5.2 Trampas de vapor Una trampa de vapor es una válvula automática cuya misión es descargar condensado sin permitir que escape vapor vivo. La eficiencia e ficiencia de cualquier equipo o instalación que utilice vapor está en función directa de la capacidad de drenaje de condensado; por ello, es fundamental que la purga de condensados se realice automáticamente y con el diseño correcto. Siendo las trampas de vapor la llave para optimizar el drenaje del condensado en los sistemas de vapor, éstas deben cumplir con tres funcione s básicas:
•
Drenar los condensados, manteniendo las condiciones de presión y temperatura del vapor requeridos en los procesos.
•
Eliminar el aire y otros gases no condensables, pues el aire y los gases disminuyen el coeficiente de transferencia de calor. Se debe tener en cuenta que la presencia de oxígeno y bióxido de carbono son corrosivas en presencia de condensado.
•
Evitar pérdidas de vapor de alto contenido energético, así como agua del sistema.
Tomando como base su principio de operación, las trampas de vapor se clasifican en tres tipos básicos: 1. Mecánica, cuya operación se basa en la diferencia de densidades del vapor y del condensado.
2. Termostática, que opera por diferencia de temperatura entre el vapor y el condensado. 3. Termodinámica, basada en el cambio de estado que sufre el condensado. 1. Trampas mecánicas
Flotador La de flotador es una trampa donde la válvula y el asiento están normalmente inundados, por lo que no se pierde vapor a través de aquélla. aqu élla. Sin S in embargo, la trampa es relativamente grande y pierde calor suficiente por radiación. Cuando el condensado entra a la trampa a través de “A” el nivel de agua aumenta y el flotador “B” es levantado de su punto de reposo, “C”. Esto permite al condensado pasar libremente a través del orificio de la válvula válvula “D”. Si el flujo de condensado disminuye, también lo hace el nivel de agua en la trampa y el flotador empieza a tapar la salida “D”. Cuando se ha descargado todo el condensado, el flotador cierra completamente el orificio, evitando cualquier pérdida de vapor. La acción del flotador permite una descarga continua en función de la cantidad de condensado que llega a la trampa.
2. Termostática, que opera por diferencia de temperatura entre el vapor y el condensado. 3. Termodinámica, basada en el cambio de estado que sufre el condensado. 1. Trampas mecánicas
Flotador La de flotador es una trampa donde la válvula y el asiento están normalmente inundados, por lo que no se pierde vapor a través de aquélla. aqu élla. Sin S in embargo, la trampa es relativamente grande y pierde calor suficiente por radiación. Cuando el condensado entra a la trampa a través de “A” el nivel de agua aumenta y el flotador “B” es levantado de su punto de reposo, “C”. Esto permite al condensado pasar libremente a través del orificio de la válvula válvula “D”. Si el flujo de condensado disminuye, también lo hace el nivel de agua en la trampa y el flotador empieza a tapar la salida “D”. Cuando se ha descargado todo el condensado, el flotador cierra completamente el orificio, evitando cualquier pérdida de vapor. La acción del flotador permite una descarga continua en función de la cantidad de condensado que llega a la trampa.
Figura 1.Flotador
Ventajas del Tipo de Flotador Libre
La trampa para vapor de flotador libre necesita poco mantenimiento puesto que son pocas las partes que pueden dañarse.
Desventajas del Tipo de Flotador Libre. La figura muestra que la salida “D” está más abajo que la entrada “A”. Esto proporciona un proporciona un sellador con agua que impide la salida de vapor. Este sello tiene un efecto negativo puesto que impide la salida de aire del sistema a través de la válvula principal. Por esta razón, se debe instalar una válvula manual para la purga de aire, “E”. “E”. Otra desventaja es que puede ser difícil obtener un buen asiento con el flotador, de tamaño notable, en el pequeño orificio de salida.
Principales características:
•
Excelente para trabajar en procesos con presión modulante
•
La descarga del condensado es continua
•
No hay fugas de vapor vivo en operación normal
•
El tiempo de vida útil es alto con una adecuada instalación
•
La suciedad puede obstruir la descarga de condensado de la trampa
•
•
No resiste los golpes de ariete Absorbe amplias variaciones en el flujo de condensado.
F lotador lotador y Palanca Palanca El condensado entra en el cuerpo cuerpo de la trampa a través de la entrada “A” y el flotador “B” sube a medida que aumenta el nivel de agua. La palanca “C” une el flotador a la válvula de salida “D”, la cual abre gradualmente a medida que el flotador sube.
Figura 2.Flotador y Palanca
La posición de la válvula varía de acuerdo con el nivel del agua en el cuerpo de la trampa, dando una descarga continua de condensado para cualquier caudal que no sea superior a la capacidad máxima de la trampa. Si la carga de condensado disminuye y el vapor llega a la trampa, el flotador bajará hasta su posición inferior. La válvula se apoya firmemente en su asiento impidiendo la salida de vapor. El mayor inconveniente de estas trampas tal como lo hemos estudiado hasta ahora, es que el aire no puede salir a través de la válvula principal en el arranque. A menos que se instale algún medio para eliminar este aire. El condensado no podrá llegar a la trampa y esta se bloqueará. A veces se instala una válvula manual “E” en la parte superior de la trampa pero esta solución tiene la desventaja de que requiere operación manual cada vez que deja de llegar vapor a la trampa.
