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Teoría Básica de Trampas de Vapor
Cómo Trabaja una Trampa de Disco: Una Mirada a su Mecanismo y sus Méritos
Las trampas de vapor tipo termodinámicas son valuadas por su tamaño compacto y versatilidad para un rango amplio de presiones. Pueden tener una construcción simple y operar tanto en posición horizontal o vertical. Estas características hacen que las trampas de vapor termodinámicas sean la opción favorita para una amplia variedad de traceos, drenajes de tubería de distribución y algunos procesos pequeños que usen vapor.
Dos Tipos: Disco e Impulso
Hay dos categorías básicas de trampas de vapor termodinámicas: La de Disco Termodinámico y la de Impulso Termodinámico. De las dos, la usada más comúnmente es la de trampa de disco, quizás porque las trampas de impulso pueden fugar el vapor del piloto y pueden fallar debido a la presencia de una muy pequeña cantidad de suciedad que bloquee el canal del piloto. Por estas razones, este artículo solo cubrirá las trampas tipo disco.
| Trampas de Vapor Tipo Disco y Tipo Impulso |
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| En las trampas de disco, la válvula abre y cierra dependiendo de los cambios en las fuerzas que actúan sobre la superficie plana del disco. En las trampas tipo impulso, el movimiento del disco del pistón controla el flujo. El vástago puede ajustarse para incrementar o reducir el flujo. Ambas trampas termodinámicas, las tipo disco y las tipo impulso descargan el condensado intermitentemente. |
En una trampa de vapor termodinámica de disco, el flujo de condensado es controlado por un obturador de válvula con forma circular (disco) abriendo y cerrando contra el asiento. El disco está separado de las otras partes de la trampa y reposa en la parte superior del asiento de la válvula.
| Trampa de Vapor Tipo Disco |
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| La válvula abre cuando el disco sube y se separa del asiento. |
El asiento de la válvula se compone de dos anillos concéntricos (anillos del asiento): un anillo interno y otro externo. El anillo interno separa el orificio de entrada del fluido de los orificios de salida y previene que el vapor encuentre un camino corto hacia la salida. El anillo externo controla la fuga del vapor de la cámara de presión arriba del disco hacia la salida de la trampa.
Beneficios de las Trampas Termodinámicas de Disco
| Beneficio | Razón |
|---|---|
| Fácil Instalación | Compacta |
| Puede instalarse en orientación vertical u horizontal | |
| Fácil Selección y Almacenamiento | Una sola trampa puede cubrir un amplio rango de presiones |
| Puede usarse con vapor sobrecalentado | No requiere sello de agua |
| Alta resistencia a dañarse por congelamiento | Poco agua se retiene en el cuerpo de la trampa |
| Bajo Costo Inicial | Construcción relativamente simple |
Limitaciones de las Trampas Termodinámicas de Disco
| Limitación | Razón |
|---|---|
| Corta vida de servicio | El mecanismo de operación causa desgaste en los maquinados de la válvula |
| Mayor fuga de vapor | Al no haber sello de agua puede generarse fuga de vapor durante la descarga del condensado |
| Sensible a las condiciones del ambiente | La lluvia y/o las temperaturas frías pueden causar que opere sin haber condensado |
| Ruidosa | El mecanismo de operación causa la descarga casi instantánea de un gran volumen de condensado, lo que crea más ruido que la mayoría de los otros tipos de trampas de vapor |
Mecanismo de Operación de las Trampas Termodinámicas de Disco
Las trampas de vapor termodinámicas de disco tienen operación intermitente y cíclica. El mecanismo de la válvula - compuesto por un disco y los anillos del asiento - abre solamente unos segundos para descargar el condensado; y luego cierra por un período generalmente más largo hasta que un nuevo ciclo de descarga comienza.
La acción de apertura y cierre de las trampas termodinámicas de disco es causada por la diferencia de fuerzas actuando en el lado inferior y superior del disco. Estas fuerzas se basan, esencialmente, en la cinética y energía diferentes generadas por la presión de los fluidos típicamente involucrados: aire, condensado y vapor.
