Al controlar la temperatura de intercambiadores de calor o calentadores, en el momento en que la carga disminuye puede ocurrir que el condensado (drenaje) deje de evacuarse, lo que provoca calentamiento irregular, caídas de temperatura y golpe de ariete. Este fenómeno se conoce como stall y su causa principal es que, al estrangularse la válvula de control, la presión de vapor dentro del equipo cae por debajo de la contrapresión del lado de salida de la trampa, con lo que se pierde el diferencial de presión necesario para expulsar el condensado. Una solución eficaz para este problema es la válvula de bombeo (bomba mecánica), que evacúa el condensado aprovechando la presión del vapor o del aire (fluido motriz). Como no utiliza fuerza motriz externa como la electricidad, sino que expulsa mecánicamente el condensado acumulado, su ventaja radica en que permite enviar el condensado fuera del sistema de forma fiable incluso en instalaciones sin cableado eléctrico o durante cortes de energía.
Puntos clave de este artículo
- El fenómeno de stall se debe principalmente a que la presión de vapor dentro del equipo cae por debajo de la contrapresión y ya no se puede expulsar el condensado.
- La válvula de bombeo evacúa el condensado con la presión del fluido motriz y no requiere fuerza motriz externa.
- Antes de la instalación, la clave para decidir es organizar las condiciones: presión motriz necesaria, contrapresión, caudal de condensado, etc.
Por qué se produce el fenómeno de stall
En los intercambiadores de calor que utilizan vapor, para mantener la temperatura del lado secundario se regula el caudal de suministro de vapor mediante una válvula de control. Cuando la carga disminuye, la válvula de control se estrangula y la presión de vapor dentro del equipo baja. Por otro lado, para que el condensado se evacúe desde la trampa de vapor, la presión interna del equipo debe superar la contrapresión del lado de la tubería de recuperación.
Cuando desaparece el diferencial de presión, el condensado se estanca
Cuando la presión interna del equipo cae por debajo de la contrapresión, aunque la trampa funcione correctamente no se puede asegurar el diferencial de presión que empuja el condensado, y este se estanca dentro del equipo. Esto es el fenómeno de stall, que puede provocar una reducción de la capacidad de calentamiento al quedar la superficie de transferencia térmica sumergida en el condensado, oscilaciones (hunting) de temperatura, e incluso puede ser causa de golpe de ariete y corrosión que se producen con una mezcla de agua y vapor. Tiende a presentarse más fácilmente en instalaciones con grandes variaciones de carga o en sistemas de recuperación con alta contrapresión.
Cómo la válvula de bombeo expulsa el condensado sin fuerza motriz
La válvula de bombeo (bomba mecánica) es un dispositivo que evacúa el condensado acumulado utilizando como fuente de energía la presión de un fluido motriz, como el vapor o el aire comprimido. Como no emplea fuerza motriz externa como la de una bomba eléctrica, es de fácil instalación incluso en exteriores donde no se puede llevar energía eléctrica o en lugares donde el cableado es difícil.
La entrada y la evacuación se conmutan mediante un flotador
En una estructura típica, en el interior del cuerpo hay un flotador y un mecanismo de conmutación; cuando el condensado que entra hace subir el nivel de agua, se introduce el fluido motriz en el interior y con esa presión se expulsa el condensado. Tras la evacuación, se descarga el fluido motriz para volver a recibir condensado, repitiéndose así el ciclo de admisión y evacuación. Gracias a este funcionamiento, resulta más fácil enviar el condensado incluso en sistemas de recuperación con alta contrapresión o en condiciones en que la presión interna del equipo cae por debajo de la contrapresión.
Diferencia de función respecto a la trampa de vapor
La trampa de vapor es un componente que evacúa el condensado aprovechando el diferencial de presión, por lo que, en condiciones donde no existe dicho diferencial, tiende a no funcionar bien. La válvula de bombeo se diferencia en que aplica activamente la presión del fluido motriz para expulsar el condensado, con lo que puede compensar las situaciones de diferencial de presión insuficiente. Según la instalación, también es posible una configuración que la combine con una trampa.
