tpn°2 - valvulas y trampas de vapor

7/23/2019 TPN°2 - Valvulas y trampas de vapor

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UNIVERSIDAD TECNÓLOGICA NACIONAL

FACULTAD REGIONAL SANTA CRUZ

INSTALACIONES TÉRMICAS, MECÁNICAS Y FRIGORÍFICASTRABAJO PRÁCTICO N°2 – CUESTIONARIO

UNIDAD TEMÁTICA 3: VÁLVULAS Y TRAMPAS DE VAPOR

Trabajo práctico: Número 2

Práctica: Válvulas y trampas de vapor

Fecha: 01/12/15

Alumno: Orué, Jorge Luis

Docente: Ing. Hugo Sanchez

Observaciones……………………………………..……………………………………..……………………………………..……………………………………..………………………………… .…..………..……………………………..……………………………………..…………………… .……………………………………..……………………………………..………………………………………..……………………………………… .……………………………………..………..……………………………..…………………….………………………………… .



Instalaciones térmicas, mecánicas y frigoríficas – Trabajo Práctico N°2 – Válvulas y trampas de vapor Alumno: Orué, Jorge

Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional Santa Cruz Ingeniería Electromecánica1 / 10

TRABAJO PRÁCTICO N° 2

VÁLVULAS Y TRAMPAS DE VAPOR

Válvulas

Mencione 7 tipos diferentes de válvulas manuales

Las válvulas manuales o mecánicas que existen son:

- Válvula esclusa

- Válvula globo

- Válvula a diafragma

- Válvula esférica

- Válvula mariposa

- Válvula a aguja

- Válvula a tapón

Mencione 5 tipos diferentes de accionamiento de válvulas

Los tipos de accionamientos de válvulas:

- Accionamiento manual

- Accionamiento a resorte

- Accionamiento electromagnético

- Accionamiento neumático

- Accionamiento hidráulico

¿Cuándo se utiliza una válvula esclusa y una válvula globo?

Las válvulas esclusas se utilizan principalmente para dar paso o de cierre a un fluido, es decir,

trabajan ya sea totalmente abiertas ó totalmente cerradas. En éstas cuando se las tiene totalmenteabiertas se tiene poca pérdida de carga (se comportan como un tramo más de caño), y en el casode que de estar en un punto medio, la pérdida ya es importante e introduciendo vibraciones alsistema, dada su oposición al flujo del fluido transportado; por ende no sirven como reguladoras decaudal.

Las válvulas globo, son conocidas como reguladoras de caudal, dado que pueden operar conapertura total o parcial, teniendo en ellas una pérdida de carga prácticamente constante(comprendida entre límites pequeños) dentro de toda la gama de abertura de la misma. Para suselección se tienen en cuenta criterios como: el tipo de fluido, la presión, temperatura y caudal detrabajo, los aspectos economía y la seguridad que la misma brinda para evitar accidentes.

En la figura 1 se presentan esquemas de las válvulas expuestas.





Figura 1 – Representación esquemática de las válvulas – Izquierda: esclusa – Derecha: globo

¿Qué es el CV de una válvula?El CV de una válvula se corresponde con la cantidad de galones por minutos de agua atemperatura ambiente que puede pasar por la misma cuando se encuentra totalmente abierta,contemplando una pérdida de carga de 1 libra / pulg2.

¿Cuándo se utiliza una válvula esférica y cuándo una válvula aguja?

Las válvulas del tipo esféricas como la que se aprecia en la figura 2, permiten el paso del fluido enforma directa presentando una baja pérdida de carga cuando se encuentra totalmente abierta. Lasmismas se construyen según el tipo de fluido que ha de atravesarla según su presión ytemperatura, siendo muy utilizadas en aplicaciones para altas presiones y vacío, tanto para gasescomo líquidos, permitiendo el paso del fluido en ambos sentidos.

