Curso de vapor. Purga y eliminación de aire en instalaciones industriales (página 2)
Enviado por Javier Fernández Rey
Tienen buena capacidad de venteo y no se bloquean por aire.
Inconvenientes del Purgador de Impulso
Los purgadores de impulso no se pueden cerrar del todo y soplarán vapor con cargas ligeras.
Les afecta mucho la suciedad que entra en el cuerpo debido al espacio tan pequeño entre pistón y cilindro. Pueden vibrar con cargas ligeras causando ruido, golpes de ariete incluso daños a la misma válvula.
No trabajan cuando hay una contrapresión que excede el 40% de la presión de entrada.
Purgadores de Laberinto
La Figura 22 nos muestra un modelo sencillo de purgador de laberinto. Consta de una serie de deflectores que se pueden ajustar con un volante. El condensado caliente pierde presión al pasar entre el primer deflector y el cuerpo del purgador y parte se convierte en revaporizado. El espacio alrededor del siguiente deflector tiene que hacer frente a un aumento de volumen del condensado caliente y evita el escape de vapor vivo. Los deflectores se pueden mover adentro o afuera usando el volante que hace que varíen su posición en relación con el cuerpo.
Ventajas de los Purgadores de Laberinto
Este tipo de purgador es pequeño comparado con su capacidad de descarga y no presenta averías al no tener partes móviles.
Inconvenientes de los Purgadores de Laberinto
El purgador de laberinto debe ser ajustado manualmente cuando hay variaciones importantes de presión del vapor o de la carga del condensado. Si el ajuste no es el adecuado a las condiciones de operación, se puede producir pérdida de vapor o anegamiento por el condensado (parecido a una placa de orifico)
Placa de Orificio
Hay que mencionar la placa orificio, considerada por los que defienden su uso antes que los purgadores automáticos como la panacea a todos los males. Viene disfrazada de muchas maneras pero al fin y al cabo se trata tan solo de un orificio que deja pasar fluido con una carga predeterminada.
Desafortunadamente, sus expectaciones superan sus capacidades y el ingeniero profesional entiende bien las razones. Las normas internacionales ISO 6704: 1982 definen claramente el purgador como "una válvula que drena automáticamente el condensado de un espacio-vapor mientras retiene el vapor vivo…." Continua, refiriéndose a las placas orificio, diciendo "…. *, si fuese necesario, permitiendo el flujo de vapor a un ritmo predeterminado."
Con tal de no dejar pasar el vapor vivo por estos dispositivos (esto no daría crédito a los argumento* de venta), tienden a venderlas subdimensionadas. Esto insinúa que son grandes ahorradores de energía, pero en realidad, obstruyen la retirada de condensado del proceso. Esto tiene un efecto triple:
Crea golpes de ariete e introduce una situación de peligro innecesaria.
Crea corrosión en el espacio-vapor.
Estos síntomas son despectivos (incluso, a menudo, peligrosos) para una teoría y práctica de buena ingeniería y las afirmaciones que formulan los que defienden celosamente su uso siempre pueden ser contrarrestados por un razonamiento técnico básico. Superficialmente, estos dispositivos parecen requerir muy pocos cuidados una vez instalados y parecen ser de uso muy interesante.
Técnicas de venta citarán casos de ahorros inmediatos después de instalar y especialmente cuando sustituyen a los purgadores convencionales. Entonces, deberíamos estudiar en detalle estas afirmaciones. Las siguientes son afirmaciones que se usan a menudo para captar al desprevenido.
Beneficios reivindicados de la Placa de Orificio
Durabilidad. Ya que no hay nada que se pueda desgastar, la última vez que se toca es en la instalación.
La verdad es que todas las piezas expuestas al flujo de condensado se desgastarán, incluso las fabricadas con acero inoxidable austenítico 304. Debido a las características del condensado, se debería usar un acero inoxidable de grado más alto con unas características contra desgastes mayores. Más de 60 años de experiencia en purgadores da a los purgadores de boya de empresas importantes como Spirax Sarco, con un acero inoxidable martensítico de grado 431 en la válvula y asiento, una resistencia mayor al desgaste.
A un mismo tamaño, una placa orificio siempre tendrá un orificio de salida menor que un purgador. Se puede pensar que esto significa una mayor velocidad a través de la placa orificio, que según el fabricante le da unas características de autolimpiante. La verdad es que la velocidad depende únicamente en las presiones de entrada y de salida. Con caudales bajos de condensado, donde la presión de vapor puede bajar, el orificio es tan pequeño (normalmente 0,5 mm de diámetro) que se obtura.
Es imprescindible el uso de filtros delante de estos dispositivos, y a menudo se venden con ellos. Pero, mientras que los filtros son excelentes para atrapar las partículas no solubles pero son menos eficientes reteniendo sólidos disueltos de arrastres de la caldera, que tienden a formar un depósito de lodos en el orificio.
Flexible (a). Trabajan en el rango completo de condiciones operativas.
Esto es verdad. Aunque, no para el mismo tamaño de orificio. Los fabricantes admiten a menudo que tienen diferentes tamaños de orificio para poder satisfacer todas funciones. Esto es debido a que cada tamaño de orificio solo puede satisfacer un rango concreto de presión / caudal.
Si cambia la presión / caudal, la placa orificio puede hacer frente a un porcentaje de cambio pequeño por encima o por debajo de una carga concreta, no puede manejar un cambio grande. En otras palabras, si la carga es superior que el rango seleccionado, la placa de orificio será incapaz de pasar el condensado y el proceso se anegará. Entonces se reivindica sus habilidades de ahorro de vapor.
Contrariamente, si la carga cae por debajo del rango seleccionado, la placa orificio drena la cantidad menor de condensado que se forma y al mismo tiempo deja pasar vapor vivo. Por esta razón, se subdimensionan deliberadamente, ya que los suministradores prefieren que se anegue el proceso antes que dejar pasar vapor, con tal de minimizar la pérdida de vapor y así justificar el ahorro energético. Lamentablemente, el anegamiento de cualquier proceso de vapor reduce la eficacia térmica, causa golpes de ariete y corrosión.
El suministro de vapor puede variar de cero a varias veces las condiciones de carga de trabajo. Las leyes de física no se pueden adaptar a estos cambios en dinámica térmica y fluídrica con un orificio de tamaño fijo que no se puede cerrar.
Flexible (b). No les afecta el vapor recalentado.
Es verdad. Tienen la misma resistencia al vapor recalentado que cualquier otra pieza del mismo material. No obstante, el vapor recalentado produce muy poco condensado, excepto cuando se calienta al arranque, en ese momento, el dispositivo de retirada de condensado ha de ser capaz de manejar grandes cantidades de condensado. El proyectista puede elegir entre:
1. Dimensionar el orificio para condiciones de arranque.
Esto significaría un orificio grande para poder desalojar con rapidez. Desgraciadamente, un orificio grande está sobredimensionado para las condiciones de trabajo y dejará paso al vapor revaporizado – ¡nunca se podrá recomendar!
2. Dimensionar el orificio para condiciones de trabajo.
Esto significaría que el orificio está subdimensionado para manejar grandes cantidades de condensado en el arranque, y se anegará la tubería principal de vapor. Habría que tomar en cuenta los peligros asociados con las tuberías de vapor mal drenadas. Hay que recalcar los aspectos de seguridad, especialmente sobre vapor recalentado en contacto con condensado sub-saturado.
3. El orificio con un tamaño entre los dos anteriores.
Esta situación no sirve satisfactoriamente ni a uno ni a otro, por tanto compromete la seguridad por el rendimiento.
Fácil de especificar. A diferencia de la gama de purgadores que se requieren para cubrir las diferentes aplicaciones que puedan surgir en la planta de vapor, la placa de orificio fija solo tiene un modelo.
Es verdad. De todos modos, cada unidad requeriría una gran cantidad de tamaños de orificios para cubrir el rango completo. Se necesitarían para mantener la carga dentro de la curva correcta. El dilema está en determinar la condición de carga óptima para la que se dimensionó el orificio y solucionable pudiendo cambiar la unidad completa si la elección inicial fue incorrecta. A menudo, a las unidades se les proporcionan conexiones para esta necesidad.
Ahorro de energía. Las salidas de condensado de orificio fijo pueden ahorrar energía reteniendo constantemente el vapor del purgador.
Es verdad. Pero solo vale para un determinado rango de presión / caudal, y siempre que se hubiese subdimensionado.
Por una razón u otra las condiciones de suministro en una planta varían considerablemente. Por ejemplo, en las refinerías de petróleo, debido a la variación en pérdida de calor de la planta entera, el consumo de vapor aumenta cada vez que llueve, aunque la presión de vapor sea constante. ¿Se debería dimensionar la placa orificio de desalojo de condensado en un día lluvioso o seco, en un día gélido de invierno o en un día caluroso de verano, o al arranque o para condiciones de trabajo?
