Diseño del blog
¿Cómo se dimensiona un purgador de boya?
AMS Steam Technology • mar 30, 2020
Debido a la elevada petición de muchos de vosotros, a raíz del último artículo publicado - ¿Purgador de boya o Purgador Termodinámico? - en el artículo de esta semana explicaremos cómo dimensionar correctamente un purgador de boya.
Primero de todo debemos entender el purgador de boya como una válvula de regulación de nivel de líquido.
Su mecanismo está constituido por una palanca de longitud (L), articulada en uno de sus extremos, y una boya cerrada en el otro extremo, que proporciona un empuje (E). En un punto intermedio se sitúa el obturador de la válvula (V) de área (S). El nivel de líquido acciona la apertura y cierre de la válvula.
El obturador está sometido por un lado a la acción del empuje (E), transmitido desde la boya, y por otro lado a la presión diferencial de servicio. Por tanto, para que el purgador trabaje correctamente debe existir en todo momento una reserva de empuje de apertura (E) capaz de abrir la válvula cuando está sometida a la máxima presión diferencial de cierre. Es decir:
E x L > P x S
Por esta razón en estos equipos es siempre necesario tener en cuenta el área del orificio de descarga
y la presión diferencial máxima de trabajo. Para evacuar grandes caudales se necesita un orificio de gran sección de paso lo que exige un aumento del tamaño de la boya o de la longitud del brazo de palanca y, por consiguiente, del tamaño de la trampa.
Para evacuar los gases incondensables estos purgadores suelen incorporar una capsula termostática, si se trabaja con vapor sobrecalentado la cápsula debe ser bimetálica.
Para dimensionar un purgador de boya correctamente debemos tener en cuenta los siguientes aspectos:
- Presión y temperatura máximas de diseño
- Presión diferencial máxima de trabajo
- Presión diferencial mínima de trabajo
- Caudal máximo a evacuar en condiciones de mínima presión diferencial
- Temperatura óptima de evacuación del condensado
- Factor de seguridad
- Tipo de conexión
La presión y temperatura máximas de diseño determinan los materiales del purgador según las indicaciones de cada fabricante.
El purgador debe ser capaz de funcionar correctamente incluso con la presión diferencial máxima de trabajo. Hay que tener en cuenta que los purgadores de boya se pueden bloquear cuando la presión diferencial supera la ΔP máxima del purgador.
El tamaño del purgador viene impuesto por el caudal máximo a evacuar, incluido el factor de seguridad, en condiciones de mínima presión diferencial.
No es aconsejable emplear coeficientes de seguridad exagerados pues el sobredimensionado perjudica la función de regulación y reduce la vida útil. Por lo general, los purgadores disponen de un factor de seguridad intrínseco establecido por cada fabricante, no obstante recomendamos aplicar siempre un factor de seguridad de 1.5.
Al considerar la capacidad de descarga de un purgador hay que acudir a las curvas de caudal que ofrece cada fabricante. No existe uniformidad en la manera de presentar estas curvas y así, mientras algunos fabricantes ofrecen datos de caudal en frío otros se refieren a caudal a la temperatura de ebullición del condensado; la siguiente imagen representa la forma de un típico gráfico de caudal.
El coeficiente de seguridad intrínseco de los purgadores suele ser mayor y el caudal máximo de evacuación en frío suele ser entre 3 y 4 veces superior al correspondiente a la temperatura de saturación, razón por la que debe reducirse el factor de seguridad en el dimensionado de purgadores.
Los elementos internos, obturador y asiento, de un purgador están sometidos a condiciones de trabajo muy severas que originan un gran desgaste. Por tanto, en la selección del purgador debe garantizarse la máxima calidad de sus internos, requiriéndose aceros especiales de gran dureza y alta resistencia al desgaste y, preferiblemente, con su superficie blindada a base de recubrimientos de materiales especiales tales como Nitruro de Titanio, Carburo de Tungsteno o materiales similares; de esta forma se alarga considerablemente su vida útil.
Debe tenerse en cuenta que un diseño más robusto y la utilización de materiales especiales en los componentes del elemento de purga supondrá un mayor precio de adquisición, pero se verá ampliamente compensado por su mayor fiabilidad, larga duración y ahorro de energía.
