El Maquinante: CAU-UNIDAD 3: CONTROL Y FUNCIONAMIENTO DE LOS DIVERSOS TIPOS DE CALDERAS. Parte 2

martes, 14 de febrero de 2017

CAU-UNIDAD 3: CONTROL Y FUNCIONAMIENTO DE LOS DIVERSOS TIPOS DE CALDERAS. Parte 2

VÁLVULAS

Una válvula se puede definir como un aparato mecánico, el cual es un instrumento de control para la industria. Debido a su diseño y materiales, las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos.

Tipos de válvulas

Válvulas operadas manualmente
Válvulas automáticas (ej: trampas de vapor)

Válvulas operadas manualmente

a) Grifo: el mas sencillo dispositivo de corte de un fluído, ya sea líquido o gaseoso.

b) Válvula de compuerta : Es utilizada para el flujo de grandes caudales de fluidos sin interrupción

c) Válvulas de globo: Debido a que la caída de presión a través de esta válvula es bastante fuerte (en todo caso controlada) se utilizan en servicios donde la válvula de compuerta no puede estrangular o dar un servicio eficiente (modular)

d) Válvula esférica: Las válvulas esféricas son de ¼ de vuelta, en las cuales una esfera perforada gira entre asientos elásticos, lo cual permite la circulación directa en la posición abierta y corta el paso cuando se gira la bola 90° .

e) Válvulas de retención o anti retorno
Las válvulas retención son utilizadas para no dejar regresar un fluido dentro de una línea. Esto implica que esta válvula deja pasar el flujo hacia la dirección correcta. Por eso también se les llama válvulas de no retorno. Obviamente que es una válvula unidireccional y que debe de ser colocada correctamente para que realice su función.

f) Válvula de mariposa: es un disco que gira 90° apoyado en dos extremos, sobre un eje perpendicular al de la válvula. Su costos de mantenimiento son bajos, debido a que tienen un mínimo de partes móviles. Las válvulas de mariposa se usan principalmente en servicios de control de abre-cierre, en grandes flujos de líquidos y gases a presiones relativamente bajas.

g) Válvula de seguridad: Las válvulas de seguridad son válvulas operadas por resortes las cuales se abren cuando la presión de fluido llega a un valor predeterminado. Sirve de desahogo al sistema de cuando la presión alcanza valores superiores a la presión de seguridad.

h) Válvulas a diafragma:Utilizan un diafragma de goma como elemento obturador. Ideales para interceptar y modular líquidos a bajas temperaturas.

VALVULAS AUTOMÁTICAS (Trampas de vapor)

TRAMPAS DE VAPOR
Tan pronto como el vapor deja la caldera empieza a ceder parte de su energía a cualquier superficie de menor temperatura. Al hacer esto, parte del vapor se condensa convirtiéndose en agua, prácticamente a la misma temperatura.
La combinación de agua y vapor hace que el flujo de calor sea menor ya que el coeficiente de transferencia de calor del agua es menor que el del vapor.
De acá nos podemos dar cuenta de la importancia de las trampas de vapor para una empresa que utiliza algún equipo calentado con vapor.
Las ventajas de utilizar trampas son muchas, nombrando unas de las más comunes la de economizar grandes cantidades del combustible requerido para calentar las inmensas cantidades de agua lo que conlleva a un ahorro en los costos no despreciable.
Teniendo en cuenta la energía que puede entregar al trabajar con vapor es que en el mercado existen varios tipos de trampas de vapor, las cuales se dividen por grupos, que veremos a continuación.

DEFINICION
Una trampa para vapor es un dispositivo que permite eliminar: condensado, aire y otros gases no condensables, además de prevenir pérdidas de vapor.
• Eliminación de condensado: El condensado debe pasar siempre, rápido y completamente a través de la trampa para vapor para obtener un mejor aprovechamiento de la energía térmica del vapor.
• Eliminación de aire y otros gases no condensables: El aire y los gases disminuyen el coeficiente de transferencia de calor. Además, se debe tener presente que el O2 y el CO2 causan corrosión.
• Prevención de pérdidas de vapor: No deben permitir el paso de vapor sino hasta que éste ceda la mayor parte de energía que contiene, también las pérdidas de vapor deben ser mínimas mientras la trampa libera vapor condensado, aire y gases incondensables.

