Trappola termostatica per vapore

Che cos'è una trappola termostatica per il vapore? 

Una trappola termostatica per vapore è una trappola per vapore che funziona sfruttando il concetto di differenza di temperatura tra il vapore e la condensa fredda e l'aria. In questo tipo di trappola, il vapore aumenta la pressione in un elemento termostatico. Ciò provoca la chiusura della trappola termostatica per vapore. Quando i gas non condensabili e la condensa nel tratto di raffreddamento risalgono, la temperatura inizia a ridursi e l'elemento termostatico entra in contatto per aprire una valvola. La quantità di condensa di ritorno davanti alla trappola termostatica dipende dalla pressione del vapore, dalle condizioni di carico e dalle dimensioni della tubazione. Una trappola termostatica per vapore viene utilizzata anche per far passare l'aria da un sistema di vapore. Man mano che l'aria si raccoglie, la temperatura si riduce e uno sfiato d'aria scarica automaticamente l'aria a temperature del vapore moderatamente inferiori per tutto l'intervallo di pressione di esercizio. Le trappole termostatiche per vapore possono essere disponibili con elementi di tipo wafer o con soffietti a pressione bilanciata. Queste trappole per vapore sono prodotte con diversi materiali, come acciaio al carbonio, acciaio inox e bronzo. Le trappole termostatiche per vapore sono utilizzate per gestire carichi di condensa leggeri. 

Figura: Trappola termostatica per vapore.

Come funziona una trappola termostatica per il vapore?

Una trappola termostatica per vapore può funzionare con un soffietto a pressione bilanciata. In questo caso, la trappola inizia a funzionare spingendo l'aria e la condensa prima del vapore attraverso la trappola. L'elemento termostatico si contrae completamente e allo stesso tempo la valvola viene mantenuta aperta fino al punto in cui il vapore si avvicina alla trappola. Quando la temperatura nella trappola termostatica per il vapore aumenta, si riscalda immediatamente l'elemento carico che aumenta la pressione interna del vapore. Quando la pressione nell'elemento si equilibra con la pressione del sistema del corpo della trappola, l'elemento si espande e chiude la valvola. Quando la temperatura interna della trappola si riduce di qualche grado rispetto alla temperatura del vapore saturo, il soffietto dell'elemento si contrae a causa dello squilibrio di pressione e apre la valvola. 

Funzionamento di una trappola termostatica per vapore con soffietto a pressione bilanciata

L'altro metodo di funzionamento di una trappola termostatica per il vapore è quello della cialda a pressione bilanciata. Questo metodo è simile a quello del soffietto a pressione bilanciata. Il wafer è parzialmente riempito con un liquido. Quando la temperatura nella trappola aumenta, riscalda il wafer carico e quindi aumenta la pressione interna del vapore. Quando la pressione nel wafer diventa superiore alla pressione del vapore circostante, la membrana del wafer viene spinta sulla sede della valvola chiudendo la valvola. L'abbassamento di temperatura dovuto alla condensa o al gas non condensabile raffredda e abbassa la pressione interna del wafer, consentendo a quest'ultimo di liberare la sede. 

La trappola termostatica per vapore a espansione di liquido ha una funzione di scarico a temperatura fissa; questa trappola può essere utilizzata come trappola termostatica di scarico di arresto. In questo caso, l'uscita è sempre rivolta verso l'alto, come mostrato nella figura seguente. Ciò contribuisce a migliorare l'immersione continua dell'elemento nell'olio. Poiché questa trappola può scaricare a temperature comprese tra 60 ^oC a 100 ^oC può aprirsi normalmente solo durante l'avviamento. L'installazione della trappola termostatica per vapore a espansione di liquido può essere effettuata accanto alla trappola di rete, che è normalmente collegata a una linea di ritorno della condensa. 

Illustrazione di una trappola termostatica per vapore a espansione liquida in uso

Sifone termostatico a pressione bilanciata 

La trappola termostatica a pressione bilanciata è un miglioramento della trappola termostatica a espansione di liquido. La temperatura di lavoro di questa trappola è influenzata dalla pressione del vapore circostante. Questa trappola funziona grazie all'utilizzo di un elemento che è una capsula con una miscela di acqua e di un liquido speciale con un punto di ebollizione inferiore a quello dell'acqua. All'avvio, le condizioni di freddo sono tali da far rilassare la capsula. Questa trappola ha la valvola spalancata e fuori sede. Ciò consente una rimozione illimitata dell'aria. Questa caratteristica è propria di una trappola per vapore a pressione completamente bilanciata e spiega perché queste trappole sono adatte allo sfiato dell'aria. 

