trampas de vapor

11/10/2014

1

Doctor Mario Santizo

TRAMPAS DE VAPOR

Una trampa de vapor es una válvula automática que permite descargar elcondensado e impide el escape vapor. La eficiencia de cualquier equipo oinstalación que utilice vapor está en función directa de la capacidad de drenaje decondensado, por ello es fundamental que la purga de condensados se realiceautomáticamente y con el diseño correcto. Así mismo, las trampas de vapor han detener una buena capacidad de eliminación de aire.

Siendo las trampas de vapor la clave para optimizar el drenaje del condensado enlos sistemas de vapor, estas deben cumplir con las tres funciones básicas que semencionan a continuación:

1 Permitir el paso del condensado.2 Impedir el paso del vapor.3 Permitir el paso de gases no condensables. aire y CO2


Clasificación de las trampas de vapor

Tomando como base el principio de operación, las trampas de vapor seclasifican en tres tipos, los cuales son:

1. Termostática (opera por diferencia de temperatura)

2. Mecánica (opera por diferencia de densidades)

3. Termodinámica (opera por cambios de estado)

11/10/2014

2


Principio de funcionamiento de las trampas de vapor

Termostáticas. Este tipo de trampas se acciona automáticamente con elcambio de temperatura de tal forma que distingue entre condensado,gases condensables y condensado.

Fuelle.Expansión líquida.

Mecánicas. Este tipo de trampas se acciona automáticamente por elcambio de densidad, es decir diferencias entre la fase líquida y fasevapor.

Flotador y termostática.Cubeta invertida.

Termodinámicas. Obedecen al cambio de energía cinética por lo quetambién son detectoras de fase.

De disco.De pistón.


Selección de la trampa

Para la instalación de las trampas de vapor es necesario considerar lossiguientes factores:

Diámetro del orificio: De estos depende el tamaño de la trampa de vapor osea la capacidad de eliminación de condensado.Presión diferencial: La diferencia de presiones entre el sistema de vapor y lasalida de la trampa de vapor afecta la capacidad de la trampa de vapor.

Factor de seguridad: Es un factor que se aplica a la capacidad de la trampade vapor de acuerdo al equipo consumidor de vapor, para así asegurar laeliminación de este. En la tabla 6.3 se presenta el factor de seguridad. Elfactor de seguridad es indispensable aplicarlo a pesar de que cada equipoposee un rango de factores de seguridad el cual hay que elegir de acuerdo ala experiencia y a la sugerencia del fabricante.

11/10/2014

3


Tabla 6.3 Factor de seguridad

Equipo Factor de seguridad

Autoclave 3-4Evaporador 2-3 Marmita 3-5Serpentines de aire 3-4Intercambiador de carcasa y tubo de presión constante

4-6

Intercambiador de carcasa y tubo de presión modulada

2-4

Calentador de aire 2-4Manifold de vapor 2-4 Separadores 2-4Rastreadores de vapor 2-3


Tabla 6.4 Selección trampa de flote y termostato

Modelo FT-1 FT-2 FT-3 FT-4 Diámetro del orificio

plg 1

8

13

16

5

16

1

2

Diámetro conexión plg

3o 1

4

11

2 2

12

2

Presión diferencial

psig Capacidades mlb

h

2 300 500 1,400 5,400 5 400 800 2,000 7,200

10 525 1,100 2,700 9,000 20 700 1,375 3,500 12,500 30 775 1,575 4,200 14,000 40 850 1,740 4,550 15,000 50 950 1,975 5,200 16,500 60 1,000 2,000 5,600 17,000 75 1,080 2,200 6,200 19,800 100 1,190 2,475 7,100 23,000 125 1,275 2,725 8,000 25,500 150 2,950 27,000 175 3,200 28,500 200 30,000 250 33,000

11/10/2014

4


Tabla 6.5 Selección trampa de cubeta invertida

Modelo CI-1 CI-2 CI-3 CI-4 Diámetro del orificio

plg 1

8

13

16

5

16

1

2

Diámetro conexión plg

3o 1

4

11

2 2

12

2

Presión diferencial


h

5 450 830 1,600 2,900 10 560 950 1,900 3,500 15 640 1,060 2,100 3,900 20 680 880 1,800 3,500 25 460 950 1,900 3,800 30 500 1,000 2,050 4,000 40 550 770 1,700 3,800 50 580 840 1,900 4,100 60 635 900 2,000 4,400 70 660 950 2,200 3,800 80 690 800 1,650 4,000

