El traceado de vapor es un sistema de tuberías o “camisas” dispuesto a lo largo del exterior de tuberías y equipos (debajo del aislamiento) para mantener o elevar la temperatura del fluido en el interior. Las instalaciones de las industrias de procesos químicos (CPI) a menudo utilizan el traceado de vapor para mantener la viscosidad deseada de un producto y la fiabilidad de la instrumentación de control. Hoy hablaremos de la optimización del traceado de vapor.

El mantenimiento térmico es crítico para la producción, porque previene que los fluidos se enfríen excesivamente, lo que puede cambiar la viscosidad del flujo e incluso llevar a la solidificación del producto y al flujo estancado. El traceado de vapor también se utiliza para mantener calientes las cajas de instrumentación, lo que mejora la precisión de los instrumentos.
El bajo rendimiento de los sistemas de traceado de vapor a menudo puede atribuirse a un diseño o enrutamiento ineficaz del traceado, o a purgadores de vapor que no son adecuados para la aplicación. Si la transferencia de calor del traceado es inadecuada o un purgador de vapor dentro del sistema no funciona, los productos pueden solidificarse (es decir, congelarse) y causar una parada de la planta.
Las instalaciones CPI prestan mucha atención a los equipos y las tuberías, pero a menudo tratan las líneas de traceado de vapor como simple plomería. Los diseñadores de plantas a menudo descuidan proporcionar planos detallados para la instalación de líneas de traceado de vapor en la construcción de plantas nuevas, dejando el diseño al contratista de instalación. Sin embargo, en una refinería o planta química típica, entre el 50% y el 80% de los purgadores de vapor de la instalación se pueden encontrar en las líneas de traceado de vapor.
En este artículo de SEDITESA revisaremos algunos errores y problemas comunes encontrados en el diseño y la operación del traceado de calor, y discute cómo mejorar las instalaciones de traceado de vapor existentes.
¿Por dónde empezar?
Las señales reveladoras de problemas en el traceado de calor a menudo aparecen mucho antes de que se presenten problemas graves.
Por ejemplo, una purga abierta en una línea trazada puede indicar un drenaje de condensado incorrecto por parte del purgador (Figura 2).
En estos casos, el personal de operaciones puede haber abierto los purgadores para ayudar a eliminar el condensado y aumentar el suministro de calor. Sin embargo, además de desperdiciar energía, esta práctica puede crear múltiples problemas, incluidos riesgos de quemaduras, visibilidad reducida (que oculta el equipo) y peligros de resbalones causados por humedades o hielo. Si el calor del sistema de traceado fuera adecuado, probablemente no se requeriría purgar vapor.
Las instalaciones que utilizan traceado de vapor deben establecer un Programa de Optimización del Sistema de Vapor (SSOP) que consta de tres fases:

- Gestión de purgadores: Mantener la mayoría de los purgadores de vapor en condiciones de funcionamiento para suministrar calor de alta calidad.
- Gestión de equipos: Identificar las causas de los problemas de los equipos y rectificarlas. Mitigar cuellos de botella, incluidos los causados por un calentamiento y transporte inadecuados del fluido de proceso.
- Balance del sistema: Optimizar el balance energético de vapor/condensado para mejorar la eficiencia energética general de la instalación.
Al implementar un SSOP, la gestión de activos de equipo juega un papel crítico en el rendimiento de la producción. Los esfuerzos para mejorar la eficiencia general de una instalación no pueden comenzar hasta que se mitiguen los problemas de los purgadores de vapor y del transporte de fluidos.
Diseño del traceado de vapor
Los métodos comunes para aplicar calor de vapor externo a la tubería de proceso incluyen (Figura 3):
- Traceado por tubo (Tube tracing): Se utiliza para calentamiento simple, como la prevención de la congelación del agua. Para un calentamiento adicional, se puede aplicar un cemento especial de transferencia de calor.
- Traceado por tubo mejorado (Enhanced tube tracing): Aumenta la transferencia de calor de un tubo. Un ejemplo de aplicación es mantener la viscosidad deseada en el transporte de aceite residual.
- Traceado por canal (Channel tracing): Encamisa parcialmente una línea de producto calentada con vapor para aumentar la transferencia de calor. Esto se utiliza comúnmente en líneas de azufre.
- Encamisado (Jacketing): Es necesario cuando el objetivo es aumentar la temperatura del proceso o eliminar la corrosión, lo que requiere aún más calor del que pueden proporcionar el traceado por tubo o por canal.

Para cualquiera de estos métodos de calentamiento, la selección e instalación adecuadas de los purgadores de vapor para un drenaje efectivo del condensado juega un papel crucial en el logro de la transferencia de calor. Es importante que los purgadores sean fácilmente accesibles para que puedan ser inspeccionados y mantenidos según las especificaciones del fabricante. El uso de colectores (manifolds) para el suministro de vapor y el retorno de condensado puede lograr este objetivo. Una instalación de colector compacta debe permitir el acceso para un mantenimiento sencillo (considerando el acceso y la salida de la unidad), al tiempo que ocupa el menor espacio posible (Figura 5).