Para garantizar el ahorro con una salida de condensado con orificio fijo, ha de estar subdimensionado para las peores condiciones de plena carga. Con cargas menores, habrá tendencia a que el condensado vuelva al sistema, nada deseable bajo el punto de vista de seguridad o aspecto térmico, debido al peligro de golpes de ariete, transferencia de calor o corrosión. La elección principal es conservar energía y no la seguridad y el rendimiento.
Autorregulables. Las salidas de condensado con orificio fijo pueden manejar cambios de condiciones de carga sin necesidad de un mecanismo automático.
En sistemas con una presión constante como líneas de vapor o procesos sin control en la entrada de vapor, si la carga de condensado cae fuera del rango del orificio debido a un cambio de suministro, la placa orificio tenderá a que el condensado vuelva a las líneas de vapor según vaya incrementando el suministro. Por el contrario, dejará pasar vapor cuando disminuya el suministro, por el mero hecho de que no se puede cerrar.
En los procesos con control de vapor en la entrada, la presión del vapor disminuye a presiones muy bajas bajo condiciones de carga baja. La capacidad del orificio disminuye debido a la falta de presión diferencial a través de ella, pero el caudal de condensado puede seguir siendo bastante apreciable. Es inevitable que el condensado vuelva al sistema anegando el espacio vapor.
Corrosión
Al haber un anegamiento constante, se producirá un efecto a largo plazo de corrosión.
En una placa de orificio anegada por el condensado, no dejará pasar el vapor pero tampoco descargará los gases no condensables.
El oxígeno y el dióxido de carbono retenidos en el espacio vapor se disolverán en el condensado que se enfría por debajo de la temperatura de saturación. Este coctel corrosivo puede estar atacando a los intercambiadores de calor, tuberías y accesorios, mientras la salida de la placa orificio muestra orgullosamente el desalojo de condensado.
No es una buena práctica de ingeniería que el condensado permanezca en la línea de vapor o intercambiador de calor y siempre se debería evitar.
La manera más efectiva de conseguir un acercamiento práctico con los intercambiadores de calor es asegurarse de que en las salidas de condensado tengan instalados purgadores de tipo boya-termostático, que pueden trabajar automáticamente para drenar el condensado en el momento que se produce. Esto permitirá que los gases no condensables alcancen el purgador con facilidad y que se descarguen automáticamente y sin peligro por un orificio de venteo.
Algunos fabricantes ofrecen unos periodos largos de garantía en los dispositivos de orificio fijo. Sería prudente recordar que el coste que puede representar la pérdida de un proceso o cambiar un intercambiador de calor debido a la corrosión o a los golpes de ariete, será superior al coste de una salida de condensado de orificio fijo.
Consideraciones
Por definición, el purgador debe atrapar o retener el vapor aunque no restringiendo el paso del condensado, aire y gases no condensables. Ya se han perfilado los requerimientos básicos de un buen purgado del vapor pero merece la pena recalcar que el rendimiento de la planta es de primordial importancia. Los factores importantes en la selección de un purgador comienzan con una base de una selección provisional teniendo presente los requerimientos de presión, caudal de condensado y eliminación de aire. Sin embargo, el diseño del sistema y las necesidades en el mantenimiento afectarán el rendimiento y la selección. Por favor refiérase a lo siguiente:
Golpes de Ariete
El golpe de ariete es un síntoma de desorden dentro del sistema de vapor. Esto puede ser debido a un diseño pobre de las tuberías de vapor y condensado, el uso de un purgador erróneo o con pérdidas o la combinación de estos factores. Es a menudo un ejercicio inútil instalar el purgador correcto para una aplicación donde el trazado del sistema no permitirá que el purgador funcione correctamente. Es, igualmente, inútil aplicar el trazado correcto y no tomar la consideración adecuada al purgado. La sección de 'Selección de purgadores' tratará de equiparar correctamente el purgador a la aplicación y trazado. El tema del trazado correcto del suministro de vapor lo encontrará, además, en la guía de referencia técnica, TR-GCM-03, 'Distribución de vapor'. Los síntomas de golpes de ariete se atribuyen a menudo, al mal funcionamiento del purgador. Es más probable que sea el caso de un purgador defectuoso debido a los efectos de golpes de ariete. El fenómeno puede causarse por varias maneras, algunas de las cuales son:
El condensado no se retira del camino del vapor de alta velocidad en la tubería.
El condensado no se retira de una aplicación controlada por temperatura y donde el condensado ha de subir a la línea de retorno.
El condensado no entra o pasa con facilidad en una tubería de retorno subdimensionada debido a que esté o (a) anegada, o (b) con sobrepresión por los efectos del vapor revaporizado.
Gracias al diseño y las técnicas de fabricación modernas, se pueden producir purgadores más robustos que sus predecesores, permitiendo que el purgador dure más bajo condiciones normales, y resistir mejor los efectos de sistema con una instalación pobre. Sin embargo, a pesar de lo bien hecho que esté un purgador, su instalación en un sistema con un diseño pobre, reducirá su efectividad y su vida útil.
Si un purgador persiste fallando en un determinado sistema debido a los efectos de golpes de ariete, probablemente es un fallo del trazado del sistema no del purgador. Primero hay que investigar y erradicar la verdadera causa del problema corrigiendo la insuficiencia del sistema o cambiar el purgador por uno más robusto y adecuado a las condiciones. La segunda elección puede ser un compromiso, pero nunca se podrá recomendar como una solución a largo plazo. La seguridad ha de ser lo más importante y nunca se debe comprometer.
Dos aplicaciones importantes son el drenaje de la línea de vapor y los intercambiadores de calor controlados por temperatura.
Como regla general, las líneas de vapor deberían drenarse en intervalos regulares de 30 a 50 metros con pozos de goteo dimensionados adecuadamente. La parte inferior de cualquier ha de purgarse también.
Los intercambiadores de vapor solo pueden trabajar efectivamente si se permite al condensado drenar libremente del proceso. Si hay una subida después del purgador, habrá siempre una tendencia a los golpes de ariete sea cuál sea el purgador montado. En esta situación al purgador le deberá complementar un sistema activo de drenaje como puede ser una unidad bomba / purgador. Este tema se tocará más extensamente en la guía de referencia técnica, TR- GCM-23, 'Drenaje de condensado en intercambiadores de calor'.
Cuando se diseña un nuevo sistema, es primordial que se consiga el trazado correcto. Dará al usuario beneficios bajo los puntos de vista eficiencia térmica y seguridad / legal.
Suciedad
La suciedad es otro factor importante que se debería considerar al seleccionar un purgador. Aunque el vapor se condensa en agua destilada, a veces puede tener productos de tratamiento de las aguas de caldera y minerales naturales que se encuentran normalmente en el agua. También hay que tomar en consideración la suciedad creada durante la instalación y la producida por corrosión.
Un purgador de descarga intermitente tiene menos probabilidades de que le afecte la suciedad. Entre los purgadores termostáticos es preferible el termostático de presión equilibrada, aunque la válvula grande y plana asociada con algunos purgadores de diafragma puede dar problemas.
El efecto de goteo de los purgadores bimetálicos, unido al sistema de un vástago que pasa por el asiento, hace que estos sean los más propensos a fallar (debido a la fricción añadida) o bloquearse. A menudo se dice que el elemento sensor se limpia con facilidad y que presenta problemas por suciedad. De todos modos, esta no suele ser el problema, sino en las partes más relevantes, la válvula y el asiento.
Los purgadores de boya-termostáticos, son bastante resistentes a la suciedad. Las válvulas y los asientos están sumergidos por debajo del nivel del agua, que hace que estén protegidos de la suciedad en la superficie del agua y la que se hunde al fondo del purgador. Como ejemplo extremo, cuando se drenan las autoclaves de tratamiento de cemento, la arena residual que se precipita en el condensado se puede transportar sin problemas a través de grandes purgadores termostáticos de boya, debido a la baja velocidad de flujo a través un orificio relativamente grande.
El purgador de cubeta invertida tiene un orificio de venteo en la boya. Si se tapona, puede causar un bloqueo por aire y será lento en reaccionar. En este caso, se debe retirar la suciedad que bloquea el orificio de venteo. Con un purgador de boya invertida compacto, solo se podrá desechar y reemplazar el purgador.
También, el purgador de impulsos es inadecuado para condiciones de suciedad. El espacio tan pequeño entre el pistón y cilindro es susceptible a flujos de alta velocidad y el pistón se bloqueará frecuentemente en una posición intermedia. El purgador se convierte en un orificio fijo, que no se detectará sin un sistema sofisticado de detección.