Una mejor solución es la que se muestra en la figura. El mecanismo del flotador es el mismo que en el ejemplo anterior, pero la válvula manual ha sido reemplazada por un elemento automático, “E”, de eliminación de aire. De hecho se trata de un elemento termostático del tipo de los ya comentados anteriormente. La válvula “F” está totalmente abierta cuando la trampa esta fría con lo que el aire descarga perfectamente en el arranque. Tan pronto como el vapor llega a la trampa el elemento “E” se expande y empuja la válvula “F” contra su asiento “G” con lo cual el vapor no puede escapar. Si durante la operación entra aire en la trampa, quedará acumulado en la parte superior. Su efecto de enfriamiento provocará que el elemento termostático se contraiga, permitiendo la descarga de aire.
Figura 3. Otro tipo de Flotador y Palanca
Aunque la llegada de condensado sea muy importante, el agua nunca puede llegar a descargar a través del elemento termostático. Si esto ocurre, significa que la trampa está mal dimensionada para el caudal de condensado a eliminar. Algunas trampas del tipo de flotador incorporan una válvula de salida directa de vapor en lugar del elemento termostático eliminador de aire. Se trata simplemente de una válvula de aguja que actúa como by pass de la válvula principal y permite la salida de vapor que podría bloquear la trampa impidiendo la llegada de condensado. El problema de bloqueo por vapor se estudiará más adelante con más detalle.
Ventajas del tipo de Flotador y Palanca.
Este tipo proporciona una descarga continua de condensado a la temperatura del vapor. Ello hace que sea el más indicado para aplicaciones en las que la transferencia de calor es
importante en relación con el área de calentamiento disponible. Puede descargar cantidades importantes o pequeñas de condensado con la misma efectividad y no se ve afectado por súbitas e importantes fluctuaciones de la presión. Cuando lleva elemento termostático incorporado, descarga aire libremente. Las trampas de flotador que incorporan el sistema de antibloqueo mediante válvulas de aguja son el único modelo utilizable cuando este fenómeno sea susceptible de aparecer.
Desventajas del Tipo de Flotador y Palanca
El flotador se pude dañar por golpes de ariete. Este tipo de trampas puede ser dañado por heladas y su cuerpo debe ser aislado si está a la intemperie en lugares con temperaturas por debajo de cero. Una desventaja común a todos los tipos de trampas mecánicas es que el tamaño del orificio de descarga es función de la fuerza del flotador y de la presión del vapor, que opone. La fuerza proporcionada por el flotador es constante, con lo cual si la presión del vapor aumenta, el tamaño permitido para el orificio de descarga disminuye (la fuerza hacia arriba del flotador es contrarrestada por la fuerza hacia abajo que es igual al producto de la presión del vapor por la superficie del orificio de salida). En la práctica, las trampas mecánicas tienen diferentes tamaños de asiento de válvula para cada gama de presiones. Por ejemplo, un modelo típico de trampa de flotador y palanca tiene diferentes asientos de válvula para presiones hasta 4.5 bar, hasta 10 bar, hasta 14 bar, y así sucesivamente.
Bal de Abi erto (o Cubeta Abierta)
Un balde abierto por su parte superior puede sustituir a la boya para actuar sobre la válvula. Este balde flotará en el condensado cuando esté vacío, pero caerá por su propio peso cuando se llene de condensado. Una trampa de este tipo es la de la figura. Unida al fondo del balde “A” va una varilla “B” a la que se sujeta la válvula “C”. Varilla y válvula están en el interior de un tubo “D” abierto por su parte inferior. En la parte superior de este tubo va el asiento de la válvula “E”. Cuando el condensado entra por “F” en primer lugar llena el cuero de la trampa por el exterior del balde. Este flota y la válvula se apoya en su asiento. Si sigue entrando condensado en la trampa, empieza a llenar el balde, cuando está suficientemente lleno, el peso interior provoca que el balde baje hasta el fondo de la trampa abriendo la válvula. La presión de vapor empuja el agua a través del tubo central hasta que el balde pueda volver a flotar. Se repite el ciclo. De la descripción del funcionamiento se deduce que las trampas de este tipo tienen descarga intermitente.
Figura 4. Balde Abierto (o Cubeta Abierta)
Ventajas del Tipo de Balde Abierto.
Las trampas de balde abierto en general son robustas y se pueden utilizar para altas presiones y vapor sobrecalentado. Soportan los golpes de ariete y los condensados corrosivos y tienen un mecanismo tan simple que es difícil que se dañe.
Desventajas del Tipo de Balde Abierto. Puesto que el peso del balde determina el área de la válvula para una presión dada, implica que sólo se puede descargar condensado en una gama de presión determinada.
Esta limitación mecánica provoca que este tipo de trampa tienda a ser grande y pesada en relación con su capacidad de descarga. Esta razón hace que sea poco usada. No incorpora ningún mecanismo de desaireación por lo que únicamente se puede realizar mediante una válvula manual o un elemento termostático. Se puede practicar un pequeño agujero en la parte alta del tubo de descarga para que el aire pueda salir libremente, pero si la cantidad de aire a descargar es importante se recomienda un sistema complementario. Este tipo de trampas se puede dañar por heladas y el cuerpo deteriorarse si queda lleno y a la intemperie.