Cuando se prevean condensados muy sucios o aceitosos
es preferible instalar justo antes del purgador, un filtro en “Y”
con válvula de drenaje para resolver cualquier posible obstrucción.
Algunos purgadores disponen de orificios de venteo permanentes
con el fin de producir la desaireación automática. Este tipo de aireadores no deben utilizarse salvo en aquellas aplicaciones que lo requieran
para evitar la formación del llamado "tapón de vapor", como por ejemplo en la purga de cilindros secadores rotativos purgados por sifón. En los demás casos este tipo de venteo es una fuente de pérdidas de energía innecesaria.
Por último la elección del tipo de conexión puede incidir en la aparición de fugas de vapor
futuras en la instalación. No cabe duda que la conexión más segura a efecto de fugas es la soldada aunque la bridada ofrece una alta seguridad y más facilidad para el mantenimiento. En instalaciones de traceado con gran número de estaciones de purga suele utilizarse la roscada, más barata pero con el problema de aparición frecuente de fugas a través de accesorios de tubería tales como tuercas de unión. Deben evitarse conexiones angulares o no estandarizadas que impliquen una dependencia de un fabricante.
Recordar que el tamaño del purgador no se define por el diámetro de la conexión, sino por el diámetro del orificio interno de su válvula, que se dimensiona con el máximo caudal a evacuar y la mínima presión diferencial disponible.
Si alguna vez has sufrido alguno de estos problemas, es muy probable que el efecto Stall haya aparecido en tu instalación: • Ruptura de intercambiadores • Golpe de Ariete • Temperaturas de Calentamiento Desiguales ¿Qué es el efecto Stall? El Stall ocurre cuando la presión diferencial necesaria a través de un purgador de vapor se vuelve negativa, ocasionando que el condensado no sea descargado por el purgador y este se acumule dentro del intercambiador de calor. Los purgadores de vapor no tienen la capacidad para descargar el condensado por si solos, sino que el condensado es descargado mediante la diferencia de presiones entre la presión a la entrada y la presión de salida del purgador. La presión de entrada del purgador , por lo tanto, debe ser superior a la presión de salida para permitir la descarga apropiada del condensado. Existen varios factores que pueden interferir en la presión diferencial de un purgador. Uno de ellos, por ejemplo, es el uso de una válvula de control, que puede originar una reversión en la presión diferencial de operación del purgador. Normalmente, los intercambiadores de calor son diseñados para alcanzar la carga máxima. El área de transferencia de calor de un intercambiador de calor es fija y no se puede cambiar, pero la carga puede fluctuar dependiendo de las condiciones de operación. Por ejemplo, si el flujo de aire en un calentador de aire caliente se reduce, la única manera de mantener la temperatura actual del aire caliente es reduciendo la temperatura (presión) del vapor, que se utiliza como la fuente de calor. Si la apertura de la válvula de control se encuentra más cerrada, la presión dentro del intercambiador de calor sufrirá una caída. Como resultado, caerá la presión a la entrada del purgador y puede que esta sea menor a la presión en la salida, por lo que el condensado no será descargado, si no que se almacenara dentro del equipo. Aun que el condensado que está almacenado puede ser eliminado al restaurar la presión de entrada del purgador, aun se pueden presentar problemas durante el tiempo que le tome recuperarse a la presión de entrada y poder descargar el condensado. Cuando el vapor entra en contacto con el condensado acumulado y se condensa instantáneamente , debido a la diferencia de temperatura, es muy probable que ocurran golpes de ariete. En equipos como intercambiadores tubulares o de placas, el impacto de los golpes de ariete puede causar ruptura de los tubos y placas interiores.
El golpe de ariete en la tubería de recuperación de condensado normalmente es ocasionado debido a la interacción de el condensado de baja temperatura y el vapor de alta temperatura. Generalmente este se forma de la presencia dual del condensado y el vapor flash en la tubería. En la mayoría de instalaciones de vapor, es muy común escuchar un “golpeteo” constante en el depósito de retorno de condensados pero, ¿es normal este ruido? En tanques atmosféricos de recuperación de condensado, es muy común que se forme vapor flash al descargar condensado a alta temperatura, el cual entra en contacto con el condensado de baja temperatura dentro del depósito. Si el salto térmico no es muy elevado las bolsas de vapor que se generan son pequeñas, por lo que el vapor se condensará rápidamente y escucharemos impactos pequeños y cíclicos a gran velocidad conocidos como “golpeteo”. Por lo tanto, es completamente normal escuchar este famoso “golpeteo”. No obstante, existen soluciones para minimizar este ruido como por ejemplo realizar pequeños agujeros en el tubo de descarga de condensado o instalar un silenciador en el extremo del tubo de descarga. Al realizar esto, conseguimos que el vapor forme pequeñas burbujas que se mezclan con el condensado.