Las salidas de condensado de orificio fijo son las menos adecuadas para las situaciones de suciedad. El orificio es pequeño y se tapona a las pocas semanas de haberse instalado. Agrandando el orificio (como se hace a veces en desesperación) destruye el concepto de dimensionado del orificio fijo. No sirve para nada y en muchos casos solo retrasa el tiempo hasta que se vuelva a formar el tapón. A menudo se suministran y se instalan con un filtro pero ha de ser extremadamente fino para que sea efectivo. El resultado es que el problema se pase al filtro, taponándose frecuentemente, necesitando limpiezas y paradas regulares.
Filtros
Estos dispositivos (Figura 23), frecuentemente, se olvidan en los sistemas de vapor, a menudo, para reducir los costes de instalación. La suciedad puede afectar a las válvulas de control y a los purgadores. Es extremadamente fácil y económico montar un filtro en una tubería, y el bajo costo de hacerlo dará beneficios a través de la vida de la instalación. La suciedad se retiene, y el mantenimiento se reduce.
La selección es sencilla. El material del filtro se selecciona según el tipo de instalación y la presión a la que se prevé que trabaje. Se puede elegir entre varios tamaños de tamiz para diferentes grados de retención y protección, cuanto más fino el tamiz, necesita limpieza más a menudo. De todos modos, seguro que es más fácil y barato que el mantenimiento de las válvulas de control o purgadores.
Bloqueos por Vapor
La posibilidad de bloqueo por vapor puede ser un factor decisivo en la selección de un purgador. Puede ocurrir cuando un purgador está montado en un lugar lejano de la planta que se va a drenar.
Puede agravarse cuando se elimina el condensado a través de un sifón o tubo curvado. En la figura 24 nos muestra el problema de bloqueo de vapor en un cilindro secador al usar un tubo sifón.
En la figura 24 (i) la presión del vapor es insuficiente para elevar el condensado por el tubo sifón y a través del purgador. Figura 24 (ii) nos muestra que pasa cuando el nivel de condensado en el fondo del cilindro cae por debajo del extremo del tubo sifón. El vapor entra en el tubo sifón y hace que el purgador (en este caso uno de tipo de boya) se cierre.
A partir de este momento el purgador está 'bloqueado por vapor'. La pérdida de calor del cilindro hará que se forme más condensado que no podrá llegar hasta el purgador. La figura 24 (iii) nos muestra el cilindro anegándose que reducirá la eficacia de secado del cilindro y un incremento en la potencia necesaria para hacer girar el cilindro. En casos extremos, se puede llenar el cilindro hasta la línea central y lo puede dañar por sobrecarga mecánica.
Para aliviar este problema, se requiere un purgador con 'dispositivo de bloqueo por vapor' (Figura 26). Consiste en una válvula de aguja interna que permite sangrar el vapor bloqueado en el tubo sifón. El purgador de boya es el único tipo que permite esta prestación y es una elección viable para los cilindros secadores que soportan mucha carga. Esta válvula abre lo suficiente para evitar que se desperdicie el vapor y tiene una capacidad limitada para eliminar aire. Los purgadores de este tipo, a menudo, se suministran con una combinación de eliminador de aire y dispositivo antibloqueo por vapor (Figura 26). El dispositivo manual antibloqueo por vapor funciona independientemente de la acción automática del eliminador de aire.
Un purgador que se abra regularmente por el efecto de pérdida de calor podrá hacer frente a un bloqueo por vapor, no obstante, el drenaje y la eficiencia de la planta será errático.
Difusores
En los purgadores que descargan a la atmósfera, se puede ver la descarga de condensado caliente. También habrá una cierta cantidad de revaporizado, relativa a la presión del condensado. Esto puede presentar un peligro para el que pase cerca, pero se pueden tomar medidas para minimizar este peligro suavizando la alta velocidad de descarga. Se puede construir instalando un sencillo difusor en el extremo de la tubería que disipará la energía cinética de descarga. El resultado es una disminución de la velocidad de descarga y del nivel de presión de sonido. Los niveles típicos se pueden reducir hasta un 80 %.
Drenaje en Vacío
Requerimientos especiales.
La eliminación de condensado en condiciones de vacío puede producir ciertos problemas. Si se utiliza un purgador normal, la salida ha de estar conectada a una fuente de vacío superior que la del espacio vapor para asegurar una presión diferencial constante a través del orificio para descargar el condensado. Cuando esto no sea posible, se puede utilizar una bomba accionada por presión para drenar el condensado de la planta (Figura 28 y Figura 29).
Cuando no existe o hay poca elevación, se recomienda una válvula de retención con asiento blando en la salida de la bomba y un rompedor de vacío que hace de dispositivo anti-sifón cuando se drena a un nivel por debajo de la bomba.
La presión atmosférica se puede utilizar como presión motriz cuando se drena a un nivel por debajo de la bomba (Figura 29), pero la válvula de retención ha de estar colocada en un sifón a un nivel inferior a la bomba para producir una altura de apertura mínima (dependiendo del tipo de válvula de retención) y un sello de agua.
Si la bomba drenase condensado de un sistema de gas al vacío, se puede utilizar aire comprimido o un gas inerte como fuerza motriz de la bomba.
El purgador siempre será una válvula automática que depende de la dinámica del sistema para proporcionar flujo. Por si solo no puede proporcionar esta dinámica. Depende y reacciona a unos factores externos, tales como la presión dinámica del vapor o la altura de carga en la entrada del purgador. La presión en la salida ha de ser inferior a la de entrada para que el flujo sea en la dirección correcta. El caudal a través de cualquier purgador está por tanto relacionado con su presión diferencial. Por tanto, el purgador se puede considerar como un dispositivo reactivo a la presión diferencial.
También se pueden tener presiones diferenciales negativas a través del purgador, que causará un flujo en sentido contrario. Cuando se instalan purgadores para desalojar condensado a líneas de retorno comunes, se recomienda que se instalen válvulas de retención después de cada purgador para evitar retorno bajo condiciones de presión negativa.
La condición de presión diferencial cero o negativa a través de un purgador es bastante común. Ocurre con frecuencia en procesos controlados por temperatura, por ejemplo, baterías calefactoras, intercambiadores de calor, marmitas, intercambiadores de calor de placas, en realidad cualquier proceso que posea un dispositivo de control en el suministro de vapor. Puede ocurrir independientemente de la presión, y depende en parte de la relación entre la presión del sistema de condensado y el punto de ajuste de control.
La palabra 'interrupción' describe bien esta condición. Cuando se prevé o diagnostica, se requiere un medio activo para retirar el condensado del intercambiador de calor como puede ser una bomba accionada por presión.
Este tema se trata más a fondo en la guía de referencia técnica TR-GCM-23, 'Recuperación de condensado en intercambiadores de calor', y páginas 78 y 79 de este documento.
SELECCIÓN DE PURGADORES
EQUIPOS DE COCINA
Marmita de doble fondo.
Aunque de construcción similar a las calderetas industriales no existe la necesidad de calentamiento rápido y se usa normalmente vapor de baja presión. La carga de condensado será generalmente más pequeña. La eliminación de condensado y aire no es tan crítica y por supuesto no es imprescindible colocar eliminadores de aire.
Marmita basculante.
La fig. 31 muestra un purgador termostático de presión equilibrada con filtro instalado en una marmita basculante. S ha instalado un eliminador de aire de presión equilibrada que acelerará, por ejemplo, el calentamiento de 140 litros de sopa en 20 minutos.
Si es preciso conseguir una velocidad máxima de calentamiento se puede incluso mejorar la velocidad instalando además del eliminador un purgador de boya con dispositivo antibloqueo por vapor (FT-C).
Marmitas fijas.
El purgador más adecuado es el termostático de presión equilibrada. Para su funcionamiento correcto debe instalarse dejando 1 m de tubería de enfriamiento (fig. 32). Normalmente no se necesita el eliminador de aire para este tipo de caldereta.
Hornos al vapor y placas calientes.
La fig. 33 representa la disposición ideal para la purga y eliminación de aire los hornos de cocción por vapor directo.
Hay dos características especiales, debe purgarse el colector de entrada de vapor, justo antes de la válvula de entrada, por medio de un purgador termostático de presión equilibra. Cada compartimento debe ir provisto de un purgador similar el anterior, instalado sin filtro y directamente en el drenaje (para evitar que en condensado con grasa se solidifique al enfriarse). Los purgadores y eliminadores de aire usados deben ir provistos de elemento termostático especial para descargar a temperatura muy cercana a la del vapor. Los hornos deberán soplarse con vapor después de cada operación de cocción.
La figura 34 nos muestra una placa caliente de una cocina con un filtro Fig. 5 instalado junto a un purgador termostático de presión equilibrada BPT13A, una combinación ideal para esta aplicación.
Traslado y almacenamiento del petróleo.
El petróleo (crudo) y otras sustancias se almacenan en tanques calentados por serpentines u otra forma de superficie de intercambio térmico para conseguir la temperatura necesaria para su bombeo. Posteriormente los intercambiadores de línea elevarán la temperatura del fuel hasta la requerida por los quemadores.
