Trampas de vapor

11/10/2014
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TRAMPAS DE VAPOR
Una trampa de vapor es una válvula automática que permite descargar el
condensado e impide el escape vapor. La eficiencia 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. Así mismo, las trampas de vapor han de
tener una buena capacidad de eliminación de aire.
Siendo las trampas de vapor la clave para optimizar el drenaje del condensado en
los sistemas de vapor, estas deben cumplir con las tres funciones básicas que se
mencionan 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
Doctor Mario Santizo
Clasificación de las trampas de vapor
Tomando como base el principio de operación, las trampas de vapor se
clasifican 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)

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Principio de funcionamiento de las trampas de vapor
Termostáticas. Este tipo de trampas se acciona automáticamente con el
cambio 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 el
cambio de densidad, es decir diferencias entre la fase líquida y fase
vapor.
Flotador y termostática.
Cubeta invertida.
Termodinámicas. Obedecen al cambio de energía cinética por lo que
también son detectoras de fase.
De disco.
De pistón.
Selección de la trampa
Para la instalación de las trampas de vapor es necesario considerar los
siguientes factores:
Diámetro del orificio: De estos depende el tamaño de la trampa de vapor o
sea la capacidad de eliminación de condensado.
Presión diferencial: La diferencia de presiones entre el sistema de vapor y la
salida 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 trampa
de vapor de acuerdo al equipo consumidor de vapor, para así asegurar la
eliminación de este. En la tabla 6.3 se presenta el factor de seguridad. El
factor de seguridad es indispensable aplicarlo a pesar de que cada equipo
posee un rango de factores de seguridad el cual hay que elegir de acuerdo a
la experiencia y a la sugerencia del fabricante.

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Tabla 6.3 Factor de seguridad
Equipo Factor de
seguridad
Autoclave 3-4
Evaporador 2-3
Marmita 3-5
Serpentines de aire 3-4
Intercambiador de carcasa y tubo
4-6
de presión constante
Intercambiador de carcasa y tubo
de presión modulada
2-4
Calentador de aire 2-4
Manifold de vapor 2-4
Separadores 2-4
Rastreadores 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
3 o 1
4
11
2
2
2 1
2
Presión diferencial
psig Capacidades  m lb
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

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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
3 o 1
4
11
2
2
2 1
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 o 1
8 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 1,050
150 600 940 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

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CASO
Un condensador produce 5,000 lbm/h máximo de agua caliente a 160ºF a utilizarse
el agua caliente se utiliza en un proceso de lavado y esterilización. El agua entra al
condensador a 70ºF. El flujo de agua no es constante. El vapor entra al
condensador saturado a 30 psig. El condensado se retorna como líquido saturado a
través de una tubería de 1 pulgada de diámetro a un tanque a 100 pies de distancia
y 15 pies de altura y se mantiene aproximadamente a 5 psig. Calcular la pérdida de
presión y la trampa adecuada.
Para intercambiadores de calor y servicios que están localizados cerca del nivel
del mar y requieren de una carga variable del vapor, se utiliza la trampa de
flotador y termostato en sustitución puede usarse una trampa de cubeta invertida
ya que ambos tipos de trampa de vapor drena constantemente reaccionando
rápidamente a cualquier demanda, ventea rápidamente el aire y otros gases no
condensables.
Carga de condensado:
 
          
  
 
    
 
 
   
h lb m 484.40
Btu h 929
   
 
2 1
m
m
Q m Cp T T
lb 5,000 1 Btu 160ºF 70ºF 450,000 Btu
h lbºF h
 
 
Estado1 de tabla agua saturada
P 45psia H 929Btu
  1 fg
m
lb
 
m
condensado
450,000 Btu
 
 
 lb
m


Factor de seguridad para intercambiadores de calor de presión modulada de tabla
6.3 el factor es de 3, es decir, la trampa de vapor deberá ser de la siguiente
capacidad:

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     
 
m   m
 
P 1psi 15 pie de altura 7.5 psi
    
corregido
lb lb
m 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 retorno
de condensado, la caída de presión para una tubería de 1 pulgada de
diámetro 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 menor
1,453.20 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 aproximadamente
2 pies
  elevación
2 pie
 