Figura 2 – Izquierda: Gráfico de una válvula esférica – Derecha: Representación esquemática

Por otro lado, en la figura 3 se aprecia una válvula aguja, que pertenece al grupo de las válvulasglobo. Ésta se compone de dos partes principales, el cuerpo y el mecanismo; tiene la función de

regular caudales relativamente pequeños y de altas presiones, siendo utilizadas especialmente encircuitos hidráulicos donde el caudal del fluido tiene estas características.





Figura 3 – Válvula aguja

¿Qué significa una válvula serie ANSI 150?

Que una válvula pertenezca a la serie ANSI 150 indica que sus bridas normalmente están hechas a

partir de forja con las caras mecanizadas. Para el American National Standards Institute, clase 150hace referencia a un sistema de normas dimensionales para el cuello de soldadura, roscado,antideslizante, junta de solapa, y para soldar de bridas ciegas. Las medidas para los tornillos ymontantes frontales también se incluyen en estas normalizaciones.

Esta norma clasifica según la presión (relación a partir de la cual se puede obtener una curvasegún la resistencia al efecto conjunto presión-temperatura). Las clases de presión se expresan enlibras por pulgada cuadrada, abreviado como psi. Las clases de presión más usuales son: 150,300, 600, 900, 1500 y 2500.

Cuanto mayor es la clase de presión de las bridas de una red de tuberías, mayor resistenciapresentará dicha red al efecto conjunto de la presión y la temperatura.

Trampas de vapor

Mencione 7 tipos diferentes de trampas de vapor

Las trampas de vapor se clasifican en tres grupos teniendo en cuenta su principio defuncionamiento: las del Grupo 1 por diferencia de densidades al cual pertenecen las trampasdenominadas mecánicas, las del Grupo 2 por diferencia de temperatura correspondiente a lastrampas termostáticas y las del Grupo 3 por el principio de cambio de fase al que le conciernen lastrampas termodinámicas.





Tabla 1 – Clasificación de las trampas de vapor

Haga un esquema de una trampa termodinámica y explique su funcionamiento

Este tipo de trampas se componen de tres piezas:- El cuerpo, que es la parte maciza de acero inoxidable de pequeñas dimensiones y gran

robustez capaz de soportar grandes presiones de trabajo.- La tapa, también de acero inoxidable- El disco, es un elemento simple realizado mediante un buen proceso de maquinado, al igual

que su asiento. Posee un tratamiento térmico que le permite soportar todo el trabajo y unasuperficie muy bien lapidada para evitar pérdida entre la unión de ambos. El asientocorrespondiente consta de dos anillos circulares con un orificio central que conecta elprimario y una corona hueca que posee tres orificios equidistantes que están conectados ala salida. En la tapa existe un tope en su parte central e interna para que el disco tenga allíel límite de su carrera ascendente.

En la figura 4 se esquematizan estas partes principales y se detallan otros aspectos. Se tiene uncuerpo A, una tapa B y un disco C, este disco es la única pieza móvil de la trampa. En la partesuperior del cuerpo se mecaniza una hendidura anular con unos resaltes indicados con D y E en lafigura, los cuales constituyen el asiento del disco. Cuando el disco se posiciona sobre el asiento, laentrada F queda aislada de la salida G. En el arranque el aire y el condensado frio alcanzan latrampa y pasan a través de la misma, pero cuando empieza a pasar vapor el disco “H” bajaimpidiendo el paso del vapor.

Figura 4 – Trampa termodinámica de vapor – Trampa de disco





En la figura 5 se presenta esquemáticamente el principio de funcionamiento de este tipo detrampas, donde la presión del condensado es la que hace que el disco se levante de su asiento.Entonces el flujo es radial debajo del disco, hacia las salidas. La descarga prosigue hasta que elcondensado se acerca a la temperatura del vapor (1). La alta velocidad del vapor flash pasandobajo el disco, reduce la presión en esa área, y al mismo tiempo presuriza la cámara de control,empujando al disco contra su asiento, asegurando un cierre perfecto sin pérdida de vapor (2). Lapresión del vapor en la cámara de control, actuando sobre toda la superficie del disco, lo mantienecerrado contra la presión de entrada que actúa sobre un área menor (3). Por transferenciastérmicas a través del cuerpo y tapa, el vapor alojado en la cámara de control condensa,disminuyendo la presión sobre el disco. Este es levantado por la presión de entrada descargandoel condensado y reiniciando el ciclo (4).