Existen diversas formas de calentar estos grandes tanques. Pueden usarse serpentines con diversos tramos colocados en el fondo del tanque (fig. 35) o bien el sistema de bayoneta (fig. 36) consistente en una tubería de gran diámetro sellada en ambos extremos, donde introducimos vapor por un extremo mediante una tubería interna y purgamos por el extremo opuesto.
Hoy en día, el sistema más usado es una serie de intercambiadores tipo parrilla situados en el interior del tanque como indica la Figura 37. Cada sección deberá purgarse individualmente.
Los serpentines largos son susceptibles a los golpes de ariete, ya que inevitablemente el condensado se acumulará, al menos que tenga una pendiente bien diseñada con una caída constante en la dirección del flujo de vapor. El purgador de boya-termostática moderno puede resistir altos niveles de golpes de ariete, pero si estos síntomas fuesen extremos, se recomienda usar purgadores de cubeta invertida. Puede que sea necesario revestir con aislante los purgadores de cubeta invertida para evitar daños por heladas, el purgador de cubeta invertida puede necesitar un eliminador de aire en paralelo para eliminar el aire del serpentín en la puesta en marcha.
Intercambiadores de línea.
Estos intercambiadores, ya sean en forma de efecto simple o múltiple, deben tratarse como los de flujo saliente. Cada efecto deberá tener purga individual y como generalmente no se instalan al aire libre donde puede helar, la mejor elección será un purgador de boya-termostático.
Intercambiadores de flujo saliente.
Este tipo de intercambiador es parecido a uno de haz de tubos situado en la pared del tanque para calentar el petróleo antes de ser bombeado del tanque.
Normalmente este tipo de intercambiador lleva regulación de temperatura. La fig. 39 ilustra la instalación de un regulador de temperatura Spirax Sarco auto accionado.
Líneas de acompañamiento.
Las tuberías de acompañamiento deben estar dispuestas de forma que tengan una pendiente constante en el sentido de circulación del vapor y que la longitud de cada tramo no exceda los 25 m para líneas de 10mm y 50 m para diámetros mayores. Cada tramo debe purgarse individualmente por medio de purgador termostático, como un MST21 (fig. 40), o un purgador termodinámico TD.
Cuando el trazado es simple, normalmente va por la parte inferior de la tubería principal. Para salvar las bridas deberá hacerlo una lira horizontal que mantenga la pendiente continua.
El trazado de las tuberías de petróleo no se considera como crítico donde el condensado se descarga a tierra, se puede utilizar un purgador bimetálico SM o un purgador termostático de presión equilibrada TSS21 en el modo de descarga a temperatura constante, por tanto ahorrando energía y previniendo el antiestético revaporizado. De todos modos si lo que se requiere en un trazado crítico, se deberá utilizar un purgador TD o BPT descargando a temperatura próxima a vapor.
La fig. 41 nos muestra un buen método parta suministrar vapor y condensado de numerosas líneas de trazado en líneas de procesos usando manifolds de distribución y de recogida, junto con purgadores universales (UBP30) y conectares universales con válvulas de aislamiento integrales.
Tuberías encamisadas.
Cuando la temperatura de un producto es crítica, por el peligro de que se solidifique, se coloca una camisa de vapor por toda la tubería de proceso. Esta aplicación se utiliza a menudo en plantas de azufre.
Las tuberías encamisadas están construidas, normalmente, en tramos no inferiores a los 6 m. Idealmente cada tramo tubería debe purgarse individualmente por medio de un purgador termostático de presión equilibrada (fig. 42), o un purgador TD.
No obstante es práctica frecuente unir hasta 4 tramos, pero debemos tener en cuenta el conectar las camisas tanto por su parte superior (paso de vapor) como por su parte inferior (pase de condensado) (fig. 43). Hay que tener en cuenta que muchas de las tuberías encamisadas están a la intemperie, los cuerpos de acero de los purgadores TD y BPT no se dañan por heladas.
Equipos de hospitales.
Autoclaves y esterilizadores.
La purga y eliminación de aire en los modernos esterilizadores de alto vacío es muy importante y normalmente el fabricante ya suministra el equipo necesario.
La fig. 44 nos muestra un tipo de autoclave alimentado con vapor de la planta para la camisa y vapor filtrado para la cámara.
El vapor para la cámara debe ser seco: instalar un separador con su purgador termostático. Para el autoclave se suele usar un purgador termostático de presión equilibrada, con cápsula próxima a vapor. Para equipos grandes debemos usar purgadores de boya-termostáticos. Deberían instalarse filtros para proteger el purgador, ya que atraparan todo el material fibroso o vidrios rotos. Si la entrada de vapor es por la parte interior o lateral, deberá colocarse además un eliminador de aire en la parte superior. Se puede purgar la camisa con un purgador termostático de presión equilibrada con filtro.
En sistemas nuevos, aumenta la necesidad de usar acero inoxidable para cumplir las normativas Europeas e Internacionales.
En muchos casos, habrá que utilizar purgadores de 316L. Existen muchos proveedores como por ejemplo Spirax Sarco que disponen de una amplia gama de estos.
Secadores Industriales.
Secador por aire caliente.
Muchas sustancias deben secarse con aire caliente. Los equipos tienen formas distintas, pero básicamente constan de baterías calefactores a través de las cuales se fuerza el paso del aire al material mojado o tuberías a través de las cuales pasa el aire por convección (fig. 45). El drenaje y la eliminación de aire son iguales que en las baterías calefactoras que se utilizan para la calefacción.
Serpentines.
Estos pueden ser de tubo continuo o bien en forma de parrilla. Los serpentines continuos deben ser cortos y con pendiente en el sentido de circulación del vapor para que el condensado alcance fácilmente el purgador. Para la purga pueden usarse purgadores de boya-termostáticos o de presión equilibrada BPT. Si el condensado se eleva del purgador solo usando la presión del serpentín, se pueden producir golpes de ariete. En las parrillas, es casi seguro que tendremos golpes de ariete a no ser que todas las secciones bajen al punto de drenaje y el condensado baje a un nivel inferior. Se recomienda lo mismo para los tubos continuos. Si usamos purgadores TD o IB, un eliminador de aire en paralelo acortará el tiempo de arranque. Purgar el colector de vapor a menos que los tramos transversales estén enrasados en su fondo.
También se debe usar reducciones excéntricas en la salida del serpentín (fig. 46)
Túnel de secado con serpentín.
Este es un tipo de aplicación común en máquinas de acabado textil y tratamiento de maderas antiguas; modernamente se utilizan baterías calefactoras de aire.
Si el serpentín tiene una longitud excesiva se producirán anegamientos y golpes de ariete debido a que se comban las tuberías y deberán usarse purgadores TD con eliminador de aire en paralelo. Maquinas más modernas estaban divididas en compartimentos y de mejor disposición, esto reduce la posibilidad de golpes de ariete. En estos casos pueden usarse purgadores de boya-termostáticas o purgadores termostáticos de presión equilibrada con elementos de acero. Deberán instalarse fuera de la carcasa de la máquina, pero tan cerca como sea posible del final del serpentín.
En las superficies de secado que consisten en serpentines horizontales entre colectores verticales, la parte superior del colector de salida de condensado deber tener un eliminador de aire independiente. También se debe desalojar la parte inferior del colector de entrada de vapor (Fig. 47).
Cilindros secadores.
Estos equipos varían mucho en tamaño, velocidad y sistemas de extracción de condensado. Estos pueden ser: por cangilón, por sifón fijo y por sifón rotativo.
Este último sistema se usa normalmente en máquinas de alta velocidad y necesita un soplado continuo de vapor (fig. 48 y 49).
Los cilindros de baja velocidad con cangilón o sifón fijo deben purgarse y eliminar el aire individualmente por medio de un equipo como por ejemplo de Spirax-Sarco que comprende: purgador de boya- termostático con SLR (dispositivo antibloqueo-vapor), filtro, mirilla, colector de aire y eliminador termostático de aire. El uso de estos equipos permite el control individual de la temperatura de los cilindros. Se puede utilizar la mirilla para ajustar el dispositivo antibloqueo-vapor.
En las máquinas de velocidades más altas, se requiere más vapor de soplado para ayudar a la salida del condensado del cilindro por el tubo del sifón. El dispositivo antibloqueo-vapor del purgador de boya no podrá manejar tales cantidades y se precisará de un by-pass externo con una válvula de aguja.
Máquinas multi cilíndricas.
La fig. 50 muestra cómo se purga una máquina de este tipo.
Se drena el colector de vapor por medio de un purgador de boya o TD.
Cada cilindro irá drenado con un purgador FTC, esta disposición compacta es muy adecuada para las pequeñas boquillas de entrada y salida.