Balde I nverti do (o Cubeta I nver tida) En este tipo, la fuerza de operación la proporciona el vapor que entra en el balde haciéndolo flotar en el condensado que llena la trampa. Cuando falta vapor en la planta, el balde “A” está en la parte inferior de la trampa y la válvula “B” está totalmente abierta. El aire descarga a través de un pequeño orificio “C” en la parte superior del balde. El condensado
entra en la trampa por “E” y el nivel de agua aumenta tanto en el interior como el exterior del balde. Este permanece en la parte inferior con lo que el agua puede pasar a través de la válvula abierta “B”. Cuando el vapor llega a la trampa, entra en el balde y lo hace flotar, cerrando la válvula “B” mediante un sistema de palanca. El vapor contenido en el balde escapa lentamente por el orificio “C” y al mismo tiempo va condensando. Si sigue llegando vapor, la trampa permanece cerrada, pero si llega más condensado llega un momento en que el balde ya no puede flotar, vuelve a su posición inferior, la válvula abre y el condensado sale. También este tipo realiza una acción de descarga intermitente.
Figura 5. Balde Invertido (o Cubeta Invertida)
Ventajas del Tipo de Balde Invertido La trampa de balde invertido se puede fabricar para que resista altas presiones y es utilizable con vapor sobrecalentado si se coloca una retención en la entrada. Resiste
razonablemente condiciones de golpes de ariete y por su constitución mecánica es difícil que se dañe. Desventajas del Tipo de Balde Invertido El pequeño tamaño del agujero practicado en la parte superior del balde implica que se elimine el aire muy lentamente. Tampoco se puede hacer un orificio excesivamente grande porque se perdería demasiado vapor durante la operación normal. Siempre debe quedar agua suficiente en la trampa para que actúe de sello alrededor de la parte inferior del balde. Si la trampa pierde este sello de agua, el vapor saldrá directamente al exterior a través de la válvula.
Principales características •
Excelente para trabajar en procesos con presión constante o casi-constante
•
La descarga del condensado es intermitente
•
No hay fugas de vapor vivo en operación normal
•
El tiempo de vida útil de la trampa es alto
•
Cuando existe contra-presión en la línea de retorno, disminuye su capacidad de descarga de condensado
•
La suciedad se acumula en el fondo de la trampa y puede ser descargada en la apertura
•
Es muy resistente a los golpes de ariete
•
Absorbe pequeñas variaciones en el flujo de condensado.
2. Trampas Termodinámicas
En la figura se representa un modelo típico que consiste en un cuerpo “A” una tapa “B” y un disco libre “C”. Este disco es la única pieza móvil de la trampa. En la parte superior del cuerpo se mecaniza una hendidura anular con unos resaltes interior “D” y exterior “E” que constituyen el asiento del disco. Las caras del asiento y el disco se mecanizan planas con el fin de que éste asiente sobre el anillo interior y el exterior al mismo tiempo. Por esta acción la entrada “F” queda aislada de la salida “G” lo cual es esencial si se quiere lograr un cierre perfecto. En el arranque el aire y el condensado frío alcanzan la trampa y pasan a través del orificio de entrada “F”. El disco “C” es empujado hacia arriba hasta que se apoya en el resalte “H” de la tapa. El aire y el condensado fluyen radialmente hacia el exterior a través del espacio comprendido entre los anillos de asiento “D” y “E” y descargan por elorificio “G”.
Figura 6. Trampas Termodinámicas forma 1
Figura 7. Trampas Termodinámicas forma 2
Figura 8. Trampas Termodinámicas forma 3
La temperatura del condensado aumenta de una forma gradual y al descargar libremente se forma cierta cantidad de revaporizado. La mezcla resultante fluye por la parte inferior del disco y puesto que el vapor tiene un volumen muy superior al del peso correspondiente de condensado, la velocidad de salida aumenta a medida que la temperatura del condensado aumenta. Para comprender lo que sucede, a continuación hay que recordar el teorema de
Bernouilli. Establece que en un fluido en movimiento la presión total es la misma en todos los puntos. Esta presión total es la suma de la presión estática y de la presión dinámica.
La estática es la que se puede medir con un manómetro, mientras que la dinámica es la que sería producida por las partículas de fluido si de golpe se les parase mediante un obstáculo. La presión dinámica aumenta cuando lo hace la velocidad de las partículas. Si aplicamos este teorema a la trampa termodinámica nos daremos cuenta de que la presión dinámica del revaporizado y condensado que fluyen debajo del disco aumenta a medida que su velocidad aumenta. Puesto que la presión total debe permanecer constante, la presión estática disminuye al aumenta la dinámica. Como resultado el disco empieza a descender y se acerca a los anillos asiento. Al bajar, el revaporizado puede pasar entre el disco y la tapa de la trampa y entra en la cámara de control, como se muestra en la figura. Este revaporizado ejerce una presión estática sobre la totalidad de la superficie del disco. Cuando esta presión es suficiente para vencer la del fluido a la entrada que actúa sólo en la parte central del disco, éste cae definitivamente y se apoya en los anillos asiento tal como se ve en la figura, evitando cualquier flujo a través de la trampa. El disco permanece firmemente apretado contra su asiento hasta que se condensa el revaporizado de la cámara de control debido a la transferencia de calor a la atmósfera y al cuerpo de la trampa. Con esto disminuye la presión que actúa en la parte superior del disco permitiendo que sea empujado de nuevo por la presión de entrada. Si no hay condensado que descargar, una pequeña cantidad de vapor vivo entrará en la cámara de control y volverá a cerrar el disco muy rápidamente. En la práctica esto no sucede porque el tiempo que transcurre hasta que la presión en la cámara de control baja lo suficiente para permitir la reapertura es bastante largo y el condensado llega holgadamente a la parte inferior del disco.
Ventajas del Tipo Termodinámico
Las trampas termodinámicas operan dentro de su margen de presiones sin ajuste o cambio del tamaño de válvula. Son compactadas, simples, ligeras y tienen una gran capacidad de descarga de condensado en comparación con su tamaño. Este tipo de trampa puede ser utilizado con presiones elevadas y vapor sobrecalentado y no lo averían los golpes de ariete o las vibraciones.
