Lineas de Vapor (MONEY)

Una de las más populares aplicaciones de diagnóstico por ultrasonidos, por su simplicidad y por su rápido retorno de la inversión, es la del chequeo de la condición en los dispositivos de purga de condensado en lineas de vapor.

Estos dispositivos existen en toda industria que utilice el vapor y su energía, bien térmica o cinética, para el correcto funcionamiento de sus procesos y aplicaciones industriales.

Eficiencia de las Lineas de Vapor

Los purgadores o trampas basan su funcionamiento en las diferencias de densidad existentes entre el vapor (fase gas) y el condensado (fase líquida), por lo que disponen de dispositivos de articulación que garantice una operación continua de apertura o cierre.

Apertura cuando el predominio sea de la Fase Líquida

Cierre cuando predomine la fase gaseosa

Este tipo de operación garantiza que en las lineas de vapor no se acumule condensado evitando ineficiencia en la operación de ciertos dispositivos como

• intercambiadores o calentadores,
• problemas de corrosión en tuberías,
• producción de fugas, 
  • Aumentando innecesariamente los consumos de este o aparición de fenómenos de golpe de ariete por coexistencia de ambas fases, líquida y gas, en las líneas de retorno.

Por otro lado, estos purgadores pueden presentar problemas porque las cargas de condensado puedan ser excesivas o insuficientes.

Pensemos que este se forma por la perdida de calor por el paso de la fase gas por tuberías (en distribución) o por el intercambio térmico con otras aplicaciones (intercambiadores, calentadores) de nuestras lineas de vapor.

Es decir, teóricamente se podría conocer su caudal nominal pero ¿cómo es la respuesta ante las variaciones?

Se ha de tener mucho cuidado con las

Diferentes Cargas en Lineas de Vapor.

Es decir, el dispositivo se dimensionaría, fundamentalmente su boquilla de salida, para la carga máxima, si bien por sus características de diseño el fabricante aporta un rango de caudales bastante amplío.

Pero en muchos casos no resulta suficiente para toda aplicación práctica.

¿Cómo Fallan las Trampas?

Un análisis de fallos para una trampa de vapor es relativamente sencillo. Puede fallar de dos modos:

Purgando vapor (abierto)

Reteniendo condensado (cerrado)

Ambos fallos presentan patrones de desgaste temporal puesto que se asocian a elementos mecánicos de desgaste, por lo que podríamos decir que no se precisaría un mantenimiento predictivo sino que podrían programar revisiones por calendario (preventivo).

Además, aplicando cualquiera de las 3 metodologías de análisis de fallos, AMFEC, RCM o TPM, siempre llegaríamos a la misma conclusión, que no existen incidencias en severidad, medio ambiente, o mantenibilidad que justifiquen ningún tipo de monitorizado de condición.

¿Y el Ultrasonido?

El realizar las inspecciones ultrasónicas se contextualizaría dentro de acciones previas a la planificación del mantenimiento (en este tipo de activos no se justifican los algoritmos markovianos pues se trata de mecanismos de falla por fatiga y con ausencia de fatigas por equipos rotativos), para ver activos en buena o mala condición.

Ahora bien, nos podríamos preguntar:

¿No puedo utilizarlo para detectar Ineficiencias en las Lineas de Vapor?

Efectivamente, ese habría de ser su uso en un contexto predictivo puesto que se trata de evitar un fallo en la instalación, como es un consumo excesivo de combustible en la caldera o la presencia de fase líquida en las lineas de vapor.

Tipos de Purgadores Mecánicos

Son básicamente cuatro los tipos de purgas existentes:

Cazoleta Invertida

• Basan su principio de funcionamiento en la diferencia de densidades entre vapor y condensado. Disponen de una cazoleta hueca con una cámara en la parte superior; la cazoleta se eleva al aumentar la carga de líquido, abriendo el dispositivo de purga, bajando cuando disminuye la carga puesto que la cámara superior se llena del vapor menos denso.

Flotador y termostato

• De igual modo se apoyan en la diferencia de densidades entre ambas fases del vapor.
  • En este caso concreto, se trata de una boya de forma esférica que se eleva flotando sobre la balsa de condensado (aumento de la carga) abriendo la boquilla de salida y purgando la fase líquida; la boya, por el contrario, en el momento que disminuya la carga se asienta sobre la base de la purga (por su mayor densidad que la fase gas) cerrando la boquilla de salida.

Termostáticos.

• Se basan en la diferencia de temperaturas existente entre el vapor saturado y el mezclado con condensado.
  • Para ello utilizan un dispositivo bimetálico (muelle) que se expande cerrando la trampa cuando tenemos más temperatura y que restituye su posición inicial abriendo y purgando cuando tenemos menos temperatura.