El size-press se calienta generalmente por inyección directa de vapor o un serpentín de vapor y en ambos casos se deberá regular la entrada de vapor con un control de temperatura adecuado. Se debe drenar el serpentín con un purgador de boya-termostático.
Calandras verticales.
De ser posible cada cilindro debe purgarse individualmente por medio de un purgador de boya, con eliminador de aire y dispositivo anti bloqueo-vapor incorporado.
Si todos los cilindros descargan sin purgador a un colector vertical, su fondo deberá drenarse con un purgador de boya-termostático y un eliminador de aire en la parte superior del colector. El colector de entrada de vapor se debe drenar de forma similar (fig. 51).
Equipos de lavanderías.
Máquinas de planchar prendas.
Pueden usarse purgadores termodinámicos, de boya- termostáticos o BPT. Es importante que cada prensa tenga su purgador (fig. 52). En máquinas dobles deberá purgarse por separado el cabezal y la mesa.
Máquinas de planchar en continuo.
Las máquinas de planchar en continuo son de construcción muy variada, pero en cualquier caso la correcta eliminación del condensado y aire son vitales.
Incluso en máquinas de fabricación ligera las bolsas de aire o condensado pueden provocar distorsiones en la estructura, pudiendo dañar el tejido a planchar.
Debe purgarse el colector de entrada de vapor por medio de un separador de gotas. Las máquinas modernas, carenadas, acostumbran a tener todos los purgadores agrupados en el exterior; esto implica tramos largos de tubería antes de los purgadores y por tanto peligro de bloqueo de vapor. Usar purgadores de boya-termostáticos con dispositivo antibloqueo vapor (SLR) incorporado, tipo FT-C (fig. 53). Pueden usarse purgadores TD con eliminador de aire en paralelo. Deben colocarse eliminadores de aire en la base, en el punto más alejado de la entrada de vapor. Si los cilindros van calentados, usaremos un purgador de presión equilibrada, dejando 1m de tubería de enfriamiento. Si lo desea el usuario, se pueden utilizar purgadores TD con disco eliminador de aire.
Secadoras.
La batería calefactora debe equiparse con un purgador de boya- termostático aunque también se puede utilizar purgadores TD con un eliminador de aire por separado.
Máquinas de limpieza en seco.
La batería calefactora y el serpentín evaporador deben equiparse con purgadores de boya-termostáticos (Fig. 54). También se pueden utilizar purgadores TD.
Prensas.
Prensas de platos múltiples. (En paralelo)
Para facilitar el drenaje es recomendable que las conexiones al colector de vapor estén a un nivel superior al del plato correspondiente y las conexiones al colector de condensados a un nivel inferior. Siempre que sea posible cada plato debe ir provisto de su purgador (figura 55) pero donde no se requieran temperaturas precisas se puede utilizar la disposición de purgado en grupo, que nos muestra la figura 56. Un purgador TD drena el colector de vapor. El TD también es ideal para drenar platos individuales, ya que cada plato tiene una carga relativamente pequeña. Las conexiones al colector de condensados deben ser tangenciales para evitar contrapresiones al descargar simultáneamente varios purgadores.
Prensas para vulcanización.
Conseguir una temperatura adecuada es vital para obtener el grado de vulcanización adecuado. El condensado debe eliminarse tan pronto como se forme y tiene que tener una descarga libre a la atmosfera. A veces se utiliza Nitrógeno (u otro gas inerte) para aumentar la presión interna durante el proceso de cocción. El purgador seleccionado tiene que ser capaz de eliminar el gas libremente o aumentará el tiempo de proceso. En la práctica los purgadores de presión equilibrada dan los mejores resultados pero purgadores de boya-termostáticos y TD (fig. 58) también se pueden utilizar. Si se utilizan válvulas de solenoide o válvulas on-off para controlar el proceso entonces los purgadores de cubeta invertida se pueden utilizar con eliminadores de aire independientes.
Equipos de procesos industriales.
Calderetas fijas.
Este tipo de aparatos usados en muchas industrias, para calentar productos muy diversos, deben siempre elevar la temperatura de su contenido con la mayor rapidez posible. Esto les diferencia de las marmitas fijas de cocina. Las presiones de vapor, generalmente superiores, y la eliminación de aire y condensado es vital. Los purgadores usados deberán descargar rápidamente el condensado y el aire, tanto en condiciones de régimen como en las de puesta en marcha, que serán frecuentes y comportarán caudales muy variables según la carga. La elección ideal será el purgador de boya-termostático. La camisa alcanzará su temperatura más rápidamente si se coloca un eliminador de aire en la parte superior del doble fondo y en el extremo opuesto a la entrada de vapor.
La fig. 59 nos muestra el purgador de boya-termostático drenando el fondo y colocado lo más cerca posible del punto de drenaje. El TD es una buena alternativa especialmente cuando la salida está cerca del suelo pero pude ser necesario instalar un eliminador de aire en paralelo al purgador TD para máxima producción.
En calderetas pequeñas pueden usarse purgadores termostáticos de presión equilibrada, dejando un tramo de enfriamiento.
La Figura 60 nos muestra el tipo de instalación en la que el purgador debe colocarse algo alejado del fondo de la caldereta y el condensado se desaloja mediante sifón interno utilizando purgador de boya- termostático con dispositivo antibloqueo-vapor (FT-C).
Caldereta basculante.
Una característica común a todas las calderetas basculantes (Figura 60) es el fenómeno del bloqueo de los purgadores por vapor. Ello ocurre porque debemos extraer el condensado por medio de un tubo sifón desde el fondo del calderín hasta la junta rotativa en el gorrón de giro. Este paso ascendente se llena de vapor y hace que el purgador permanezca cerrado, deteniendo el condensado, al menos que tomemos las precauciones necesarias. El purgador deberá ser un FT-C (con SLR).
Si el vapor entra por la parte superior, debemos instalar un eliminador de aire adicional en la parte superior de la camisa para mejorar los tiempos en la puesta en marcha.
En las calderetas fijas que no se pueden drenar con una salida en la parte inferior, también se utiliza un tubo sifón. Como con la caldereta basculante, se debe utilizar un purgador de boya con un dispositivo antibloqueo por vapor (FT-C), ver página 69.
Autoclaves con inyección directa de vapor.
Las autoclaves con inyección directa de vapor suelen ser de gran tamaño. El producto se introduce para procesar o cocinar con vapor a una presión baja.
Un ejemplo puede ser un autoclave de enlatar, en el que se colocan latas con alimentos selladas y el vapor se utiliza para calentar / cocinar el contenido de la lata. Una vez cerrada la puerta, es imprescindible desalojar todo el aire y el condensado y que se reemplace con vapor saturado seco. Necesitamos purgadores de boya con eliminador de aire para eliminar grandes caudales de condensado a baja presión.
En un espacio vapor tan grande, la eliminación de aire es problemática.
Si no se elimina todo el aire, caerán las temperaturas del proceso y puede deteriorar el producto. Si la entrada de vapor es por la parte inferior debemos colocar eliminadores termostáticos de aire en la superior. Pero si la entrada de vapor es por la parte superior los eliminadores de aire deberán situarse más abajo (figura 61).
La Figura 62 indica un sistema alternativo para eliminar el aire en una autoclave de gran tamaño, por medio de reguladores de temperatura auto accionados Spirax Sarco, utilizándolos como un gran eliminador de aire. Cuando haya un ciclo de enfriamiento, los purgadores y eliminadores de aire deberán disponer de las correspondientes válvulas de interrupción y by-pass. Para más detalles, ver la sección de eliminación de aire.
Autoclaves con camisas de vapor.
El calor lo suministra una camisa de vapor o doble fondo, que en la puesta en marcha estará llena de aire. La entrada de vapor puede ser por la parte inferior, media o superior. En los dos primeros casos debemos colocar eliminadores de aire termostáticos en la parte superior del autoclave (fig. 63). Pero si la entrada de vapor es por la parte superior debemos colocar los eliminadores de aire en la inferior. Desalojar el condensado de la camisa con purgadores de boya-termostáticos como indica la figura. Los purgadores TD son una alternativa aunque requieren una eliminación de aire adicional. Cuando se ha calentado, desalojar el condensado utilizando purgadores de boya- termostáticos con dispositivos antibloqueo-vapor (FT-C).
Mesas calientes.
Este tipo de aparatos se usa en muchas industrias y las condiciones pueden variar mucho, pero una aplicación típica sería la sección final de una máquina corrugadora (Figura 64).
Las mesas calientes pueden tener presiones y cargas de condensado variables debido a las variaciones en el grosor del cartón. Para esta aplicación s deberá utilizar purgadores de boya-termostáticos y de presión equilibrada, aunque los TD también han demostrado ser una alternativa adecuada.
