Mejores prácticas no. 23

Enero 2024

Número 23

MEJORES PRÁCTICAS

Métodos adecuados para dimensionar las trampas de vapor

El tamaño adecuado de la trampa de vapor es un factor crítico para obtener un funcionamiento eficiente y confiable de la trampa de vapor. El tamaño incorrecto de la trampa de vapor puede anular el diseño y la instalación adecuados de la trampa y puede causar acumulación de condensado, pérdida de vapor o ambas. A veces se confunde con la selección del tamaño de la conexión de la trampa de vapor. Más bien es el tamaño adecuado del orificio de descarga interno. (Para sistemas de calentamiento de vapor de baja presión, los fabricantes producen trampas de vapor con tamaños de conexión que se relacionan directamente con la capacidad y el tamaño del orificio). Sin embargo, una trampa de vapor industrial debe dimensionarse seleccionando el orificio de descarga adecuado. Una trampa de vapor de dos pulgadas puede tener la misma capacidad de condensado que una trampa de vapor de media pulgada. conexión. Una vez que se determina la capacidad de condensado y se calcula el tamaño adecuado del orificio, se puede determinar el tamaño de la conexión del purgador de vapor para cumplir con los requisitos de instalación. El tamaño de la conexión de la trampa de vapor lo dictan los criterios de instalación; no tiene ningún efecto sobre la capacidad de condensado. Para determinar el tamaño correcto del orificio, se requieren los siguientes datos:

• Presión máxima de vapor (clasificación del cuerpo del purgador de vapor ).

• Temperatura máxima del vapor (clasificación del cuerpo de la trampa de vapor).

• Presión de funcionamiento (psig )

• Presión de entrada de vapor a la trampa de vapo r • Presión diferencial mínima (delta P) (P1 – P2). • Temperatura máxima del vapor (clasificación del cuerpo de la trampa de vapor) • Capacidad máxima de condensado (lb /hora).

• Capacidad mínima de conden sado (lb/hora).

• Presión de descarga de la trampa de vapor o presión de la línea de retorno de condensado (P2). • Condición del flujo de condensado = Flujo de condensado modulante o encendido/apagado versus operación continua. La presión máxima de vapor está determinada por las especificaciones de diseño del sistema o por el ajuste de presión de la válvula de seguridad que protege el sistema de vapor. La presión de funcionamiento del vapor se puede obtener mediante un manómetro instalado.

Los requisitos de capacidad de condensado pueden ser más difíciles de obtener. Las capacidades de condensado pueden documentarse en las especificaciones de diseño o en las placas de identificación del equipo. Si no se muestra la capacidad de condensado, será necesario calcularla utilizando una fórmula de transferencia de calor. Un elemento básico que hay que recordar es que una libra de vapor se condensa en una libra de agua. Si se conocen libras/hora de vapor, la capacidad de condensado es la misma. Si el equipo está clasificado en BTU/hora, la capacidad en libras/hora se puede aproximar dividiendo por la energía latente de la presión de vapor en el equipo. Los requisitos de capacidad de condensado pueden ser más difíciles de obtener. Las capacidades de condensado pueden documentarse en las especificaciones de diseño o en las placas de identificación del equipo. Si no se muestra la capacidad de condensado, será necesario calcularla utilizando una fórmula de transferencia de calor. Un elemento básico que hay que recordar es que una libra de vapor se condensa en una libra de agua. Si se conocen libras/hora de vapor, la capacidad de condensado es la misma. Si el equipo está clasificado en BTU/hora, la capacidad en libras/hora se puede aproximar dividiendo por la energía latente de la presión de vapor en el equipo. Contrapresión: capacidad de la trampa de vapor Un alto porcentaje de aplicaciones de trampas de vapor tendrán contrapresiones superiores a la atmosférica en el lado de descarga de la trampa de vapor causadas por el sistema de retorno de condensado. La contrapresión puede ser producida de forma no intencionada o deliberada por el diseño o el funcionamiento del sistema de retorno de condensado. Contrapresión involuntaria La contrapresión involuntaria es causada por la presión estática creada por un aumento vertical en la tubería de condensado después de la trampa de vapor. Las líneas principales de retorno de condensado generalmente se instalan en elevaciones por encima de las trampas de vapor; por lo tanto, es necesario canalizar el condensado desde la ubicación de la trampa de vapor hasta la tubería principal de condensado ubicada más arriba. Como regla general, cada pie de El aumento en la línea de condensado después de la trampa de vapor es igual a ½ psig de contrapresión en la descarga de la trampa de vapor. Las líneas de condensado de tamaño insuficiente también pueden causar contrapresión en la trampa de vapor, lo que se debe considerar al dimensionar las trampas de vapor. Las líneas de condensado deben dimensionarse para un flujo de dos fases (condensado y vapor flash). Contrapresión intencional La contrapresión deliberada resulta de un diseño del sistema de retorno de condensado que crea intencionalmente presión en la línea de condensado para aumentar la eficiencia del ciclo térmico. Factor de tamaño Las tablas de trampas de vapor proporcionan la capacidad de condensado (libras/hora) de varios orificios de descarga a varias presiones de operación (presión diferencial máxima). Las capacidades de condensado enumeradas indican la máxima descarga continua.

