Guía Para La Conservacion de Vapor en en Drenado de Condensados

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  • Manual N-101S

    Gua para laConservacin

    de Vapor en elDrenado de

    CondensadosEvaluacin y Seleccin de

    Trampa de Vapor.

  • 2ContenidoIntroduccin ___________________________________ 2

    Tablas de Recomendacionese Instrucciones Para su Uso ______________________ 3

    Tabla de Propiedades del Vapor ___________________ 4

    Vapor - Conceptos Bsicos ______________________ 6-9

    Trampas de Vapor de Balde Invertido ____________ 10-11

    Trampas de Vapor de Flotador & Termostticas ____ 12-13

    Trampas de Vapor de Disco Controlado ____________ 13

    Trampas de Vapor Termosttica __________________ 14

    Controlador AutomticoDiferencial de Condensado ______________________ 15

    Seleccin de Trampas de Vapor ________________ 16-17CMO TRAMPEAR:

    Sistemas de Distribucin de Vapor ____________ 17-21

    Venas de Vapo ___________________________ 22-23

    Equipo de Calefaccin _____________________ 24-26

    Calentadores de Aire de Proceso _______________ 27

    Intercambiadores de Calor de Tubo y Coraza ___ 28-29

    Evaporadores ____________________________ 30-31

    Ollas con Camisas de Vapor ________________ 32-33

    Equipo con Cmarasde Vapor Estacionarias _____________________ 34-35

    Secadoras Rotatorias queRequieren Drenaje por Sifn ________________ 36-37Tanques para Flasheo _____________________ 38-39

    Mquinas de Absorcin de Vapor _______________ 40

    Seleccin de Trampas y Factores de Seguridad ______ 41

    Instalacin y Pruebade las Trampas de Vapor Armstrong _____________ 42-45

    Diagnstico y Reparacinde las Trampas de Vapor Armstrong _______________ 46

    Definiendo el Dimetro de las Tuberas deSuministro y Retorno de Condensados ___________ 47-49

    Tablas Ingenieriles tiles ________________________ 50Factores de Conversin _________________________ 51

    Gravedad Especfica - Calor Especfico ____________ 52

    ndice Alfabtico _______________________________ 53

    1998 Armstrong International, Inc.

    Combinando la Energa y elMedio AmbienteDiga Energa, Piense en el Medio Ambiente.Y Viceversa.Cualquier compaa que sea consciente en conservarenerga es tambin consciente del medio ambiente.Menos energa consumida significa que hay menosdesperdicios, menos emanaciones y un medioambiente ms saludable.

    En pocas palabras, al combinar la energa y el medioambiente se reducen los costos que la industria debepagar por ambos. Al ayudar a las compaas aconservar energa, los productos y los servicios de laCompaa Armstrong tambin estn ayudando aproteger el medio ambiente.

    Armstrong ha estado compartiendo sus conocimientosdesde 1911 cuando invent la Trampa de Vapor deBalde Invertido, que es eficiente en el uso de energa.Y desde entonces, los ahorros obtenidos por losclientes han comprobado una y otra vez, que elconocimiento que no se comparte es energadesperdiciada.

    Los desarrollos y las mejoras que Armstrong ha hechoen el diseo y en el funcionamiento de las trampas devapor han resultado en ahorros incalculables deenerga, tiempo y dinero. Este Manual ha crecido atravs de las dcadas que Armstrong llevaincrementando y compartiendo sus conocimientos.Este Manual presenta los principios de operacin delos distintos tipos de trampas de vapor, as como suuso en una gran variedad de industrias y aplicacionesespecficas. Este Manual es un buen complemento aotros manuales y folletos de Armstrong, y al Programade Computadora No. 1 de Armstrong para Seleccinde Trampas de Vapor.

    Este Manual tambin incluye una Tabla deRecomendaciones que presenta un resumen de quetipo de trampas Armstrong considera como laseleccin ptima para ciertas aplicaciones, y el porqu.

    IMPORTANTE: El objetivo de este Manual es presentarprincipios generales sobre instalacin y operacin de lastrampas de vapor. La instalacin y operacin de equipo detrampeo en las plantas slo debe de ser llevado a cabo porpersonal calificado. La seleccin e instalacin de estos equipossiempre debe de hacerse con la ayuda tcnica de gentecompetente. Este Manual nunca debe de considerarse como unsubstituto de esa ayuda tcnica. Se recomienda que siempre seponga en contacto con Armstrong, o sus representanteslocales, para mayor informacin y ayuda.

  • 3inferior izquierda de la pgina 30. (LaTabla de Recomendaciones para cadaseccin siempre est en la primerapgina de la seccin). 2 Encontrar Ollas con Camisas deVapor, Drenaje por Gravedad en laprimera columna bajo el encabezadoEquipo a Trampear y leer en lacolumna a la derecha la 1era Opcin yCdigo de Cualidades dada porArmstrong. En este caso, la primeraopcin es una trampa IBLV y loscdigos listados son las letras B, C, E,K, N.

    3 Referirse a la Tabla de abajo tituladaCmo Varios Tipos de Trampas deVapor Satisfacen RequisitosEspecficos de Operacin y leer en lacolumna extrema hacia la izquierdacada una de las letras cdigo: B, C, E,K, N. La letra B, por ejemplo, se refierea la capacidad de la trampa deconservar energa durante su operacin.

    Para una referencia rpida, una Tablade Recomendaciones aparece en todaslas secciones de CMO TRAMPEARde este Manual, pginas 16 a 38.

    Un sistema de cdigos (que va desde laA hasta la Q) proporciona la informacina primera vista.

    La Tabla incluye informacin sobre eltipo de trampas de vapor, y susprincipales ventajas, que Armstrongconsidera que son superiores para cadaaplicacin en particular.

    Por ejemplo, digamos que se estbuscando informacin acerca de latrampa ms apropiada para utilizarse enuna olla con camisas o chaquetas devapor con drenaje por gravedad.Entonces se debe:

    1 Buscar la seccin Cmo TrampearOllas con Camisas de Vapor, pginas30-31, y ver la Tabla en la esquina

    1. El drenado de condensado es continuo, ladescarga es intermitente.

    2. Puede ser continuo con cargas bajas.3. Excelente, si se utiliza vapor secundario.

    4. Buena, para trampas bimetlicas y de wafer.5. No se recomienda para operaciones a baja

    presin.6. No se recomiendan trampas de hierro

    fundido.

    7. Mediano, para trampas soldables de aceroinoxidable.

    8. Pueden fallar cerradas, debido a suciedad.9. Pueden fallar abiertas o cerradas,

    dependiendo del diseo de los fuelles.

    4 Seguir el rengln para la letra Bhacia la derecha hasta que se llegue a lacolumna que corresponde a la primeraopcin, en este caso la trampa de baldeinvertido. Basados en pruebas ycondiciones de operacin reales, lacapacidad de ahorro energtico de latrampa de vapor de balde invertido hasido calificada como Excelente. Sesigue este mismo procedimiento para loscdigos restantes.

    AbreviacionesIB Trampa de Balde InvertidoIBLV Balde Invertido con Venteador

    GrandeF&T Trampa de Flotador y

    TermostticaCD Trampa de Disco ControladoDC Controlador Automtico

    Diferencial de CondensadoCV Vlvula CheckT Balde TrmicoPRV Vlvula Reguladora de Presin

    Instrucciones Para el Uso de las Tablas de Recommendaciones

    B

    CD

    E

    F

    GH

    I

    JK

    L

    M

    N

    OP

    Q

    Caracterstica BaldeInvertido F&T Disco TermostticoControlador Diferencial

    Cdigo

    Modo de Operacin (1) Intermitente Continuo (2) IntermitenteAhorro de Energa (Tiempo en Servicio) Excelente Buena AdecuadaResistencia al Desgaste Excelente Buena AdecuadaResistencia a la Corrosin Excelente Buena BuenaResistencia al Impacto Hidrulico Excelente Deficiente (4) DeficienteVenteo de aire y CO2 a la temperatura del vapor S No No

    Capacidad para Ventear Aire a Presiones Muy Bajas (0.02 bar) Deficiente Excelente BuenaCapacidad para Manejar Cargas de Aire al Arranque Adecuada Excelente ExcelenteFuncionamiento al Existir Contrapresin Excelente Excelente ExcelenteResistencia a Daos por Congelamiento Buena Deficiente BuenaCapacidad para Purgar el Sistema Excelente Adecuada BuenaDesempeo con Cargas Muy Ligeras Excelente Excelente ExcelenteRespuesta a Formacin Rpida de Condensado Inmediata Inmediata RetardadaCapacidad para Lidiar con Suciedad Excelente Deficiente AdecuadaTamao Relativo (7) Grande Grande PequeoCapacidad para Manejar Vapor Flash (Espontneo) Adecuada Deficiente DeficienteFalla Mecnica (Abierta - Cerrada) Abierta Cerrada (9)

    A Intermitente

    DeficienteDeficiente

    Excelente

    Excelente

    No

    (5) NR Deficiente

    DeficienteBuena

    Excelente

    Deficiente

    RetardadaDeficiente

    PequeoDeficiente

    (8) Abierta

    Continuo(3) Excelente

    Excelente

    Excelente

    Excelente

    SExcelente

    Excelente

    Excelente

    Buena

    Excelente

    Excelente

    InmediataExcelente

    GrandeExcelente

    Abierta

    OllasEncamisadasDrenaje porGravedadOllasEncamisadasDrenaje a Sifn

    IBLVB, C, E,K, N, H

    F&T oTermosttica

    DCB, C, E, G, H,

    K, N, PIBLV

    1era Opciny Cdigos

    OtrasOpciones

    Equipo SiendoTrampeado

    Cmo Varios Tipos de Trampas de Vapor Satisfacen Requisitos Especficos de Operacin

    Tabla de Recomendaciones (Referirse a la Tabla en la contraportada B para informacin sobre los cdigos).

  • 4Tablas del Vapor...Qu Son ..... Cmo se UsanLos valores para el calor y las relacionespresin-temperatura que se usan en estemanual han sido tomados de la tabla dePropiedades del Vapor Saturado.

    Definicin de Trminos UsadosVapor Saturado es vapor puro a unatemperatura igual a la temperatura a quehierve el agua a una presin dada.

    Presiones Absoluta y RelativaPresin absoluta es la presin (en bar)medida con respecto al vaco perfecto.Presin Relativa o de Manmetro es lapresin (en bar) medida con respecto ala presin atmosfrica, la cual es igual a1.01 bar absoluta. Presin Relativa ms1.01 es igual a la Presin Absoluta.Igualmente, Presin Absoluta menos1.01 bar es igual a la Presin Relativa.

    Relaciones Presin/Temperatura(Columnas 1, 2 y 3). A cada presin delvapor puro le corresponde unatemperatura nica. Por ejemplo: al vaporpuro a 10 bar absolutos siempre lecorresponde una temperatura de 180C.

    Calor del Lquido Saturado (Columna4). sta es la cantidad de calor requeridapara elevar la temperatura de unkilogramo de agua desde 0C hasta elpunto de ebullicin a la presin ytemperatura mostradas. Se expresa enkJ/kg (o en kcal/kg).

    Calor Latente o Calor de Vaporizacin(Columna 5). Es la cantidad de calor(expresada en kJ/kg or kcal/hr) que serequiere para cambiar un kilogramo deagua hirviendo a un kilogramo de vapor.Esta misma cantidad de calor se liberacuando un kilogramo de vapor secondensa y se vuelve un kilogramo deagua. El Calor Latente es diferente paracada combinacin de presin/temperatura, tal como se muestra en laTabla.

    Calor Total del Vapor (Columna 6). Esel calor total en vapor arriba de 0C. Esigual a la suma del Calor del LquidoSaturado (Columna 4) y el Calor Latente(Columna 5), expresado en kJ/kg o enkcal/kg.

    Cmo se Usa la TablaAdems de poderse determinar lasrelaciones de presin/temperatura, laTabla se puede usar para calcular lacantidad de vapor que se condensa enun sistema de calefaccin de capacidad(Joules o caloras) conocida. De formasimilar, la Tabla se puede usar paracalcular la capacidad en Joules ocaloras si se conoce la cantidad devapor siendo condensado. En la seccinde Aplicaciones en este Manual se harreferencia varias veces a esta Tabla.