Generalmente, el vapor no debe alimentarse por un extremo y el condensado desalojado por el otro, ya que el condensado (y aire) de una sección ha de pasar a través de las siguientes secciones para llegar al purgador. Esto resultaría en puestas en marcha lentas y baja temperatura en las secciones finales. Lo mejor es que cada sección de la mesa tenga alimentación de vapor y purga individual. La figura 64 nos muestra purgadores de presión equilibrada y filtros que generalmente son adecuados para este tipo de mesas.
Alambiques para cervezas.
Este es un tipo especial de evaporador que requiere un tratamiento particular. La entrada de vapor, normalmente, es por el fondo del alambique. Las fuertes puntas en el consumo de vapor pueden provocar arrastres en la caldera, por lo que es recomendable instalar un separador en la línea de vapor cerca del alambique.
El serpentín de fondo se drenará con un purgador de boya- termostático cercano a la salida. El intercambiador propiamente dicho deberá darnos la mayor transmisión de calor posible para mantener una continua turbulencia en el alambique. El purgador adecuado será de gran capacidad, con posibilidad de adaptarse a amplias variaciones de caudal, entre la puesta en marcha y el régimen. El purgador de boya-termostático será ideal para esta tarea.
La eliminación de aire es extremadamente importante. Si debido al diseño del alambique todo el aire se descarga por la salida de condensado, debemos instalar una eliminación de aire adicional.
Debemos instalar un eliminador de aire en paralelo con el purgador de presión equilibrada para aumentar la eliminación en la puesta en marcha (Figura 65).
Puede ocurrir que el diseño del alambique sea tal que haga que el aire se concentre en otro punto, en tal caso será necesario colocar un eliminador de aire en algún otro punto. (Ver la sección de "Eliminación de aire")
Evaporadores, calandrias y reboilers.
Los evaporadores varían mucho en diseño y características según sea el proceso al que se aplican, pero esencialmente incluyen siempre algún tipo de intercambiador de calor. Normalmente es del tipo "Haz tubular" como el que se ilustra en la figura 66. También se utilizan tubos verticales, colocados en calandria o en forma de cesta con el vapor por el exterior de estos tubos. Las calandrias pueden estar dentro del cuerpo del evaporador o se puede utilizar un calentador o reboiler externo. Hay que tomar la misma consideración en todos los casos. Durante la puesta en marcha el caudal será mucho mayor que durante la ebullición y durante esta última necesitaremos un buen coeficiente de transmisión de calor.
El purgador deberá adaptarse a amplias variantes de caudal, así como eliminar rápidamente el aire.
Usaremos por tanto un purgador de boya-termostática instalado cerca del punto de drenaje. Si el purgador ha de situarse algo alejado, utilizaremos un purgador de boya-termostático con dispositivo antibloqueo-vapor (FT-C) y, si fuese necesario, un eliminador de aire en paralelo.
En casos de alta presión o peligro de golpes de ariete, usar un purgador de cubeta invertida con eliminador de aire en paralelo.
En algunos evaporadores es conveniente instalar algún eliminador de aire adicional para mejorar el rendimiento. La purga de evaporadores de múltiple-efecto puede ser complicada por el hecho de trabajar una o varias fases en vacío y se deben realizar disposiciones especiales utilizando bombas-purgador automáticas.
Autoclaves de vulcanización.
La eliminación del condensado de la cámara puede ser dificultosa debido a su posible acidez. Si es así cualquier purgador sufrirá corrosión, pero la mejor solución será un purgador de boya- termostático o de cubeta invertida con un eliminador de aire en paralelo. En todo caso será necesario que sean de acero inoxidable para resistir el ataque corrosivo.
El condensado debe descargarse directamente a drenaje debido a su contaminación. Los conjuntos purgadores utilizados en estas cámaras, deberán limpiarse regularmente.
Al introducir el vapor por un extremo de la cámara, colocaremos eliminadores de aire en la parte superior de la cámara y lo más alejado posible de la entrada de vapor, además de dentro o alrededor de los purgadores. Drenar y eliminar el aire del doble fondo es más fácil. Usar un purgador de boya-termostático y eliminador de aire en la parte superior, lo más alejado posible de la entrada de vapor.
Calefacción de locales.
Intercambiadores de calor con drenajes a presión atmosférica.
El purgador adecuado debe adaptarse a las variaciones amplias de caudal y ser capaz de eliminar el aire rápidamente. El purgador de boya-termostático es el adecuado y siempre debe estar montado por debajo de la salida. La figura 68 muestra un purgador de boya- termostático instalado donde no hay contrapresión del sistema de condensado, como encontraríamos si el condensado drenara a un colector con salida de aire a la atmósfera o a una línea de retorno no anegada.
Si la temperatura de salida del intercambiador está controlada, ya sea manual o automáticamente, la presión de vapor en su interior puede quedar muy reducida llegando a ser incluso inferior a la atmosférica. Ello implica la imposibilidad de elevar el condensado, entonces se dice que el sistema presenta interrupción de flujo. Si la temperatura del agua en el secundario se controla por debajo de los 100°C, la presión disminuirá por debajo de la presión atmosférica (es decir, vacío). Este vacío hace que se retenga el condensado en los tubos del calefactor, inundando el espacio vapor, causando golpes de ariete, un control de temperatura pobre y en algunos casos corrosión de los elementos del calefactor.
Para evitarlo debemos instalar rompedor de vacío aguas abajo de la válvula de control que hará que el purgador descargue por gravedad. El purgador debe dimensionarse con una altura de carga entre la salida del intercambiador y la entrada del purgador en condiciones de interrupción de flujo.
Intercambiadores de calor con drenajes a presión positiva.
Si se presenta una elevación después del purgador y / o el condensado fluye a un sistema de condensado presurizado, es imprescindible determinar si la presión en el espacio vapor (Ps) caerá igual o por debajo de la contrapresión que ejerce el sistema de condensado (Pb). Si Ps puede llegar a ser inferior a Pb, un purgador no podrá drenar correctamente el intercambiador y se requerirá un método de sacar y alejar el condensado del proceso.
Está situación requerirá una combinación de bomba y purgador como muestra la Figura 69. Una bomba mecánica (MFP14) está dedicada a un solo intercambiador, conectada de forma que la cámara de la bomba, tuberías y el lado de vapor de los tubos del intercambiador forman un espacio vapor común. Cuando hay suficiente presión del vapor, el condensado fluye del espacio vapor, a través del cuerpo de la bomba y el purgador y se aleja.
Cuando baja la presión, debido a que la válvula de control cierra, el condensado llena la cámara de la bomba, cuando se dispara la admisión del vapor motriz a alta presión, el condensado es expulsado de la cámara y a través del purgador.
La salida de la bomba está conectada a un receptor que hace de tubería de equilibrio mientras la bomba se llena. La pequeña cantidad de vapor de impulsión se mantiene dentro del sistema y el efecto de bombeo no malgasta vapor a la atmósfera, haciendo que sea un sistema con rendimiento energético, y manteniendo la planta libre de revaporizado.
Paneles y tubos radiantes.
El rendimiento depende de que se consiga una elevada temperatura superficial, por tanto, debemos eliminar rápidamente el condensado.
El mejor resultado se obtiene purgando individualmente cada panel con un purgador de boya que maneja rápidamente al aire y al condensado (Figura 70). En general pueden purgarse a través de un solo purgador dos paneles similares. Pueden también usarse purgadores IB y TD, con eliminadores de aire suplementarios.
Radiadores.
Este tipo de aparatos trabajan a presiones inferiores a 2,8 bar, será adecuado el purgador termostático de presión equilibrada BPT13UA con las conexiones como muestra la figura 71. En esta aplicación no se utiliza filtro, ya que el propio radiador actúa como pozo de sedimentación y se puede soplar una vez al año retirando temporalmente la cápsula del purgador. Cuando se vuelva a colocar la cápsula hay que asegurar que las caras de asiento estén limpias.
Si, de todos modos, desea incorporar un filtro, una buena alternativa será un BPT13A con un filtro Fig. 5 (Figura 72). En ciertas instalaciones, se utiliza este tipo de calefacción con un sistema de retorno de condensado en vacío. Para este caso disponemos de una cápsula especial con sub enfriamiento.
Convectores de tiro forzado.
Aunque estos aparatos disponen de un espacio-vapor pequeño y que no debe inundarse, los imperativos de diseño y montaje exigen un purgador pequeño y el BPT13 con un filtro Fig. 5 puede conseguirlo (Fig. 73). Pero, si estos convectores son del tipo de tiro forzado (con un ventilador incorporado), tendrán un rendimiento superior y debemos asegurar una purga eficiente del condensado y aire. El purgador de boya con eliminador termostático sería ideal, pero su instalación dentro de la carcasa puede ser problemática. Una alternativa satisfactoria sería el purgador termostático de presión equilibrada (fig. 73) instalado con un tramo de tubería de enfriamiento tan largo como se pueda.
Aerotermos y baterías calefactoras.