Los cálculos suponen que el orificio de descarga nunca se cierra, sino que permanece abierto en todo momento. Dado que las trampas de vapor están diseñadas para abrir y cerrar o para modular, debemos aplicar un factor de tamaño a estas tablas. con el fin de obtener una trampa de vapor con capacidad de condensado suficiente para la aplicación o requerimiento del proceso. Se agrega un factor de tamaño en la capacidad de condensado para determinar la selección correcta de capacidad del purgador de vapor para una operación efectiva. Factores de tamaño típicos

• Balde invertido:

3 a 1

• Flotador y termostático:

2 a 1

• Termostático:

3 a 1

• Termodinámica:

3 a 1

Si las cargas de arranque son pesadas o rápidas, se requiere calentamiento. Un factor de tamaño de 4 a 1 es más apropiado. La selección de factores de tamaño es diferente para cada diseño de trampa de vapor operativa. Siga las instrucciones del fabricante al seleccionar los factores de tamaño. Ejemplo de tamaño:

1/2 PULGADA POR CADA PIE DE ELEVACIÓN APLICACIÓN DE UNA UNIDAD DE CALENTAMIENTO CONTRAPRESIÓN

1. Presión de entrega al calentador unitario = 15 psig

2. Caída de presión a través del calentador unitario = 5 psig

3. P1 = 10 psig (entrada a la trampa de vapor)

4. Contrapresión en la línea de condensado = 5 psig

5. Subida de la tubería de condensado después de la trampa de vapor (distancia de seis pies) = 3 psig

• ½ pulgada psig por cada pie de elevació n

6. P2 = 5 psig + 3 psig

• Contrapresión en la línea de condensado + aumento en la tubería después del purgador de vapor

7. Capacidad: 1000 libras. por hora

8. Purgador de vapor termostático y de flotador – capacidad x 2 (factor de tamaño) = 2000 libras. por hora

9. El orificio de vapor tendrá una presión máxima de 15 psig.

10. La capacidad de la trampa de vapor será de 2000 lb por hora a una presión diferencial de 2 psig a través del orificio. La caída de presión de dos psig es P1 – P2 = DP Ejemplo de tamaño:

1. P1 = 150 psig

2. P2 = 25 psig (contrapresión en la línea de retorno de condensado) + 2 psig (subida del tubo de condensado)

3. Flujo = 120 libras por hora

4. Se selecciona la trampa de vapor termostática.

5. El factor de tamaño es 3 x la capacidad de la trampa de vapor, tendrá que pasar 360 libras por hora

6. Presión diferencial (P1 – P2 = DP) o 123 psig

7. Trampa de vapor con un orificio clasificado para 150 psig con una capacidad de 360 por hora a una presión diferencial de 123 psig. Ejemplo de tamaño: Para un proceso de modulación de vapor se requiere la siguiente información: 1. Determine la presión máxima en la línea de vapor que suministra el proceso. El diseño y el material de la trampa de vapor deben estar clasificados para la presión máxima de vapor. 2. Seleccione el orificio de la trampa de vapor, que debe estar clasificado para la presión máxima de vapor utilizada en el proceso. La presión máxima es especialmente crítica en las trampas de vapor mecánicas. a. Algunas plantas documentan la presión del vapor a la entrada de la válvula de control. No asuma que la presión operativa de la línea de vapor será igual a la presión del vapor en la válvula de control. Se deben considerar las caídas de presión en la línea de vapor. 4 . P2 (Presión de salida de la válvula de control al intercambiador de calor) = a. Hay una caída de presión calculada a través de la válvula de control. Esta información se puede determinar a partir de la información de rendimiento de la válvula de control de vapor. a. Todos los componentes de transferencia de calor tienen una caída de presión. Esta información se puede obtener de las hojas de rendimiento de transferencia. 6. P3 (Presión de entrada al purgador de vapor) a. Reste la caída de presión de transferencia de calor de P2 dará como resultado P3. 9. Factor de tamaño = dependiendo del diseño de la trampa de vapor. Para un proceso de modulación de vapor se requiere la siguiente información. 1. Determine la presión máxima en el suministro de la línea de vapor. El proceso = 100 psig a. La trampa de vapor tiene una clasificación de 250 psig a 450 °F. b. El orificio de la trampa de vapor estará clasificado para una presión igual o superior a 100 psig. 3. P1 (Presión de entrada a la válvula de control) = 5. Caída de presión (intercambiador de calor). 7. P4 = Presión de salida en la descarga del purgador de vapor 8. Caudal de condensado