Termodinámicos.

• Basados en las diferentes presiones dinámicas ejercidas sobre un disco de cierre entre las fases líquidas y vapor.
• Cuando

  hay mucha carga de condensado este actúa ejerciendo una presión dinámica (convirtiendo su velocidad de circulación de la tubería en presión sobre el disco),

  • elevándolo y fluyendo hacia la salida de la purga, mientras que cuando se reduce la carga este pasa a fase gas reduciendo la presión dinámica y bajando el disco por la contrapresión existente en la cámara superior (presión estática superior) cerrando la purga y reteniendo condensado.

Existen un quinto tipo de trampas, que son los

Purgadores de orificio.

Se trata de unos dispositivos que restringen el diámetro de paso por la tubería, aumentando la velocidad de circulación, y dando preferencia al elemento de mayor densidad, purgando condensado y obstruyendo además la salida del vapor.

Su adecuado funcionamiento depende de un

Correcto Diseño

puesto que se han de preveer lascondiciones de menor carga para evitar así posibles fugas de vapor.

No se incluyen en el listado anterior dado que se trata de dispositivos no sometidos a ningún envejecimiento por fatiga y a los que no habría que someter a ningún tipo de mantenimiento, ni la inspección ultrasónica, únicamente el relativo a labores periódicas de limpieza.

Problemas en Lineas de Vapor

Con todo lo anterior, podríamos decir que:

1. Existen purgadores de tipo mecánico (los cuatro enumerados con anterioridad), que fallan por fatiga, sin datos sobre vida útil, y que interesa chequear para evitar las fallas y las consecuencias anteriormente indicadas, planificando por ello acciones de mantenimiento en las lineas de vapor.
2. Los purgadores con mal funcionamiento por la inspección ultrasónica deberían sustituirse por los de tipo orificio, sin elementos de desgaste, para lo que se necesita realizar un estudio de cada aplicación donde se instale el purgador.
   • Ese estudio ha de determinar los caudales mínimos-máximos de condensado ante las posibles condiciones de funcionamiento existentes, en base a las que se elegirá y diseñará el tipo de purgador más adecuado.
3. Para justificar este tipo de inversiones debemos estimar los ahorros, para lo que hemos de calcular los caudales de perdida por las trampas detectadas como fallidas, convirtiéndolos en € teniendo en cuenta que estamos necesitando generar más vapor en la caldera, y consecuentemente aumentando el consumo de fuel y el nivel de emisiones a la atmósfera.

Por tanto, se trataría de realizar un balance, cuanto me ahorro en esas variables, frente a cuanto me cuestan los nuevos purgadores y el estudio de la instalación:

Inspección en Lineas de Vapor

En relación a la inspección de ultrasonidos comentar que:

Sonda de Contacto

• Ha de ser el tipo de palpador utilizado.
  • Palpan la superficie donde se está generando una fricción, en este caso, la tubería de descarga del purgador permitiendo identificar los ciclos de carga y descarga a través de un nivel de energía del sonido, o bien a través de la salida de audio (véase receptor superheterodino):

Purgador no cierra

Tendríamos un sonido continuo con ciertas variaciones en la intensidad del mismo dependiendo de la carga existente en cada momento.

Purgador Cerrado

Existiría menos ruido que en las lecturas efectuadas antes del purgador; lo normal sería encontrar ruidos discontinuos indicativos de los ciclos de apertura y cierre.

• La salvedad a esta consideración serían los:

Purgadores de Boya muy frecuente en lineas de vapor (es modular)

Diseñados para nunca cerrarse del todo puesto que se instalan en ubicaciones con altas cargas de condensado, pero olvidemos esta salvedad por tratarse de un texto de carácter introductorio.

Es el más difícil de interpretar por ultrasonido.

¿Mantenimiento de tus Lineas de Vapor?

Seguro que has cambiado más de uno y dos trampas en tu actividad en mantenimiento. Son dispositivos muy económicos, en ubicaciones ciertamente difíciles de acceder, por lo que en general se les deja fallar. Pero seguramente no se hayan hecho números, puesto que:

¿Coste de una Inspección Ultrasónica?

En un día de trabajo se pueden chequear la mayor parte de purgadores de una instalación.

¿Ahorros si cambiamos y mejoramos nuestras lineas de vapor? No millones pero sí miles.

Ahorros en consumos de combustible, reducción de emisiones de CO2, desgaste en tuberías y válvulas, ineficiencias en el proceso productivo, ….

En definitiva,

Haz los números y seguro que te compensa,