Al estar construidas en acero inoxidable presentan un alto grado de resistencia a los condensados corrosivos. No se averían por las heladas y en ningún caso se congelarán si se instalan en un plano vertical y descargando libremente a la atmósfera. Sin embargo, la operación en esta posición implica un desgaste del contorno del disco. Puesto que la única parte móvil es el disco, se puede efectuar fácilmente el mantenimiento sin sacar la trampa de la línea. El disco evita el retorno de condensado, con lo que no se necesita válvula de retención.
3. Trampas Termostáticas
Presión B alan ceada El elemento termostático “A” está fabricado a partir de un tubo de metal corrugado que puede expandirse y contraerse. Una válvula, “B”, en la parte baja de este elemento se ajusta contra el asiento “C”, si aquel se expande. La parte superior de este elemento está fija, con la cual todas las expansiones o contracciones significan movimiento en la parte libre “B”.
El elemento va lleno de una mezcla de alcohol que tiene un punto de ebullición más bajo que el del agua. Cuando se abre vapor al sistema, el aire es expulsado a través de la válvula abierta “B”. El condensado frío seguirá al aire y será descargado por el mismo lugar. A medida que el condensado se va calentando, habrá transferencia de calor a la mezcla alcohólica que llena el elemento. Antes de que el condensado alcance la temperatura del vapor, la mezcla alcanzará su punto de ebullición.
Tan pronto como empieza a hervir, se produce vapor de alcohol, que hace aumentar la presión interna del elemento. Esta presión es superior a la que hay en el cuerpo de la trampa con lo cual el elemento se expande, apoyando la válvula “B” en su asiento “C”. La trampa ha cerrado, con lo cual el vapor que sigue al condensado no puede escapar. Cuando el condensado que llena el cuerpo se enfría, también enfría a la mezcla alcohólica del interior del elemento haciendo que se condense. Con ello, disminuye la presión que mantiene la válvula cerrada, el elemento se contrae y la válvula abre. El condensado es descargado y se puede reiniciar el ciclo. La presión de vapor no afecta la operación de la trampa. Lo que actúa es la diferencia entre la presión interior y la exterior del elemento la cual es función de la diferencia de temperatura entre el vapor y el condensado. Como ya sabemos la temperatura del vapor aumenta con la presión, con lo cual la trampa de presión balanceada se ajusta automáticamente a cualquier variación de presión. Cuanto mayor es la presión de vapor, mayor es la presión en el elemento que provoca el cierre de la trampa. Sólo es necesario un asiento para cualquier presión dentro de los límites de trabajo de una trampa de este tipo.
Figura 9. Trampas Termostáticas
Ventajas del Tipo de Presión Balanceada.
Las trampas termostáticas de presión balanceada son pequeñas, ligeras y tienen una gran capacidad en comparación con su tamaño.
La válvula está totalmente abierta en el arranque, permitiendo la descarga de aire libremente y proporcionando la máxima salida de condensado cuando es más necesario. Este tipo de trampa no es afectado por las heladas a menos que haya una elevación posterior del condensado que pueda inundar la trampa cuando no haya vapor. La trampa termostática de presión balanceada se autoajusta automáticamente a variaciones en la presión del vapor dentro de su rango de trabajo. Su mantenimiento es fácil. El
elemento y el asiento se pueden reemplazar y reponer en pocos minutos sin sacar la trampa de la línea. Desventajas del Tipo de Presión Balanceada El elemento extensible en este tipo de trampas se puede dañar por golpes de ariete o por condensado corrosivo, aunque los elementos de acero inoxidable, introducidos en los últimos años, pueden soportar mejor estas condiciones. Un elemento típico de acero inoxidable es el de la figura. La mayoría de las trampas de presión balanceada no pueden ser utilizadas con vapor sobrecalentado. El exceso de temperatura crea una presión en el interior del elemento termostático que no es compensada por la presión que le rodea. Como consecuencia, se puede averiar el elemento.
Expan sión L íqui da Opera por la expansión y contracción de un termostato lleno de líquido que responde a la diferencia de temperatura entre el vapor y el condensado. Cuando no hay vapor, el aire y el condensado salen a través de la válvula abierta “A”. El elemento termostático “B” está lleno de aceite, “C” que está en contacto con el pistón 2 de movimiento libre”. En un extremo de la varilla central del pistón “E” se fija la válvula, “F”.
Cuando la temperatura del condensado que pasa a través de la trampa aumenta, el calor se transmite al aceite “C” con lo que se expande. Esta expansión actúa sobre el pistón “D” y la válvula “F” es empujada lentamente hacia su asiento reduciendo progresivamente el flujo del condensado. La trampa se regula para que cierre completamente antes de que salga vapor Si se forma condensado de un modo continuo y a la velocidad constante, la válvula quedará en una posición fija para permitir la salida de este condensado. Si la cantidad de condensado aumenta, llenará la tubería previa a la válvula y la enfriará.
Este enfriamiento contraerá el aceite y la válvula retrocederá de su posición, permitiendo salir un volumen mayor de condensado. Viceversa, si llega menos condensado a la trampa, estará a mayor temperatura debido a la proximidad del vapor. Esta mayor temperatura expandirá el aceite y la abertura de la válvula se reducirá. Estas trampas se pueden ajustar mediante la tuerca “G”, acercando o alejando la válvula de su asiento para que cierre a la temperatura deseada (dentro del margen de presión de la trampa) en función de las necesidades del equipo que debe ser drenado. Normalmente el ajuste de temperatura de descarga es de 100ºC o menor.