Sifone termostatico a pressione bilanciata con capsula sostituibile.

Quando la condensa passa attraverso questa trappola, il calore viene trasmesso al liquido contenuto nella capsula. Il liquido vaporizza prima che il vapore raggiunga la trappola. La pressione del vapore della capsula la fa espandere e fa chiudere la valvola. Il calore disperso dalla trappola termostatica bilanciata raffredda l'acqua che circonda la capsula, mentre il vapore si condensa. La valvola si apre e rilascia la condensa finché il vapore non riparte e il ciclo ricomincia. 

Funzionamento di una trappola per vapore termostatica a pressione bilanciata

Attualmente, i produttori di trappole termostatiche a pressione bilanciata progettano queste trappole utilizzando acciaio inossidabile. Inizialmente, i produttori di trappole termostatiche utilizzavano materiali non ferrosi, che poi si sono rivelati suscettibili di danni da colpo d'ariete. L'uso dell'acciaio inossidabile rende la trappola più affidabile e resistente ai danni da corrosione, surriscaldamento e colpo d'ariete. 

Sifone termostatico bimetallico per vapore 

Si tratta di un tipo di trappola termostatica per vapore realizzata con due strisce di metalli diversi saldate insieme per formare un unico elemento. Questo elemento può deflettere se riscaldato, come mostrato nella figura seguente. 

Sifone termostatico bimetallico con striscia riscaldata e a temperatura normale

L'elemento semplice utilizzato in questo tipo di trappola considera due fattori principali:

• Il funzionamento di questa trappola termostatica bimetallica avviene a una temperatura specifica che non soddisfa i requisiti del sistema di vapore che lavora a temperature e pressioni variabili. 
• Una singola striscia bimetallica esercita una piccola potenza. Per questo motivo, è necessario utilizzare una massa elevata, che rende lenta la reazione alle variazioni di temperatura del vapore. 

Le prestazioni di una trappola per vapore possono essere determinate verificando la sua risposta su una curva di saturazione del vapore. Una risposta adeguata è quella che segue da vicino la curva ed è esattamente al di sotto di essa. Un elemento bimetallico di base reagisce alle variazioni di temperatura in modo lineare. Come mostrato nella figura seguente, alcune trappole termostatiche bimetalliche utilizzano due diversi elementi bimetallici in un unico pacco che funziona a temperature diverse. 

Una migliore trappola termostatica bimetallica per il vapore impiega l'elemento termostatico di una molla a disco. L'elemento è costituito da dischi bimetallici. Se i dischi agiscono direttamente tra la sede e lo stelo della valvola, provocano una variazione lineare della temperatura di scarico della condensa al variare della pressione. Quando una rondella elastica è incorporata tra l'incavo della sede e i dischi, contribuisce ad assorbire parte dell'espansione del bimetallo a bassa pressione. Ciò contribuisce ad aumentare la variazione di temperatura al variare della pressione. La forma della rondella elastica è preferibile rispetto alla molla elicoidale perché può sviluppare una forza esponenziale che aumenta la velocità rispetto a quella lineare. Tale effetto può verificarsi per circa 1,5 mega Pascal fino a quando la molla si deflette verso il fondo dell'incavo. In questo modo, la temperatura di scarico della condensa può seguire con maggiore precisione la curva di saturazione del vapore. La velocità di scarico può essere migliorata anche con l'uso del clack dinamico che tende a creare uno scarico di tipo "bang". 

Trappola termostatica per vapore con dischi bimetallici

Applicazioni della trappola termostatica per vapore 

• Utilizzato nei bollitori da cucina. 
• Vengono utilizzati nelle linee traccianti. 
• Queste trappole sono utilizzate negli sterilizzatori.
• Convettori, radiatori e aerotermi. 
• Vengono utilizzati nelle serpentine di riscaldamento. 
• Vengono utilizzati negli evaporatori.

Vantaggi e svantaggi di ciascun tipo di trappola termostatica per vapore 

Vantaggi della trappola termostatica per vapore a espansione liquida 

• Questo tipo di sifone può essere regolato in modo da espellere a bassa temperatura, ottenendo così un'ottima funzione di scarico a freddo. 
• A freddo, la trappola termostatica per vapore a espansione liquida offre un eccellente scarico dell'aria e un elevato volume di condensa all'avvio del carico.
• La trappola termostatica per vapore a espansione di liquido può essere utilizzata come trappola di scarico iniziale per reti di vapore a bassa pressione e surriscaldato, in cui è garantito un lungo tratto di raffreddamento per allagare la condensa del raffreddatore. È in grado di superare i colpi d'ariete e le vibrazioni. 