¿Por qué instalar una Bomba de Condesado Mecánica en lugar de una Bomba de Condensado Eléctrica (Centrífuga)? La fiabilidad es el objetivo principal para seleccionar una PMP (pressure motive pump) de tipo mecánica en lugar de las bombas de condensado eléctricas. Las bombas eléctricas requieren un sello mecánico para evitar la fuga del líquido ya que el líquido que se bombea actúa como lubricante, por lo que las caras del sello mecánico pueden girar libremente una contra la otra, mientras el líquido permanezca relativamente frío, el sello mecánico puede durar muchos años. Sin embargo, el condensado caliente puede convertirse en vapor entre las caras del sello y provocar una falla. Una bomba centrífuga crea una zona de baja presión en el ojo del impulsor, el condensado caliente puede convertirse en vapor en la zona de baja presión, causando cavitación y erosión del impulsor y carcaza de la bomba como consecuencia.
El vapor ha sido una valiosa fuente de energía desde la revolución industrial. Al contrario de lo que la gente cree, el vapor sigue siendo una de las formas más eficientes y convenientes de distribuir energía térmica de alta calidad ; sin embargo, si las instalaciones de vapor no se mantienen adecuadamente, pueden incurrir en gastos energéticos elevados, pueden ser ineficientes y poco seguras. Con los ciclos interminables de desperdicio de vapor, la mayoría de las empresas no se dan cuenta de que las pruebas y el mantenimiento adecuados de los purgadores de vapor pueden reducir sus facturas de combustible en un 10-30%. De forma muy resumida, a medida que el vapor viaja a través de las tuberías y puntos de consumo, pierde energía y se condensa. Es muy importante que este condensado sea eliminado sin fugas de vapor vivo para mantener la planta en plena eficiencia. "Alrededor del 10% de las trampas de vapor fallan cada año debido al desgaste de las piezas mecánicas" Para obtener la máxima eficiencia de la planta, los purgadores de vapor deben revisarse de manera adecuada y regular. Para una planta la cual trabaja las 24 horas del día los 365 días del año, es recomentable realizar una auditoría cada 6 meses. Para las demás indústrias, las cuales paran su actividad en fines de semana o de vez en cuando, es recomendable realizar una auditoría al año. Si quieres reducir tu consumo energético al mismo tiempo que incrementas la eficiencia de tu instalación de vapor, no dudes en ponerte en contacto con nosotros.
A menudo, muchos de nuestros clientes nos comentan que algunas de sus válvulas de seguridad disparan antes de lo esperado. Sin embargo, tras inspeccionar y revisar las válvulas, comprobamos que no están abriendo antes de tiempo, sino existe un concepto erróneo sobre la presión de disparo (tarado) de la válvula.
Cliente: Indústria Quimica Objetivo: Reducir el consumo energético y mejorar el rendimiento global de la planta Resultados: Ahorro energético anual de 120.000€, retorno de la inversión en menos de 6 meses
Todos sabemos que cualquier fuga de vapor representa un gasto energético pero, ¿sabemos realmente cuanto cuestan las fugas de vapor? Generalmente, existen dos tipos de fugas de vapor: - Fugas en purgadores de vapor - Fugas en equipos y tuberías (orificios) En este artículo explicamos como calcular cuanto cuesta una fuga de vapor, sea del tipo que sea. Empezamos por las fugas en los purgadores de vapor. La fórmula que debemos utilizar para calcular el coste de una fuga de vapor es la siguiente:
¿Qué factores se deben tener en cuenta al seleccionar una válvula de control para servicio de vapor industrial?
8 Pautas para evitar problemas de golpes de ariete en instalaciones de vapor
La respuesta es un rotundo sí!