Luego de tener clara la definición y función de trampa de vapor, analizaremos los diferentes grupos que existen en el mercado:
• GRUPO MECANICO.
• GRUPO TERMODINAMICO.
• GRUPO TERMOSTATICO

GRUPO MECANICO:
Las trampas de vapor del tipo mecánico trabajan con la diferencia de densidad entre el vapor y el condensado.
Estas trampas trabajan mediante un flotador, el cual hace de válvula, en la que, cuando se acumula condensado ésta se abre descargándolo.
Cuando está cerrada, comienza nuevamente el ciclo llenándose de vapor para luego comenzar nuevamente.
Entre las trampas de este tipo tenemos:

Válvula de flotador libre.

Válvula con eliminador termostático de aire

Válvula de flotador y palanca

• Trampa de flotador libre:

Este tipo de trampa consta de una esfera hueca (flotador), en la que al ingresar el flujo de vapor, ésta se mantiene apoyada en un asiento. Cuando el vapor comienza a condensar, el nivel de agua hace subir a la esfera dejando libre el orificio de drenaje.
Una vez que el condensado diminuye, la esfera, que hace de válvula, retorna paulatinamente a su posición (en el asiento), tapando el orificio de salida causando así la mínima perdida de vapor. Luego, el nuevo ciclo hará lo mismo, así que entonces el drenado es continuo.

Trampa de flotador y palanca:
Este es un tipo muy parecido al mencionado anteriormente, donde entra el vapor al
cuerpo de la trampa y al comenzar a condensar hace subir una esfera flotante; la
diferencia con el anterior es que ahora la esfera está conectada a una palanca, la que a
su vez está conectada con la válvula de salida o drenaje.
Así, cuando el nivel del condensado empieza a subir también lo hace la válvula de
salida, la que gradualmente descargará el condensado.
Al igual que la trampa de flotador libre ésta mantiene una descarga continua del condensado.
Una vez terminada la descarga, el flotador baja y nuevamente se acomoda sobre un
asiento, impidiendo así el escape del vapor.

Uno de los inconvenientes de la trampa de flotador y palanca, al igual que la trampa de flotador libre es que en ambas el aire que se mantiene dentro de la trampa no puede salir por la válvula de drenaje, por esto a veces se instala una válvula de escape del aire y gases no condensables en la parte superior de la trampa.

Entre algunas ventajas de este tipo de trampa tenemos que el drenado puede ir del mínimo al máximo de condensado con igual eficiencia sin verse afectado por los grandes cambios de presión.

Existe una variedad de ésta trampa, en vez de llevar una válvula manual que descargue el aire y gas no condensable posee una válvula automática (eliminador termostático de aire), la cual posee un elemento termostático que se dilata o contrae según la temperatura del fluido; se dilata y cierra el orificio de salida cuando el vapor llega, y se contrae y abre una vez que se ha producido el condensado. Luego cuando tenga aire nuevamente, éste se ira a la parte superior y automáticamente se descargará.

• Trampas de balde:
A diferencia de las trampas vistas anteriormente, este tipo de trampa no posee la esfera flotadora, sino que es un balde el que hace de válvula.
Este tipo de trampa tiene 2 variantes que son: Trampa de balde abierto y trampa de balde invertido.

Trampa de balde abierto:
Se llama así ya que el tipo de balde está dentro del cuerpo de la trampa, con su parte abierta hacia arriba.
Este balde flotará con el condensado cuando permanezca vacío, pero caerá por su peso cuando esté lleno de condensado.
Una vez que entra el flujo de condensado, éste poco a poco irá llenando el espacio bajo el balde, con esto el balde comenzará a subir y la válvula se cerrará. Como aumenta el nivel de condensado éste comenzará a llenar el interior del balde, que debido al peso, tenderá a bajar, abriendo la válvula. Así mismo la presión ejercida por el vapor empujará el condensado por la guía de la varilla de la válvula, descargando el condensado hasta que nuevamente el balde pueda flotar.
Este es un tipo de trampa que no genera mayores problemas de mantenimiento debido a que posee un mecanismo simple pero a causa de que posee un ciclo intermitente de descarga es más probable que sufra los efectos de la corrosión.
Además como no posee un sistema de descarga de aire y gases no condensables, solo podemos hacerlo manualmente o bien con un sistema termostático.
Estas trampas son pesadas y de gran tamaño en relación con su capacidad de descarga, esto es debido a que por el hecho de trabajar en función de la presión ejercida sobre el agua dependen de la sección que posea el balde.

Trampa de balde invertido:
Como su nombre lo dice, éste tipo de trampa posee en su interior un balde cuya abertura está hacia abajo, o sea, de balde invertido.
El sistema de funcionamiento resulta simple. Vemos que el vapor que entra mantiene al balde flotando, si se puede decir así, y mientras flote, éste mantendrá cerrada la válvula de salida.
Cuando comienza a condensar, el interior de la trampa se va llenando del condensado, el que mandará al fondo al balde, causando que la válvula se abra, lo que junto con la presión ejercida por el vapor dentro del balde, descargara el exceso de condensado.