Svantaggi della trappola termostatica per vapore a espansione liquida 

• Nelle trappole termostatiche a espansione di liquido, l'elemento ha un tubo flessibile che può essere distrutto in caso di condensa surriscaldata o corrosiva. 
• Questo tipo di trappola è in grado di espellere lo scarico a una velocità inferiore al 100 ^oC o inferiore e quindi non dovrebbe essere utilizzato in aree che richiedono l'immediata rimozione della condensa dallo spazio vapore. 
• Se una trappola termostatica per vapore a espansione di liquido è soggetta a condizioni di congelamento, deve essere ben isolata, così come il suo sistema di tubazioni. 
• Questo tipo di sifone non offre una soluzione di intrappolamento da solo, ma necessita di un altro sifone che funzioni in parallelo. Tuttavia, può essere utile nei casi in cui la portata di avvio non è il fattore principale, come nel caso del drenaggio delle serpentine di riscaldamento in un piccolo serbatoio. 

Vantaggi della trappola per vapore termostatica a pressione bilanciata 

• Queste trappole per vapore sono di grande capacità, leggere e di dimensioni ridotte. 
• Questo tipo di sifone termostatico ha la valvola completamente aperta all'avvio. Questo fa sì che scarichi liberamente l'aria e i gas non condensabili. In questo modo è possibile rimuovere la massima quantità di condensa anche con il massimo carico. 
• Le trappole termostatiche a pressione bilanciata raramente gelano quando funzionano in posizione esposta, tranne quando il livello del tubo della condensa si alza dopo la trappola, il che fa sì che l'acqua rifluisca allagando la trappola quando il vapore viene spento. 
• I produttori di trappole termostatiche a pressione bilanciata progettano la trappola con la capacità di adattarsi automaticamente a varie pressioni del vapore fino alla massima pressione di esercizio. Questa trappola è inoltre in grado di resistere a temperature surriscaldate fino al 70 ^oC. 
• La manutenzione della trappola termostatica a pressione bilanciata è semplice. Infatti, la rimozione della sede della valvola e della capsula è facile e, in caso di sostituzione, avviene in pochi minuti senza la necessità di rimuovere la trappola dalla sua linea. 

Svantaggi della trappola per vapore termostatica a pressione bilanciata 

• Se la trappola termostatica a pressione bilanciata è costituita da materiale non ferroso, è probabile che venga colpita dal colpo d'ariete. Per garantire che la trappola sia al sicuro dai colpi d'ariete, acquistatene una in acciaio inox. 
• Questo tipo di trappola non si apre finché la temperatura della condensa non scende al di sotto della temperatura del vapore. Ciò è svantaggioso se la trappola per vapore selezionata deve essere utilizzata in luoghi in cui non è tollerato il ristagno d'acqua nell'area del vapore, come scambiatori di calore, drenaggio di rete e tracciatura critica. 

Vantaggi della trappola termostatica bimetallica per vapore

• Progettato con un corpo compatto per garantire la robustezza e ha una grande capacità per la condensa.
• Una trappola per vapore termostatica bimetallica ha una valvola spalancata quando è fredda. Ciò consente lo sfiato dell'aria e la capacità di scaricare al massimo la condensa nelle condizioni di avvio.
• La condensa in una trappola bimetallica termostatica per vapore può defluire liberamente dalla sua uscita, rendendo questa trappola esente da congelamento quando opera in posizione esposta. Altri produttori di sifoni termostatici bimetallici progettano il sifone in modo da non danneggiarlo in caso di congelamento.
• Resistente ai colpi d'ariete, alle alte pressioni del vapore e alla corrosione della condensa.
• L'elemento di una trappola termostatica bimetallica può funzionare in un ampio intervallo di pressione del vapore senza dover modificare le dimensioni della valvola orifizio.
• Se questa trappola ha la sua valvola sul lato inferiore della sede, tende a resistere al flusso inverso. Tuttavia, se il produttore di una trappola termostatica bimetallica prevede un certo flusso inverso, includerà una valvola di non ritorno sul lato a valle.
• La condensa viene scaricata a vari livelli di temperatura al di sotto della temperatura di saturazione e l'intasamento disponibile dell'area del vapore può essere sopportato, alcune delle entalpie dell'acqua satura possono essere convogliate all'impianto. In questo modo è possibile estrarre la massima energia del vapore dalla condensa prima di scaricarla. Per questo motivo, nelle linee traccianti si utilizzano trappole termostatiche bimetalliche per il vapore. Nelle linee traccianti la condensa viene spesso scaricata nei rifiuti.
• La manutenzione della trappola termostatica bimetallica è più semplice perché i componenti interni possono essere sostituiti senza dover rimuovere il corpo dalla linea.
• Il vapore di ritorno creato quando la condensa viene espulsa dall'alta alla bassa pressione tende a causare un aumento della contropressione nella linea della condensa. Grazie alla gamba di raffreddamento, il condensato si raffredda producendo una minore quantità di vapore di ritorno nella linea di condensazione. Ciò contribuisce a ridurre la contropressione.

