Manipulación de Condensado

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Presencia de condensado

• La pérdida de calor puede producir condensación del vapor

• Dos situaciones:

– La condensación es el resultado del proceso para el cual se usa el vapor (ej. Intercambiadores de calor)

– La condensación es una situación no buscada (ej. condensación dentro de las cañerías)

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Perfil de Temperatura a través de una superficie de intercambio de calor, para el calentamiento de un recipiente con agua

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Extracción del condensado

• Necesidad

– En general los equipos no están diseñados para trabajar inundados con condensado

– La presencia de condensado en las líneas de vapor es inconveniente (golpes de ariete, erosión, etc…)

– Disminución de la transferencia de calor

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¿porqué retornar el condensado al sistema?

– Ahorro de agua

– Ahorro de costos del tratamiento del agua

– Aprovechamiento de la energía residual del condensado

– Reducción de efluente

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Retorno del condensado

• Cómo?

– Separar el condensado del vapor

– Retornar el condensado a la caldera

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8purgas

Llega vapor (… y al principio hay sólo vapor).

vapor

Extracción del condensado del vapor

Ejemplo: Se alimenta vapor a un intercambiador de calor

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Llega vapor (… y al principio hay sólo vapor).

vapor

Extracción del condensado del vapor

Pero el vapor irá condensando …

Ejemplo: Se alimenta vapor a un intercambiador de calor

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Si no sacamos el condensado al poco tiempo tendremos

sólo condensado (frío) en el extremo de la línea

vapor

Extracción del condensado del vapor

El condensado se irá acumulando…

Ejemplo 1: Se alimenta vapor a un intercambiador de calor

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vapor

Extracción del condensado del vapor

Si no sacamos el condensado al poco tiempo tendremos sólo condensado (frío) en el extremo de la línea

El condensado se irá acumulando (recordar que no es lo mismo transferir calor latente que calor sensible)

Ejemplo 1: Se alimenta vapor a un intercambiador de calor

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Hay que sacar el condensado sin que se pierda vapor

vapor

Extracción del condensado del vapor

Ejemplo 1: Se alimenta vapor a un intercambiador de calor

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Colocamos una salida en la parte más baja…

vapor

Extracción del condensado del vapor

… y un limitador de flujo

Ejemplo 1: Se alimenta vapor a un intercambiador de calor

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Extracción del condensado del vapor

Cerramos la salida (se acumula condensado en la parte más baja por diferencia de densidad)

vapor

Ejemplo 1: Se alimenta vapor a un intercambiador de calor

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Extracción del condensado del vapor

Luego de cierta cantidad acumulada se abre la salida

vapor

condensado

Ejemplo 1: Se alimenta vapor a un intercambiador de calor

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Extracción del condensado del vapor

Se evacuó el condensado.

Cuando el vapor llega a la válvula, ésta se cierra.

El ciclo se reinicia (esperando acumular condensado en el recipiente)

vapor

Ejemplo: Se alimenta vapor a un intercambiador de calor

condensado

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Extracción del condensado del vapor

En la práctica esto se consigue:

• Utilizando una “trampa de vapor” que permite

pasar sólo el condensado y retiene el vapor

• El funcionamiento de la trampa es automático

• En general, se disponen de “cuadros de trampa”

con ésta y otros accesorios

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vapor “condensado”

condensación a lo largo del sistema

Ejemplo 2: Condensado generado en la cañería

Extracción del condensado del vapor

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vapor

separador

Interponer un recipiente separador: por gravedad se separan el vapor (arriba) del condensado (abajo)

Extracción del condensado del vapor

Ejemplo 2: Condensado generado en la cañería

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vapor

separador

Del fondo se extrae el condensado con un sistema similar al ejemplo anterior (que abra sólo cuando hay condensado para ser evacuado)

Ejemplo 2: Condensado generado en la cañería

Extracción del condensado del vapor

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Extracción del condensado del vapor

En la práctica esto se consigue:

• Ubicando una salida para el condensado en el

punto más bajo de la línea

• Utilizando una “trampa” para vapor que permite

pasar sólo el condensado y retiene el vapor

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Trampas de Vapor

La función de una trampa de vapor es permitir la descarga de condensado (e incondensables) sin

permitir el escape de vapor vivo.

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Incondensables

¿Porqué sacarlos del sistema?

¿cómo entran?

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Vapor flash (revaporización)

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vapor

condensado5 bargTsat=159C671 KJ/Kg

0 bargTsat=100C419 KJ/Kg

𝑝𝑟𝑜𝑝𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 =𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝í𝑎 𝑙𝑖𝑞𝑎𝑙𝑡𝑎 − 𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝í𝑎 𝑙𝑖𝑞𝑏𝑎𝑗𝑎

𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝í𝑎 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑏𝑎𝑗𝑎

𝑝𝑟𝑜𝑝𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 =671 − 419

2257= 0,112

𝐾𝑔 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟

𝐾𝑔 𝑎𝑔𝑢𝑎(11,2%)

• TERMOSTATICAS

• MECANICAS

• TERMODINAMICAS

Tipos de Trampas

A su vez, dentro de cada grupo hay distintos tipos de trampa

Tres grupos:

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OPERAN POR CAMBIOS EN LA TEMPERATURA DEL FLUIDO

Cuando el condensado inunda la trampa su temperatura disminuye respecto a la de equilibrio con el vapor. Cuando se detecta esta menor temperatura la trampa abre. Cuando llega vapor, la temperatura es mayor, la trampa cierra.