100 640 860 1,800 3,600 125 680 950 2,000 3,900 150 570 810 1,500 3,500 200 860 1,600 3,200 250 760 1,300 3,500 300 510 1,400 3,700 400 590 1,120 3,100 450 1,200 3,200


Tabla 6.6 Selección trampa termodinámica de disco

Modelo TD-1 TD-2 TD-3 Diámetro conexión

plg 3 1

o8 2

3

4 1

Presión de vapor


h

10 250 370 500 25 310 450 610 50 390 570 780 75 450 680 910

100 500 780 1,050150 600 940 1,290 200 690 1,08 1,500 300 850 1,300 1,860 400 940 1,500 2,160 600 1,185 1,925 2,850

Descargando a presión atmosférica

11/10/2014

5


CASOUn condensador produce 5,000 lbm/h máximo de agua caliente a 160ºF a utilizarseel agua caliente se utiliza en un proceso de lavado y esterilización. El agua entra alcondensador a 70ºF. El flujo de agua no es constante. El vapor entra alcondensador saturado a 30 psig. El condensado se retorna como líquido saturado através de una tubería de 1 pulgada de diámetro a un tanque a 100 pies de distanciay 15 pies de altura y se mantiene aproximadamente a 5 psig. Calcular la pérdida depresión y la trampa adecuada.

Para intercambiadores de calor y servicios que están localizados cerca del niveldel mar y requieren de una carga variable del vapor, se utiliza la trampa deflotador y termostato en sustitución puede usarse una trampa de cubeta invertidaya que ambos tipos de trampa de vapor drena constantemente reaccionandorápidamente a cualquier demanda, ventea rápidamente el aire y otros gases nocondensables.

Carga de condensado:


2 1

m

m

Q m Cp T T

lb Btu Btu5,000 1 160ºF 70ºF 450,000

h lb ºF h

1 fgm

Estado1 de tabla agua saturada

BtuP 45psia H 929

lb

mcondensado

m

Btu450,000

lbhm 484.40

hBtu929

lb

Factor de seguridad para intercambiadores de calor de presión modulada de tabla6.3 el factor es de 3, es decir, la trampa de vapor deberá ser de la siguientecapacidad:

11/10/2014

6


m mcorregido

lb lbm 484.40 3 1,453.20

h h

De tabla 6.7 a 30 psig de presión de vapor y 5 psig de presión de retornode condensado, la caída de presión para una tubería de 1 pulgada dediámetro es de 2.04 psi por cada 100 pies a razón de 1,820 lbm/h de vapor.

Interpolando la caída de presión en la tubería de 1 pulgada con flujo menor1,453.20 lbm/h es de 2 psi por cada 100 pies a razón de 1,453.20 lbm/h.Regla del pulgar: 1 psi de presión eleva el condensado aproximadamente2 pies

elevación

1psiP 15 pie de altura 7.5 psi

2 pie


De acuerdo a los parámetros calculados, la trampa de flotador ytermostato según Tabla 6.4 es la FT-2 con una capacidad de 1,240 lbm/h ypresión diferencial de 15 psi y si la opción fuera la trampa de cubetainvertida, de acuerdo a tabla 6.5 la opción sería la CI-3 con una capacidadde 2,100 lbm/h y una presión diferencial de 15 psi.

TOTAL tubería elevación tanqueP P P P

2 psi 7.5 psi 5 psi 14.5 psi

Contrapresión total:

11/10/2014

7


RETORNO DE CONDENSADO

El retorno de condensado representa la operación final correspondiente a lautilización del vapor en cualquier sistema de vapor. Al utilizarse la energíatérmica del vapor, este se convierte en condensado el cual usualmente seretorna a una temperatura comprendida entre los 176ºF, a 207ºF,dependiendo de las características de la operación del sistema de vapor.

En los sistemas de vapor de baja presión el contenido de energía delcondensado representa aproximadamente el 10% de energía respecto a ladel vapor generado. En sistemas de vapor de alta presión el contenido deenergía en el condensado representa aproximadamente el 15% de energíarespecto a la del vapor generado. Al aprovechar el retorno de condensadodel vapor además del contenido térmico hay que tomar en cuenta que elcondensado es agua tratada, permitiendo que la recuperación delcondensado sea bastante valiosa.


Ventajas de retornar condensado

1. Aprovechamiento de la energía contenida en el condensado lo quepermite consumir menos combustible utilizando la misma cantidad devapor producido.

2. Disminución en el consumo de químicos correspondiente al tratamientoexterno e interno del agua fresca a caldera make up.