    Volumen Especfico del Lquido(Columna 7). Es el volumen por unidadde masa y se expresa en metros cbicospor kilogramo (m3/kg).

    Volumen Especfico del Vapor (Co-lumna 8). Es el volumen por unidad demasa y se expresa en metros cbicospor kilogramo (m3/kg).

    Propiedades del Vapor Saturado(Tomadas de Propiedades Termodinmicas del Vapor, por Keenan y Keyes, con permiso deJohn Wiley & Sons, Inc.)

    -1.008 0.0061 0.01 0.01 2501.3 2501.4 0.001 000 206.14-0.99 0.02 17.50 73.48 2460.0 2533.5 0.001 001 67.00-0.96 0.05 32.88 137.82 2423.7 2561.5 0.001 005 28.19-0.91 0.10 45.81 191.83 2392.8 2584.7 0.001 010 14.67-0.76 0.25 64.97 271.93 2346.3 2618.2 0.001 020 6.204-0.51 0.50 81.33 340.49 2305.4 2645.9 0.001 030 3.240-0.26 0.75 91.78 384.39 2278.6 2663.0 0.001 037 2.217-0.01 1.00 99.63 417.46 2258.0 2675.5 0.001 043 1.69400.24 1.25 105.99 444.32 2241.0 2685.4 0.001 048 1.37490.49 1.50 111.37 467.11 2226.5 2693.6 0.001 053 1.15930.74 1.75 116.06 486.99 2213.6 2700.6 0.001 057 1.00360.99 2.00 120.23 504.70 2201.9 2706.7 0.001 061 0.88571.24 2.25 124.00 520.72 2191.3 2712.1 0.001 064 0.79331.49 2.50 127.44 535.37 2181.5 2716.9 0.001 067 0.71871.74 2.75 130.60 548.89 2172.4 2721.3 0.001 070 0.65731.99 3.00 133.55 561.47 2163.8 2725.3 0.001 073 0.60582.24 3.25 136.30 573.25 2155.8 2729.0 0.001 076 0.56202.49 3.50 138.88 584.33 2148.1 2732.4 0.001 079 0.52432.74 3.75 141.32 594.81 2140.8 2735.6 0.001 081 0.4914

    3.0 4.0 143.63 604.74 2133.8 2738.6 0.001 084 0.46253.5 4.5 147.93 623.25 2120.7 2743.9 0.001 088 0.41404.0 5.0 151.86 640.23 2108.5 2748.7 0.001 093 0.37494.5 5.5 155.48 655.93 2097.0 2753.0 0.001 097 0.34275.0 6.0 158.85 670.56 2086.3 2756.8 0.001 101 0.31576.0 7.0 164.97 697.22 2066.3 2763.5 0.001 108 0.27297.0 8.0 170.43 721.11 2048.0 2769.1 0.001 115 0.24048.0 9.0 175.38 742.83 2031.1 2773.9 0.001 121 0.21509.0 10.0 179.91 762.81 2015.3 2778.1 0.001 127 0.194 44

    10.0 11.0 184.09 781.34 2000.4 2781.7 0.001 133 0.177 5311.0 12.0 187.99 798.65 1986.2 2784.8 0.001 139 0.163 3312.0 13.0 191.64 814.93 1972.7 2787.6 0.001 144 0.151 2513.0 14.0 195.07 830.30 1959.7 2790.0 0.001 149 0.140 8414.0 15.0 198.32 844.89 1947.3 2792.2 0.001 154 0.131 7716.5 17.5 205.76 878.50 1917.9 2796.4 0.001 166 0.113 4919.0 20.0 212.42 908.79 1890.7 2799.5 0.001 177 0.099 6321.5 22.5 218.45 936.49 1865.2 2801.7 0.001 187 0.088 75

    24 25 223.99 962.11 1841.0 2803.1 0.001 197 0.079 9829 30 233.90 1008.42 1795.7 2804.2 0.001 217 0.066 6834 35 242.60 1049.75 1753.7 2803.4 0.001 235 0.057 07039 40 250.40 1087.31 1714.1 2801.4 0.001 252 0.049 78049 50 263.99 1154.23 1640.1 2794.3 0.001 286 0.039 44059 60 275.64 1213.35 1571.0 2784.3 0.001 319 0.032 44069 70 285.88 1267.00 1505.1 2772.1 0.001 351 0.027 37079 80 295.06 1316.64 1441.3 2758.0 0.001 384 0.023 52089 90 303.40 1363.26 1378.9 2742.1 0.001 418 0.020 48099 100 311.06 1407.56 1317.1 2724.7 0.001 452 0.018 026

    119 120 324.75 1491.3 1193.6 2684.9 0.001 527 0.014 26139 140 336.75 1571.1 1066.5 2637.6 0.001 611 0.011 485159 160 347.44 1650.1 930.6 2580.6 0.001 711 0.009 306179 180 357.06 1732.0 777.1 2509.1 0.001 840 0.007 489199 200 365.81 1826.3 583.4 2409.7 0.002 036 0.005 834

    219.9 220.9 374.14 2099.3 0.0 2099.3 0.003 155 0.003 155

    Columna 1Preson

    Manomtrica(bar)

    Columna 2Preson Absoluta

    (bar)

    Columna 3Temperaturadel Vapor

    (C)

    Columna 4Calor delLquido

    Saturado(kJ/kg)

    Columna 5Calor

    Latente(kJ/kg)

    Columna 6Calor Totaldel Vapor

    (kJ/kg)

    Columna 7Volumen

    Especfico delLquido Saturado

    (m3/kg)

    Columna 8Volumen

    Especfico delVapor Saturado

    (m3/kg)3 3

  • 50

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

    A

    B

    C

    D

    E

    FG

    Presin de Retorno A -0.7 bar B -0.4 bar C 0 bar D 1 bar E 2 bar F 3 bar G 4 bar

    PRESIN, bar (g), A LA QUE EL CONDENSADO SE DESCARGA

    POR

    CEN

    TAJE

    DE

    VAPO

    R F

    LASH

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    0 5 10 15 20 25 30

    Condensado a la temperatura de vapor ya una presin absoluta de 10 bar guardauna cantidad de calor igual a 762.81 kJ/kgo 182.1 kcal/kg (vase la Columna 4 en laTabla del Vapor). Si este condensado sedescarga a la presin atmosfrica (0 bar),su contenido calorfico instantneamentese reduce a 417.46 kJ/kg o 99.7 kcal/kg.La diferencia de 345.35 kJ/kg o 82.4 kcal/kg transforma parte del condensado enVapor Flash. El porcentaje delcondensado que se convertir en VaporFlash se puede calcular usando lasiguiente frmula:

    % Vapor Flash = x 100

    SA = Calor Sensible del condensado a altapresin, antes de ser descargado.

    SB = Calor Sensible del condensado a bajapresin, a la cual se descarga.

    LL = Calor Latente del vapor a baja presin,a la cual se descarg.

    %Vapor Flash = x 100 =15.29%

    Para mayor conveniencia, la Grfica 3-1muestra la cantidad de Vapor Secundarioo Flash que se formar cuando sedescarga el condensado a diferentespresiones. Otras Tablas tiles seproporcionan en la pgina 48.

    El calor que es absorbido por el aguacuando eleva su temperatura hasta elpunto de ebullicin se llama CalorSensible o Calor del Lquido Saturado.El calor que se necesita para transformarel agua en ebullicin a vapor a la mismatemperatura se llama Calor Latente. Launidad de calor que se usa comnmentees la calora (cal), la cual representa lacantidad de calor requerida para elevarla temperatura de un gramo (g) de agua,a la presin atmosfrica, en un gradocentgrado (C).

    Sin embargo, si el agua se calienta apresin, su punto de ebullicin es msalto que 100C y consecuentemente elCalor Sensible requerido es mayor.Mientras ms alta sea la presin, msalto ser el punto de ebullicin y mayorel calor requerido. Cuando la presin sereduce, una cierta cantidad de CalorSensible es liberado. Este calor esentonces absorbido en la forma de CalorLatente, lo cual causa que una cantidaddel agua se convierta en Vapor Flash.

    Vapor Flash (Secundario)Qu es el Vapor Flash? Cuando setiene condensado caliente o aguahirviendo, presurizados, y se libera a unapresin ms baja, parte de esos lquidosse vuelven a evaporar, y a sto es a loque se le llama Vapor Flash o VaporSecundario.

    Porqu es importante? El Vapor Flashes importante porque guarda unidadesde calor o energa que pueden seraprovechadas para una operacin mseconmica de la planta. De lo contrario,esta energa es desperdiciada.

    Cmo se forma? Cuando el agua secalienta a la presin atmosfrica, sutemperatura se eleva hasta que llega a100C, la temperatura ms alta a la queel agua puede an existir como lquido aesta presin. Cualquier calor adicionalno eleva la temperatura, sino quetransforma el agua en vapor.

    762 - 417 2 258

    Grfica 3-1.Porcentaje de Vapor Flash que se forma cuando se descarga condensadoa una presin menor.

    SA - SB LL

    Grfica 3-2.Volumen de Vapor Flash que se forma cuandoun metro cbico de condensado se descarga ala presin atmosfrica.

    PRESIN (bar) A LA QUE ELCONDENSADO SE FORMA

    VOLU

    MEN

    DE

    VAPO

    R F

    LASH

    PO

    RVO

    LUM

    EN D

    E CO

    ND

    ENSA

    DO

    NOTA: En este manual se usarn presiones manomtricas en bars, excepto dondese indique lo contrario. sto se aplica a todas las presiones indicadas paratrampas y para otros sistemas o equipos. Presiones absolutas slo se usarncuando se refiera a valores de la tabla de vapor o en ciertos clculos especiales.

  • 6Vapor es un gas invisible que se generacuando se le aade energa calorfica alagua en una caldera. Se necesita aadirsuficiente energa para que se eleve latemperatura del agua hasta su punto deebullicin. Despus de ello, cualquierenerga adicional transforma el agua envapor, sin un incremento en latemperatura.

    El vapor de agua es un vehculo paratransferir calor en forma bastanteeficiente y fcil de controlar. Es usadofrecuentemente para transportar energadesde un punto central (la caldera) hastavarios lugares en la fbrica donde seutiliza para calentar aire, agua o paradiversos usos en el proceso.

    Como ya se mencion, se requiere deenerga (kJ) adicional para transformaragua hirviendo a vapor de agua. Estaenerga en realidad no se pierde si no quese almacena en el vapor y est disponiblepara actividades como calentar el aire,cocer tomates, planchar pantalones osecar un rollo de papel.

    A la cantidad de calor que se requierepara transformar agua hirviendo a vapor

    Vapor...Conceptos Bsicos

    Definicionesn Kilojoule. El Kilojoule es la unidad de energa en el sistema internacional de

    unidades (SI). Est relacionado a la Kilocalora, que es la cantidad de energiacalorfica requerida para elevar la temperatura en 1C de un kilogramo de agua a4C. De la misma manera, una Kilocalora es la cantidad de energa calorfica cedidapor un kilogramo de agua cuando se enfra. Un Kilojoule son 0.2388 Kilocaloras.

    n Temperatura. El grado de calentamiento, sin hacer referencia alguna a la cantidadde energa calorfica disponible.

    n Calor. Una medida de la energa disponible sin hacer referencia a la temperatura. Porejemplo, los Kilojoules que elevan la temperatura de un kilogramo de agua de 10C a11C puede provenir del aire ambiente a una temperatura de 20C, o de una flama auna temperatura de 500C.

    de agua se le llama Calor deVaporizacin o Calor Latente. Lacantidad requerida es diferente paracada combinacin de presin/temperatura, como se muestra en laTabla del Vapor.