Figura 10. Expansión Líquida
Ventajas del Tipo de Expansión Líquida.
Las trampas para vapor de expansión líquida se pueden ajustar para descargar a mu bajas temperaturas. Este hecho puede reducir el consumo de vapor en aplicaciones en las que se puede tolerar un cierto anegamiento del espacio destinado al vapor. Igual que la trampa de presión balanceada, la de expansión líquida está totalmente abierta cuando se enfría, produciendo una descarga de aire correcta y una descarga de condensado máxima en los
arranques. Es un tipo de Trampa que no se puede helar a menos que quede llena de condensado por un aumento de nivel en la tubería de salida. Este tipo de trampa se puede utilizar con vapor sobrecalentado y puede soportar vibraciones golpes de ariete. Desventajas del Tipo de Expansión Líquida. Si la presión del vapor en la trampa está sujeta a variaciones importantes y rápidas el elemento no responderá a los cambios tan rápidamente como la trampa de presión balanceada. El tubo flexible del elemento se puede ver afectado por condensado corrosivo. Puesto que la trampa de expansión líquida descarga condensado a una temperatura de 100ºC o inferior, no debe ser utilizada en aplicaciones que requieran una eliminación inmediata del condensado.
Expan sión M etáli ca El principio de operación de este tipo de trampa es muy similar al tipo de expansión líquida. La diferencia es que el movimiento de la válvula se obtiene por la expansión de una varilla metálica, en lugar de un elemento lleno de aceite. La cantidad de movimiento obtenible por variación de un grado de temperatura en una varilla metálica es mucho menor que en el caso del aceite. Por esta razón, el tipo de expansión líquida. Con el fin de obtener un movimiento apreciable, la varilla metálica debería tener 1 m. de longitud. El desmesurado tamaño de la trampa resultante ha provocado que no se utilice.
Bimetálico En este tipo, el movimiento de la válvula se obtiene por el pandeo de una lámina compuesta de 2 metales que se dilatan una cantidad diferente cuando se calientan. Si dos láminas delgadas o dos discos de dos metales, convenientemente elegidos, se solidarizan y a continuación se aumenta la temperatura, tomarán una forma curva como se ve en la figura. El metal que se expande más ocupa la parte externa de la curva. Cuando se enfría, se recupera la posición inicial.
Figura 11.Bimetálico
Figura 12. Bimetálico 2
La figura muestra una trampa para vapor que utiliza una sola placa bimetálica. Un extremo de la misma está fijo al cuerpo de la trampa, mientras que el otro está conectado a la válvula. Aire y condensado pasan libremente a través de la válvula abierta hasta que el elemento bimetálico se aproxima a la temperatura del vapor. Cuando la alcance, el extremo libre, se curvará hacia abajo y cerrará la válvula. La trampa permanecerá cerrada hasta que el cuerpo se llene de condensado suficiente frío para que permita al elemento bimetálico recuperar la posición inicial y abrir la válvula.
Ventajas del Tipo Bimetálico
Las trampas bimetálicas generalmente son pequeñas en tamaño y, sin embargo, tienen una gran capacidad de descarga de condensado. La válvula está totalmente abierta cuando la trampa está fría, lo cual da una gran capacidad de drenaje del aire y del condensado en los arranques, que es cuando más se necesita. Con un diseño adecuado del cuerpo y una descarga libre de condensado a la salida, este tipo de trampa no se hiela aun trabajando a la intemperie. Los cuerpos de algún tipo de trampa bimetálica se diseñan para que no sufran ningún daño en el caso en que produzcan heladas. Las trampas bimetálicas se pueden construir de tal forma que pueden resistir golpes de ariete, condensados corrosivos, presiones de vapor elevadas y vapor sobrecalentado, los elementos bimetálicos de vapor sin necesidad de variar el tamaño de orificio de la válvula, si bien puede necesitar ajuste la posición de la misma.
Otros tipos
De impulso La válvula principal “A” forma parte de un cilindro hueco que lleva un resalte delgado “B”. El cilindro puede moverse arriba y abajo dentro de una guía “C”. Cuando el equipo está parado, la válvula “A” permanece sobre su asiento “D”. En el arranque, primero el aire y después el condensado frío llegan a la trampa y presión que se ejerce en la parte baja de resalte “B” hace subir la válvula principal y la trampa descarga. Parte del condensado pasa por el espacio comprendido entre “B” y su guía “C” llegando a la cámara de salida a través de “E”. La presión en esta parte superior del pistón disminuye debido al aumento de velocidad del condensado con lo cual es algo menor que la de la parte inferior y la válvula permanece abierta. Cuando el condensado se aproxima a la temperatura del vapor, una parte del mismo revaporiza al pasar por el estrechamiento que hay entre “B” y “C”. Este revaporizado se acumula en la cámara de la parte superior del disco e intenta salir por el orificio “E”.
Figura 13. De impulso
Como el revaporizado tiene un volumen considerablemente mayor que la masa correspondiente de condensado, tarda en pasar a través de “E” y empieza a generar una sobrepresión en la cámara, forzando al pistón hacia abajo. El caudal de condensado se reduce debido a la forma cónica de la guía, con lo que la trampa permanece en una posición que permite la descarga del condensado a medida que va llegando. Cuando el vapor llega a la trampa, aumenta aún más la presión en la parte superior del pistón con lo cual la válvula cierra totalmente. La trampa no da un cierre hermético puesto que siempre pueda pasar algo de vapor a través del orificio “E”.