Figura 5 – Funcionamiento de la Trampa termodinámica de vapor de disco





Gráfico para determinar la capacidad de descarga de condensado de una trampa termodinámica

En la figura 6 se presenta el gráfico de descarga de condensado en kg/h ligado a la presióndiferencial que se tiene en kg/cm2 y a las dimensiones de la trampa. Cuanto más grande la trampay la presión de trabajo, la cantidad descargada de vapor aumenta; contrariamente a una mismapresión de trabajo, pero con dimensiones menores la capacidad de descarga disminuye.

Figura 6 – Gráfico para determinar la descarga del condensado de una trampa de vapor

Mencione ventajas y desventajas de una trampa termodinámica

Como ventajas de trampas tipo termodinámico se puede mencionar que:

- Descarga de condensado a la temperatura del vapor saturado

- Totalmente de acero inoxidable

- Partes activas endurecidas

- Tres piezas, solamente una móvil

- No tiene juntas

- Robusta, no es afectada por golpes de ariete, sobrecalentamiento, vibración ni condensado

corrosivo





- Responde instantáneamente y funciona con la mayor eficiencia en sus rangos de presión

- Apta para ser usada con vapor recalentado hasta 430°C y presiones desde 0,250 a 42Kg/cm2

- Admite una contrapresión de hasta el 80% de la presión de entrada

- Compacta, liviana y de muy reducido tamaño

Como desventajas de estas trampas se puede mencionar que no trabajan correctamente con lapresión de entrada baja o presión de descarga elevada. En ambos casos, la velocidad a través dela parte inferior del disco será escasa e insuficiente, no provocará suficiente depresión.

¿Cómo funcionan las trampas del grupo termostático?

Este tipo de trampas aprovechan la diferencia de temperatura que existe entre el condensado quedeben desalojar y el vapor vivo, hasta con diferencias de presiones pequeñas entre ambos puntos.

En la figura 7, se muestra una trampa para vapor termostática de presión balanceada. El elemento A está fabricado a partir de un tubo de metal corrugado que puede expandirse y contraerse. Unaválvula B, en la parte baja de este elemento, se ajusta contra el asiento C si aquel se expande.

Figura 7 – Trampa de vapor termostática – Presión balanceada

Mencione ventajas y desventajas de una trampa termostática

Teniendo en cuenta una trampa de presión balanceada las ventajas de éste tipo particular se danen que son pequeñas y ligeras, que la válvula está totalmente abierta en el arranque permitiendo ladescarga de aire libremente y que no es afectada por temperatura baja del medio exteriordemasiadas.

Entre las desventajas de las trampas de presión balanceada se tiene que el elemento extensiblepuede dañarse por golpes de ariete o por condensado corrosivo, siendo así que la mayoría deéstas no pueden ser usadas con vapor sobrecalentado.

Mencione 5 factores a tener en cuenta para seleccionar una trampa

La eficiencia de cualquier equipo calentado con vapor está íntimamente ligado a un drenaje decondensado eficiente. En un momento en que los costos de combustible son importantes, es

esencial obtener las máximas prestaciones de la planta con el mínimo consumo de combustible.





No se puede tolerar una instalación donde la purga del condensado este mal diseñada, y tampocoexiste una trampa universal que funcione en todas las aplicaciones y situaciones posibles.

Es por ello que al pensar en la trampa de vapor más adecuada se consideran requisitos a cubrirpor éstas, tales como:

- Remover el condensado generado en el proceso de calentamiento

- Impedir la pérdida de vapor

- En algunos casos, eliminar aire e incondensables

- Mejorar la eficiencia térmica

- Dar confiabilidad al sistema

Con esto se puede seleccionar una trampa de vapor teniendo en cuenta principalmente dospuntos:

- ¿Cuál es la aplicación donde se instalará?

