El ultrasonido como herramienta de diagnóstico ofrece muchas aplicaciones. Una de las más populares, 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 piping de transmisión y reciclaje en piping de vapor, los conocidos como purgadores. Estos dispositivos existen en toda industria que utilice la energía del vapor, bien térmica bien cinética, para el correcto funcionamiento de sus procesos y aplicaciones industriales.
Los purgadores, como detallaremos más adelante, 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 del condensado y cierre cuando predomine la fase gaseosa; este tipo de operación garantiza que en estos sistemas de circulación del vapor no se acumule condensado evitando ineficiencia en la operación de ciertos dispositivos como intercambiadores o calentadores, problemas de corrosión en tuberías, evitando la aparición de golpes de ariete producidos por el incremento de velocidad que se produce en la fase condensado por su coexistencia con la fase vapor.
Por otro lado, estos purgadores pueden presentar problemas porque las cargas de condensado puedan ser excesivas o insuficientes. Pensemos que el condensado 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 nuestro piping de vapor, por lo que el caudal del condensado puede cuantificarse sin más que conocer las características técnicas de cada aplicación. El purgador se dimensionaría, fundamentalmente su boquilla de salida, para esa carga máxima de condensado, si bien por sus características de diseño el fabricante aporta un rango de caudales bastante amplío.
Por tanto, un análisis de fallos para este tipo de dispositivos, pensando en que vamos a analizar predictivamente y recordando nuestro diagrama de actividades, es relativamente sencillo. El dispositivo puede fallar de dos modos: purgando vapor (se dice que falla abierto) o reteniendo condensado (se dice que falla cerrado). Ambos fallos presentan patrones de desgaste temporal, ver enlace analisis de fallos, por lo que podríamos decir que no se necesitaría 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 mantenimiento predictivo. El realizar las inspecciones ultrasónicas comentadas, por tanto, se podrían englobar dentro de acciones de planificación del mantenimiento, para identificar en qué equipos existen anomalías y en cuáles no.
Tipos de purgadores mecánicos en Piping de Vapor:
Los purgadores existentes en piping de vapor son básicamente de cuatro tipos:
Purgadores de 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 condensado, abriendo el dispositivo de purga, bajando cuando disminuye la carga de condensado puesto que la cámara superior se llena del vapor menos denso.
Purgadores de flotador y termostato.
- También basan su principio de funcionamiento 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 de condensado) abriendo la boquilla de salida y purgando la fase líquida; la boya, por el contrario, en el momento que disminuya la carga de condensado se asienta sobre la base de la purga (por su mayor densidad que la fase vapor) cerrando la boquilla de salida.
Purgadores temostáticos.
- 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 (vapor) y que restituye su posición inicial abriendo y purgando cuando tenemos menos temperatura (condensado).
Purgadores 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 de condensado, este pasa a fase vapor reduciendo la presión dinámica y bajando el disco por la contrapresión existente en la cámara superior (presión estática superior) cerrando la purga y reteniendo el vapor.
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 por esta razón el condensado, obstruyendo además la salida del vapor. La clave de estos purgadores es su correcto diseño puesto que se han de preveer las condiciones de menor carga de condensado para evitar así posibles fugas de vapor. No se incluyen en el listado anterior puesto 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.
Solución a los Problemas con Purgadores en piping de Vapor
Con todo lo anterior, podríamos decir que:
- 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 el piping de vapor.
- Los purgadores con mal funcionamiento por la inspección ultrasónica deberían sustituirse a purgadores 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.
- Para justificar este tipo de inversiones debemos estimar los ahorros, para lo que hemos de calcular los caudales de perdida por los purgadores detectados como fallidos, 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 de Ultrasonidos en piping de Vapor
En relación a la inspección de ultrasonidos en piping de vapor, comentar que:
- Para su realización se ha de utilizar una sonda de contacto. Este tipo de sondas 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 (recordar las entradas previas del portal intensidad del sonido y receptor superheterodino):
Si el purgador no cerrara nunca, dejando pasar condensado y vapor, tendríamos un sonido continuo con ciertas variaciones en la intensidad del mismo dependiendo de la carga de condensado existente en cada momento.Si el purgador permaneciese continuamente cerrado, reteniendo condensado, 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, que se diseñan 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.
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