Puntos de decisión a comprobar antes de la instalación
Al elegir una válvula de bombeo, es requisito previo organizar varias condiciones. En primer lugar, si se puede asegurar suficiente presión de vapor o de aire para usarlos como fluido motriz. A continuación, cuál es el nivel de contrapresión de la tubería de recuperación hacia la que se expulsa. Y por último, el caudal de condensado que debe procesarse (con la carga máxima y mínima).
La capacidad de evacuación varía según la relación entre presión motriz y contrapresión
La cantidad de condensado que se puede evacuar varía según condiciones como la diferencia entre la presión motriz y la contrapresión. En general, cuanto mayor sea la contrapresión y cuanto menor sea la presión motriz, más tiende a bajar la capacidad de evacuación, por lo que es recomendable una selección con cierto margen. Los valores son solo orientativos y difieren según las condiciones reales de la instalación. Si se usa en condiciones forzadas, la evacuación puede no dar abasto y el estancamiento del condensado podría no resolverse por completo, por lo que es importante identificar bien las condiciones.
Preguntas frecuentes
Q1. ¿La válvula de bombeo necesita electricidad?
A1. No. Al tratarse de una configuración cuya fuente de energía es la presión de un fluido motriz como el vapor o el aire comprimido, en principio no necesita fuerza motriz eléctrica externa. Su ventaja es que resulta fácil de usar incluso durante cortes de energía o en instalaciones sin cableado eléctrico.
Q2. ¿No se puede resolver el fenómeno de stall solo con la trampa de vapor?
A2. Como la trampa de vapor es un componente que evacúa el condensado mediante el diferencial de presión, en las condiciones de stall en que se pierde dicho diferencial resulta difícil evacuarlo. Para compensar el diferencial de presión insuficiente, el uso combinado o la sustitución por una válvula de bombeo son opciones a considerar.
Q3. Como fluido motriz, ¿es mejor el vapor o el aire?
A3. La conveniencia varía según el fluido y la presión que sea más fácil asegurar en la instalación, así como según el entorno circundante. Lo habitual es diferenciar el uso: vapor en los circuitos donde se puede utilizar vapor, y aire en los puntos donde no se quiere usar vapor. Depende de las condiciones.
Q4. ¿Se puede usar combinada con una trampa ya instalada?
A4. Según la configuración de la instalación, también es posible un método que combine la válvula de bombeo con una trampa. Como la configuración óptima varía según la contrapresión del sistema de recuperación y la disposición de las tuberías, es requisito previo estudiarlo tras comprobar las condiciones.
Q5. ¿Qué cantidad de condensado se puede evacuar?
A5. Varía según condiciones como la diferencia entre la presión motriz y la contrapresión, y el modelo. Es recomendable una selección con margen respecto al caudal de condensado en carga máxima, y los valores deben comprobarse como orientación según cada caso particular.
Q6. ¿En qué tipo de instalaciones se plantea su implementación?
A6. Es un dispositivo que suele plantearse en instalaciones donde el fenómeno de stall se produce fácilmente por las variaciones de carga, como intercambiadores de calor con control de temperatura, calentadores o serpentines de calentamiento. También se utiliza en sistemas de recuperación de condensado con alta contrapresión.
Conclusión
El fenómeno de stall se debe principalmente a que la presión de vapor dentro del equipo cae por debajo de la contrapresión y se pierde el diferencial de presión que empuja el condensado. La válvula de bombeo (bomba mecánica), al usar la presión del vapor o del aire como fuente de energía para expulsar el condensado, es una solución que reduce el estancamiento del condensado sin fuerza motriz externa. Para que funcione adecuadamente, es imprescindible organizar condiciones como la presión motriz, la contrapresión y el caudal de condensado.
Si presenta síntomas como «al estrangular la válvula de control la temperatura cae» o «el condensado no se evacúa y se produce golpe de ariete», o si se encuentra en situaciones como «conozco el caudal de condensado en carga máxima pero desconozco el de carga mínima», «no puedo determinar si la presión motriz o la contrapresión necesarias son las adecuadas» o «tengo dudas sobre cómo integrarla en la configuración de la trampa existente», le invitamos a aprovechar el servicio de consulta técnica y de selección de Yoshitake. Le ayudamos a elegir el mecanismo óptimo mientras organizamos las condiciones de su instalación.