Ventajas del Tipo de Impulso
La trampa del tipo de impulso tiene una buena capacidad de descarga de condensado con un tamaño relativamente pequeño. Puede trabajar en una amplia gama de presiones sin cambiar el tamaño de válvula. Se puede utilizar para altas presiones y con vapor sobrecalentado.
Elimina el aire con facilidad y no se bloquea por la presencia de éste.
Desventajas del Tipo de Impulso
Las trampas de impulso no siempre cierran totalmente y pueden perder vapor cuando las cargas son pequeñas. Las afecta sensiblemente cualquier tipo de suciedad que entre en el cuerpo de la trampa debido a las pequeñas tolerancias existentes entre pistón y cilindro.
Pueden pulsar cuando reciben cargas bajas causando ruidos o golpes de ariete e incluso averías mecánicas en la propia válvula. No pueden trabajar cuando la contrapresión excede en un 40% a la presión de entrada.
De Laberi nto El condensado entra por “A” y encuentra un número de deflectores ajustables “B” que aumenta de diámetro en el sentido de entrada a salida. El condensado pierde presión gradualmente al pasar por cada una de estas restricciones. Como consecuencia, parte del condensado revaporiza en cada una de las cámaras generadas por los bafles, con lo que el flujo de condensado se frena, impidiendo la salida de vapor. Las placas deflectoras pueden ser variadas de posición ajustando el eje “C ”.
Figura 14. De Laberinto
Si el espacio que se deja entre los deflectores y cuerpo de la trampa es importante pasará condensado y vapor. Si las tolerancias, por el contrario, son muy pequeñas sólo descargará condensado frío.
Ventajas del Tipo de Laberinto
Este tipo de trampa es pequeño comparado con su capacidad de descarga y no presenta averías mecánicas al no tener partes móviles.
Desventajas del Tipo de Laberinto
La trampa de laberinto debe ser ajustada manualmente cuando hay variaciones importantes de la presión del vapor o de la carga de condensado. Si el ajuste no es el adecuado a las condiciones de operación, se puede producir pérdida de vapor o anegamiento por condensado.
Placa Ori fi cio Consiste en un agujero fijo dimensionado para el paso de condensado que, teóricamente se va a generar en el equipo o planta a drenar. Ventajas de la Placa Orificio No requiere mantenimiento al no tener partes móviles. Pueden incorporar un filtro que evite su obturación. Son extremadamente pequeñas en relación con su capacidad de drenaje y se eliminan prácticamente las pérdidas por radiación.
Desventajas de la Placa Orificio
Las principales desventajas de la placa orificio radican en tener que fijar el tamaño del agujero, el cual debe ser forzosamente pequeño. El aire sólo puede descargar muy
lentamente en el arranque. Aun cuando se instalen filtros, la suciedad puede bloquear el orificio. Si no llega condensado, se perderá vapor constantemente a través de orificio. Este aumentará de diámetro gradualmente por erosión, incrementando consecuentemente las pérdidas potenciales de vapor.
Para tener una instalación correcta de una trampa de vapor se deben de cumplir con lo siguiente: •
Punto de Drenaje
•
Separadores de Condensado
Fallas más comunes de las trampas de vapor: •
Falla en posición cerrada: es notable por el pobre comportamiento del equipo debido a inundaciones por condensado. Esta clase de falla pasa desapercibida en las tuberías de vapor.
•
Falla en la posición abierta: causa pérdidas de vapor vivo. Las trampas frecuentemente descargan a un sistema de retorno de condensados y el vapor vivo que sale por el tanque de almacenamiento puede indicar problemas; no obstante, es difícil localizar la trampa defectuosa.
•
Operación deficiente: es la falla más común, y también la más difícil de identificar y localizar; resulta en pérdida de vapor. Puede ser causada por numerosas razones específicas a cada tipo de trampa, y los ejemplos son excesivamente repetitivos: cierre incompleto de válvulas, cierre lento en respuesta al vapor, etc.
5.3 Instrumentos de medición (Manómetros, termómetros y pirómetros) Los instrumentos de medición son el medio por el que se hace una conversión o medida. Dos características importantes de un instrumento de medida son la apreciación
y la
sensibilidad. Apreciación es la mínima cantidad que el instrumento puede medir, de una determinada magnitud y unidad, se refiere al intervalo entre dos divisiones sucesivas de una escala. Manómetros
Es un instrumento que se usa para medir la presión en los fluidos que se establece a través de la diferencia con la presión local al igual que los barómetros su unidad de medida es la atmosfera; en el sistema internacional es Newton por metro cuadrado; según la historia la aparición de los manómetros se les debe a Aristóteles y galileo quienes fueron los primeros en estudiar el comportamiento de los fluidos. Hay varias clases de manómetros entre los cuales tenemos: •
Manómetro de Bourdon
•
Manómetro de columna de líquido (Manómetro de tubo de U, Manómetro de
•
Tintero y Manómetro de Tubo inclinado)
•
Manómetro de McLeon
•
Manómetro Digital
M anómetro de Bourdon Esta clase de manómetros se caracterizan porque tienen un tubo metálico enrollado; el cual se define como el elemento sensible del sistema dicho tubo esta aplanado y cerrado en un
extremo; el otro extremo es por donde se va a hacer la medición del fluido ocasionando que el tubo se enrolle más o se enderece en caso contrario; dicho movimiento del tubo está conectado a una aguja que marca el valor obtenido en atmosferas.