LINEA RETORNO DE CONDENSADO PRESIÓN = 25 PSIG

LINEA DE CONDENSADO

LINEA DE VAPOR PRESION 150 PSIG

CARGA DE CONDENSADO 120 LB POR HORA

P2 = 25 PSIG + ALTURA DEL TUBO

APLICACIÓN DE PIERNA DE COLECTORA DE LÍNEA DE VAPOR

CONTROLADOR

P2 = 60 PSIG

P1 = 75 PSIG

LINEA DE CONDENSADO

TRANSMISOR DE TEMPERATURA

TRANSMISOR DE PRESIÓN

 P = 10 PSIG

INTERCAMBIADOR DE CALOR

P3 = 50 PSIG

P4 = 0 PSIG

LINEA DE CONDENSADO

2. P1 (Presión de entrada a la válvula de control) = 75 psig

3. P2 (Presión de salida de la válvula de control al intercambiador de calor) = 60 psig 4. Caída de presión (intercambiador de calor) = 10 psig de láminas TEMA

5. P3 (Presión de entrada a la trampa de vapor) = 50 psig

6. P4 = Presión de salida de la trampa de vapor = 0 psig (sistema de tanque atmosférico – drenaje por gravedad)

7. Rango de flujo = 3624 lb por hora

8. Factor de tamaño = mínimo de 1,5 a 1, preferible 2 a 1 = 7248 libras por hora. Conclusión: La trampa de vapor debe tener una capacidad de 7248 lbs. por hora a una presión diferencial de 50 psig y una clasificación de orificio de 100 psig o más. El tamaño de las trampas de vapor requiere experiencia en las características operativas de muchos equipos diferentes. El resultado final depende de la calidad de los datos. El tamaño de la tubería del purgador de vapor se puede seleccionar después de dimensionar el orificio. Las trampas de vapor de alta capacidad de condensado estarán disponibles sólo en tamaños de tubería más grandes. Si el equipo de transferencia de calor tiene una salida de tubería de dos pulgadas, no seleccione una trampa de vapor de media pulgada, ya que se restringiría el flujo de condensado. Seleccione siempre una trampa de vapor con una conexión igual o mayor que la conexión de salida del proceso. Salida de proceso de 1,5 pulgadas = trampa de vapor de 1,5 pulgadas. Muchas industrias utilizan tuberías trampa de vapor de ¾ de pulgada como tamaño mínimo para proporcionar rigidez a las tuberías y, lo más importante, estandarización. Tipos de Trampas Trampa termostática . (operado por cambios en la temperatura del fluido). La temperatura del vapor saturado está determinada por su presión. Cuando el condensado y el vapor saturado llegan a la trampa de vapor, el condensado se enfría. Una trampa termostática deja pasar el condensado cuando se detecta esta temperatura más baja. A medida que el vapor llega a la trampa, la temperatura aumenta y la trampa se cierra. Trampas de Balde Invertido y Flotador. Mecánicas (operado por cambios en la densidad del fluido). Esta gama de trampas de vapor funciona detectando la diferencia de densidad entre el vapor y el condensado. Estas trampas de vapor incluyen trampas de flotador y trampas de balde invertido. En la trampa de flotador, la boya se eleva en presencia de condensado, abriendo una válvula y dejando pasar el condensado más denso. Con la trampa de cubeta invertida, la cubeta invertida flota cuando el vapor llega a la trampa y sube para cerrar la válvula. Ambos son esencialmente mecánicos en su método de operación.

Trampa Termodinámica. (operada por cambios en la dinámica de fluidos). Las trampas de vapor termodinámicas dependen en parte de la formación de vapor flash a partir del condensado. Este grupo incluye purgadores termodinámicos, de disco, de impulso y de laberinto. • Etapa dinámica. La presión del condensado levanta el disco interior de la trampa termodinámica , permitiendo el flujo hacia el orificio de salida radial. La descarga de condensado continua hasta la llegada de vapor a la trampa. El vapor con mayor volumen especifico adquiere mayor velocidad al pasar por el orificio y genera una zona de baja presión bajo el disco, haciéndolo caer sobre su asiento y cierra la trampa. • Etapa térmica. La trampa se mantiene cerrada hasta que el vapor de alta presión que ha quedado atrapado sobre el disco se transforme en condensado. Una vez que el vapor se enfría y condensa pierde presión y el disco levanta permitiendo un nuevo ciclo de descarga.