    Vapor Trabajando...Cmo el Calordel Vapor es UtilizadoEl calor fluye de un punto a altatemperatura a un punto a temperaturamenor, sto es lo que se conoce comotransferencia de calor. Empezando en lacmara de combustin de la caldera, elcalor fluye a travs de la pared de lostubos de la caldera hasta el agua.Cuando la presin ms alta de la calderaempuja el vapor hacia afuera de lacaldera, los tubos de distribucin secalientan. Entonces calor fluye, a travsde la pared de los tubos, hacia el aire atemperatura menor alrededor de latubera. Esta transferencia de calortransforma una cierta cantidad del vaporen agua nuevamente. sta es la raznpor la que usualmente las tuberas dedistribucin estn aisladas, ya que as seminimiza el desperdicio de energa deesta transferencia de calor indeseable.

    La historia es diferente cuando el calorllega a los intercambiadores de calor delsistema. En este caso se desea latransferencia de calor del vapor. El calorfluye hacia el aire en un calentador deaire, hacia el agua en un calentador deagua, o a los alimentos en una olla decocido. Nada debe de interferir con estatransferencia de calor.

    Drenado del Condensado...Porqu es NecesarioEl condensado es un productosecundario de la transferencia de caloren un sistema de vapor. Se forma en elsistema de distribucin debido a lainevitable existencia de radiacin.Tambin se forma en equipos decalentamiento y de proceso debido a latransferencia de calor del vapor a lasubstancia que se desea calentar. Unavez que el vapor se condensa al habersoltado todo su valioso calor latente, elcondensado caliente se debe de removerinmediatamente. El condensado todavaes agua caliente con valor energtico yse debe de regresar a la caldera, ancuando el calor disponible en unkilogramo de condensado esrelativamente poco comparado al de unkilogramo de vapor.

    Figura 4-2. Estos dibujos muestran cuanto calor es necesario para generar un kilogramo devapor a una presin de 10 bar. Ntese que se necesita ms calor y una mayor temperatura parapoder hervir el agua a 10 bar en vez de a presin atmosfrica. Ntese tambin la cantidadmenor de calor que se necesita para convertir agua a vapor a una temperatura ms alta.

    Figura 4-1. Estos dibujos muestran cuantocalor es necesario para generar un kilogramode vapor a la presin atmosfrica. Ntese quese necesita 4.19 kJ por cada 1C deincremento en la temperatura hasta el puntode ebullicin, pero se necesitan ms kJ paraconvertir agua a 100C en vapor a 100C.

    + 150 kJ =

    + 1023 kJ =

    1 kg de vapora 100C

    1 kg de aguaa 100C

    1 kg de aguaa 20C

    1 kg de aguaa 20Cy 1 bar

    1 kg de aguaa 180Cy 10 bar

    1 kg de vapora 180Cy 10 bar

    + 285 kJ = + 928 kJ =

    Condensado Vapor

  • 7

    yyyyy

    yyyyy

    yyyyy

    yyyyy

    yyyyy

    yyyyy

    yyyyy

    FLUIDO A CALENTAR

    METAL

    SARRO

    SUCIEDADAGUA

    GASESNO CONDENSABLES

    VAPOR

    SECCIN DETUBO SERPENTN

    Figura 5-4. Ntese que la radiacin de calor del sistema de tuberas causa la formacin de condensado y, por lo tanto se requiere de trampas devapor a los niveles bajos del sistema, o delante de las vlvulas de control. En los intercambiadores de calor las trampas llevan a cabo laimportante tarea de remover el condensado antes de que se convierta en un impedimento a la transferencia de calor. Condensado caliente seregresa, a travs de las trampas, a la caldera para ser reusado.

    La necesidad de drenar la unidad detransferencia de calor. Cuando el vaporse encuentra con condensado, que hasido enfriado a una temperatura menorque la del vapor, se puede producir otrotipo de golpe de ariete que se conocecomo choque trmico. El vapor ocupa unvolumen mucho mayor que elcondensado, as que cuando el vapor secondensa de forma repentina se generanondas de choque que viajan por todo elsistema. Esta forma de golpe de arietepuede daar el equipo, y bsicamenteindica que el condensado no est siendodrenado adecuadamente en el sistema.

    Al mismo tiempo, el condensado ocupaespacio dentro de la unidad detransferencia de calor, lo cual reduce eltamao fsico y la capacidad de launidad. Si el condensado se remueverpidamente entonces la unidad estllena de vapor (Fig. 5-3). Pero alcondensarse el vapor se forma una capa

    de agua dentro de las superficies delintercambiador de calor. Adems, losgases no-condensables no se conviertenen lquidos y fluyen hacia afuera porgravedad, sino que se acumulan dentro dela unidad y tambin forman una capadelgada en las superficies delintercambiador de calor - junto con lasuciedad y el sarro. Todos estoselementos son impedimentos para unatransferencia de calor adecuada (Fig. 5-1).

    La necesidad de remover aire y CO2.Aire siempre est presente durante elarranque del equipo y en el agua dealimentacin a la caldera. Adems, elagua de alimentacin puede tenerdisueltos ciertos carbonatos que liberanbixido de carbono. La velocidad a quefluye el vapor empuja estos gases hacialas paredes de los intercambiadores decalor, lo que puede resultar en el bloqueodel flujo del calor. Esto empeora elproblema del drenaje de condensadosdado que estos gases deben de serremovidos del sistema junto con elcondensado.

    La necesidad de drenar el sistema dedistribucin. El condensado que seacumula en las lneas de vapor puedeser la causa de cierto tipo de golpe deariete. Cuando el vapor viaja avelocidades de hasta 160 km/hr tiende aproducir olas al pasar sobre elcondensado (Fig. 5-2). Si se haacumulado demasiado condensadoentonces el vapor a alta velocidad loestar empujando, lo cual produce untapn de agua que crece y crece alempujar el lquido delante de l.Cualquier componente que trate decambiar la direccin del flujo -conexiones, vlvulas reguladoras, codos,bridas ciegas - puede ser destruido.Asimismo, aparte del dao producido poreste golpeteo hidrulico, el agua a altavelocidad puede causar erosinsignificante en las conexiones y tuberascon superficies metlicas.

    Figura 5-3. Un serpentn medio lleno decondensado no puede trabajar a su mximacapacidad.

    Figura 5-2. El condensado que se ha dejadoacumular en las tuberas va a formar olas alpasarle vapor por encima de l, hasta queeventualmente puede bloquear el flujo (puntoA). El condensado en la el rea B produce unadiferencia de presin que permite a la presinde vapor empujar el tapn de condensado a lolargo del tubo como un cilindro golpeador.

    A B

    Figura 5-1. Posiblesreductores de latransferencia de calor;el calor y latemperatura del vapordeben superar estasposibles barreras parapoder hacer su trabajo.

    Condensado Vapor Gases

    Venteador

    Trampa TrampaTrampa

    Trampa

    10 bar180C

    6 bar159C

    PRV

    Trampa

    Trampa

  • 8Vapor...Conceptos Bsicos

    Efecto del Aire en la Temperaturadel VaporCuando el aire y otros gases se meten alsistema de vapor estarn ocupando parte delespacio que debera estar ocupado nicamentepor el vapor. Y la temperatura de la mezclaaire/vapor va a ser menor que la que serapara vapor puro. La Figura 6-1 explica el efectodel aire en las lneas de vapor. La Tabla 6-1 yla Grfica 6-1 muestran la reduccin entemperatura causada por diferentesporcentajes de aire a varias presiones.

    Efecto del Aire en la Transferenciade CalorEl vapor lleva consigo aire y otros gasesdurante su flujo normal hacia el interior de unintercambiador de calor. Estos gases no-condensables, debido a que no se condensany no se pueden drenar por gravedad, formanuna barrera entre el vapor y las superficies delintercambiador de calor. Y las excelentespropiedades aisladoras del aire reducen latransferencia de calor. De hecho, bajo ciertascondiciones, con un porcentaje tan bajo como0.5% de aire en el volumen de vapor puedereducir en un 50% la eficiencia de latransferencia de calor (Fig. 7-1).Cuando los gases no-condensables(principalmente aire) se continan acumulandoy no son removidos de la unidad, poco a pocollenan el interior del intercambiador de calor yeventualmente bloquean completamente elflujo del vapor. Entonces se dice que la unidadest bloqueada por aire.

    CorrosinDos causas principales para la formacin desarro y para la corrosin son el bixido decarbono (CO2) y oxgeno. CO2 entra al sistemaen los carbonatos que estn disueltos en elagua de alimentacin, y cuando sta se

    Temperatura del VaporMezclado con VariosPorcentajes de Aire(en Volumen) (C)

    10% 20% 30%

    TemperaturaVapor

    Saturado

    2

    4

    6

    8

    10

    120.2

    143.6

    158.8

    170.4

    179.9

    116.7

    140.0

    154.5

    165.9

    175.4

    113.0

    135.5

    150.3

    161.3

    170.4

    110.0

    131.1

    145.1

    155.9

    165.0

    Presin

    (bar) (C)

    Cmara de Vapor - 100% vaporPresin Total - 10 bar (a)

    Presin del Vapor - 10 bar (a)Temperatura del Vapor - 180C

    Figura 6-1. En una cmara donde existe aire yvapor se va a liberar el calor correspondientea la presin parcial del vapor, no a la presintotal de la cmara.

    Cmara de Vapor - 90% vapor y 10% airePresin Total - 10 bar (a)

    Presin del Vapor - 9 bar (a)Temperatura del Vapor - 175.4C

    Tabla 6-1. Reduccin en Temperatura Causadapor Aire

    mezcla con el condensado enfriado se creacido carbnico. El cido carbnico esextremadamente corrosivo y puede comerselas tuberas y los intercambiadores de calor(Fig. 7-2). Oxgeno entra al sistema como ungas disuelto en el agua de alimentacin. Eloxgeno hace ms grave an el efecto delcido carbnico, incrementando la corrosin ypicando las superficies de hierro y acero (Fig.7-3).

    Eliminando lo IndeseableResumiendo, las trampas de vapor deben dedrenar el condensado porque ste puededisminuir la transferencia de calor y puedecausar golpe de ariete. Las trampas debenevacuar aire y otros gases no-condensablesporque llos pueden disminuir la transferenciade calor al reducir la temperatura del vapor y alaislar trmicamente el sistema. Y tambinpueden promover daos debidos a corrosin.Es imperativo remover condensado, aire y CO2tan rpida y completamente como se pueda.

    Lo que se necesita es una trampa de vapor, lacual es simplemente una vlvula automticaque se abre al condensado, aire y CO2, y secierra al vapor. Y por razones de economa, lastrampas de vapor deben de hacer su trabajopor largos perodos de operacin y con unmnimo de mantenimiento.

    pinsese en un sistema a una presinabsoluta de 9 bar y una temperatura en elintercambiador de calor de 160C. Basadoen la grfica se puede determinar que hay30% de aire en volumen dentro del vapor.

    Grfica 6-1. Mezcla Aire - VaporReduccin de temperatura causada a variosporcentajes de aire a diversas presiones. Estagrfica define el porcentaje de aire, a presin ytemperatura conocidas, al determinar el puntode interseccin entre presin, temperatura yporcentaje de aire en volumen. Por ejemplo,

    Porcentaje

    de Aire en V

    olumne - % Presin - bar

    Tem

    pera

    tura

    - C

    Presin Absoluta - bar

  • 9Figura 7-2. El gas CO2 se mezcla con elcondensado que se ha enfriado a unatemperatura menor que la del vapor, y formacido carbnico que corroe tuberas y unidadesde transferencia de calor. Obsrvese en lafigura cmo las roscas han sido corrodas.

    Figura 7-3. El oxgeno en el sistemaaumenta la corrosin (como oxidacin) delas tuberas, causando picaduras como lamostrada en la figura.Figs. 7-2 y 7-3 son cortesa de DearbornChemical Company, USA.

    Tabla 7-1. Costo de varios tamaos de fugas de vapor a 7 bar

    Las prdidas de vapor indicadas suponen un vapor limpio y seco que fluye hacia la atmsfera atravs de un orificio de bordes agudos, y sin condensado presente. La existencia decondensado usualmente resulta en prdidas menores debido a la creacin de vapor flashcuando se tiene una cada en la presin del vapor.