En los arranques de planta, los fluidos que llegan a la trampa son aire y/o condensado (incluso vapor, algunas veces) a la presión de la línea que crean una Fuerza de Apertura (Fuerza de Elevación) en el lado inferior del disco; por lo tanto causando que el disco se eleve y abra la válvula. La Fuerza de Apertura separa el disco del asiento y permite el flujo del condensado. La siguiente sección explica cuál es el mecanismo por el cual el disco cierra después de que ha abierto.
Situación 1: De la Posición Abierta a Cerrado (Explicación Termodinámica)
Estando en posición abierta, hay dos fuerzas principales que actúan en el disco: el vapor en la cámara de presión en la cara superior del disco, y el vapor escapando por el lado inferior del disco. Este vapor actuando para abrir y cerrar la válvula es conocido como Vapor de Control.
| Cerrando la Válvula de Disco |
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| Cuando el vapor fluye rápidamente debajo del disco, la presión del lado inferior disminuye. Entonces, el disco es "empujado" hacia el asiento por la mayor presión en la cámara. Esto cierra la válvula. |
| Las Fuerzas de Bernoulli Actuando |
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| El principio de Bernoulli dice que el aumento de velocidad de un fluido viene acompañado de la disminución de su presión. |
El Vapor de Control puede ser vapor flash o vapor vivo. Es vapor flash cuando el condensado entra a la trampa y sufre un cambio de fase debido a la caída de presión. O puede ser vapor vivo en el caso de que la carga de condensado es pequeña, o si el mecanismo se debilitó y no controla la fuga de vapor innecesaria. Los mejores diseños minimizan o eliminan el uso de vapor vivo, y operan con vapor flash siempre que sea posible.
El Vapor de Control en la cámara de presión crea una fuerza descendente sobre el disco como resultado del producto de la Presión x el Área. La alta velocidad del Vapor de Control debajo del disco causa una caída de presión (siempre que el disco esté en posición abierta).
La válvula está diseñada para cerrar cuando el condensado flashea cerca de la temperatura del vapor, lo que ocurre cuando el condensado acumulado es descargado. Cuando la Fuerza de Cierre es suficientemente alta para vencer la Fuerza de Apertura (Elevación), la válvula cierra.
| Caída de Presión Dentro de la Cámara |
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| La pérdida de calor por radiación y otras formas provocan que baje la presión dentro de la cámara, lo cual, eventualmente hará que el disco se eleve del asiento y el condensado se descargue. |
| Fuerzas Actuando en el Disco |
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| Hay dos fuerzas principales actuando en el disco, la Fuerza de Cierre y la de Apertura (Elevación) |
Situación 2: De la Posición Cerrada a Abierto (Explicación Termodinámica)
Cuando está en la posición cerrada, el vapor dentro de la cámara de presión actúa como la Fuerza de Cierre en el disco y sella herméticamente la cámara.
Con el paso del tiempo, la cámara de presión pierde Fuerza de Cierre (es decir, presión) al ceder energía por conducción al condensado que llega, por radiación o convección debido a las condiciones del ambiente y por cualquier fuga que ocurra por el anillo externo (debido a desgaste o por diseño). Cuando la Fuerza de Cierre resulta menor que la Fuerza de Apertura (Elevación), el disco se eleva y se descarga condensado nuevamente.
En la posición cerrada, la Fuerza de Cierre está determinada solamente por la presión del vapor actuando en la cara superior del disco. La Fuerza de Apertura está determinada por la presión de entrada en la cara inferior del disco. El área en la que actúa la Fuerza de Apertura está reducida cuando la válvula está cerrada, siendo solamente el diámetro del canal de entrada.
| Disco o Asiento de la Válvula Desgastados |
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| Cuando el disco y/o el asiento de la válvula se desgastaron o están diseñados para fuga, baja más rápidamente la presión dentro de la cámara, causando que la válvula abra y cierre con mayor frecuencia. |
En términos más simples, la importante diferencia entre el área de la cara superior del disco comparada con la que queda disponible en la cara inferior hacen una significativa diferencial de fuerzas, que permiten un sello hermético. Esta diferencia de áreas evita que la válvula abra incluso si las presiones que actúan de ambos lados del disco son similares; esta es la razón por la que varios fabricantes utilizan discos de mayores diámetros para hacer más efectivo el sellado. Cuando la Fuerza de Cierre es más débil que la de Apertura, entonces la válvula abre e inicia otro ciclo de descarga.