Figura 15. Manómetro de Bourdon
Figura 16. Manómetro de Bourdon partes
Ventajas y Desventajas de un Manómetro Bourdon Este instrumento de medición es muy versátil ya que lo puedes utilizar con algunos líquidos, aceites o gases, según sea su campo de aplicación. Su costo de adquisición y mantenimiento es barato, se pueden adquirir rellenos con glicerina para evitar vibraciones en la aguja y con esto lograr una indicación confiable, se pueden tener de patrones secundarios, de trabajo o como simples indica dores en un proceso donde solo se requiere una indicación de referencia en el proceso, son fácil de instalar, se caracterizan por tener baja rigidez y baja frecuencia natural, pero gran sensibilidad de desplazamiento en su propio diseño, su intervalo de trabajo (medición) característico es de 35 kPa a 100 MPa. También tienen sus desventajas como: es el caso de falla por fatiga, por sobrepresión, por corrosión o por explosión. Algunos factores que afectan su funcionamiento son la temperatura ambiente en la cual está el instrumento, el material el cual está hecho, la forma en la cual se instaló el instrumento, vibraciones externas en las cual se instaló el instrumento. La mayoría de los puntos seña lados anteriormente se pueden evitar teniendo en cuenta el conocimiento del proceso o aplicación en donde se tendrá colocado el instrumento. Manómetro de columna de líquido
Este tipo de manómetros se utilizan para medir diferencias de presiones muy bajas; consiste en dos columnas donde se ubica de un lado mercurio y del otro el líquido al cual se le va a calcular la presión; este tipo de manómetros se subdivide en tres tipos manómetros de tubo de U, manómetro de Tintero y Manómetro de Tubo inclinado
M anómetro de tubo U
Son elaborados en vidrio y funcionan por la diferencia de presión de un lado y del otro del tubo en forma de u; de un lado con presión alta y del otro baja; se usa un indicador electrónico para medir los cambios en la presión.
Figura 17.Manometro de tubo U
M anómetro de Ti ntero este tipo de manómetros tienen un depósito de un lado y del otro lado una escala medida en atmosferas que señalan la presión claro esta que esta escala contiene mercurio el cual sube, baja o se mantiene según las condiciones del líquido a medir.
Figura 18. Manómetro de Tintero
M anómetro de Tubo incli nado Tiene el mismo mecanismo del Manómetro de Tintero; con la diferencia de que el Manómetro de tubo inclinado es más pequeño y por supuesto mide escalas más pequeñas.
Figura 19. Manómetro de Tubo inclinado
M anómetro de M cLeon También llamado vacuometro de McLeon este tipo de manómetros solo pueden medir presiones de fluidos muy bajas; está compuesta por un embolo y un tubo vertical con mercurio (generalmente) sometida a cierta presión predispuesta la cual a entrar en contacto con la presión del fluido a medir; esto es suficiente para que el mercurio comience a correr por la escala.
Figura 20. Manómetro de McLeon
M anómetro Digital: Este tipo de manómetros está compuesta por microchips, transistores, un sensor que recibe los datos de la presión del líquido del exterior y los convierte en datos que ya previamente han sido procesados y convertidos a través de su base de datos interna estos datos se pueden observar a través de un pantalla digital en atmosferas.
Figura 21. Manómetro Digital
Termómetros
Es un instrumento que se usa para medir la temperatura. Su presentación más común es de vidrio, el cual contiene un tubo interior con mercurio, que se expande o se dilata debido a los cambios de temperatura. Para determinar la temperatura, el termómetro cuenta con una escala graduada que la relaciona con el volumen que ocupa el mercurio en el tubo.
Term ómetro inf r arr ojo Se emplea para medir a gran distancia del objeto su temperatura superficial, al ajustar su imagen en el dispositivo, y apretar el gatillo. A mayor temperatura mayor energía infrarroja se desprende y se detecta. La mayoría puede medir temperaturas comprendidas entre los 538°C-3000°C en unos cuantos segundos. Su desventaja es el costo y que no funcionan en superficies reflectivas.
Figura 22. Termómetro infrarrojo
Term ómetr o de lámi na bimetálica Formado por dos láminas de metales de coeficientes de dilatación muy distintos y arrollados dejando el coeficiente más alto en el interior. Se utiliza sobre todo como sensor de
temperatura en el termohigrógrafo. Mide altas temperaturas por lo que le llaman
también pirómetro.
Figura 23.Termómetro de lámina bimetálica
Termómetro de gas Pueden ser a presión constante o a volumen constante. Este tipo de termómetros son muy exactos y generalmente son utilizados para la calibración de otros termómetros. Termómetro de resistencia Consiste en un alambre de algún metal (como el platino) cuya resistencia eléctrica cambia cuando cambia la temperatura. Se usan cotidianamente para medir la temperatura ambiental.
Figura 24. Termómetro de gas
Termocouple Descrito por Seebeck en 182. Muy usado a nivel industrial. Es un transductor de temperatura, es decir, un dispositivo que traduce una magnitud física en una señal eléctrica. Está compuesto por dos alambres de metales diferentes que unidos generan entre sus extremos libres una diferencia de potencial proporcional a la diferencia de temperatura entre ellos. Miden temperaturas superiores a los 1000°C. No funcionan en ambientes oxidantes o reductores.
Figura 25. Termocouple
Termómetro con termi stor Se detecta la temperatura con base a un termistor que varía el valor de su resistencia eléctrica en función de la temperatura. Un ejemplo son los termómetros que hacen uso de circuitos integrados como el LM35 (el cual contiene un termistor). Las pequeñas variaciones de tensión entregadas por el circuito integrado son acopladas para su posterior procesamiento por algún convertor análogico-digital para transformar el valor de la tensión a un número binario. Posteriormente se despliega la temperatura en un visualizador.