    Qu Debe de Hacer una Trampade VaporEl trabajo de una trampa de vapor es elsacar condensado, aire y CO2 delsistema tan rpido como se empiezan aacumular. Asimismo, para una mayoreficiencia y economa, una trampa debetambin de ofrecer:

    1. Prdida mnima de vapor. La Tabla7-1 muestra que tan costoso puederesultar el tener fugas de vapor sinreparar.

    2. Larga vida y servicio seguro. Eldesgaste rpido de sus partes resulta enuna trampa que no ofrece servicioseguro. Una trampa eficiente ofreceahorro de dinero al minimizar lanecesidad de pruebas, reparaciones,limpieza, interrupcin de servicio ocualquier otro requerimiento.

    3. Resistencia a la corrosin. Laspartes importantes de una trampa debende ser resistentes a la corrosin paraque no sufran los efectos dainos de loscondensados cargados con cidos o conoxgeno.

    partculas que se cuelan por los filtrosson erosivas y por lo tanto la trampa devapor debe de ser capaz de funcionarante la presencia de suciedad.

    Una trampa que ofrezca cualquier cosamenor que todas estas caractersticasdeseadas, resultar en una eficienciamenor en el sistema y en un incrementoen costos. Cuando una trampa ofrecetodas las caractersticas enlistadas, elsistema puede lograr:

    1. Calentamiento rpido de las unidadesde transferencia de calor

    2. Temperaturas mximas en lasunidades para una mejor transferenciade calor

    3. Funcionamiento a capacidad mxima4. Mximo ahorro energtico5. Reduccin de la mano de obra por

    unidad6. Una vida en servicio larga, sin

    problemas y de mnimomantenimiento

    En algunos casos especiales se necesitauna trampa sin algunas de lascaractersticas mencionadas, pero en lagran mayora de las aplicaciones latrampa que sea capaz de satisfacertodas las necesidades ser la que dmejores resultados.

    4. Venteo del aire. El aire puedemezclarse con el vapor en cualquiermomento, y en especial al arranque delequipo. El aire debe de ser venteadopara tener una transferencia de caloreficiente y para prevenir bloqueos en elsistema.

    5. Venteo del CO2. Mediante el venteodel CO2 a la temperatura del vapor seevita la formacin de cido carbnico.Por lo tanto la trampa de vapor debe deoperar a una temperatura igual, obastante cerca, a la temperatura delvapor, ya que el CO2 se disuelve encondensado que se ha enfriado atemperatura menor que la del vapor.

    6. Funcionamiento con contrapresin.Presurizacin de las lneas de retornopuede ocurrir por diseo o por unmalfuncionamiento. Una trampa devapor debe ser capaz de funcionar ancuando exista contrapresin en sutubera de retorno al sistema.

    7. Libre de problemas por suciedad.Suciedad y basura siempre sern algoque se encuentra en las trampas debidoa que se instalan en los niveles bajos delsistema de vapor. El condensado recogela suciedad y el sarro en las tuberas, ytambin partculas slidas pueden seracarreadas desde la caldera. An lasFigura 7-1. Cuando el vapor se condensa

    dentro de una unidad de transferencia decalor, el aire se mueve hacia las superficies detransferencia de calor, donde se consolida enuna capa que forma un aislamiento trmicobastante efectivo.

    Condensado Vapor

    Tamao del Orificio(in)1/2

    7/163/85/161/43/161/8

    Kilogramos de vapordesperdiciados al mes

    379,500289,500213,600147,70095,40053,20023,800

  • 10

    La Trampa de Vapor de Balde Invertidofijos que puedan desgastarse o crearfriccin. El mecanismo est diseado paraabrir el orificio de descarga a su mximacapacidad. Asimismo, el balde es resistenteal golpe de ariete debido a que est abiertoen su parte inferior. Los posibles puntos dedesgaste estn reforzados para una vidatil ms larga.

    Una trampa de Balde Invertido deArmstrong puede seguir conservandoenerga an cuando sufra desgaste. Estoes debido a que al desgastarse el asientode la vlvula, se incrementa su dimetro ysto cambia la geometra y el dimetro dela bola de la vlvula. Cuando sto ocurre loque ocasiona es que la bola asiente msprofundamente, asegurndose un sello mshermtico.

    Operacin ConfiableLa trampa de Balde Invertido de Armstrongdebe su confiabilidad a un diseo especialque la hace virtualmente libre de problemaspor suciedad. Ntese que la vlvula y suasiento estn en la parte superior de latrampa. As que las partculas grandes debasura se hunden hasta el fondo de latrampa, en donde son pulverizadas debidoal golpeteo por el subir y bajar del balde.Debido a que la vlvula del balde invertidoest cerrada o completamente abierta, laspartculas pueden salir de la trampa sinproblemas. Asimismo, el flujo rpido decondensado por debajo del borde del baldecrea una accin limpiadora nica que selleva la basura fuera de la trampa. El Balde

    La trampa de vapor Armstrong con baldeinvertido y sumergido es una trampamecnica que opera basada en ladiferencia de densidades entre el vapor yel agua. Vase Fig. 8-1. El vapor que entraal balde invertido y sumergido causa queste flote y que cierre la vlvula dedescarga. El condensado que entra a latrampa hace al balde ms pesado, por loque se hunde y as se abre la vlvula dedescarga para dejar salir al condensado. Adiferencia de otras trampas mecnicas, lade Balde Invertido tambin venteacontinuamente el aire y el bixido decarbono, a la temperatura del vapor.

    Este principio sencillo para removercondensado fue inventado por Armstrongen 1911. Despus de aos de hacerlemejoras en cuanto a materiales yfabricacin, las trampas de Balde Invertidode Armstrong que se tienen hoy en dason prcticamente insuperables eneficiencia de operacin, en confiabilidad yen vida til.

    Servicio Prolongado, y Eficienteen EnergaEl corazn de la trampa de Balde Invertidode Armstrong es un mecanismo nico depalanca que multiplica la fuerza ejercidapor el balde para abrir la vlvula en contrade la presin existente. No hay pivotes

    1. La trampa de vapor se instala en la lnea de drenaje, entre la unidadcalentada por vapor y el cabezal de retorno de condensados. Alarranque, el balde est abajo y la vlvula est completamente abierta.Cuando el flujo inicial de condensado entra a la trampa, fluye por debajodel borde inferior del balde, llena el cuerpo de la trampa y sumergecompletamente al balde. El condensado entonces sale a travs de lavlvula completamente abierta y se descarga a la tubera de regreso.

    2. El vapor tambin entra a la trampa dentro del balde invertido, dondese eleva y se acumula en la parte superior, provocando la flotacin delbalde. Al subir el balde tambin sube la bola de la vlvula hacia suasiento, hasta que la vlvula cierra hermticamente. El aire y el bixidode carbono pasan continuamente por el venteador del balde y seacumula en la parte superior de la trampa. El vapor que se escape por elventeador se condensa debido a la radiacin de la trampa.

    El FlujoRecoge

    las Basuras

    VlvulaCompletamente

    Abierta

    Figura 8-1. Funcionamiento de la Trampa de Vapor de Balde Invertido (a presiones cerca de la mxima)

    VlvulaCerrada

    Vapor Condensado Aire Condensado Flasheando1234

    1234

    1234

    Invertido tiene nicamente dos partesmviles: el mecanismo de palanca de lavlvula y el balde. Esto significa que no hayni puntos fijos ni mecanismos complicados,es decir nada que se atore, atasque o tape.

    Partes Resistentes a la CorrosinLa vlvula y el asiento de las trampas deBalde Invertido de Armstrong estn hechosde acero inoxidable de alto contenido decromo, y son lijados y lapeados. Todas lasdems partes estn hechas de aceroinoxidable que es resistente a la corrosin yal desgaste.

    Funcionan con ContrapresinAl tenerse presin en la lnea de descarga dela trampa bsicamente se reduce eldiferencial de presin a travs de la vlvula.Cuando la presin de salida o contrapresines casi igual a la presin de entrada, ladescarga se vuelve continua, tal y comosucede cuando se tienen presionesdiferenciales muy bajas.

    Aparte de la disminucin de su capacidaddebido a un diferencial bajo, la contrapresinno tiene ningn otro efecto negativo en elfuncionamiento de la trampa de BaldeInvertido. El nico efecto es que simplementese necesita que el balde ejerza una fuerzamenor para abrir la vlvula y para que latrampa entre en su ciclo.

  • 11

    3. Cuando el condensado empieza a llenar el balde, el balde comienza ajalar la palanca de la vlvula. Dado que el nivel del condensado siguesubiendo, ms fuerza es ejercida en la palanca, hasta que es suficientepara vencer la presin diferencial de la vlvula, la cual se abre.

    4. Al momento que la vlvula se abre, la fuerza de la presin atravs de ella se reduce, y el balde se hunde rpidamente, lo queabre la vlvula completamente. Primero sale el aire que se haacumulado, seguido por el condensado. El flujo que hay por debajodel borde del balde levanta la suciedad y se la lleva fuera de latrampa. La descarga contina hasta que llegue ms vapor que hagaflotar al balde, y as se repita el ciclo.

    VlvulaCerrada

    FlujoAuto-

    Limpiador

    VlvulaCompletamente

    Abierta

    Tipo de Conexiones

    Persin de Operacin(bar)

    Capacidad (kg/hr)

    Hierro Fundido Acero InoxidableEstirado Acero Forjado Acero FundidoAcero Inoxidable

    Fundido

    Conexiones (inches)(mm)

    RoscadaRoscada,

    Soldada a Tope,o a Presin

    Roscada,Soldada a Tope,

    o Bridada

    0 a 17 0 a 45 0 a 186 0 a 41 0 a 47

    Hasta 9,091 Hasta 2,000 Hasta 8,636 Hasta 2,000 Hasta 8,636

    Roscada,Soldada a Tope,

    o Bridada

    Roscada,Soldada a Tope,

    o Bridada

    1/2" a 21/2"15 - 65

    3/8" a 1"10 - 25

    1/2" a 2"15 - 50

    1/2" a 1"15 - 25

    1/2" a 2"15 - 50

    Tabla 9-1. Parmetros Tpicos de Diseo para las Trampas de Balde Invertido

    3. Trampas de Acero Forjado.Trampa de Balde Invertido estndarpara aplicaciones de alta presin yalta temperatura (incluyendo vaporsobrecalentado), llegando hasta 180bar y 560C.

    4. Trampas de Acero InoxidableFundido. Trampa de Balde Invertidoestndar para aplicaciones de altacapacidad y corrosivas. Se puedenreparar. Para presiones de hasta 47bar y temperaturas de hasta 263C.

    Tipos de Trampas Armstrong deBalde Invertido Disponibles paraSatisfacer NecesidadesEspecficasLas trampas de Balde Invertido estndisponibles en diferentes materiales delcuerpo, con diferentes configuracionesde tuberas, y otras opciones ms. Estavariedad permite una gran flexibilidadpara escoger la trampa correcta quesatisfaga las necesidades especficasde la aplicacin. Vase Tabla 9-1.

    1. Trampas Completamente deAcero Inoxidable. Con cuerpossellados, a prueba de forzaduras yhechas de acero inoxidable. Estastrampas son capaces de aguantarcongelamiento sin sufrir dao alguno.Se pueden instalar en venas de vapor,colectores a la intemperie y otrasaplicaciones donde puede existircongelamiento. Para presiones dehasta 45 bar y temperaturas hasta de345C.

    2. Trampas de Hierro Fundido.La trampa de Balde Invertido estndarpara uso general en presiones hastade 17 bar y temperaturas hasta de232C. Se ofrecen con conexioneslaterales, conexiones laterales confiltro integrado, y conexin tipo entradaabajo - salida arriba.

  • 12

    La trampa de Flotador y Termosttica(F&T) es una trampa mecnica que operaen base a los conceptos de densidad ytemperatura. La vlvula de flotador operabasada en el concepto de densidad: unapalanca conecta la bola del flotador a lavlvula y su asiento. El flotador se elevauna vez que el condensado llega hastacierto nivel en la trampa, abriendo elorificio de la vlvula y drenando elcondensado. El sello de agua formadopor el propio condensado evita la prdidade vapor vivo.