Estos aparatos producen mucho condensado procedente de un pequeño espacio de vapor. Cualquier acumulación de condensado o aire causa desigualdades en la temperatura y ráfagas de aire frío, pudiendo provocar roturas en los tubos de aletas por fatiga.
Debemos usar un purgador de boya-termostático de pequeño tamaño cerca de la entrada (Figura 74).
Cuando se usa aerotermos de soplado descendente, es muy importante que toda reducción en la tubería de condensado se haga por medio de reducciones excéntricas y que el purgador esté situado a un nivel por debajo de la conexión de drenaje del aerotermo, como indica la fig. 75. El desalojo de condensado se facilita instalando el aerotermo con una ligera inclinación hacia la salida de condensado.
Las baterías calefactoras no son más que aerotermos usados para secado o aire acondicionado. Si se instalan varias unidades en serie, cada una tendrá un grado de condensación distinto.
Por tanto cada sección debe purgarse independientemente con un purgador de boya (Figura 76). Cuando no se pueda usar un purgador FT puede usarse el de cubeta invertida como alternativa, pero con un eliminador de aire en paralelo.
Cuando se usan presiones altas de vapor en baterías calefactoras, se puede conseguir un buen ahorro recogiendo el condensado, separando el revaporizado y utilizándolo para calentar la primera sección de la batería. Cuando se usa control termostático de temperatura, puede formarse vacío, impidiendo el desalojo de condesado. Es recomendable instalar un rompedor de vacío Spirax Sarco entre la válvula de regulación y la propia batería. Las tuberías de condensado deberán bajar a un colector, un receptor venteado a la atmósfera. El purgador de boya ha de estar dimensionado con la carga de interrupción de flujo.
Serpentines suspendidos.
Las instalaciones de calefacción a base de tubos largos en zig-zag en el techo, adolecen siempre de problemas de golpes de ariete. El calor se mueve lentamente y es difícil controlar la temperatura. La instalación deberá hacerse como indica la Figura 77, con purgadores termostáticos BPT con cápsulas en acero inoxidable, o purgadores FT o IB. Si usamos purgadores de cubeta invertida, el calentamiento puede acelerarse colocando eliminadores de aire termostáticos en el extremo del serpentín (Figura 78).
Tuberías de vapor.
Tuberías de vapor.
Las tuberías de vapor transportan además de este, gotas de agua en suspensión, una cierta masa de condensado depositada en las paredes de la tubería y aire. Hemos de eliminar estos elementos para un óptimo funcionamiento de la instalación. Los purgadores deben descargar a los colectores de condensado correctamente dimensionados y acabando en un recipiente abierto a la atmósfera. Es un error frecuente conectar las descargas de los purgadores de línea directamente a las líneas de retorno de condensado. Si las líneas de condensado están anegadas provocará golpes de ariete, especialmente si los purgadores son de descarga discontinua.
Las cargas de condensada asociada al drenaje de las líneas son relativamente pequeñas, por tanto un TD42L de baja capacidad es más adecuado. Es muy robusto y trabaja eficientemente a la intemperie.
Tramos horizontales.
No trate nunca de purgar un tramo horizontal mediante la conexión de una tubería de pequeño diámetro en el fondo.
Utilizar siempre un pozo de goteo de tamaño adecuado para permitir la entrada del condensado, que se desplaza con velocidad. Como indican la Figura 79.
Dimensiones del pozo de goteo.
La Tabla 1 muestra las medidas recomendadas para pozos de goteo para líneas de vapor.
Separadores.
El separador elimina las gotas de agua suspendidas en el vapor así como el condensado que circula por la línea, dando como resultado un vapor en mejores condiciones. (Figura 81) Como es esencial eliminar el condensado tan pronto como se forme, la primera elección será un purgador de boya-termostático. También se puede utilizar un purgador de cubeta invertida con un eliminador de aire aparte como muestra la Figura 82. El TD es ideal para líneas en el exterior ya que no le afectan las heladas.
Drenaje de colector de vapor.
Se debe drenar los colectores de vapor de una manera similar a las líneas de vapor, con un pozo de goteo en la parte inferior del colector. Deberá tener una pequeña inclinación hacia el extremo donde se encuentra el pozo. En los colectores de más de 5 m, será conveniente colocar un pozo de goteo en cada extremo. Los colectores que se encuentran cerca de las calderas son susceptibles a los arrastres, por tanto se recomienda el uso de purgadores de boya para manejar las fluctuaciones en las cargas de condensado.
Los TD con disco eliminador de aire ofrecen una buena alternativa.
Filtros de línea.
Los finales de línea pueden ser más susceptibles a los golpes de ariete que los tramos horizontales. También, el aire se almacenará en estos lugares en la puesta en marcha ya que el vapor lo empujará hasta el punto más lejano. Por tanto, debemos colocar un purgador y un eliminador de aire en este punto.
Como nos muestra la Figura 82, una T disipará la fuerza mecánica de los golpes de ariete, por tanto, protegiendo al purgador y al eliminador de aire mientras ofrece una manera sencilla de instalación.
El mejor purgador será el TD debido a que es robusto, pero también se puede utilizar un purgador IB. Ambos necesitarán un eliminador de aire.
Eliminación de aire.
Como muestra la Figura 82, debe eliminarse el aire en los finales de línea para obtener una rápida puesta en marcha (ver la sección de "Eliminación de aire"). Si existen tramos largos de tubería con paradas diarias es recomendable colocar eliminadores de aire en puntos intermedios. No conectar la descarga de los eliminadores a las líneas de retorno de condensados anegadas ya que puede causar golpes de ariete, o a líneas con condensado sub enfriado ya que puede causar corrosión en las tuberías.
Ramales a equipos.
Obtendremos una mayor producción si suministramos vapor seco. Por tanto, hacer la conexión en la parte superior de la línea, aislar en tramos largos y colocar un separador antes del equipo. La Figura 80, página 86, muestra una instalación con separador drenado por un purgador de boya-termostático.
En cualquier proceso con un suministro de vapor controlado será conveniente tener un purgador justo antes de la válvula de control. Así se drenará la línea de condensado cuando cierre la válvula de cierre, evitando los daños por golpes de ariete y la erosión del asiento de la válvula por el vapor húmedo. La finalidad es mejorar la vida y rendimiento de la válvula y el proceso. Si existe la posibilidad de vapor húmedo en el extremo de un ramal, deberíamos colocar un separador.
Depósitos y recipientes.
Depósitos descarga (de condensado por elevación).
Tal como indica la Figura 83, el serpentín debe tener pendiente continua y si el condensado debe elevarse, terminar con un sifón en "U". La tubería de elevación del condensado debe ser de pequeño diámetro. Una buena idea es introducir la tubería de elevación en el serpentín hasta el fondo del sifón, sellando el serpentín en su parte superior, por tanto evitando bloqueos por vapor. Como purgador pueden usarse el TD, el de boya-termostático o el de presión equilibrada. En caso de baños corrosivos el TD es la mejor solución ya que le afecta menos la corrosión que a los demás tipos. Hay que eliminar con precaución el condensado de los baños corrosivos ya que existe la posibilidad de contaminación del sistema de vapor / condensado por el contenido del tanque.
Depósitos descarga (de condensado por gravedad).
Si la salida de condensados se desliza a través de la pared lateral del depósito, Figura 84, podemos usar un purgador de boya-termostático en el punto más bajo del serpentín. También se pueden usar purgadores TD y de presión equilibrada. Al final del serpentín, si se utiliza una reducción debe ser de tipo excéntrico para evitar inundación parcial del serpentín y golpes de ariete.
El sistema trabajará mejor si el condensado del purgador cae a una línea de retorno de condensado no anegada o a un depósito abierto a la atmósfera para su bombeo. Si existen problemas de contaminación del condensado debido al contenido del tanque, drenar el condensado directamente al desagüe.
Deposito pequeño de agua de calentamiento.
La Figura 85, nos muestra cómo obtener agua caliente por medio de un serpentín con vapor, de una forma económica. El purgador de expansión líquida nos dará un calentamiento lento, pero evitará la ebullición. Si se requiere un calentamiento rápido debemos usar un purgador que descargue el condensado a la temperatura del vapor, como uno de boya o TD.
En la Figura 86, vemos un sistema de calentamiento de agua en depósitos pequeños, por inyección directa de vapor usado en Spirax Sarco Termocirc.
El Termocirc regula la entrada de vapor para evitar sobrecalentamiento. No requiere un purgador.
El depósito se ha de vaciar antes de llevar a cabo el mantenimiento del inyector, filtro o válvula de retención.
Métodos tradicionales y actuales.
El mantenimiento indiscriminado de los purgadores tenderá a perturbar la actuación de cualquier sistema de vapor. El purgador puede pasar de estar funcionando correctamente a dejar pasar vapor vivo o estar obstruido. La detección de los purgadores defectuosos ha sido siempre un problema, un diagnóstico erróneo puede hacer que los purgadores defectuosos sigan dando problemas y que se reemplacen innecesariamente purgadores que trabajan correctamente. Por consiguiente el diagnóstico exacto es importante en cualquier programa de mantenimiento.