Figura 26. Termómetro con termistor
Termómetro digital Usa alguno de los efectos físicos mencionados anteriormente y donde luego se utiliza un circuito electrónico para medir la temperatura y luego mostrarla en un visualizador. Termómetro de globo Sirve para medir la temperatura radiante. Consiste en un termómetro de mercurio que tiene el bulbo dentro de una esfera de metal hueca, pintada de negro de humo. La esfera absorbe radiación de los objetos del entorno más calientes que el aire y emite radiación hacia los más fríos, dando como resultado una medición que tiene en cuenta la radiación. Se utiliza para comprobar las condiciones de comodidad de las personas.
Figura 27. Termómetro digital
Termómetro de bulbo húmedo Mide el influjo de la humedad en la sensación térmica Junto con un termómetro ordinario forma un psicrómetro, que sirve para medir la humedad relativa, la tensión de vapor y el punto de rocío. Se llama de bulbo húmedo porque de su bulbo o depósito parte una muselina de algodón que lo comunica con un depósito de agua. Este depósito se coloca al lado y más bajo que el bulbo, de forma que por capilaridad está continuamente mojado.
Pirómetros
Un pirómetro en un instrumento utilizado para medir, por medios eléctricos, elevadas temperaturas por encima del alcance de los termómetros de mercurio. Este término abarca a los pirómetros ópticos, de radiación, de resistencia y termoeléctricos.
Nos vamos a centrar en los pirómetros de radiación y en los pirómetros ópticos. Los pirómetros de radiación se fundan en la ley de Stefan - Boltzman y se destinan a medir elevadas temperaturas, por encima de 1600 °C mientras que los pirómetros ópticos se fundan en la ley de distribución de la radiación térmica de Wien y con ellos se han definido puntos por encima de 1063 °C en la Escala Internacional de Temperaturas.
Las medidas pirométricas, exactas y cómodas, se amplían cada vez más, incluso para temperaturas relativamente bajas (del orden de 800 °C).
Figura 28. Pirómetros
Pir ómetros de radiación
Los pirómetros de radiación para uso industrial, fueron introducidos hacia 1902 y desde entonces se han construido de diversas formas. El medio de enfocar la radiación que le llega puede ser una lente o un espejo cóncavo; el instrumento suele ser de "foco fijo" o ajustable en el foco, y el elemento sensible puede ser un simple par termoeléctrico en aire o en bulbo de vacío o una pila termoeléctrica de unión múltiple en aire. La fuerza electromotriz se mide con un milivoltímetro o con un potenciómetro, con carácter indicador, indicador y registrador o indicador, registrador y regulador.
El espejo cóncavo es a veces preferido como medio para enfocar por dos razones:
1) la imagen de la fuente se enfoca igualmente bien en el receptor para todas las longitudes de onda, puesto que el espejo no produce aberración cromática, en tanto que la lente puede dar una imagen neta para una sola longitud de onda.
2) las lentes de vidrio o de sílice vítrea absorben completamente una parte considerable de la radiación de largas longitudes de onda. La radiación reflejada por el espejo difiere poco en longitud de onda media de la que en él incide.
Usos
El pirómetro de radiación se puede recomendar en lugar del termoeléctrico en los casos siguientes:
1. donde un par termoeléctrico sería envenenado por la atmósfera de horno 2. para la medida de temperaturas de superficies
3. para medir temperaturas de objetos que se muevan 4. para medir temperaturas superiores a la amplitud de los pares termoeléctricos formados por metales comunes 5. donde las condiciones mecánicas, tales como vibraciones o choques acorten la vida de un par termoeléctrico caliente 6. cuando se requiere gran velocidad de respuesta a los cambios de temperatura.
Este pirómetro reemplaza al pirómetro óptico cuando se desea registrar y vigilar las temperaturas superiores a 1600 C. Esta sustitución requiere que la fuente sea lo suficientemente grande para llenar el campo del pirómetro de radiación.
Figura 29. Pirómetros de radiación
Pir ómetros ópticos
El pirómetro óptico empleado en la determinación de altas temperaturas tales como las temperaturas de fusión del platino, del molibdeno o del tungsteno, es del tipo de filamento cuya imagen desaparece.
Un telescopio es enfocado sobre el objeto incandescente cuya temperatura se va a medir. El filamento de tungsteno de una lámpara de alto vacio está situado en el plano focal del objetivo del telescopio. El ocular es enfocado sobre este plano, e incluye un filtro de vidrio rojo que sólo transmite una estrecha banda de longitudes de onda visible centrada en O.65 micras. El filamento de tungsteno es calentado por la corriente de una batería, corriente regulada por un reóstato y medida, preferiblemente, por un método potenciométrico. Para hacer una medición, las imágenes superpuestas de la fuente y del filamento son confrontadas en brillo ajustando la corriente del filamento. Cuando el brillo es igual, el filamento desaparece contra el fondo de la imagen de la fuente. El filamento aparece como línea oscura o brillante, según que sea menos brillante o más brillante que la imagen de la fuente. El ojo es muy sensible a la diferencia en brillo, y dado que la brillantez de un objeto aumenta proporcionalmente al múltiplo 1O-2O de su temperatura absoluta, un error de 1% en la confrontación del brillo supone solamente un error de O.O5 a O.1% en la temperatura.
Cuando se ha conseguido la desaparición del filamento, se lee la corriente, o bien, si la escala de corrientes está graduada en temperaturas, se lee está directamente.