    Al estar la vlvula de descarga bajo agua,no es posible que se pueda ventear elaire y los no-condensables. Cuando laacumulacin de aire y gases no-condensables causa una cadasignificante de temperatura, un venteadortermosttico en la parte superior de latrampa se abre para descargarlos. Elventeador termosttico se activa a unatemperatura unos cuantos grados menorque la de saturacin, de manera que escapaz de descargar volmenes grandesde aire - mediante un orificioindependiente - pero a una temperaturaligeramente ms baja.

    Las trampas F&T de Armstrong ofrecenuna gran capacidad de venteo de aire,responden inmediatamente al existircondensado, y son adecuadas paraaplicaciones industriales y de calefaccin,ventilacin y aire acondicionado (HVAC).

    La Trampa de Vapor de Flotador y Termosttica

    Funcionamiento con AltaContrapresinLa contrapresin no tiene ningn efectonegativo en el funcionamiento de unatrampa F&T, fuera de la disminucin desu capacidad debido a una presindiferencial baja. Y cuando se tenga unacontrapresin alta, la trampa no dejarde cerrar y no dejar escapar vapor.

    NOTE: Estos dibujos del funcionamiento de la trampa F&T no representan la configuracin real.

    1. Al arranque, la baja presin en el sistemaforza al aire a salir por el venteadortermosttico. Despus del venteo del aire,usualmente se tiene una gran cantidad decondensado que eleva el flotador y abre lavlvula principal. El aire sigue siendodescargado por el venteador.

    2. Cuando el vapor llega a la trampa, elventeador termosttico se cierra al respondera la temperatura ms alta. El condensadosigue fluyendo a travs de la vlvula principal,la cual se abre de acuerdo a la posicin delflotador. La abertura de la vlvula es suficientepara descargar el condensado con la mismarapidez con que llega.

    3. Cuando se ha acumulado aire en la trampa,la temperatura cae por debajo de latemperatura de vapor saturado. En esemomento el venteador trmico tiene unapresin balanceada, se abre y el aire sedescarga.

    Figura 10-1. Funcionamiento de la Trampa de Vapor F&T

    Funcionamiento Confiable BajoPresin de Vapor VariablePresin de vapor variable significa que lapresin en la unidad intercambiadora decalor que se est drenando puede tenercualquier valor entre la mxima presinde suministro del vapor y presin devaco, bajo ciertas condiciones.Consecuentemente, bajo condiciones deno presin slo existe la fuerza degravedad para empujar el condensado atravs de la trampa. Grandes cantidadesde aire tambin pueden ser liberadascuando se tienen bajas presiones devapor. Las trampas F&T tienen unfuncionamiento eficiente que satisfacetodas estas condiciones especiales.

    Vapor Condensado Aire

  • 13

    Estndar SHEMALas trampas F&T para presiones de hasta1 bar se pueden seleccionar basado en eltamao de la tubera y siguiendo laclasificacin establecida por SHEMA(Asociacin de Fabricantes de Equipo deCalefaccin con Vapor). La clasificacinSHEMA es la misma para todas lasmarcas de trampas F&T dado que ha sidoestablecida en base a la capacidad deflujo en una tubera llena de condensadohasta la mitad y con condicionesespecficas de presin, longitud de tubo,inclinacin, etc.

    Diferentes organizaciones especificandiferentes procedimientos para utilizar losestndares SHEMA en la seleccin detrampas. Estos procedimientos deben deseguirse para poder cumplir con lasespecificaciones de esa organizacin. Sinembargo, no se necesita factor de seguridadpara la trampa debido a que la clasificacinSHEMA ya considera que debe de tenerseeliminacin continua del aire cuando latrampa est operando a su mximacapacidad de condensado, y en condicionesde sobrecarga.

    Tabla 11-1. Parmetros Tpicos de Diseopara Trampas de Flotador y Termostticas

    fluyendo. Cuando el vapor o el vapor flashllega al orificio de entrada, la velocidad delflujo se incrementa y el disco es jaladohacia su asiento. El disco cierra alincrementarse la presin en la cmara decontrol. La diferencia de presinnecesaria para abrir la trampa escontrolada por la cmara decalentamiento en la tapa de la trampa, ypor una pequea ranura de purgado en eldisco. Una vez que el sistema est a latemperatura de operacin, el ciclo de latrampa es controlado por la ranura depurgado.

    Cmara Especial deCalentamientoLa cmara especial de calentamiento enlas trampas Armstrong de DiscoControlado envuelve el cuerpo y lacmara de control del disco. La purgacontrolada, desde la cmara hasta la

    La trampa de vapor de Disco Controlado(CD) es un sistema que funciona con unretraso de tiempo, y que opera en baseal concepto de velocidad. Esta trampatiene slo una parte mvil: el disco.Debido a que es bastante liviana ycompacta, la trampa CD satisface lasnecesidades en muchas aplicacionesdonde el espacio es limitado. Ademsde las ventajas de simple operacin ytamao reducido, la trampa CD tambinofrece otras ventajas, tales como:resistencia contra impacto hidrulico,descarga total de todo el condensado alabrir, y operacin intermitente para unpurgado continuo.

    El funcionamiento de las trampas dedisco controlado est basado en elcambio de presiones en la cmaradonde se encuentra el disco. La trampaCD de Armstrong se mantendr abiertamientras se tenga condensado fro

    La Trampa de Vapor de Disco Controlado

    Tabla 11-2. Parmetros Tpicos de Diseopara Trampas de Flotador y Termostticas

    Tipo deConexiones

    Presin deOperacin(bar)

    Capacidad(kg/hr)

    Hierro Fundido Acero Fundido2" a 3"

    50 - 80 mmConexiones

    Roscadaso Bridadas

    Roscadas,Soldadas a Tope

    o Bridadas

    0 a 17 0 a 31

    Hasta 94,545 Hasta 127,273

    1/2" a 3"15 - 80 mm

    Tipo deConexiones

    Presin deOperacin (bar)

    Capacidad (kg/hr)

    Acero

    Conexiones

    Roscadas,Soladas a Tope

    Bridadas

    0.70 a 41

    Hasta 1,295

    3/8" a 1"10 - 25 mm

    Figura 11-1. Diseo y Funcionamiento de las Trampas de Disco Controlado

    Cmara de Calentamiento

    Cmara de Control

    Disco de Control

    Conductos de Entrada

    Conductos de Salida

    Flujo a Alta VelocidadAsiento

    1. Al arrancar, el condensado y el aire entran ala trampa y pasan por la cmara decalentamiento, alrededor de la cmara decontrol, y a travs de los orificios de entrada.Este flujo separa el disco de los orificios ypermite que el condensado fluya por losconductos de salida.

    2. El vapor entra por los conductos de entraday fluye hasta debajo del disco de control. Lavelocidad de flujo a lo largo de la cara deldisco se incrementa, producindose unareduccion en la presin que jala al disco haciaal asiento, cerrando la trampa.

    3. El disco se apoya en las dos carasconcntricas del asiento, cerrando losconductos de entrada y trampeando vapor ycondensado arriba del disco. Hay una purgacontrolada del vapor en la cmara de control, yel vapor flash generado ayuda a mantener lapresin en la cmara de control. Cuando lapresin arriba del disco se reduce, la presin ala entrada separa al disco de su asiento. Y siexiste condensado, se descarga y bsicamentese repite el ciclo.

    Vapor Condensado Aire Mezcla de Vapor y Condensado

    Cmara de Control

    El disco se apoyaen las dos carasconcntricas delasiento

    salida de la trampa, es lo que controla laoperacin de la trampa, lo que significa queel diseo de la trampa - y no lascondiciones ambientales - es lo quecontrola el ciclo de la trampa. Si no setuviese este mtodo de control, el ciclo dela trampa sera afectado por la lluvia, nieve,y condiciones ambientales a bajastemperatura.

  • 14

    La Trampa de Vapor Termosttica

    1. Al arranque, el condensado y el aire sonempujados por el vapor directamente a travsde la trampa. El elemento de fuelletermosttico est completamente contrado yla vlvula permanece abierta hasta que elvapor llega a la trampa.

    El funcionamiento del Wafer Termosttico dePresin Balanceada es bastante similar al de losfuelles de presin balanceada, descrito en Fig. 12-1.El wafer est parcialmente lleno con un lquido.Cuando la temperatura dentro de la trampa seincrementa, el wafer se calienta y se incrementa lapresin del vapor dentro de l. Cuando la presindentro del wafer excede la presin del vapor en losalrededores, la membrana del wafer es empujadacontra el asiento de la vlvula, cerrando la trampa.Una cada en la temperatura, causada por elcondensado o los gases no-condensables, enfra yreduce la presin dentro del wafer, permitiendo alwafer despegarse del asiento de la vlvula.

    2. Cuando la temperatura dentro de latrampa se incrementa, el elemento de fuellese calienta rpidamente, y la presin delvapor dentro de l se incrementa. Cuando lapresin dentro del fuelle es igual a lapresin en el cuerpo de la trampa, lacaracterstica elstica del fuelle resulta enque se expanda, cerrando la vlvula. Cuandola temperatura en la trampa se reduce unoscuantos grados debajo de la temperatura devapor saturado, se produce un desbalanceen las presiones que contraen el fuelle,abrindose nuevamente la vlvula.

    Tabla 12-1. Parmetros de Diseo para Trampas TermostticasLas trampas de vapor Termostticasestn disponibles con fuelle de presinbalanceada o con elementos tipo wafer, yestn hechas de una gran variedad demateriales, tales como: acero inoxidable,acero al carbono, y bronce. Estas trampasson utilizadas para aplicaciones donde setienen cargas de condensado bastanteligeras.

    Funcionamiento TermostticoEl funcionamiento de las trampas devapor Termostticas es basado en ladiferencia entre la temperatura del vapor yla del condensado fro y el aire. El vaporincrementa la presin dentro del elementotermosttico, cerrando la trampa. Cuandoel condensado y los gases no-condensables se acumulan en elsegmento de enfriamiento, la temperaturaempieza a disminuir y el elementotermosttico se contrae, abrindose lavlvula. La cantidad de condensado

    acumulado a la salida de la trampadepende de las condiciones deoperacin, la presin del vapor, y eltamao de la tubera. Es importantehacer notar que una acumulacin degases no-condensables puede ocurrirdetrs de la acumulacin decondensado.

    NOTA: Las Trampas Termostticas tambinpueden ser usadas para ventear aire en unsistema de vapor. Cuando el aire seacumula, la temperatura disminuye y elventeador termosttico automticamentedescarga el aire a una temperaturaligeramente menor que la temperatura delvapor, en todo el rango de presiones deoperacin.

    Vapor de Alcohol

    Particin

    Alcohol Lquido

    Cmaradel Alcohol

    Wafer

    Vapor Condensado y Aire Condensado

    Figura 12-2 Funcionamiento del Wafer TermostticoFigura 12-1. Funcionamiento de la Trampa de Vapor Termosttica

    Tipo deConexiones

    Presin deOperacin (bar)

    Capacidad (kg/hr)

    Fuelle de Presin Balanceada Wafer de Presin Balanceada

    Conexiones

    0-28

    Hasta 31.8

    Material del Cuerpoy la Tapa

    Aceroal Carbono

    0-4.5

    AceroInoxidable Bronce

    1/4" a 3/4"6 a 20 mm

    1/2", 3/4", 1"15, 20, 25 mm

    NPT Recta,En ngulo

    0-41

    Hasta 34.9 Hasta 436

    Roscadas,Soldadas a

    Tope

    0-20.5

    Hasta 1,568

    1/2", 3/4"15, 20 mm

    AceroInoxidable Bronce

    0-3.5

    NPT Recta,En ngulo

    Hasta 726

    1/2", 3/4"15, 20 mm

    1/2",3/4"15, 20 mm

    Roscadas,Soldadas a

    Tope

    Roscadas,Soldadas a

    Tope

  • 15

    Vapor Secundario

    Balde

    Entrada

    Vlvula de Descargade Condensado

    Vlvula Manual de Medicin

    Salida

    Condensado

    Vapor Vivo y Flash

    Condensado y Vapor Secundario

    Lne

    as P

    unte

    adas

    Rep

    rese

    ntan

    Tub

    era

    del

    Sis

    tem

    a

    Los Controladores AutomticosDiferenciales de Condensado (DC) deArmstrong estn diseados para trabajaren situaciones donde el condensadotiene que ser subido desde su punto dedrenaje, o en aplicaciones con drenajepor gravedad donde un aumento en lavelocidad del flujo ayuda en el drenado.Cuando se sube el condensado desdesu punto de drenaje (comnmentellamado drenaje por sifn) se produceuna disminucin en la presin delcondensado, lo cual resulta en que unaparte del condensado se convierte envapor flash. Una trampa ordinaria esincapaz de distinguir entre vapor flash(espontneo) y vapor vivo, por lo que secierra e impide la descarga delcondensado.