3. Disminución de la purga de la caldera ocasionada por la presencia deagua tratada, lo que permite un consumo aún menor del combustible parala misma cantidad de vapor producido.

11/10/2014

8



VAPORIZACION INSTANTÁNEA (“FLASHEO")

Para poder entender bien lo que sucede con el condensado en el sistemade retorno, es importante comprender el concepto de vaporizacióninstantánea. Esta sucede cuando agua o condensado caliente a presión sedescarga a una presión menor; parte del agua o condensado a la bajapresión se evapora, transformándose en lo que se llama vapor instantáneo.El porcentaje del condensado que se convierte en vapor instantáneo estadado por la tabla 6.8. Conociendo la cantidad de condensado de vapor, lapresión a la cual llega al tanque de condensados y la presión a la quedescarga el condensado, dependiendo si es un sistema de retorno decondensados abierto o cerrado, se puede conocer la energía desperdiciadaocasionada por la diferencia de presión.

11/10/2014

9


Tabla 6.8 Vapor flasheado

Conversión a vapor flasheado al descargar a un tanque a menor presión

presión

de vapor Presión en el tanque de descarga

(psig) 0 2 5 10 15 20 30 40 60 80 100

5 1.70 1.00 0.00

10 2.90 2.20 1.40 0.00

15 4.00 3.20 2.40 1.10 0.00

20 4.90 4.20 3.40 2.10 1.10 0.00

30 6.50 5.80 5.00 3.80 2.60 1.70 0.00

40 7.80 7.10 6.40 5.10 4.00 3.10 1.30 0.00

60 10.00 9.30 8.60 7.30 6.30 5.40 3.60 2.20 0.00

80 11.70 11.10 10.30 9.00 8.10 7.10 5.50 4.00 1.90 0.00

100 13.30 12.60 11.80 10.60 9.70 8.80 7.00 5.70 3.50 1.70 0.00

125 14.80 14.20 13.40 12.20 11.30 10.30 8.60 7.40 5.20 3.40 1.80

160 16.80 16.20 15.40 14.10 13.20 12.40 10.60 9.50 7.40 5.60 4.00

200 18.60 18.00 17.30 16.10 15.20 14.30 12.80 11.50 9.30 7.50 5.90

250 20.60 20.00 19.30 18.10 17.20 16.30 14.70 13.60 11.20 9.80 8.20

300 22.70 21.80 21.10 19.90 19.00 18.20 16.70 15.40 13.40 11.80 10.10

350 24.00 23.30 22.60 21.60 20.50 19.80 18.30 17.20 15.10 13.50 11.90

400 25.30 24.70 24.00 22.90 22.00 21.10 19.70 18.50 16.50 15.00 13.40


Sistemas de retorno de condensado

De acuerdo a las características del sistema de generación, distribución yconsumo de vapor, el condensado puede retornarse utilizando un sistemade retorno de condensado abierto, sistema de retorno de condensadocerrado y sistema de retorno de condensado de tanque de flasheo.

Sistema de retorno de condensado abierto

Este sistema de retorno de condensado descarga a un tanque derecolección abierto a la atmósfera. Este es el sistema más común ysencillo, el tanque de condensado abierto puede estar bajo tierra oelevado. Debido a la diferencia de presión entre la descarga de la trampa ydescarga del tanque de condensado se produce vapor flasheado. Si elvapor flasheado fuera excesivo significa que las trampas de vaporconectadas al sistema de retorno operan ineficientemente en posiciónabierta o cerrada. En este sistema de retorno de condensado abierto, latubería de condensado no debe aislarse, pues la energía que se conservadebido al aislamiento se pierde en la descarga del tanque abiertoocasionado por el flasheo del vapor.

11/10/2014

10


Sistema de retorno de condensado cerrado

Este sistema posee la ventaja que se recupera parte del vapor flasheadodependiendo de la presión del condensado. En este sistema es importantepresurizar el tanque a una presión tal que si algún equipo utiliza vapor a unamenor presión y su condensado se retorna al tanque, la presión del tanquede condensado no sea igual o mayor que la del condensado pues de ser asípuede formarse contra flujo. En este sistema debe aislarse la tubería decondensado

Sistema de retorno de condensado de tanque de flasheo

Este sistema opera con condensados a varias presiones y además el vaporinstantáneo o flasheado formado se recupera en el tanque de flasheo ypuede utilizarse indirectamente en un intercambiador de calor. En estesistema de retorno de condensado debe aislarse la tubería de retorno decondensado.

trampas de vapor

Engineering