Como se ve en la figura el orificio de escape de aire, C, es pequeño lo que hace que el aire salga lentamente, tampoco puede ser grande porque ocasionará perdidas de vapor. Por este motivo es que puede ser una desventaja ya que al mantener mayor tiempo el aire este, como ya sabemos corroerá la trampa.
En este tipo de trampa como en la de balde abierto, se debe mantener condensado en el fondo, ya que éste hace de sello. Si éste sello se pierde, podría ser a causa de una perdida de presión del vapor, ocasionará el paso del vapor libremente por la válvula.

GRUPO TERMODINAMICO:

Este tipo de trampas de vapor opera con el principio de diferencia entre flujo de vapor sobre la superficie comparado con el flujo del condensado. Al entrar el vapor este viene con una velocidad mayor y el disco que usan como válvula se cierra, y éste disco se abre al presentarse la baja velocidad del condensado.
Su funcionamiento es relativamente simple, ya que en su interior solo poseen una sola pieza en movimiento, un disco flotante.

En el comienzo, la presión del condensado y o aire levanta el disco de su asiento. El flujo es radial debajo del disco, hacia la salida. La descarga prosigue hasta que el condensado se acerca a la temperatura del vapor.
Un chorro de vapor flash reduce la presión debajo del disco y al mismo tiempo por recompresion, origina presión en la cámara de control encima del disco, esto empuja a este ultimo contra su asiento, asegurando un cierre perfecto, sin perdida de vapor.
Luego, al acumularse condensado, se reduce el calor en la cámara de control, conforme se va condensando el vapor bloqueado en la cámara la presión se reduce. El disco es levantado por la presión de entrada y se descarga el condensado.
Estas trampas tienen una gran cantidad de descarga en comparación con su tamaño, ya que son ligeras, simples y compactas. Además debido a que la única parte en movimiento es el disco, es posible hacer un mantenimiento fácil.

GRUPO TERMOSTATICO:

Estas trampas operan mediante un sensor de temperatura, el que identifica la temperatura del vapor y del condensado. Como el vapor se condensa adquiere una temperatura menor a la del vapor, cuando ésta temperatura del condensado llega a un valor especifico, la trampa abrirá para drenar el condensado.

Son de fácil mantenimiento ya que el fuelle y el asiento pueden ser cambiados sin la necesidad de sacar la válvula de la línea, es decir, sin ser desmontada. No sirven para vapor sobrecalentado, la elevada temperatura crea una sobre presión en el fuelle.

Válvula de presión balanceada

Válvula de expansión líquida

Se pueden ajustar para descargar a bajas temperaturas, Resiste vapor sobrecalentado. La respuesta a los cambios de temperatura es lenta.

Trampa tipo bimetálico:
El funcionamiento de esta trampa es simple, al igual que las anteriores, pero antes de entrar en lo que es el funcionamiento tal de la trampa, veremos lo que es llamado bimetal.
El llamado bimetal es la unión de dos laminas delgadas de metales distintos, los que al haber una variación de temperatura se dilatan cantidades distintas.
Entonces el funcionamiento de las trampas bimetálicas es el siguiente: la trampa está abierta en su totalidad en el arranque, donde descargará el aire y el condensado que se encuentre al interior del cuerpo ya que la temperatura de éste es menor que la del condensado.
Una vez que comience a venir vapor, la placa bimetálica, donde uno de sus extremos permanece fijo y al otro se le une una válvula, reaccionará al cambio de temperatura, dilatándose, para así cerrar el orificio de salida por medio de la válvula.

Filtros

Un filtro es un elemento mecánico usado para retener toda impureza que puede tener el fluido. Tiene las mismas conexiones que las válvulas y están fabricados con un cuerpo de acero, hierro fundido, bronce, acero inoxidable. Tienen en su interior una malla la cual puede ser de acero “o” acero inoxidable

El uso de filtros en diversos sectores de un circuito de vapor, es fundamental para el correcto funcionamiento de trampas, válvulas de retención, válvulas de accionamiento remoto y tomas de presión, caudal y temperatura, etc. Los filtros son los encargados de capturar las partículas sólidas que circulan por el interior de las tuberías, o sea, arrastre de material en forma de cáscaras o escamas que se desprenden de las paredes interiores de las mismas por corrosión y tambien en ocasiones trocitos de juntas y empaquetaduras.