    El aumento en la velocidad del flujo endrenajes por gravedad ayuda a llevar elcondensado y el aire a la trampa DC.Este aumento en la velocidad esproducido por un bypass interno devapor, el cual es controlado por unavlvula de medicin manual. Por lo cualel controlador de condensado venteaautomticamente el vapor del bypass o

    secundario. Este vapor se puedecolectar para luego usarse en otrosintercambiadores de calor, o se puededescargar en la lnea de retorno decondensado.

    Las capacidades requeridas para eldrenado de equipo varanconsiderablemente con el tipo deaplicacin que se tiene. Sin embargo,un slo Controlador de Condensadoprovee suficiente capacidad para lamayora de las aplicaciones.

    El Controlador Automtico Diferencial de Condensado

    Funcionamiento del Controladorde CondensadosCondensado, aire y vapor (vivo y flash)fluyen hacia la entrada del controlador.En ese momento el vapor flash y elaire son automticamente separadosdel condensado, y son enviados deforma controlada hacia el bypassintegrado, generando el vaporsecundario (Vase Fig. 13-2).La vlvula es ajustable para que sepueda controlar la cantidad de vaporflash que se tiene al operar a mximacapacidad, o para satisfacer lavelocidad requerida en el sistema. Elcondensado se descarga por otroorificio, el cual es controlado por elbalde invertido.

    Debido al diseo con doble orificio, sedefine de antemano una presindiferencial de control para el sistemade vapor secundario, mientras que sepuede operar a la mxima presindiferencial para la descarga delcondensado.

    Al Cabezal de Vapor Secundario

    Retorno de Condensado

    Para un uso ms eficiente de la energa del vapor, Armstrongrecomienda este sistema de tuberas cuando el vapor secundarioes colectado y reusado en equipo de transferencia de calor.

    DC

    Sistema de tuberas cuando el vapor flash y los gases no-condensables son removidos y llevados directamente a lalnea de retorno del condensado.

    Retorno de Condensado

    DC

    Figura 13-1. Figura 13-2. Funcionamiento del Controlador de Condensados

    Hierro Fundido

    Roscadas

    0 a 17

    Hasta 9,091

    Tipo de Conexiones

    Presin de Operacin(bar)

    Capacidad (kg/hr)

    Conexiones 1/2" a 2"15 - 50 mm

    Tabla 13-1.Parmetros Tpicos de Diseo paraControladores Automticos Diferencialesde Condensado

  • 16

    Para poder obtener todos los beneficios de lastrampas que se han descrito en las pginasanteriores es necesario que las trampas seanseleccionadas en el tamao y para la presincorrecta para la aplicacin en turno, y quesean instaladas y que se les d elmantenimiento apropiado. Uno de lospropsitos de este Manual es de presentar lainformacin para una seleccin adecuada delas trampas. La instalacin y operacin detodo equipo de trampeo de vapor debe serllevada a cabo nicamente por personalexperimentado. La seleccin o la instalacinsiempre debe de ser basada en los consejos yrecomendaciones tcnicas de personalcompetente. Este Manual nunca debe deusarse como sustituto de dichos consejos orecomendaciones tcnicas. Se recomiendaque se ponga en contacto con Armstrong ocon sus representantes locales para obtenerms detalles al respecto.

    Consideraciones BsicasTrampeo Unitario se refiere al uso de trampasindividuales en cada unidad condensadora devapor, incluyendo, siempre que sea posible,cada calentador o serpentn que existe encada mquina. La informacin que se presentaen la seccin titulada Cortocircuito explica elporqu se prefiere trampeo unitario en vez detrampeo en grupo.

    Seleccin de Trampas

    Figura 14-4. Tuberas mltiples, presinvariable en flujo por gravedad a la trampa. 300kg/hr de condensado de un calentador a 5 bar.Tubera mltiple disminuye el riesgo decortocircuito. sese Factor de Seguridad de 3,a una presin de 2.5 bar.

    Figura 14-5. Tanque grande, drenado por sifn.300 kg/hr en un tanque de 1.2 m de dimetro y2.5 m de longitud, con 2.8 m3 de volumen a 2bar. El Factor de Seguridad es de 3 con unatrampa DC, y de 8 con una IB.

    Figura 14-3. Serpentn continuo, presinconstante en flujo por gravedad a la trampa.300 kg/hr de condensado de un serpentn debronce a 3 bar. Drenaje por gravedad a latrampa. Volumen muy bajo del vapor. Factorde Seguridad de 2.

    Vapor Condensado

    Cargas de Condensado Idnticas, Presiones Idnticas, y Factores de Seguridad Diferentes

    INCORRECTO

    Figura 14-1. Dos unidades que usan vapory drenadas por una sla trampa, lo que sellama Trampeo en Grupo, puede ocasionarcortocircuito.

    CORRECTO

    Figura 14-2. Cortocircuito es imposiblecuando cada unidad es drenada mediantesu propia trampa. Mayor eficiencia esgarantizada.

    Bsese en Experiencia. Experienciasanteriores deben de usarse para ayudar en laseleccin de trampas. La experiencia puedeser propia, o basada en el conocimiento delrepresentante de Armstrong, o basada en loque otras gentes han aprendido al trampearequipos semejantes.Seleccin Por Su Cuenta. La seleccin detrampas por uno mismo es fcil cuando seusa el Programa de Computadora No. 1 deArmstrong, Especificacin y Seleccin deTrampas de Vapor. An cuando no se tengaeste programa de computadora, es fcilseleccionar las trampas de vapor cuando seconoce o se puede calcular la siguienteinformacin:

    1. Carga de condensado en kg/hr2. El factor de seguridad a usar3. La diferencia de presiones4. La presin mxima permitida

    1. Carga de condensado. Cada seccin deCmo Trampear en este Manual contienefrmulas e informacin til sobre los rangosde condensacin de vapor y losprocedimientos adecuados de seleccin detrampas.

    2. Factor de Seguridad o de Experiencia aUsar. Usuarios se han dado cuenta quegeneralmente se debe de utilizar un Factor deSeguridad cuando se seleccionan trampas devapor. Por ejemplo, para obtener los mejoresresultados posibles, un serpentncondensando 300 kg/hr puede requerir de unatrampa con capacidad de hasta 900 kg/hr.Este Factor de Seguridad de 3 sirve parasatisfacer condiciones de flujo de condensadovariable, cadas ocasionales de la presindiferencial, y factores del diseo propio delequipo.

    Factores de Seguridad varan desde unmnimo de 1.5, hasta un mximo de 10. LosFactores de Seguridad proporcionados en esteManual estn basados en aos deexperiencia.

    La configuracin afecta el Factor deSeguridad. El diseo de la unidad donde seusa el vapor es un factor ms importante quela carga de condensado, o los cambios depresin en el sistema. Vanse las Figs. 14-3,14-4 y 14-5 que muestran tres condensadores,cada uno produciendo 300 kg de condensadopor hora, pero con Factores de Seguridad de2, 3, y 8, respectivamente.

    CortocircuitoCuando se tiene una sla trampa conectada ams de una tubera de descarga, es posibleque el condensado y el aire de una o ms delas unidades en operacin no puedan llegarhasta la trampa. Cuando hay cualquierdiferencia en las cantidades de condensadode cada unidad, se tendr una diferencia en lacada de presin del vapor. Y una pequeadiferencia de presiones es suficiente parapermitir que vapor de la unidad con presinms alta bloquee el flujo de aire y condensadode la unidad con presin ms baja. Elresultado final es una reduccin en lacapacidad de calentamiento y en la capacidadde condensados, y un desperdicio decombustible (Vase Figs. 14-1 y 14-2).

    250-300mm

    150mm

  • 17

    VlvulaCheck

    Externa

    Figura 15-3. Cuando la vlvula de la trampa seabre, la presin del vapor eleva al condensado.Por cada 1 m de elevacin se reduce la presindiferencial en 0.1 bar.

    Presin Diferencialo Presin Mxima

    de Operacin(PMO)

    Figura 15-2. El condensado es elevado porsifn desde el punto de drenaje porgravedad hasta la trampa. Por cada 1 m deelevacin se reduce la presin diferencial en0.1 bar. Ntese el sello de agua en el nivelbajo y la vlvula check interna de la trampapara prevenir que se regrese el flujo.

    Seleccin de la trampa/orificio mseconmico. Un Factor de Seguridadadecuado es requerido para obtener elmejor rendimiento, pero un factordemasiado alto causa problemas.Adems del costo ms alto de la trampay de su instalacin, una trampa que seespecfica demasiado grande se va adesgastar ms rpido. Adems, cuandola trampa llegue a fallar, las prdidas devapor son mayores, lo cual puedeocasionar golpe de ariete y altacontrapresin en el sistema de retorno.

    3. Diferencia de presiones. DiferencialMximo es la diferencia entre la presinde la caldera, o del cabezal de vapor, o ala salida de una vlvula reguladora depresin, y la presin de la lnea deretorno. Vase Fig. 15-1. Una trampadebe de ser capaz de abrir venciendoesta presin diferencial.

    NOTE: Debido a que existe vapor flash en laslneas de retorno, no se debe contar una cadade la presin diferencial debido a unincremento en la elevacin del sistema.

    Diferencial de Operacin. Cuando laplanta est operando a toda capacidad,la presin del vapor a la entrada de latrampa puede ser menor que la presindel cabezal de vapor. Y la presin en elcabezal de retorno de condensado puedeestar a presin mayor que la atmosfrica.

    Si el Diferencial de Operacin es almenos un 80% del Diferencial Mximo,es seguro el usarel diferencial mximopara la seleccin de las trampas.

    Vapor Condensado

    Contrapresino Vaco

    TrampaA B

    Figura 15-1. A menos B es la PresinDiferencial. Si B es contrapresin, se deberestar de A. Si B es vaco, se debe sumara A.

    Trampa

    Control variable de la alimentacin devapor causa grandes cambios en lapresin diferencial. La presin en launidad siendo drenada puede bajarhasta la presin atmosfrica, o an msbajo (vaco). sto no detiene el drenadodel condensado siempre y cuando sesigan las recomendaciones parainstalacin dadas en este Manual.

    IMPORTANTE: Se debe de leer la informacina la derecha donde se habla de casos menoscomunes, pero importantes, de reduccin dela presin diferencial.

    4. Mxima presin permitida. Latrampa debe ser capaz de aguantar lamxima presin permitida en el sistemao la presin de diseo. Tal vez no seanecesario que opere a esta presin, perodebe ser capaz de aguantarla. Porejemplo: si la mxima presin de entradaes 26 bar y la presin en la lnea deretorno es 11 bar, sto resulta en unapresin diferencial de 15 bar, sinembargo, la trampa debe de aguantar lapresin mxima posible de 26 bar.Vase Fig. 15-1.

    Presin deEntrada o Presin

    MximaPermitida (PMP)

    Factores Que Afectan la PresinDiferencialA excepcin de los casos en que fallan lasvlvulas reguladoras de presin, la presindiferencial usualmente vara en el rangobajo de la presin de diseo o la normal.Esto es tpicamente ocasionado porcambios en la presin de entrada o en lade descarga.

    La presin de entrada puede caer pordebajo de su valor normal debido a:1. Una vlvula de control o un regulador

    de temperatura.2. Drenaje por sifn. Por cada metro de

    elevacin entre el punto de drenaje y latrampa se reduce la presin de entrada(y la diferencial) en 0.1 bar. Vase Fig.15-2.

    La presin de descarga puede subir arribade su valor normal debido a:1. Friccin en la tubera.2. Otras trampas descargando en una

    sistema de retorno de capacidadlimitada.