Tipos

• expansión de líquido

• presión balanceada

• bimetálicas

TERMOSTATICAS

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TERMOSTATICAS –expansión de líquido

Tipos de Trampas

El aceite incrementa su volumen específico y ocasiona el cierre de la válvulamientras el vapor lo baña. Al inundarse con condensado la T del aceite baja y se contrae

abriendo la válvula

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TERMOSTATICAS –expansión de líquido

Tipos de Trampas

Ideal para remover aire y agua fría en arranques de planta

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TERMOSTATICAS –expansión de líquido

Tipos de Trampas

Si la P de la línea aumenta, y no se modifica la posicióndel resorte de control, la línea funcionará inundada

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31

Presión balanceada

TERMOSTATICAS

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TERMOSTATICAS –presión balanceada

Tipos de Trampas

En este caso la diferencia de T entre el vapor y la respuesta se mantiene

dentro de ciertos límites, y el proceso no se inunda aunque aumente la

P de vapor33

TERMOSTATICAS – Presión balanceada

Tipos de Trampas

• Descarga de condensado sub-enfriado• Descarga libre de aire en el arranque• Operación independiente de la presión en la línea de

condensado• Robusta

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TERMOSTATICAS –bimetal

Tipos de Trampas

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TERMOSTÁTICAS - Bimetal

Tipos de Trampas

• Descarga de condensado sub-enfriado• La operación es constante para cargas moderadas

(descarga permanente)• Robusta• Adecuada para altas presiones

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MECANICAS

OPERADA POR CAMBIOS EN LA DENSIDAD DEL FLUIDO

Según que haya condensado o vapor en la trampa, un flotador cambia de posición y abre o cierra la salida permitiendo el escape del condensado y reteniendo al vapor.

Incluye: las de flotador, las de balde invertido

Tipos de Trampas

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MECANICAS - Flotador

Tipos de Trampas

Trampa flotador con venteo termostáticoTrampa flotador con venteo manual

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MECANICAS – Flotador

ventajas

• Trampa de operación casi ideal: descargacondensado inmediatamente que es formado, noimportando los cambios en la T del vapor

• Para las trampas con venteo automático, libredescarga de incondensables.

• Resistente a los golpes de ariete• Compacta: gran capacidad relativa a su tamaño.

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MECANICAS – Balde invertido

Tipos de Trampas

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MECANICAS – Balde invertido

Tipos de Trampas

Ventajas• Resistente a los golpes de ariete• Puede lidiar con altas presiones• Simple y robusta

Desventajas• Venteo de aire muy lento debido al pequeño tamaño

del orificio de purga• Debe haber suficiente agua para formar sello.

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TERMODINAMICAS

OPERADA POR CAMBIOS EN LA

TERMODINAMICA DEL FLUIDO

La apertura o cierre dependen de la formación de

vapor de flasheo a partir del condensado.

Incluye: las termodinámicas, las de impulso, las de

laberinto, las de disco.

Tipos de Trampas

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TERMODINAMICAS

Tipos de Trampas

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Termodinámicas

Tipos de Trampas

Ventajas– Trabajan en todo su rango útil sin ajustes o cambios internos– Son simples ligeras y de alta capacidad para su tamaño– No son afectadas por golpes de ariete– Pueden usarse en altas presiones– Fácil mantenimiento on line– Fácil chequeo al oir el “click”

Las más usadas

Desventajas• Requieren presión diferencial mayor que un cierto valor para

asegurar la aceleración del vapor bajo el disco

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• Maximizar el flujo de vapor

• Maximizar la eficiencia energética

• Mantener el circuito seguro

¿porqué falla una trampa?¿porqué testear las trampas?¿cómo saber si está fallando?

• Visor (colocado en la línea de condensado inmediatamente luego de la trampa)

• Temperatura (si hay fuga de vapor, la temperatura es en general mayor que si no hay fugas; si la trampa está bloqueada, la temperatura es menor que si la trampa funciona bien)

• Ruido (depende de si hay o no flujo, de si es condensado que flashea o si es vapor no retenido en la trampa)

• Ultrasonido

• Conductividad

Detección de fallas

Golpe de ariete(waterhammer)

• Mala remoción de condensado en líneas donde circula vapor a alta velocidad

• Incapacidad para que el condensado ingrese o viaje en la línea de retorno (ya sea por subdimensionado, como por sobre presión)

• Pobre manejo del condensado generado en un sistema controlado por la temperatura

Tubería sin pendiente. El condensado no “escurre”.

Causas de la acumulación de

condensado en las líneas.

Pendiente en las líneas

Caída en la dirección de flujo (1,5 – 3 %)

Factores a tener en cuenta en el

diseño de líneas de vapor

Si el vapor tiene que ser conducido a niveles más altos esto se debe hacer con tramos “horizontales” (leve pendiente negativa) y verticales.

No debe haber tramos con pendientes positivas porque el vapor arrastraría condensado en contracorriente.

Las derivaciones para alimentar equipos deben tomarse

desde la parte superior de la tubería principal para evitar

arrastres de condensado y suciedad.

No usar reducciones concéntricas

• Qué tipo de reducción R

recomendaría instalar en

el sistema de la figura.

• Se analiza el tipo de

trampa a instalar en T.

1) termostática de

expansión de líquido

2) flotador con venteo

termostático

3) termodinámica.

Cual NO?

No dejar “pozos” donde se acumule

condensado.

Filtros en

líneas de

vapor

Diseño del pozo (drain pocket) para una

eficiente recolección

Transitorios al empezar a circular

vapor por una cañería fría

Calentamiento de la cañería dilatación

Excesiva condensación