Erosión en Tuberías de Vapor y Condensado

La erosión es el nombre que recibe el proceso físico de desgaste gradual de una superficie sólida debido a la abrasión. Este artículo se enfoca en la erosión de tuberías de vapor y condensado. Se trata de un problema común en las plantas, al grado que en algunas secciones de la tubería que son erosionadas causan importantes fugas de vapor.

Fuga de Vapor Ocasionada por Erosión de Tubería

La erosión causa el adelgazamiento de la pared de la tubería, lo que eventualmente provocará perforaciones en ella, provocando la fuga de vapor vivo, un serio problema de seguridad.

¿Qué causa la erosión?

El condensado acarreado con el vapor es el causante de la mayoría de la erosión. Al golpear repetidamente la tubería en los codos, el condensado puede causar el adelgazamiento gradual de la pared de la tubería, pues su masa y alta velocidad al impactar tienen un efecto similar que las cortadoras industriales de jet de agua. Este tipo de erosión - causada por las gotas de condensado - es típicamente conocida como Erosión por Picadura de Gotas Líquidas.

En muchos casos, pero particularmente en la tubería de acero al carbón, la erosión puede remover el tratamiento superficial de la cara interna de la tubería y acelerar el proceso de corrosión electroquímica. De hecho, ambas, la erosión y la corrosión actúan juntas en el adelgazamiento de las paredes de las tuberías.

Daño de Tubería Causado por Erosión

La resistencia a la erosión varía dependiendo del material. Por razones del costo de instalación, el acero al carbón es típicamente el material estándar para las tuberías de distribución de vapor, aunque es menos resistente que el acero inoxidable. El uso de tuberías de acero inoxidable usualmente está limitado a industrias farmacéuticas, de biotecnología, de vapor limpio u otras aplicaciones estériles.

Erosión Ocurriendo en la Tubería

Cuando las gotas de líquido golpean la pared interna de la tubería, la pared lentamente se desgasta.

Algunos tratamientos superficiales ofrecen protección contra la corrosión a la tubería de acero al carbón, pero aún no son tan resistentes como el acero inoxidable. Los tratamientos puede proteger temporalmente el acero y disminuyen el proceso de erosión y de corrosión.

Sin embargo, una vez que el adelgazamiento por erosión ocurre, la pared perderá su espesor cada vez más rápidamente. Esto es porque el condensado a alta velocidad no sólo causa daño físico a la tubería, sino que acelera la corrosión al remover el tratamiento superficial interno de la tubería.

Otros Tipos de Erosión en Tuberías de Vapor y Condensado

La erosión en las tuberías de vapor y condensado no está limitada a ser causada por picadura de gotas líquidas o por el arrastre de condensado a alta velocidad.

La tubería de retorno de condensados en particular puede ser susceptible de erosión por manejo incorrecto del vapor flash generado por la corriente. Para ser exactos, aunque esta tubería esté diseñada para transportar condensado solamente el vapor flash es un resultado natural. Por lo tanto el sistema se convierte en una corriente de vapor húmedo a gran velocidad. Esto se llama "erosión por flasheo".

La erosión por flasheo puede empeorarse por los siguientes dos factores:

• Líneas de retorno de condensado sub dimensionadas que causan la elevada velocidad del vapor flash (efecto del cortador de jet de agua)
• Elementos corrosivos como el ácido carbónico asociado con los condensados a baja temperatura

Adicionalmente, la "erosión por cavitación" puede ocurrir por las repentinas ondas de choque causadas por la implosión de pequeñas burbujas de vapor en medio del condensado. La erosión por cavitación ocurre debido a que el vapor flash ocupa un volumen muy grande que, cuando condensa rápida y repentinamente libera parte de su energía hacia el condensado y la tubería adyacente.

Debido a la diferencia del volumen específico entre el vapor y el condensado, la condensación repentina del vapor flash crea un fuerte vacío que es violentamente llenado por el condensado adyacente, causando ondas de choque conocidas como golpe de ariete. El colapso rápido del volumen del vapor flash y las ondas de choque asociadas por la velocidad del condensado llenando el vacío que se forma provocan erosión y daños significativos a la tubería.

Contramedidas para la Erosión

Contramedidas para Limitar la Erosión en Tuberías de Retorno de Condensado

Limitar la erosión en las tuberías de retorno de condensado requieren múltiples consideraciones de diseño. Un elemento crucial es dimensionar el cabezal de retorno para que pueda manejar el flujo de dos fases, vapor flash + condensado, como se ha discutido aquí:

• Tubería de Recuperación de Condensado

La tubería de retorno de condensados es típicamente diseñada usando el flujo promedio de condensado. Sin embargo, si se usan trampas de operación intermitente, como las de tipo cubeta, disco, pistón o termostáticas, el flujo de condensado momentáneo puede ser mucho más alto que el promedio. Esto provocaría una velocidad de condensado mayor a la esperada y por lo tanto, mayor tendencia a erosionar la tubería.

Trampa de Operación Intermitente

Las trampas que operan intermitentemente pueden generar mayor erosión en la tubería de descarga.

En dichos casos, las opciones son: instalar la trampa más lejos aguas arriba del punto de cambio de dirección, eliminar los cambios de dirección cuando sea posible, sobredimensionar el diámetro de la tubería si es costeable, o seleccionar un tipo de trampa de vapor con descarga continua como el Flotador Libre© o flotador.

Contramedidas para Limitar la Erosión en Tuberías de Distribución de Vapor

Prevenir la erosión en tuberías de distribución de vapor es generalmente más simple, y típicamente requiere eliminar las gotas de condensado que acarrea el vapor. Esto significa la instalación de un separador de vapor-condensado.

Separador de vapor

El condensado acarreado por el vapor es mecánicamente removido usando un separador de vapor.

Aunque el vapor suministrado por la caldera puede tener un alto porcentaje de sequedad, todas las calderas sin secciones de sobre-calentamiento entregan vapor con cierto contenido de humedad. El condensado también se forma por las pérdidas de energía por radiación a lo largo de la tubería. Por estas razones es muy importante instalar tanto trampas de vapor a intervalos regulares como separadores que mecánicamente remuevan las gotas de condensado del vapor.