Svantaggi della trappola termostatica bimetallica per vapore

• Non è adatto all'uso in impianti di processo in cui è necessaria una rimozione immediata per ottenere la massima resa.
• Alcuni produttori di trappole termostatiche bimetalliche progettano queste trappole con basse velocità interne, il che le rende vulnerabili all'ostruzione dovuta alla sporcizia presente nella tubazione. Per ovviare a tali intasamenti, la trappola deve essere dotata di fessure dinamiche che determinano una scarica intermittente che aumenta le capacità di autopulizia.
• Rispondono lentamente alle variazioni di pressione o di carico, poiché l'elemento reagisce lentamente.

Risoluzione dei problemi della trappola termostatica per vapore 

La trappola termostatica per il vapore non scarica 

• Il problema potrebbe essere dovuto all'alta pressione causata da quanto segue: 

• Pressione originariamente specificata errata. Controllare l'intervallo di pressione consigliato. 
• Linea di ritorno con vuoto elevato. Questo potrebbe aumentare la pressione differenziale rendendo difficile il funzionamento della trappola. Verificare il valore consigliato del vuoto. 
• Aumento della pressione senza un orifizio più piccolo. Installare un orifizio più piccolo. 
• La pressione del manometro della caldaia è bassa. Aumentare la pressione del manometro della caldaia. 

• Il vapore o la condensa non arrivano alla trappola termostatica per il vapore

• La valvola nella linea del sifone è rotta. Sostituire la valvola come necessario. 
• Gomito o tubazione otturati. Se necessario, sbloccare il gomito o la tubazione. 
• Bloccato da un filtro. Sbloccare il filtro. 

• Meccanismo della trappola difettoso o usurato. 

• Controllare i componenti interni usurati e sostituirli se necessario. 

• Il corpo della trappola termostatica per il vapore è pieno di sporco 

• Rimuovere lo sporco. Inoltre, cercate di installare un filtro prima del sifone.  

Sifone termostatico che perde vapore 

• Valvola non in sede 

• Ciò potrebbe essere dovuto a parti usurate. Controllare le parti usurate e sostituirle se necessario. 
• Scaglie incastrate nell'orifizio. Rimuovere il materiale incastrato nell'orifizio. 

Trappola termostatica per vapore a flusso continuo 

• La trappola è molto piccola. Utilizzate una trappola più grande. 
• Trappola ad alta pressione utilizzata per un lavoro che richiede una bassa pressione. verificare che la pressione della trappola sia adatta al lavoro da svolgere.

Sintesi 

Una trappola per vapore termostatica è una trappola che funziona sfruttando il principio della differenza di temperatura tra il vapore e la condensa fredda e l'aria. La pressione del vapore aumenta in un elemento termostatico. Questo fa sì che la trappola si chiuda. Per aprire la trappola, la condensa e i gas non condensabili presenti nel condotto di raffreddamento risalgono, riducendo la temperatura, e l'elemento termostatico si contrae, facendo aprire la valvola. Esistono tre tipi di trappole termostatiche: la trappola termostatica a pressione bilanciata, la trappola termostatica a espansione di liquido e la trappola termostatica bimetallica. Ognuna di queste tre trappole funziona in modo indifferente e quindi ognuna è adatta a un tipo specifico di applicazione.

Le trappole termostatiche per vapore sono realizzate con diversi materiali robusti e resistenti alla corrosione, come l'acciaio inox, l'acciaio al carbonio e il bronzo. Queste trappole sono utilizzate per gestire carichi di condensa leggeri. Le trappole termostatiche per vapore sono utilizzate in varie applicazioni come radiatori, sterilizzatori, linee traccianti, serpentine di riscaldamento, evaporatori, bollitori di cottura, ecc. Questi sifoni sono vantaggiosi per molti aspetti, come l'elevata efficienza, la facilità di manutenzione e di installazione, la capacità di scaricare aria e altri gas, riducendo i colpi d'ariete e raggiungendo un'elevata velocità di scarico.