El problema del golpe de ariete
Un intercambiador de calor de PTFE que funciona con vapor de 4 barg experimenta repentinamente fuertes golpes en la línea de retorno de condensado. Los tubos flexibles de PTFE tiemblan. A lo largo de las semanas, los golpes se repiten con una frecuencia cada vez mayor. Finalmente, un tubo desarrolla una fuga por orificios en una abrazadera de soporte, fatigado por repetidos golpes hidráulicos.
El golpe de ariete en los sistemas de vapor no es un ruido molesto. Es un pico de presión que alcanza cientos de psi y se desplaza a velocidad sónica a través de tuberías llenas de condensado-. Los tubos de PTFE, flexibles y resistentes, resisten estos golpes mejor que el metal rígido. Pero los repetidos golpes de martillo acumulan daños por fatiga en los puntos de concentración de tensión-abrazaderas, accesorios y conexiones múltiples.
La causa raíz se remonta a la trampa de vapor. Un tipo de trampa incorrecto o una trampa del tamaño correcto instalada incorrectamente retienen el condensado en el serpentín de PTFE. Cuando esta masa de condensado es impulsada repentinamente por el vapor entrante, se produce un golpe de ariete.
Cómo las trampas de vapor afectan el rendimiento del intercambiador de calor de PTFE
Una trampa de vapor tiene una función: descargar el condensado mientras retiene el vapor vivo. La ejecución de esta función determina si el intercambiador de calor de PTFE funciona de manera eficiente o destructiva.
La condensación que se acumula dentro de los tubos de PTFE crea dos problemas. Primero, cubre la superficie de transferencia de calor. La sección del tubo llena de condensado transfiere mucho menos calor que la sección llena de vapor. La superficie efectiva se reduce. El controlador de temperatura del baño abre aún más la válvula de vapor para compensar, aumentando la presión y la velocidad del vapor.
En segundo lugar, el condensado acumulado forma una masa. Cuando se acumula presión de vapor detrás de la masa, ésta se acelera rápidamente. En la primera curva o restricción, el bloque se detiene de golpe. La energía cinética se convierte en un pico de presión. Esto es un golpe de ariete. En los sistemas de PTFE, la punta tensiona las paredes del tubo y los puntos de soporte.
Tabla 1: Idoneidad del tipo de trampa de vapor para el servicio de intercambiador de calor de PTFE
| Tipo de trampa | Respuesta al cambio de carga | Capacidad de ventilación de aire | Riesgo de golpe de ariete | Idoneidad para bobinas de PTFE |
|---|---|---|---|---|
| Termodinámica (disco) | Pobre (descarga cíclica) | Pobre | Alto (descarga intermitente) | No recomendado |
| Termostático (presión equilibrada) | Bueno (continuo) | Excelente | Bajo | Adecuado para bobinas pequeñas |
| Flotador y Termostático | Excelente (continuo, modulante) | Excelente (ventilación de aire separada) | Muy bajo | La mejor opción para todas las aplicaciones de PTFE |
| Cubo invertido | Moderado | Requiere ventilación de aire separada | Moderado (intermitente) | Aceptable con ventilación de aire adecuada |
Idoneidad basada en las características de drenaje de condensado y la experiencia de campo con intercambiadores de calor de inmersión de PTFE.
La lógica de selección de trampas
Las trampas termostáticas y de flotador proporcionan el drenaje de condensado más estable para los intercambiadores de calor de PTFE. El mecanismo de flotador abre la válvula de descarga proporcionalmente al flujo de condensado. No hay ciclos, ni descargas intermitentes de residuos, ni golpes de ariete. La ventilación termostática integrada-elimina automáticamente los gases no-condensables que de otro modo cubrirían la superficie de transferencia de calor.
Las trampas termodinámicas son las menos adecuadas. Operan en un ciclo-abierto-cerrado de acción instantánea. El condensado se acumula hasta que se abre la trampa y luego se descarga en una ráfaga. El flujo intermitente promueve el golpe de ariete. El arranque en frío genera grandes cargas de condensado que las trampas termodinámicas no pueden manejar sin problemas.
Las trampas de cubeta invertida se utilizan ampliamente en sistemas de vapor en general, pero requieren una aplicación cuidadosa en serpentines de PTFE. Se descargan de forma intermitente. Es esencial contar con una salida de aire separada para evitar que el aire se atasque. Sin él, el aire se acumula en el serpentín, bloqueando la entrada de vapor y la trampa no se abre.
Detalles de instalación que evitan problemas
Incluso el tipo de trampa correcto falla si se instala mal. La trampa debe ubicarse debajo de la salida de condensado más baja del serpentín de PTFE. El drenaje por gravedad desde el serpentín hasta la trampa es esencial. Una trampa montada sobre la salida del serpentín permite que el condensado se acumule en la tubería.
Un filtro aguas arriba de la trampa evita que los restos de PTFE o las incrustaciones atasquen el mecanismo. Una mirilla aguas abajo de la trampa permite la verificación visual del flujo de condensado. Una válvula de retención en la línea de retorno de condensado evita el reflujo cuando varios serpentines comparten un cabezal de retorno común.
Para serpentines de PTFE con múltiples pasos de tubo, cada paso debe drenar individualmente a un cabezal de condensado común y luego a la trampa. Las entradas de vapor y las salidas de condensado con colectores reducen el riesgo de que un paso se inunde mientras el otro fluye libremente.
Resumen
La especificación correcta de la trampa de vapor evita el golpe de ariete en los sistemas de condensado del intercambiador de calor de PTFE. Las trampas de flotador y termostáticas brindan el drenaje de condensado más suave y estable con descarga modulante continua y ventilación de aire incorporada-. Deben evitarse las trampas termodinámicas debido a la descarga cíclica y al riesgo de golpe de ariete.
La instalación adecuada debajo de la salida del serpentín, con filtro, mirilla y válvula de retención, garantiza que la trampa especificada correctamente funcione según lo diseñado. Los serpentines de múltiples-pasos requieren drenaje de paso individual para evitar inundaciones de condensación.
Las recomendaciones de ingeniería para la selección de trampas de vapor del intercambiador de calor de PTFE están disponibles previa presentación de la presión del vapor, la configuración del serpentín, la carga de condensado y los detalles del sistema de retorno de condensado existente.
