Trampas de vapor termostáticas

Las trampas termostáticas operan en respuesta a la temperatura del vapor circundante. Se consideran aquí la operación y los beneficios de 3 tipos diferentes - trampas de expansión de líquido, bimetálicas y de presión equilibrada termostática. Cada una opera de manera diferente y es adecuada para tipos específicos de aplicación.

Trampa de vapor de expansión de líquido

Esta es una de las trampas termostáticas más simples y se muestra en la Figura 11.2.1. Un elemento lleno de aceite se expande cuando se calienta para cerrar la válvula contra el asiento. El ajuste permite que la temperatura de descarga de la trampa se altere entre 60°C y 100°C, lo que la hace idealmente adecuada como dispositivo para deshacerse de grandes cantidades de aire y condensado frío en el arranque. Como se discutió en el Módulo 2.2, la temperatura del vapor saturado varía con la presión.

La Figura 11.2.2 muestra la curva de saturación del vapor, junto con la línea de respuesta de temperatura fija (X - X) de la trampa de expansión de líquido, ajustada a 90°C.

Se puede ver en la Figura 11.2.2 que cuando la presión está en la presión P1, el condensado tendría que enfriarse solo una pequeña cantidad (ΔT1), y la purga sería aceptable. Sin embargo, si la presión aumenta a P2 entonces el condensado debe enfriarse más (ΔT2) para pasar a través de la trampa de vapor. Este enfriamiento solo puede ocurrir en la tubería entre el proceso y la trampa, y si la temperatura de descarga de la trampa permanece constante, el proceso se inundará.

Aplicación típica

Debido a su característica de descarga a temperatura fija, la trampa de expansión de líquido puede emplearse útilmente como ‘trampa de drenaje de parada’. Aquí, su salida debe siempre apuntar hacia arriba, como se ilustra en la Figura 11.2.3, para permitir la inmersión continua del elemento lleno de aceite. Dado que la trampa solo puede descargar entre 60°C - 100°C normalmente solo se abrirá durante el arranque. Puede instalarse junto a una trampa de drenaje de línea principal que normalmente se conectaría a una línea de retorno de condensado. Ventajas de la trampa de vapor de expansión de líquido:

• Las trampas de expansión de líquido pueden ajustarse para descargar a bajas temperaturas, proporcionando una excelente facilidad de ‘drenaje en frío’. • Al igual que la trampa de presión equilibrada, la trampa de expansión de líquido está completamente abierta cuando está fría, dando buena descarga de aire y máxima capacidad de condensado en cargas de ‘arranque’. • La trampa de expansión de líquido puede usarse como trampa de drenaje de arranque en líneas principales de vapor recalentado de baja presión donde se garantiza que una larga pierna de enfriamiento se inunde con condensado más frío. Es capaz de soportar vibraciones y condiciones de golpe de ariete.

Desventajas de la trampa de vapor de expansión de líquido:

• El tubo flexible del elemento puede ser destruido por condensado corrosivo o recalentamiento. • Dado que la trampa de expansión de líquido descarga condensado a una temperatura de 100°C o por debajo, nunca debe usarse en aplicaciones que exijan la eliminación inmediata de condensado del espacio de vapor. • Si la trampa va a estar sujeta a condiciones de congelación, la trampa y su tubería asociada deben estar bien aisladas. • La trampa de expansión de líquido normalmente no es una solución de purga por sí sola, ya que generalmente requiere otra trampa de vapor para operar en paralelo. Sin embargo, a menudo puede usarse donde la tasa de arranque no es una consideración importante, como al drenar serpentines de calentamiento de tanques pequeños.

Trampa de vapor de presión equilibrada

Una gran mejora sobre la trampa de expansión de líquido es la trampa de presión equilibrada, mostrada en la Figura 11.2.4. Su temperatura de operación se ve afectada por la presión del vapor circundante. El elemento de operación es una cápsula que contiene una mezcla especial de líquido y agua con un punto de ebullición inferior al del agua. En las condiciones frías que existen en el arranque, la cápsula está relajada. La válvula está fuera de su asiento y completamente abierta, permitiendo la eliminación sin restricciones del aire. Esta es una característica de todas las trampas de presión equilibrada y explica por qué son adecuadas para la purga de aire. A medida que el condensado pasa a través de la trampa de vapor de presión equilibrada, el calor se transfiere al líquido en la cápsula. El líquido se vaporiza antes de que el vapor llegue a la trampa. La presión de vapor dentro de la cápsula hace que se expanda y la válvula se ciere. La pérdida de calor de la trampa entonces enfría el agua que rodea la cápsula, el vapor se condensa y la cápsula se contrae, abriendo la válvula y liberando condensado hasta que el vapor se acerca de nuevo y el ciclo se repite (Figura 11.2.5).

El diferencial por debajo de la temperatura del vapor a la que opera la trampa está gobernado por la concentración de la mezcla de líquido en la cápsula. El elemento de ‘pared delgada’ da una respuesta rápida a los cambios de presión y temperatura. El resultado es la línea de respuesta como se ilustra en la Figura 11.2.6. Los primeros elementos de tipo fuelle de construcción no ferrosa eran susceptibles a daños por golpe de ariete. La introducción de elementos de acero inoxidable mejoró considerablemente la fiabilidad. La Figura 11.2.7 muestra una vista explosionada de un arreglo moderno de trampa de vapor de presión equilibrada que tiene una resistencia considerable a daños por golpe de ariete, recalentamiento y corrosión. Ventajas de la trampa de vapor de presión equilibrada:

• Pequeña, ligera y tiene una gran capacidad para su tamaño. • La válvula está completamente abierta en el arranque, permitiendo que el aire y otros gases no condensables se descarguen libremente y dando máxima eliminación de condensado cuando la carga es mayor. • Este tipo de trampa es improbable que se congele cuando trabaja en una posición expuesta (a menos que haya un ascenso en la tubería de condensado después de la trampa, lo que permitiría que el agua retroceda e inunde la trampa cuando el vapor esté apagado). • La trampa de presión equilibrada moderna se ajusta automáticamente a variaciones de presión de vapor hasta su presión máxima de operación. También tolerará hasta 70°C de recalentamiento. • El mantenimiento de la trampa es simple. La cápsula y el asiento de la válvula se retiran fácilmente, y los repuestos pueden instalarse en pocos minutos sin retirar la trampa de la línea. Desventajas de la trampa de vapor de presión equilibrada:

• Las trampas de vapor de presión equilibrada de estilo antiguo tenían fuelles que eran susceptibles a daños por golpe de ariete o condensado corrosivo. Las cápsulas de acero inoxidable soldadas, introducidas más recientemente, son más capaces de tolerar tales condiciones. • En común con todas las demás trampas termostáticas, el tipo de presión equilibrada no se abre hasta que la temperatura del condensado ha caído por debajo de la temperatura del vapor (la diferencia de temperatura exacta está determinada por el fluido usado para llenar el elemento). Esto es claramente una desventaja si la trampa de vapor se elige para una aplicación en la que no se puede tolerar la inundación del espacio de vapor, por ejemplo; drenaje de líneas principales, intercambiadores de calor, rastreo crítico.

Para un modelo específico de trampa de vapor de presión equilibrada, consulte la trampa de vapor de presión equilibrada en acero inoxidable MST21.

Trampa de vapor bimetálica

Como su nombre indica, las trampas de vapor bimetálicas se construyen usando dos tiras de metales diferentes soldadas juntas en un elemento. El elemento se desvía cuando se calienta. (Figura 11.2.8):