Cómo funcionan las trampas de vapor termostáticas de tipo bimetálico: Una mirada a sus mecanismos y ventajas

Un "bimetal" es un elemento termostático, compuesto por dos placas metálicas diferentes unidas entre sí. Estos metales disímiles tienen coeficientes de dilatación térmica diferentes y cuando se someten a un cambio de temperatura, el elemento comienza a deformarse.

Las trampas bimetálicas aprovechan la deformación del elemento bimetálico para abrir o cerrar una cabeza de válvula.

Algunas trampas bimetálicas pueden diseñarse para funcionar a temperaturas de operación predeterminadas. Otras trampas de vapor bimetálicas pueden tener sus temperaturas de funcionamiento ajustadas por los operadores de campo. El elemento bimetálico que contienen estas trampas se utiliza para abrir la trampa cuando la temperatura es demasiado baja o para cerrarla cuando la temperatura es demasiado alta.

El vapor saturado permanece a una temperatura constante mientras la presión no cambie, pero el condensado perderá con el tiempo calor y se enfriará aunque su presión permanezca constante. Las trampas bimetálicas funcionan utilizando los cambios de temperatura del condensado. Tienen una estructura sencilla y un principio de funcionamiento fácil de entender.

Como los elementos bimetálicos tienen la capacidad de convertir los cambios de temperatura en movimiento mecánico, también se utilizan ampliamente en otros equipos como interruptores de temperatura.

Operación que no es afectada por la presión de vapor

Los elementos bimetálicos se deforman a una temperatura predefinida (por ejemplo, 120°C [248°F]).

Por lo tanto, aunque la presión del vapor cambie, la posición del elemento bimetálico dentro de una trampa de vapor no cambiará hasta que haya un cambio en la temperatura del condensado que lo rodea.

Esta temperatura de descarga fija puede ser una ventaja o una desventaja para una trampa de vapor dependiendo del tipo de aplicación.

Ventajas de la temperatura de descarga fija

Como ejemplo de trampas de vapor que aprovechan una temperatura de descarga fija, veamos las trampas de control de temperatura utilizadas en aplicaciones de traceo de vapor a baja temperatura.

Como las trampas de vapor con control de temperatura se abren cuando la temperatura cae por debajo de un punto fijo, se puede establecer intencionadamente que ese punto sea muy inferior a la temperatura saturada del vapor. Esto hará que el condensado se acumule en el lado de entrada de la trampa hasta que se enfríe a la temperatura establecida. La idea es utilizar el calor sensible disponible en el condensado acumulado para calentar el equipo o el producto.

El traceo de vapor se emplea a menudo para proteger contra el congelamiento a los medidores o la instrumentación, así como para calentar líquidos de alta viscosidad y garantizar un flujo suave a través de las tuberías.

Desventajas de la temperatura de descarga fija

Debido al diseño de estas trampas, se acumula un cierto nivel de condensado cuando la temperatura de descarga se ajusta adecuadamente por debajo de la temperatura de saturación del vapor. Aunque la trampa comienza a abrirse en el punto de ajuste, el líquido acumulado debe seguir subenfriándose (enfriándose por debajo del punto de ebullición) para permitir que la trampa abra por completo y alcance toda su capacidad de drenaje. Si la temperatura de descarga es significativamente inferior a la del vapor, el condensado puede empezar a retroceder demasiado, lo que podría provocar problemas de producción y fiabilidad o incluso inducir un golpe de ariete en las tuberías de vapor.

En el caso contrario, cuando la temperatura de descarga es superior a la temperatura de saturación del vapor, la trampa no se cerrará, lo que provocará una pérdida continua de vapor.

Naturalmente, las trampas bimetálicas no funcionarán correctamente cuando la temperatura de descarga esté ajustada a la temperatura del vapor o cerca de ella.

Debido a estas limitaciones, las trampas bimetálicas no son aptas para su uso en líneas de transporte de vapor u otros equipos críticos, donde se requiere una rápida expulsión del condensado.

Hay muchos modelos de trampas bimetálicas con diferentes características de diseño. En particular, la forma y la ubicación de los elementos bimetálicos y las válvulas pueden variar entre las trampas.

Ciertos diseños hacen que el elemento bimetálico sea más susceptible a la "fatiga" (desgaste o incluso agrietamiento) que otros. Por ejemplo, el diseño de una cabeza de válvula aguas abajo debe superar la contrapresión del sistema, lo que aumenta la tensión en los elementos bimetálicos y disminuye la temperatura de descarga de la válvula.

Trampas de vapor bimetálicas modernas

Una trampa con una temperatura de drenaje fija sólo puede utilizarse en un sistema que funcione a un rango de presión limitado. Para remediar este problema, las trampas bimetálicas suelen tener un tornillo de ajuste para modificar la temperatura de drenaje. Sin embargo, estas trampas deben ajustarse según las condiciones del sistema antes de su uso, y no se adaptan automáticamente a los cambios inesperados. Por estas razones, las trampas vapor bimetálicos sólo son adecuados para aplicaciones específicas y su selección debe considerarse cuidadosamente.

Sin embargo, el bimetal por sí mismo es utilizado ampliamente como elemento suplementario en otros tipos de trampas de vapor, como las de flotador, de cubeta invertida y de disco. Estos bimetales se utilizan principalmente como venteos de aire, o para permitir que la trampa drene grandes cargas de condensado en el arranque y cargas residuales en el paro.

Trampas de Vapor Tipo Flotador

En el momento de la puesta en marcha, la temperatura del sistema es baja, por lo que el elemento bimetálico incorporado se encuentra en un estado relajado y abierto. En este estado, el flotador es sostenido, abriendo forzosamente la válvula. Esto permite la eliminación automática y rápida del aire inicial y del condensado, ayudando a reducir el tiempo necesario para que la aplicación alcance la temperatura requerida.

Trampas de Vapor Tipo Disco

A temperatura ambiente, el anillo bimetálico en forma de C se contrae y se desliza hacia arriba a lo largo de la pared cónica del asiento de la válvula. En esta posición, mantiene el disco fuera del asiento, forzando la apertura de la válvula de la trampa. Mientras la válvula está abierta, se deja pasar rápidamente un gran volumen de aire y de condensado a baja temperatura.

Cuando la temperatura del condensado aumenta, el bimetal en forma de C se expande y se desliza hacia abajo a lo largo de la pared cónica, permitiendo la operación normal de la trampa.