    3. Elevando el condensado. Por cadametro de elevacin se incrementa lapresin de descarga (y la diferencial)en 0.1 bar, si la descarga es slamentecondensado. Sin embargo, cuandoexiste vapor flash, la contrapresinadicional puede reducirse hasta cero.Vase la Fig. 15-3, poniendo atencinen la vlvula check externa.

    3 m

    2 m

    1 m

    0.3 bar

    0.2 bar

    0.1 bar

    Trampa

    Cada depresin sobreel sello de aguapara elevar elcondensado fro

    Cabezal de Vapor

    Sello de AguaElevacin en metros

  • 18

    Tuberas Principales yRamales. Condiciones

    Sin congelamiento

    Tuberas Principales yRamales. Condiciones

    de congelamiento

    0 - 2bar

    Arriba de2 bar

    B, M, N, L, F, E, C, D, Q

    Otras Opciones

    *IB

    F&T

    *IB

    **F&T

    B, C, D, E, F, L, M, N, Q, J

    Otras Opciones

    *IBTermosttica

    o CD

    *IBTermosttica

    o CD

    1era Opcin, Cdigosy Alternativa(s)

    Equipo SiendoTrampeado

    Los sistemas de distribucin de vaporconectan a las calderas con el equipoque en realidad utiliza el vapor. Estossistemas de distribucin transportan elvapor hasta cualquier sitio en la plantadonde se necesita su energa calorfica.

    Los tres componentes principales de unsistema de distribucin de vapor son loscabezales, las tuberas principales, y losramales. Cada componente cumple conciertas funciones especificas en unsistema de vapor y, junto con losseparadores y las trampas de vapor,contribuye al uso eficiente del vapor.

    Cmo Trampear Sistemas de Distribucin de Vapor

    varias calderas al mismo tiempo. Lo mscomn es que sea una tubera horizontala la que se le alimenta el vapor por laparte superior, y al mismo tiempo sealimentan las tuberas principales dedistribucin. Es importante trampear elcabezal de forma correcta paraasegurarse que cualquier substanciaindeseable (agua de la caldera y/opartculas) ser removida del vaporantes de que sea distribuido.Las trampas de vapor que le dan servicioal cabezal deben ser capaces dedescargar grandes cantidades decondensado y partculas en formainstantnea. Resistencia al impactohidrulico debe ser otro factor importanteal seleccionar el tipo de la trampa.

    Seleccin de trampa y factor deseguridad para cabezales de vapor(slo para vapor saturado). Un factorde seguridad de 1.5 es recomendadopara prcticamente cualquier cabezal devapor. La capacidad requerida para latrampa se puede calcular mediante lasiguiente frmula:

    Capacidad Requerida para la Trampa =Factor de Seguridad x Carga Conectadaa la(s) x Caldera(s) x Acarreo Anticipado(tpicamente 10%).EJEMPLO: Qu tamao de trampa de vaporse requerir para un cabezal con una cargaconectada de 20,000 kg/hr y un acarreoanticipado del 10%?

    Utilizando la frmula:Capacidad Requerida para la Trampa =1.5 x 20,000 x 0.1 = 3,000 kg/hr

    La capacidad de responderinmediatamente a la acumulacin decondensado, la excelente resistencia aimpacto hidrulico, la capacidad de lidiarcon partculas, y el funcionamientoeficiente a bajas cargas son lascaractersticas que hacen al BaldeInvertido (IB) la mejor opcin de trampade vapor para esta aplicacin.

    Instalacin. Si el flujo del vapor en elcabezal es nicamente en una soladireccin, entonces una sola trampa devapor es necesaria en el extremo desalida del cabezal. Cuando se tienealimentacin de vapor a la mitad delcabezal (Fig. 16-2), o se tiene flujo delvapor en el cabezal en ambasdirecciones, cada extremo del cabezalnecesita ser trampeado.

    Piernas colectoras. Un aspecto comnen todos los sistemas de distribucin devapor es la necesidad de tener piernascolectoras a ciertos intervalos en lastuberas (Fig. 16-1). Sus funciones son:

    1. Dejar que el condensado sea drenado,por gravedad, del vapor fluyendo aalta velocidad.

    2. Colectar el condensado hasta que lapresin diferencial sea suficiente paradescargarlo a travs de una trampade vapor.

    Cabezales de las CalderasUn cabezal de vapor es una claseespecial de tubera de distribucinporque puede recibir vapor de una o

    Trampa

    Caldera #1

    Caldera #2

    Pierna colectora del mismo dimetro queel cabezal, hasta 100 mm. Arriba de 100

    mm, se usa la mitad del tamao delcabezal, pero nunca menos de 100 mm.

    Trampa Cabezal Horizontal

    SalidasTpicas

    al Sistema

    Figura 16-2.Cabezales de Vapor

    Figura 16-1.Especificacin de lasPiernas Colectoras

    * Especificar vlvula check interna cuando la presin flucta.** Usar IBLV arriba de los lmites de presin y temperatura de las F&T.NOTA: Con vapor sobrecalentado se especifica una IB con vlvula check interna y convlvula y asiento pulidos.

    * Nunca se debe de usar una trampa tipo F&T con vapor sobrecalentado.Siempre se debe de usar una IB con vlvula check interna, y con vlvula y asiento pulidos.

    Cabezalde Vapor

    1eraOpcin

    y Cdigos

    OtrasOpciones

    EquipoSiendo

    Trampeado

    IBLVM, E, L,N, B, Q

    *F&T

    Una pierna colectora del tamaoadecuado puede recoger todo elcondensado en la lnea. En unapierna colectora demasiadopequea se produce el efecto deventuri pequeo donde la cadade presin succiona alcondensado fuera de la trampa.Vase Tabla 18-1.

    (Referirse a la Tabla en la contraportada B para informacin sobre los CDIGOS).Tabla de Recomendaciones

  • 19

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    140

    160

    180

    200

    0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

    1"

    2"

    3"

    4" 6"

    8"

    12"

    20"

    Diferencia de Temperaturas, C

    prematuramente. Las piernas colectoras sedeben calcular con base en la coleccin decondensado durante las condiciones debaja presin del precalentamiento. (VaseTabla 18-1). Las cargas de condensado enuna tubera aislada trmicamente sepueden obtener de la Tabla 17-1. Todoslos valores en esta tabla presuponen unaeficiencia del aislamiento del 75%. Parapresiones o dimetros de la tubera noincluidos en la tabla se puede usar lasiguiente frmula:

    C =

    Donde:C = Condensado en kg/hr/mA = rea exterior de la tubera en metros

    cuadrados. (Tabla 17-1, columna 2)U = kJ/hrm2C de la Grfica 17-1.t1 = Temperatura del vapor, en Ct2 = Temperatura del aire, en CE = 1 menos la eficiencia del aislamiento

    trmico. (Ejemplo: eficiencia deaislamiento del 75%: 1 - 0.75 = 0.25,o sea E = 0.25)

    H = Calor latente del vapor. (Ver Tablas deVapor en la pgina 2)

    Tuberas PrincipalesUno de los usos ms comunes para lastrampas de vapor es el trampeo de lastuberas principales de vapor. Estastuberas se deben de mantener libres deaire y de condensado para podergarantizar que el equipo que utiliza el vaporestar trabajando en forma eficiente. Untrampeo inadecuado en las tuberasprincipales de vapor muy frecuentementeocasiona que se tenga golpe de ariete yacumulacin de condensado, lo cual puededaar las vlvulas de control y otrosequipos.

    Existen dos mtodos comunes paraprecalentar las tuberas principales devapor: el supervisado y el automtico. ElPrecalentamiento Supervisado es bastanteaceptable para el calentamiento inicial detuberas de dimetro grande y/o de granlongitud. En este mtodo se recomiendaque antes de que el vapor fluya por latubera principal, se abran completamentelas vlvulas de las piernas colectoras paraque el vapor escape a la atmsfera. Lasvlvulas de las piernas colectoras secierran hasta que todo, o casi todo, elcondensado del precalentamiento hayasido descargado. Despus de llo, las

    Tabla 17-3. Peso de Tubera por Metro, en Kilos

    trampas se encargan de remover elcondensado que se puede generar enoperacin normal del equipo. Se sigue unprocedimiento similar para elprecalentamiento del sistema de tuberasprincipales en una planta de energa.

    Precalentamiento Automtico es cuando seenciende la caldera y se deja que lastuberas principales y algunos, o todos, delos equipos alcancen la temperatura ypresin de operacin sin intervencinmanual o supervisin.

    PRECAUCIN: Independientemente delmtodo de precalentamiento se debe dedar suficiente tiempo durante el ciclo deprecalentamiento para minimizar losesfuerzos trmicos y prevenir posibledao al sistema.

    Seleccin de trampas y factor deseguridad para tuberas principales (slopara vapor saturado). Las trampas sedeben de seleccionar para que descarguenel condensado producido por prdidas deradiacin durante la operacin normal delequipo. Si se seleccionan basado en lacarga de arranque, se tendrn trampasdemasiado grandes que se desgastarn

    Tabla 17-2. La Carga al Precalentar Desde 21C, Tubera Cdula 40

    Tabla 17.1 Condensacin en Tuberas Aisladas que Llevan Vapor Saturadoen Aire sin Mover a 21C (Se supone una eficiencia trmica del 75%)

    A x U x (t1-t2) E H

    Con base en el programa "3Eplus", versin 2.11, de la Asociacin de Fabricantes deAislamiento en Norteamrica (NAIMS), siguiendo el mtodo descrito en ASTM C680

    Grfica 17-1. Curvas para Prdidas de CalorkJ

    /hr

    m2

    C

    Tamao de Dimetro Superficie Peso de Tubera, kg/mTubo, in Exterior, mm m

    2 / m Cdula 40 Cdula 80 Cdula 160

    1 33.4 0.105 2.51 3.23 4.241.25 42.2 0.132 3.38 4.46 5.591.5 48.3 0.152 4.05 5.40 7.232 60.3 0.190 5.43 7.47 11.08

    2.5 73.0 0.229 8.61 11.40 14.893 88.9 0.279 11.26 15.25 21.31

    3.5 101.6 0.319 13.55 18.61 4 114.3 0.359 16.05 22.29 33.635 141.3 0.444 21.75 30.92 49.046 168.3 0.529 28.23 42.51 67.48 219.1 0.688 42.48 64.56 111.1

    10 273.1 0.858 60.23 81.45 17312 323.9 1.017 79.8 131.8 24014 355.6 1.117 94 159 28316 406.4 1.277 123 204 36518 457.2 1.436 156 254 46020 508.0 1.596 183 311 56424 609.6 1.915 254 442 806

    Tamao Presin, bar(g)de Tubo 1 2 4 8 12 16 32 40 60

    (in) Kilos de Condensado por Hora por Metro0.5 0.04 0.05 0.07 0.09 0.10 0.12 0.17 0.19 0.25

    0.75 0.05 0.06 0.08 0.11 0.13 0.14 0.21 0.23 0.301 0.06 0.08 0.10 0.13 0.15 0.18 0.25 0.29 0.37

    1.25 0.08 0.09 0.12 0.16 0.19 0.22 0.31 0.35 0.451.5 0.09 0.11 0.13 0.18 0.21 0.24 0.35 0.40 0.512 0.11 0.13 0.16 0.22 0.26 0.30 0.43 0.48 0.63

    2.5 0.13 0.15 0.19 0.26 0.31 0.35 0.50 0.57 0.753 0.15 0.18 0.23 0.30 0.37 0.42 0.60 0.69 0.89

    3.5 0.17 0.20 0.26 0.34 0.41 0.47 0.68 0.78 1.014 0.19 0.23 0.29 0.38 0.46 0.52 0.76 0.86 1.125 0.23 0.27 0.35 0.46 0.56 0.64 0.92 1.05 1.366 0.27 0.32 0.41 0.54 0.65 0.75 1.08 1.23 1.608 0.34 0.41 0.52 0.69 0.83 0.95 1.38 1.57 2.05