El bloqueo por vapor
Al diseñar el sistema de traceado de vapor, considere la orientación del flujo de vapor y condensado dentro del sistema de calentamiento. Esta información puede ayudar a determinar si el condensado siempre fluye hacia abajo hasta el purgador — manteniendo un sello de agua en la entrada del purgador — o si hay casos en los que el condensado debe ascender para alcanzarlo. Si el condensado debe ascender, el vapor puede llenar una porción vertical de la tubería y situarse por encima del condensado entrante (Figura 6). Cuando el vapor crea una bolsa en la entrada del purgador, el purgador puede bloquearse (cerrarse), impidiendo que descargue el condensado mientras el vapor esté presente.
Este fenómeno se conoce como bloqueo por vapor y puede ocurrir cuando el condensado debe ser elevado hasta el purgador. También puede ocurrir cuando el vapor se sitúa por encima del condensado en un tramo largo de tubería horizontal.
Las flechas de flujo, como las de la Figura 7, son una forma sencilla de ilustrar si el vapor se encuentra en algún momento por encima del nivel del condensado durante el flujo normal hacia un purgador.
Cuando ocurre un bloqueo por vapor, el condensado puede no llegar al purgador para ser descargado hasta que el vapor de bloqueo se haya condensado y la interrupción del flujo se disipe. Por esta razón, generalmente se recomienda instalar el traceado de vapor de manera que el condensado fluya hacia abajo (Figura 8). Cuando el flujo ascendente hacia el purgador no puede eliminarse, como se muestra en el lado izquierdo de la Figura 8, considere un purgador que incorpore una característica opcional que ayude a mitigar el bloqueo por vapor.
Un bloqueo por vapor se disipa naturalmente cuando el vapor se condensa, pero esto puede requerir demasiado tiempo en relación con la criticidad de la transferencia de calor del fluido de proceso que se está trazando. Se puede implementar una disposición de bypass externo para romper un bloqueo rápidamente (Figura 9), pero puede ser costoso de instalar y puede facilitar que los operarios purguen vapor del sistema. Por esa razón, se prefiere una disposición de bypass interno de bajo costo (Figura 10).
Estos métodos para eliminar o manejar el bloqueo por vapor se pueden aplicar a cada uno de los cuatro métodos de traceado de vapor.
Traceado por tubo
En un sistema que emplea traceado por tubo, se puede usar un modelo estándar de purgador de vapor siempre que el condensado fluya hacia abajo por gravedad.

Sin embargo, cuando el condensado se dirige hacia arriba y puede haber vapor presente en la entrada del purgador, se debe determinar qué tan crítico es mantener la temperatura del fluido de proceso. Específicamente, evalúe el potencial de un efecto grave en la viscosidad, temperatura o contenido de calor del producto traceado durante el período de bloqueo por vapor. Si esta no es una consideración clave, puede ser posible usar un purgador estándar, incluso con un ascenso. Sin embargo, si hay alguna duda, seleccione un purgador con la característica opcional para mitigar el bloqueo por vapor.

Los instaladores que no tienen experiencia con el traceado de vapor pueden envolver erróneamente la tubería alrededor de tuberías horizontales (Figura 11). Esto crea bolsas de vapor que pueden causar un grave problema de bloqueo por vapor.
Traceado por tubo mejorado
Mientras que el traceado por tubo se emplea comúnmente para una simple protección contra el invierno (winterization), el traceado por tubo mejorado se utiliza típicamente para mantener una temperatura de producto imperativa. Debido a que la transferencia de calor en estas aplicaciones es más crítica, preste mucha atención a la dirección del flujo de condensado y elimine tantos ascensos como sea posible.
Calentamiento Por Tubería Encamisada (Jacketed Pipe Heating)

La instalación de tuberías encamisadas requiere mucha más inversión que el traceado por tubo. Este método de calentamiento se reserva para flujos de producto que requieren una gran capacidad de transferencia de calor. El objetivo puede ser aumentar la temperatura del producto o mantener la temperatura o viscosidad ideal del producto, como en las aplicaciones de transporte de azufre.