Debe considerarse la trampa más adecuada dependiendo como es el proceso donde estatrabajará o se instalará recordando que las trampas mecánicas apuntan a procesos decontrol de temperatura, que las termodinámicas se destinan a tracing crítico y drenaje delíneas; y que las termostáticas se aplican a la eliminación de aire, tracing no crítico y enaplicaciones que admitan anegamiento y pueda aprovecharse el calor sensible.

- ¿Cuáles son las condiciones de operación?

Se consideran para el proceso de selección de la trampa más adecuada parámetros como:

Presión de entrada a la trampa

Presión de salida de la trampa Diferencial de presión de la trampa

Capacidad de descarga

Factor de Seguridad

De todo lo anterior se puede indicar que una trampa de vapor se seleccionará según los criteriosque se indican al pie de este párrafo, los que asegurarán que el proceso responderá a lasnecesidades para la cual ha sido diseñado.

- Aplicación

- Presión de vapor del sistema

- Contrapresión

- Temperatura

- Presión diferencial (siempre debe ser positiva o requerirá un sistema mas complejo)

- Carga máxima

- Carga mínima

- Factor de seguridad

- Elevación después de la trampa





- Control de temperatura

- Tipo de equipo

- Materiales y conexiones

- Retorno de condensado

- Vibración

- Venteo de aire

Haga el esquema de una trampa de balde normal o derecho y explique su funcionamiento

Este tipo de trampas mecánicas trabajan con el principio de diferencia entre la densidad del vapor yla del condensado.

El vapor junto con el condensado ingresa por la boca de entrada albergándose en el fondo delcuerpo (1) hasta llegar a hacer flotar al balde (2), tal como se aprecia en la figura 8. El balde esflotante y tiene solidario a él un vástago central porta obturador (5) que cierra la única salida libre(punto 4 o E de la figura) que posee la trampa cuando el obturador ingresa en el asientopropiamente dicho.

Figura 8 – Trampa de vapor mecánica de balde normal o derecho

Al seguir entrando más condensado de vapor del circuito, aumenta el nivel dentro del cuerpo hastaque físicamente aumenta tanto que el condensado comienza ingresar dentro del balde. El baldepermanece atascado por el vástago central haciendo presión en el obturador. El condensado sigueingresando hasta inundar el balde, lo que hace que este en un punto éste se precipite al fondo delcuerpo de la trampa, lo que dejará libre el agujero de salida, dado que el obturador lo libera.

Debido a la presión que se genera en dicha instancia en la trampa (presión del vapor) elcondensado escapará por el conducto central hacia el exterior la cantidad suficiente como para queel balde pueda flotar nuevamente, punto en el que se vuelve a cerrar la salida para cumplir otrociclo.

Se aclara que debe haber un sello de agua permanente como para que el balde flote, casocontrario esta trampa trabajará mal. En el fondo del balde existe un taco en el cual se puede posar





el vaso sin llegar a tocar el fondo en toda su superficie. Este tipo de trampa lleva una trampaauxiliar termostática (3) a fin de dar lugar a que fluyan los gases fríos o aire que se encuentrandentro de la cañería.

Gráfico para determinar la capacidad de descarga de condensado de una trampa de balde normal

En la figura 9 se aprecia la capacidad de descarga de la trampa la cual es directamenteproporcional al diferencial de presión dentro de su rango de capacidad.

Figura 9 – Trampa de vapor mecánica de balde normal o derecho

Mencione ventajas y desventajas una trampa de balde normal

Este tipo de trampas posee gran resistencia a los golpes de ariete debido a su gran robustez ypocos mecanismos que la componen.

Como limitaciones o desventajas se puede decir que dado que su cuerpo principalmente es degran dimensión son difíciles de instalar y su peso es considerable, deben estar protegidas contra lacongelación y son de acción intermitente, lo que se traduce en posibles retardos para laeliminación del condensado.

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