    10 0.41 0.50 0.63 0.84 1.02 1.16 1.69 1.93 2.5112 0.48 0.58 0.74 0.98 1.19 1.36 1.98 2.26 2.9514 0.52 0.63 0.81 1.07 1.30 1.48 2.16 2.46 3.2216 0.59 0.72 0.91 1.21 1.47 1.68 2.44 2.79 3.6518 0.66 0.80 1.02 1.35 1.64 1.87 2.73 3.12 4.0820 0.72 0.88 1.12 1.49 1.80 2.07 3.01 3.44 4.5024 1.04 1.25 1.59 2.10 2.52 2.88 4.14 4.72 6.12

    Tamao Presin del Vapor, bar(g)de Tubo 0.1 1 2 4 8 12 16

    (in) Kilos de Agua por Metro1 0.044 0.054 0.062 0.075 0.091 0.104 0.114

    1.25 0.059 0.073 0.084 0.100 0.123 0.140 0.1541.5 0.070 0.087 0.101 0.120 0.147 0.167 0.1842 0.094 0.117 0.135 0.161 0.197 0.224 0.247

    2.5 0.149 0.186 0.214 0.255 0.313 0.356 0.3923 0.195 0.243 0.280 0.334 0.409 0.465 0.513

    3.5 0.235 0.292 0.337 0.402 0.492 0.560 0.6174 0.278 0.346 0.399 0.476 0.583 0.663 0.7315 0.377 0.469 0.540 0.645 0.789 0.899 0.9906 0.489 0.608 0.701 0.836 1.02 1.17 1.288 0.736 0.915 1.06 1.26 1.54 1.75 1.93

    10 1.04 1.30 1.50 1.78 2.19 2.49 2.7412 1.38 1.72 1.98 2.36 2.89 3.29 3.6314 1.62 2.02 2.33 2.78 3.40 3.87 4.2716 2.14 2.66 3.07 3.66 4.48 5.10 5.6218 2.71 3.37 3.88 4.63 5.67 6.45 7.1120 3.17 3.94 4.55 5.42 6.64 7.56 8.3324 4.41 5.48 6.32 7.54 9.23 10.51 11.58

    "

  • 20

    Para las trampas que se instalan entre lacaldera y el final de la tubera, aplquese unfactor de seguridad de 2. Se aplica unfactor de seguridad de 3 para trampasinstaladas al final de las tuberas, o antesde las vlvulas reguladoras y de cierre queestn cerradas por ciertos perodos detiempo.

    Divida la carga de precalentamiento de laTabla 17-2 entre el nmero de minutos quese permiten para llegar a la temperaturafinal del vapor. Multiplquese por 60 paraobtener kilos por hora.

    Para presiones de vapor y cdulas detubera que no se incluyen en la Tabla 17-2se puede usar la siguiente frmula paracalcular la carga de precalentamiento:

    C =

    Donde:C = Cantidad de condensado, en kgW = Peso total de la tubera, en kg

    (Ver Tabla 17-3 para pesos de tuberas)t1 = Temperatura final de la tubera, en Ct2 = Temperatura inicial de la tubera, en C

    trampas en ubicaciones a niveles bajos opuntos de drenado natural, tales como:

    Antes de elevadoresAl final de tuberasAntes de juntas de expansin o curvaturasAntes de vlvulas o reguladores

    Se deben de instalar piernas colectoras ytrampas an cuando no se tengan puntos dedrenado natural (Vase Figs. 18-1, 18-2 y18-3). Estos elementos se deben de instalarnormalmente a intervalos de 90 m, peronunca a ms de 150 m.

    Con Precalentamiento Supervisado, sedeben de usar piernas colectoras conlongitud igual a 1.5 veces el dimetro de latubera, pero nunca de menos de 250 mm.Con Precalentamiento Automtico laspiernas colectoras deben de ser de al menos700 mm de longitud. En ambos casos esbuena idea el utilizar piernas colectoras delmismo dimetro que el de las tuberas, hastatuberas de 100 mm; para tamaos mayoresse utilizan de la mitad del tamao del tubo,pero nunca un tamao menor a 100 mm(Vase Tabla 18-1).

    0.477 = Calor especfico de la tubera de acero,en kJ/kgC

    H = Calor latente del vapor a la temperaturafinal, en kJ/kg (ver Tablas del Vapor)

    Una opcin algo conservadora sera: calcularla carga de precalentamiento para llegar a103.9C 0.14 bar. Dividir entre el nmerode minutos permitido para llegar a esatemperatura y multiplquese por 60, paraobtener kilogramos por hora. Se debeseleccionar la trampa en base a undiferencial de presin de 0.07 bar por cada0.71 m de altura entre la parte baja de latubera principal y la parte superior de latrampa.

    La trampa de Balde Invertido (IB) es larecomendada para esta aplicacin porquepuede lidiar con suciedad y condensadoacumulado, y resiste impacto hidrulico.Adems, en caso de que el balde invertidollegase a fallar, lo hace en la posicinabierta.

    Instalacin. Los dos mtodos deprecalentamiento usan piernas colectoras y

    * La DC es la primera opcin cuando lacalidad de vapor es de 90%, o menos.

    Separadorde Vapor

    IBLVB, M, L, E,

    F, N, Q*DC

    1eraOpcin yCdigos

    OtrasOpciones

    EquipoSiendo

    Trampeado

    Tabla de Recomendaciones (Referirse a la Tabla en la contraportada B para informacin sobre los CDIGOS).

    Tamao deTubera

    DMDimetrode PiernaColectora Precalentamiento

    SupervisadoPrecalentamientoAutomtico

    1234446688101012

    1/23/412346810121416182024

    H

    1/23/4

    Longitud Mnima de PiernaColectora (mm)

    1520255080

    100150200250300350400450500600

    mm in mm in

    1520255080

    100100100150150200200250250300

    250250250250250250250300380460535610685760915

    710710710710710710710710710710710710710760915

    Pierna colectora delmismo tamao que eldimetro de la tubera,

    hasta 100 mm.Arriba de 100 mm, dela mitad del dimetro,pero nunca menor que

    100 mm.

    Figura 18-3. Trampa drenando una pierna colectoraen ramal hacia arriba. La distancia H, en m,dividida entre 10 es igual a la presin esttica (bar)para forzar el agua a travs de la trampa.

    Figura 18-2. Trampa drenando una piernacolectora en tubera principal.

    Figura 18-1. Trampa drenando el filtro antes deuna vlvula reguladora.

    Tuberas Principales

    Tabla 18-1. Dimensiones Recomendadas para PiernasColectoras en Tuberas Principales y Ramales.

    M

    D

    H

    W x (t1 - t2) x 0.477 H

  • 21

    Figura 19-1. Tubera para desviacin demenos de 3 m. No se necesita trampa a sloque la inclinacin desde el cabezal dealimentacin sea de menos de 50 mm por m.

    Inclinacin de 50 mmpor m

    Instlese un filtro del tamao de latubera antes de cada vlvula de control,as como tambin antes de la vlvulareguladora de presin (PRV), si es queexiste una. Instlese una vlvula deescape, preferiblemente con una trampaIB (de Balde Invertido). A los pocos dasde haber arrancado el sistema se debede checar la malla del filtro para limpiarlaen caso de que sea necesario.

    SeparadoresLos separadores de vapor estndiseados para remover cualquiercondensado que se forme en un sistemade distribucin de vapor. Losseparadores son usualmente instaladosantes del equipo donde esparticularmente necesario que se tengavapor seco. Tambin son tpicos entuberas de vapor secundario, debido aque por su misma naturaleza tienen ungran porcentaje de condensado que hasido separado.

    Factores importantes en la seleccin detrampas para separadores son lahabilidad de descargar acumulacin decondensado, proveer buena resistenciacontra impacto hidrulico, y operar concargas ligeras.

    Seleccin de trampas y factor deseguridad para separadores. sese unfactor de seguridad de 3 en todos loscasos; an cuando se recomienden, enbase a la carga de condensado y a lapresin de operacin, diferentes tipos detrampas.

    La siguiente frmula se puede usar paracalcular la capacidad requerida para latrampa:

    Figura 19-2. Tubera para desviacionesmayores de 3 m. Una pierna colectora y unatrampa se necesitan antes de la vlvula decontrol. Un filtro antes de la vlvula de controlpuede servir como pierna colectora si la lneade escape pasa por una trampa de baldeinvertido. Esto tambin minimiza el problemade limpiar el filtro. La trampa debe deespecificarse con una vlvula check interna, ose debe instalar una vlvula check decompuerta antes de la trampa.

    Vlvula deCerrado

    250-300mm

    Figura 19-3. Independientemente de lalongitud de la desviacin, una pierna colectoray una trampa se necesitan antes de la vlvulade control ubicada ms abajo que la tuberaprincipal de vapor. Si el serpentn est msarriba que la vlvula de control, una trampatambin se debe de instalar a la salida de lavlvula de control.

    Figura 19-4. Drenado a la salida delseparador. Una pierna colectora y uncolector de suciedad, del mismo tamaoque la tubera, son necesarios paraasegurar un flujo positivo y rpido delcondensado a la trampa.

    Ms de 3 m

    Separador de Vapor

    Tubo de laDesviacin, del

    Siguiente Tamao MsGrande, o Mayor

    Inclinacin de 5 mmpor m

    Separadorde Vapor

    IBLVo DC

    Ramales de Tuberas

    150mm

    Ramales de TuberaLos ramales son las tuberas que salende las tuberas principales de vapor yllevan al vapor hacia el equipo que loutiliza. El sistema completo debe de serdiseando y conectado de forma que seevite la acumulacin de condensado encualquier punto del sistema.

    Seleccin de trampas y factor deseguridad para ramales de tubera devapor. La frmula para el clculo de lacarga de condensado es la misma que lausada para tuberas principales de vapor.Para ramales de tuberas de vaportambin se recomienda un factor deseguridad de 3.

    Instalacin. El arreglo del sistema detuberas, de la tubera principal alelemento de control, recomendado paracuando se tienen desviaciones de menosde 3 m es mostrado en la Fig. 19-1, y enla Fig. 19-2 para desviaciones de ms de3 m. Vase la Fig. 19-3 para sistemas detuberas donde la vlvula de control debede estar a un nivel menor que la tuberaprincipal.

    3 m o menos

    Capacidad requerida para la trampa (kg/hr) = Factor de Seguridad x Flujo de vapor(kg/hr) x Porcentaje estimado decondensado (tpicamente de 10% a 20%).

    EJEMPLO: Qu tamao de trampa de vapor serequerir para un flujo de 500 kg/hr?Usando la frmula:

    Capacidad requerida para la trampa =3 x 500 x 0.10 = 150 kg/hr.

    La trampa de Balde Invertido con unventeador grande (IBLV) es la que serecomienda para los separadores. Latrampa tipo F&T es una alternativa vlidasi la suciedad y el impacto hidrulico noson un problema grande.

    Un Controlador Automtico Diferencial deCondensado (DC) puede ser preferidopara ciertos casos. Combina las mejorescaractersticas de las dosrecomendaciones anteriores y esrecomendado para grandes cargas decondensado, especialmente si se excedela capacidad del separador.

    InstalacinConctense las trampas a la lnea dedrenaje del separador, a unos 250 a 300mm debajo del separador. La tubera dedrenado debe ser del mismo tamao queel especificado en la conexin delseparador, y va hasta la salida a latrampa (Fig. 19-4). El tubo del drenaje y elcolector de suciedad deben de ser delmismo tamao que la conexin deldrenaje.

    Trampacon vlvula

    check internaTrampa

    con vlvulacheck interna

  • 22

    Las venas de vapor estn diseadaspara mantener el fluido en una tubera auna cierta temperatura uniforme. En lamayora de los casos, las venas devapor se usan en tuberas a laintemperie, donde es importante que setomen en cuenta las condicionesclimatolgicas.

    El objetivo principal de instalar trampasde vapor en las venas de vapor es el depoder retener el vapor en la tuberahasta que todo su calor latente seautilizado, y entonces descargar elcondensado y los gases no-condensables. Como es el caso concualquier equipo de transferencia decalor, cada vena de vapor debe de tenersu propia trampa; an cuando se tenganinstaladas varias venas de vapor a partirde la misma tubera principal. Trampeounitario es necesario para evitarcortocircuito. Vase pgina 14.

    Cmo Trampear Venas de Vapor

    Cuando se selecci