Situación 3: Apertura y Cierre con Presencia de Aire en el Sistema de Vapor (Explicación Aerodinámica)
Al menos en los arranques, el vapor que llega a la trampa puede tener gran cantidad de aire. El aire y el vapor actúan de forma similar creando la Fuerza de Cierre en las trampas termodinámicas de disco. Sin embargo, al contrario que el vapor, el aire no se condensa a las condiciones de operación de la trampa para permitir que abra; y las trampas de disco comunes se quedan selladas. Esta condición es conocida como Bloqueo por Aire. El bloqueo por aire puede ser una causa típica de que falle el drenaje de condensado (trampa fría), y hay varios métodos para lidiar con este fenómeno. Para información relacionada al tema, por favor visite: Bloqueo por Aire
| Bloqueo por Aire en Trampas de Disco |
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| Debido a que el aire no se condensa como el vapor, la presión en la cámara nunca baja, de forma que la Fuerza de Apertura no puede vencer a la de Cierre, evitando que el condensado sea descargado. |
Los fabricantes de trampas de disco atacan el problema de bloqueo por aire de diversas formas. Algunos hacen un disco ranurado para que el aire fugue intencionalmente. Otros incorporan una válvula de purga en el filtro para usarse en los arranques y que ayude a ventear todo el aire. Las diferencias en el diseño son una evidencia de que haya distintos valores de fuga de vapor funcional, lo que representa fugas de vapor durante la operación normal. Si una trampa tiene incluidos las ranuras para la fuga de aire desde el principio, entonces su capacidad de sello hermético es muy reducida.
| Uso de las Ranuras para Fuga de Aire |
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| Si se usan las ranuras para fuga de aire, el vapor igualmente será descargado, generando pérdidas de energía. La válvula también abrirá y cerrará con más frecuencia, lo que aumenta su desgaste y reduce el ciclo de vida de la trampa. |
Trampas Termodinámicas Tipo Disco Avanzadas
Un método innovador para descargar el aire es la adición de un venteo de aire termostático que opera en el arranque. Esta trampa de disco avanzada es llamada Termodinámica de Disco con Venteo Termostático.
En el arranque, el anillo termostático levanta al disco del asiento hasta que el aire se ha purgado del sistema. En cuanto el aire es descargado, la temperatura del fluido aumenta y hace que el anillo termostático se expanda y deslice hacia abajo. A partir de este momento, la operación termodinámica de la válvula ocurre con normalidad, pero con el beneficio de que no son necesarias las ranuras de fuga de aire.
Ejemplo de una Trampa Termodinámica de Disco Avanzada
| Para vencer los problemas como el bloqueo por aire, ciertas trampas de disco incluyen un anillo bimetálico que fuerza la válvula en posición abierta. Otras innovaciones son que se ha mejorado el sello entre el disco y el asiento, la adición de un filtro y facilitar el mantenimiento mediante un módulo reemplazable. |
El beneficio de este avanzado diseño es que el mecanismo de la válvula se vuelve lo más hermético posible, porque tiene una sola y clara tarea: Permanecer cerrado herméticamente contra cualquier fuga de vapor.
Lo modelos termodinámicos avanzados también pueden incorporar otras características que ayuden a reducir el costo del ciclo de vida de la trampa. Las mejoras típicas son: Filtros-Y completos para mayor durabilidad, válvulas de purga para los arranques y contar con internos completamente reemplazables para disminuir el costo de mantenimiento y el tiempo de la reparación.