Aunque la tubería encamisada es muy costosa (y por lo tanto se espera que sea efectiva), la forma en que se conectan las secciones encamisadas puede de hecho obstaculizar la transferencia de calor. Considere una instalación donde el vapor y el condensado se transfieren de una sección de camisa a la siguiente, en una especie de conexión en serie lineal en tuberías horizontales. El vapor fluye a través de la camisa y hacia los puentes en la parte superior de la tubería, mientras que el condensado fluye fácilmente a lo largo de la parte inferior de la camisa a través de los puentes inferiores. Aunque hay un pequeño ascenso en los puentes inferiores, el condensado llena los bucles inferiores y poco o nada de vapor pasa a través de los conectores inferiores. Este es una disposición de flujo de condensado ideal, que lamentablemente no se utiliza comúnmente.
Desafortunadamente, mucha tubería “encamisada” se instala en una configuración de conexión de bucle en S (Figura 12). Una única conexión inferior al final de una sección de camisa transporta tanto vapor como condensado a una única conexión en la parte superior de la siguiente sección de camisa. Varias secciones de tubería encamisada pueden conectarse juntas de esta manera. Invariablemente, se pueden atrapar bolsas de vapor entre el condensado y el purgador en la última sección de tubería de la serie, causando bloqueo por vapor. Los operadores a menudo intentan mitigar el bloqueo por vapor en configuraciones de bucle en S abriendo válvulas de purga (Figura 13), válvulas de purgado o uniones de tubería. En estos casos, la transferencia de calor puede no cumplir con los requisitos del proceso, o el vapor puede ser descargado a la atmósfera. El bloqueo por vapor y sus efectos asociados pueden mitigarse instalando purgadores con un bypass interno.
Canal de traceado: El canal de traceado también puede lograr una transferencia de calor significativa, pero con un coste de instalación inferior al de la tubería encamisada. Es común ver el canal de traceado utilizado en líneas de azufre debido al calor crítico requerido para este servicio.

Se emplean comúnmente bucles en U para conectar secciones de canal de traceado. En estos casos, una única conexión al final de un canal transporta tanto vapor como condensado a través del bucle en U hasta una única conexión en el siguiente canal. La disposición hace que tanto el condensado como el vapor fluyan a través del bucle, invariablemente con vapor a veces quedando atrapado entre el condensado y el purgador en la última sección de tubería de la serie.
Similar a la tubería encamisada, el bloqueo por vapor puede mitigarse instalando purgadores con un bypass interno.

Bloqueo por vapor en unidades de sello de azufre
Los vapores de azufre son un subproducto del proceso de refinación. Los vapores se condensan a azufre líquido y se drenan a un pozo para su almacenamiento y, en última instancia, venta y transporte. Sin embargo, el lado de vapor del proceso puede contener gases extremadamente tóxicos como el H2S y SO2. Una “pierna” de sello de azufre (sulfur seal leg) — similar al sifón en P del sistema de plomería de una casa que aísla el hogar y mantiene fuera los gases de alcantarillado — evita que los gases escapen a la atmósfera.
Debido a que el azufre se almacena en un pozo, los serpentines de vapor deben ubicarse en los niveles inferiores del pozo para mantener el azufre caliente y fundido. Si no se mantiene la alta temperatura, el azufre en el pozo puede solidificarse. Los pozos de azufre son notorios por las dificultades para drenar el condensado de los serpentines inferiores. Incluso si se utilizan accesorios de elevación apropiados (es decir, una combinación especializada de una tubería ascendente de pequeño diámetro contenida en una T de mayor diámetro), las bolsas de vapor aún pueden preceder al condensado en la tubería ascendente y causar bloqueo por vapor en la entrada del purgador (Figura 15). Un descenso vertical en la entrada del purgador puede mitigar algo este efecto, pero se recomienda un purgador con bypass interno. El bypass interno expulsa el vapor que se ha acumulado en el ascendente vertical, mientras que el descenso proporciona un sello de agua en la entrada del purgador, lo que minimiza la formación de bolsas de vapor antes del purgador.
Los tramos largos de tubería horizontal frente a la entrada del purgador y las caídas en la tubería de entrada también pueden aumentar el potencial de bloqueo por vapor. En estas situaciones, es mejor acercar el purgador a la aplicación, corregir cualquier caída en la tubería horizontal e instalar un pequeño descenso a la entrada del purgador (2).
La Figura 16 muestra un ejemplo de bloqueo por vapor en una pierna de sello de azufre que estaba experimentando problemas de calentamiento. Los purgadores estaban ubicados en un plano horizontal demasiado lejos del suministro vertical. Los ingenieros instalaron purgadores de vapor con bypass internos para mitigar el bloqueo por vapor. Sin embargo, también podrían haber acercado los purgadores al suministro, pero esto habría requerido cambios importantes en las tuberías.