Antiguamente, los métodos de diagnóstico incluían dispositivos de escucha, mirillas, monitorizar la temperatura y técnicas ultrasónicas.
Todos éstos pueden dar una indicación de flujo, pero son incapaces de proporcionar al usuario suficiente información de la precisión, ya que las condiciones del sistema pueden cambiar. El nivel del ruido cambiará y dependerá del medio y el sonido de los purgadores cercanos, además variará según la carga del condensado. La interpretación de la señal es difícil incluso para el operario más experimentado.
Las mirillas pueden ofrecer una solución, sobre todo la mirilla / retención que da una indicación visual de flujo además de hacer de válvula de retención, sin embargo, las mirillas requieren que se cambien los cristales. Las insuficiencias de los dispositivos de escucha han llevado a monitorizar la temperatura, pero es absolutamente factible (y normal) que el condensado y vapor coexistan a la misma temperatura en el mismo sistema, haciendo que sea difícil un diagnóstico exacto por la temperatura.
Una versión moderna de la varilla de escucha es el comprobador de purgadores ultrasónico que detecta el ultrasonido generado por un purgador con pérdidas. Desgraciadamente, es incapaz de diferenciar entre la perdida de vapor vivo y el revaporizado a través del purgador. También es incapaz de detectar las diferencias sutiles explicadas anteriormente.
Las inconsistencias de los métodos anteriores han dado lugar y han determinado el desarrollo de un dispositivo de comprobación de purgadores exacto y fiable.
Consiste en una cámara montada inmediatamente antes del purgador, que es capaz de detectar el estado físico del medio en ese punto por conductibilidad (Figura 87). No le afecta la alteración del revaporizado. El resultado es preciso y no está sujeto a la interpretación. Se puede realizar la supervisión localmente, remotamente, anualmente o automáticamente, y descubrir un fallo inmediatamente, por tanto minimizando los gastos y maximizando la inversión (Figura 88).
Además, un termopar en el interior de la cámara detecta y puede ayudar a predecir obstrucciones, por lo que son especialmente útiles en aquéllas industrias como Hidrocarburos y Procesos que dependen de la continuidad del proceso.
Mantenimiento de purgadores.
Mantenimiento sistemático.
El mantenimiento de rutina depende del tipo de purgador y su aplicación. El purgador de presión equilibrada por ejemplo, tiene un elemento que está diseñado para reemplazarlo con facilidad.
Si se cambian regularmente, aproximadamente cada tres años, podría parecer una pérdida de tiempo y de materiales. Sin embargo, esta práctica reduce la necesidad de la comprobación de purgadores y asegurará un sistema libre de problemas con pérdidas mínimas por los purgadores defectuosos.
El mantenimiento de rutina que consiste en limpiar y reemplazar las partes internas parcialmente desgastadas utiliza la misma cantidad de mano de obra pero deja un purgador de vapor dudoso. Tendrá que comprobarse de vez en cuando y es propenso al desgaste.
Cualquier mantenimiento rutinario debe incluir la renovación de cualquier parte sospechosa, se ha de ser rentable.
Sustitución de interiores.
Está claro que tiene sentido renovar las partes internas de un purgador. El cuerpo generalmente tiene una vida tan larga como la de la planta en la que se instala y sólo las partes interiores dependen de las condiciones del sistema. Hay ventajas obvias en reemplazar de vez en cuando estas partes internas. Gran parte dependerá de la facilidad con la que las partes nuevas pueden montarse y la fiabilidad y accesibilidad del purgador reparado.
Los elementos de los purgadores termostáticos generalmente pueden cambiarse desenroscando el asiento. Es fácil de reemplazar y el purgador reparado será fiable asumiendo que se llevan a cabo correctamente las instrucciones de mantenimiento.
Si se daña el asiento o las caras del disco de un purgador termodinámico, solamente hay que reemplazar el disco (Figura 89). El daño en las caras del asiento puede rectificarse puliéndolos suavemente. Reemplazar los asientos de algunos purgadores termodinámicos de mayor presión es más complicado. Puede que se necesiten dos juntas o una sola para los pasos de vapor / condensado. El punto más débil es a menudo la junta entre el cuerpo del purgador y el asiento, especialmente si ha soplado vapor.
Verifique siempre con el fabricante sobre el método correcto de realizar cualquier trabajo de mantenimiento que requieran los purgadores. El fabricante acreditado siempre podrá proporcionar la literatura apropiada.
Mucho depende de las condiciones de su ubicación. El purgador de boya pequeño, mostrado en la Figura 90, se diseña para que la tapa junto con las partes internas puedan llevarse al taller dejando el cuerpo principal unido a la tubería. A menudo, esto es preferible y renovar los asientos de purgadores inaccesibles, soldados a la tubería en un lugar bajo condiciones de suciedad.
Sustitución de purgadores.
En algunos sitios el alto coste de mano de obra descarta la reparación de todos los purgadores excepto los más grandes.
En estos casos es esencial que los purgadores se puedan cambiar fácilmente. las conexiones con bridas proporcionan una solución, aunque el purgador con bridas es más caro que el equivalente purgador enroscado, las bridas son un gasto adicional.
Un conector universal permite que la sustitución de los purgadores compactos sea rápida. El purgador de la Figura 91 está diseñado específicamente para un sistema como éste. Consta de un conector que permanente en la línea mientras se realiza el mantenimiento. Se puede sustituir el purgador simplemente sacando dos tornillos. Este tipo de purgador encaja en el mismo conector proporcionando flexibilidad en la selección y racionalización de recambios. También hay conectores con una válvula aislante de pistón integral que aseguran un tiempo de parada mínimo.
Eliminación del aire.
¿Qué hace el aire?.
Si el aire está mezclado con vapor y fluye junto a él, se formarán bolsas de aire en los lugares del intercambiador de calor donde se condensa el vapor. Gradualmente, se formará una capa fina que actuará como una capa aislante, impidiendo la transmisión de calor como muestra la Figura 92. El aire es extremadamente mal conductor de calor: todos conocemos su empleo para reducir la pérdida de calor en las ventanas de doble cristal, o sea dos cristales con aire confinado entre ellos. De igual manera, se usa aire para reducir la pérdida de calor de las tuberías de vapor. El material más aislante se compone de millones de partículas microscópicas de aire, dentro de una matriz de fibra de vidrio, lana mineral, o material polímero. El aire es sencillamente el aislante y el material sólido lo mantiene en posición. De igual manera, una película de aire en la superficie de transmisión de calor impide el flujo de calor y reduce la capacidad de transmisión de calor.
La conductividad térmica del aire es de 0,025 W/m K, mientras que la cifra correspondiente al agua es de 0,6 W/m K, la del hierro de 75 W/m K y la del cobre de 390 W/m K. Una película de aire de tan solo 1 mm de grosor produce la misma resistencia que un espesor de cobre de 300 mm.
Es improbable que el aire exista como una película discreta dentro del intercambiador de calor. Será más probable que la concentración de aire en el vapor sea más alta cerca de la superficie de condensado y menor cuanto más lejos. De todos modos, es conveniente tratarla como una capa al mostrar su resistencia a la transmisión de calor.
Cuando se agrega aire al vapor, la cantidad de calor a un volumen dado de la mezcla es inferior que la del mismo volumen de vapor puro, por tanto la temperatura de la mezcla baja. La Ley de Dalton de Presiones Parciales expone que en una mezcla de gases y/o vapores la presión total de la mezcla está formada por las presiones parciales de cada gas.
Por ejemplo, si la presión total de la mezcla de vapor / aire a 2 bar (absolutos) está compuesta de 3 partes vapor y 1 parte de aire:
Presión parcial del aire = ¼ x 2 bar abs. = 0,5 bar abs.
Presión parcial del vapor = ¾ x 2 bar abs. = 1,5 bar abs.
Presión total de la mezcla = 0,5 + 1,5 bar abs. = 2 bar abs. (1 bar r)
El manómetro indicará una presión de 1 bar r, indicando al observador una temperatura correspondiente a 120°C. Pero, la presión parcial debido a la cantidad de vapor en la mezcla es tan solo de 0,5 bar r (1,5 bar abs), proporcionando una temperatura de tan sólo 111,6°C.
Por tanto, la presencia de aire tiene doble efecto:
a) ofrece una resistencia a la transferencia de calor y
b) reduce la temperatura del espacio vapor y por tanto reduce el gradiente de temperatura en la superficie de transferencia de calor.
El efecto en general es una reducción en la tasa de transferencia de calor que puede ser inferior a la requerida por el proceso y, en el peor de los casos, puede impedir que se alcance la temperatura que requiere el proceso.
| Página siguiente |