TOTAL tubería elevación tanque P P P P
2 psi 7.5 psi 5 psi 14.5 psi
   
   
     
De acuerdo a los parámetros calculados, la trampa de flotador y
termostato según Tabla 6.4 es la FT-2 con una capacidad de 1,240 lbm/h y
presión diferencial de 15 psi y si la opción fuera la trampa de cubeta
invertida, de acuerdo a tabla 6.5 la opción sería la CI-3 con una capacidad
de 2,100 lbm/h y una presión diferencial de 15 psi.
Contrapresión total:

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RETORNO DE CONDENSADO
El retorno de condensado representa la operación final correspondiente a la
utilización del vapor en cualquier sistema de vapor. Al utilizarse la energía
térmica del vapor, este se convierte en condensado el cual usualmente se
retorna 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 del
condensado representa aproximadamente el 10% de energía respecto a la
del vapor generado. En sistemas de vapor de alta presión el contenido de
energía en el condensado representa aproximadamente el 15% de energía
respecto a la del vapor generado. Al aprovechar el retorno de condensado
del vapor además del contenido térmico hay que tomar en cuenta que el
condensado es agua tratada, permitiendo que la recuperación del
condensado sea bastante valiosa.
Ventajas de retornar condensado
1. Aprovechamiento de la energía contenida en el condensado lo que
permite consumir menos combustible utilizando la misma cantidad de
vapor producido.
2. Disminución en el consumo de químicos correspondiente al tratamiento
externo e interno del agua fresca a caldera make up.
3. Disminución de la purga de la caldera ocasionada por la presencia de
agua tratada, lo que permite un consumo aún menor del combustible para
la misma cantidad de vapor producido.

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VAPORIZACION INSTANTÁNEA (“FLASHEO")
Para poder entender bien lo que sucede con el condensado en el sistema
de retorno, es importante comprender el concepto de vaporización
instantánea. Esta sucede cuando agua o condensado caliente a presión se
descarga a una presión menor; parte del agua o condensado a la baja
presión se evapora, transformándose en lo que se llama vapor instantáneo.
El porcentaje del condensado que se convierte en vapor instantáneo esta
dado por la tabla 6.8. Conociendo la cantidad de condensado de vapor, la
presión a la cual llega al tanque de condensados y la presión a la que
descarga el condensado, dependiendo si es un sistema de retorno de
condensados abierto o cerrado, se puede conocer la energía desperdiciada
ocasionada por la diferencia de presión.

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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 y
consumo de vapor, el condensado puede retornarse utilizando un sistema
de retorno de condensado abierto, sistema de retorno de condensado
cerrado 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 de
recolección abierto a la atmósfera. Este es el sistema más común y
sencillo, el tanque de condensado abierto puede estar bajo tierra o
elevado. Debido a la diferencia de presión entre la descarga de la trampa y
descarga del tanque de condensado se produce vapor flasheado. Si el
vapor flasheado fuera excesivo significa que las trampas de vapor
conectadas al sistema de retorno operan ineficientemente en posición
abierta o cerrada. En este sistema de retorno de condensado abierto, la
tubería de condensado no debe aislarse, pues la energía que se conserva
debido al aislamiento se pierde en la descarga del tanque abierto
ocasionado por el flasheo del vapor.

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Sistema de retorno de condensado cerrado
Este sistema posee la ventaja que se recupera parte del vapor flasheado
dependiendo de la presión del condensado. En este sistema es importante
presurizar el tanque a una presión tal que si algún equipo utiliza vapor a una
menor presión y su condensado se retorna al tanque, la presión del tanque
de condensado no sea igual o mayor que la del condensado pues de ser así
puede formarse contra flujo. En este sistema debe aislarse la tubería de
condensado
Sistema de retorno de condensado de tanque de flasheo
Este sistema opera con condensados a varias presiones y además el vapor
instantáneo o flasheado formado se recupera en el tanque de flasheo y
puede utilizarse indirectamente en un intercambiador de calor. En este
sistema de retorno de condensado debe aislarse la tubería de retorno de
condensado.

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