Uno de los métodos más nuevos y preferidos para crear una pierna de sello es usar una unidad de sello de azufre sobre el nivel del suelo (5). Estos tanques de sello se calientan mediante múltiples secciones externas de traceado de canal. Mangueras conectoras transfieren vapor y condensado entre canales. Se recomiendan purgadores de vapor con bypass interno (Figura 17) para manejar el flujo ascendente de vapor y condensado. La ventaja de las unidades de sello de azufre sobre el nivel del suelo es que se pueden ubicar múltiples tanques muy cerca uno del otro con una huella muy pequeña. Sin embargo, las unidades requieren limpieza y otro mantenimiento, por lo que las disposiciones deben adaptarse al egreso e ingreso.
Otros problemas de traceado y mantenimiento del calor
Lixiviación de cobre
Cuando el traceado por tubo de cobre se ha deteriorado (ya sea con el tiempo o como resultado de un tratamiento químico), el cobre puede lixiviarse en una solución de condensado caliente. A medida que el condensado se descarga a través del orificio del purgador de vapor, parte de él se vaporiza (flash), dejando atrás un precipitado de cobre que puede adherirse a las superficies, como el canal de salida del orificio del purgador. Independientemente del material del orificio, una acumulación de precipitado puede crear un bloqueo (Figura 18).
Varios métodos de purgado de vapor pueden mitigar los efectos de la lixiviación de cobre y la acumulación de precipitado:
- Los purgadores de alto subenfriamiento pueden reducir la temperatura del condensado si la necesidad de calentamiento es baja. Los purgadores con alto subenfriamiento reducen o eliminan la vaporización súbita (steam flash), lo que puede evitar que gran parte del precipitado se deposite en el orificio del purgador.
- Las mejoras en el diseño del canal de suciedad (dirt channel), como los pasajes de descarga anchos en los purgadores de vapor, pueden reducir la acumulación.
- Algunos purgadores contienen un barreno (auger) que puede eliminar el precipitado de cobre sin necesidad de retirar el purgador de la línea.
Recintos de instrumentos

La instrumentación de control necesita ser calentada durante los meses fríos, pero debe ser protegida de temperaturas excesivas por encima de los límites de las especificaciones. Las temperaturas demasiado altas o demasiado bajas pueden causar lecturas incorrectas o dañar los instrumentos. Se sabe que las lecturas falsas de los instrumentos han causado paradas de planta. Se pueden emplear purgadores de vapor con características de alto subenfriamiento para que la tubería de traceado de vapor del recinto de instrumentos contenga condensado caliente en lugar de vapor, con el fin de proporcionar una temperatura más moderada.

Calentamiento de rampas
Algunas rampas (chutes) que manejan líquidos viscosos tienen geometrías que crean áreas estancadas en los bordes de la rampa, lo que provoca pérdida de calor, acumulación de sólidos y obstrucción de la rampa (chute plugging). Con ciertos productos, como el paraxileno, esto puede causar múltiples interrupciones del proceso a lo largo del año. El calor elevado aplicado mediante traceado de canal exterior correctamente instalado puede ayudar a mantener la viscosidad del líquido para mitigar la obstrucción. Tanto los colectores de vapor como los de condensado pueden combinarse en una huella pequeña para optimizar la transferencia de calor sin afectar el acceso a la rampa (Figura 19).

Calentamiento de tanques de almacenamiento
En un sistema de calentamiento por serpentín de tanque, se puede formar un bloqueo por vapor cuando los purgadores de vapor están ubicados en el mismo plano horizontal que la salida del serpentín del tanque (Figura 20). A medida que el vapor se condensa dentro de un serpentín, el vapor restante puede fluir por encima del condensado y llegar al purgador simultáneamente con el condensado. A lo largo de largas distancias horizontales, esto puede causar un bloqueo por vapor, e incluso crear eventos significativos de golpe de ariete (water hammer) y choque en el serpentín. Es posible eliminar el bloqueo por vapor en la salida del serpentín instalando los purgadores con un descenso (drop-down) en la entrada del purgador (6).
En una nota relacionada: Muchos serpentines calentadores internos o externos de la pared del tanque de almacenamiento tienen control modulante de vapor en su línea de suministro. La alta presión de la línea de retorno de condensado puede causar un retroceso y golpeo (hammering) en el serpentín. Si la contrapresión es una consideración, se debe utilizar un sistema de bombeo simple para recuperar el condensado. Las cargas son típicamente lo suficientemente pequeñas como para drenar el condensado en un colector, que también se puede usar para ventilar el vapor instantáneo (flashing steam). En estos casos, se puede instalar un sistema compacto de purgado, recolección y retorno.

Reflexiones finales
Los sistemas de traceado de vapor requieren mucha inversión, y su rendimiento debe optimizarse mediante:
- El diseño de sistemas para eliminar los ascensos de condensado siempre que sea posible.
- La selección de purgadores de vapor con bypass interno siempre que no se puedan eliminar los ascensos o los largos tramos horizontales de entrada a los purgadores.
La cuidadosa consideración en el diseño de los métodos de calentamiento externos y la selección de los purgadores de vapor pueden generar beneficios de producción significativos, incluida una mejor viscosidad del producto y fiabilidad del transporte.




