuera de una sala de hospital o quirófano. Si esto es un problema, puede instalarse fácilmente con un difusor que reduce considerablemente el ruido de descarga.
• Debe tenerse cuidado de no sobredimensionar una trampa termodinámica ya que esto puede aumentar los tiempos de ciclo e inducir desgaste. Las aplicaciones de drenaje de líneas principales a menudo solo necesitan instalarse con versiones de baja capacidad, siempre que se dé la debida consideración a la ubicación correcta de los bolsillos de drenaje.****

Trampa de vapor de impulso

La trampa de impulso (como se muestra en la Figura 11.4.4) consiste en un pistón hueco (A) con un disco de pistón (B) que trabaja dentro de un pistón cónico (C) que actúa como guía. En el ‘arranque’ la válvula principal (D) reposa sobre el asiento (E) dejando un pasaje de flujo a través del espacio libre entre pistón y cilindro y el orificio (F) en la parte superior del pistón. El flujo creciente de aire y condensado actuará sobre el disco del pistón y elevará la válvula principal de su asiento para dar mayor flujo. Algo de condensado también fluirá a través del espacio entre el pistón y el disco, a través de E y hacia la salida de la trampa. A medida que el condensado se acerca a la temperatura del vapor, parte de él se vaporiza instantáneamente al pasar por el espacio. Aunque esto se sangra a través del orificio F, crea una presión intermedia sobre el pistón, que efectivamente posiciona la válvula principal para satisfacer la carga. La trampa puede ajustarse moviendo la posición del pistón (B) relativa al asiento, pero la trampa se ve afectada por una contrapresión significativa. Tiene una capacidad sustancial, teniendo en cuenta su pequeño tamaño. A la inversa, la trampa no puede dar un cierre hermético total y pasará vapor en cargas muy ligeras. Sin embargo, el problema principal es el estrecho espacio libre entre el pistón y el cilindro. Esto se ve fácilmente afectado por la suciedad que normalmente se encuentra en un sistema de vapor. El uso de trampas de impulso es relativamente limitado por lo que no se consideran en algunas secciones posteriores de este Módulo. Ventajas de la trampa de vapor de impulso

• Las trampas de impulso tienen una capacidad sustancial de manejo de condensado para su tamaño.
• Trabajarán en un amplio rango de presiones de vapor sin ningún cambio en el tamaño de la válvula y pueden usarse en vapor de alta presión y recalentado.
• Son buenas para purgar aire y no pueden ‘bloquearse por aire’. Desventajas de la trampa de vapor de impulso
• Las trampas de impulso no pueden dar un cierre hermético total y soplarán vapor en cargas muy ligeras.
• Se ven fácilmente afectadas por cualquier suciedad que entre en el cuerpo de la trampa debido al extremadamente pequeño espacio libre entre el pistón y el cilindro.
• Las trampas pueden pulsar en carga ligera causando ruido, golpe de ariete e incluso daños mecánicos a la propia válvula.
• No trabajarán contra una contrapresión que exceda el 40% de la presión de entrada.

Trampa de vapor de laberinto

Una forma simple de la trampa de laberinto se muestra en la Figura 11.4.5. Consiste en una serie de deflectores que pueden ajustarse mediante un volante. El condensado caliente que pasa entre el primer deflector y el cuerpo de la trampa está sujeto a una caída de presión y parte de él ‘flashea’ a vapor. El espacio alrededor del siguiente deflector debe hacer frente a un volumen aumentado de condensado caliente y previene la fuga de vapor vivo. Las placas deflectoras pueden moverse hacia adentro o hacia afuera usando el volante, lo que altera su posición relativa al cuerpo, efectivamente alterando el tamaño general del orificio. Ventajas de la trampa de vapor de laberinto

• Este tipo de trampa es comparativamente pequeña en relación con su capacidad y hay poco potencial de fallo mecánico ya que no hay piezas automáticas. Desventajas de la trampa de vapor de laberinto
• La trampa de laberinto debe ajustarse manualmente siempre que haya una variación significativa en la presión del vapor o la carga de condensado. Si el ajuste no es correcto para las condiciones predominantes, se producirá desperdicio de vapor o inundación del espacio de vapor (como una trampa de orificio fijo).

Trampas de orificio fijo

Estos son dispositivos que contienen un agujero de diámetro predeterminado para permitir que una cantidad calculada de condensado fluya bajo condiciones de presión específicas. En la práctica, las cargas de condensado y las presiones de vapor pueden variar considerablemente. Por ejemplo, las cargas de arranque y funcionamiento pueden diferir considerablemente junto con la presión de vapor que cambiará debido a las acciones de los controles de temperatura. Estas condiciones variables pueden resultar en que el orificio fijo retenga condensado en el proceso o pase vapor vivo, lo que puede afectar el rendimiento de la planta y comprometer la seguridad. Los orificios fijos a menudo se dimensionan sobre condiciones de funcionamiento, de modo que retienen suficiente condensado y no pasan vapor. Si es así, en el arranque, están subdimensionados en mayor medida y el espacio de vapor tiene una buena posibilidad de inundarse. La alternativa es dimensionarlos para no inundar durante el arranque. El agujero está entonces efectivamente sobredimensionado para condiciones de funcionamiento, y el dispositivo pasará vapor. El tamaño del agujero es generalmente un compromiso entre las dos condiciones, de modo que, en algunos puntos intermedios, el agujero está correctamente dimensionado. Corrosión y vida útil de la planta La inundación continua aumenta significativamente el riesgo de corrosión en el espacio de vapor. No es inusual encontrar que después de instalar trampas de orificio fijo, la vida útil de la planta se reduce por debajo de lo que cabría esperar con trampas de vapor adecuadas. Una trampa de vapor adecuada debe ser capaz de lograr la capacidad suficiente en todas las presiones y caudales presentes en la aplicación. Entonces puede pasar condensado caliente sin fugas de vapor bajo cualquier condición. Para lograr esto, el tamaño del agujero debe variar en la trampa. Debe ser lo suficientemente grande para satisfacer la peor condición, y luego tener algún medio para reducir el área de flujo efectiva del orificio cuando la capacidad se vuelve demasiado grande. Esto describe exactamente la operación de una trampa de vapor. Ventajas de una trampa de orificio fijo

• Puede usarse exitosamente cuando las presiones y cargas son constantes.
• No hay piezas móviles. Desventajas de una trampa de orificio fijo
• Si se dimensionan sobre la carga de funcionamiento, las trampas de orificio fijo se inundarán en el arranque, reduciendo el rendimiento de la planta durante este período, aumentando los tiempos de arranque y el riesgo de corrosión.
• Si se dimensionan sobre la carga de arranque, las trampas de orificio fijo desperdiciarán vapor cuando la planta esté funcionando, efectivamente aumentando los costes de funcionamiento.
• Las trampas de orificio fijo a menudo se bloquean con suciedad debido al pequeño tamaño del orificio.
• El coste de reemplazar un intercambiador de calor debido a la corrosión será mucho mayor que el coste de reemplazar la trampa de orificio fijo por una trampa de vapor. Nota: Las trampas de orificio fijo no se recomiendan para drenar condensado de cualquier aplicación susceptible a condiciones de carga variables.