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58daa4 Carla Pinto 2025-03-11 11:00:04
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# Purgadores de vapor
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**Carolina Malaquias, 2016218891**
4bc6c2 Carla Pinto 2025-03-11 11:12:37
4
**Catarina Neto Costa, 2016236791**
bc94aa Carla Pinto 2025-03-11 14:49:32
5
**Ana Rute Silva Vieira, 2017243364**
6
**Joana Patrícia Jesus Moreira, 2017242406 **
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# Purgador de vapor
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## O que é/para que serve?[1][2]
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O purgador de vapor é uma válvula automática que remove o condensado de um processo que contenha vapor de modo a este ser reutilizado. O vapor que se forma no processo quando atinge o seu calor latente condensa. O condensado não tem as mesmas propriedades do vapor pelo que deve ser removido rapidamente. Deste modo, poupa-se em termos energéticos e aumenta-se a eficiência do processo.
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O purgador de vapor apresenta benefícios para o processo, sendo estes os seguintes:
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- Redução dos custos de combustível
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- Poupança energética
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- Redução da água utilizada
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- Custos reduzidos de tratamento químico
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- Custos reduzidos de efluentes
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## História dos Purgadores de Vapor[3]
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A remoção de condensado de um dado processo era realizada manualmente através de uma válvula resultando de uma baixa eficiência uma vez que parte do vapor do sistema também era removido e acabava por ser uma operação inconveniente e desconfortável para o operador o que levou à criação de válvulas automáticas para este propósito que mais tarde seriam os purgadores de vapor.
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O primeiro purgador de vapor foi desenvolvido na primeira metade do século XVIII e designa-se purgador de vapor do tipo balde. De seguida, no ano 1860 surgiu o purgador do tipo metal expansível e mais tarde, em 1930 o purgador do tipo impulso. Por fim, em 1940 elaborou-se o purgador com que estamos acostumados nos dias de hoje, do tipo disco. Em 1966 foi produzido o purgador mais recente que é do tipo bimetálico.
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## Purgadores de Vapor
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### Evolução Cronológica dos Purgadores de Vapor
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| Período | Tipo de Purgador | Descrição |
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|---------|------------------|-----------|
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| **XVIII** | **Purgador de Vapor do Tipo Balde** | Válvula no topo abre e fecha de modo a remover o condensado através da flutuação do balde cilíndrico. Nos primeiros purgadores deste tipo o topo do "balde" ficava aberto, o contrário com o que se apresenta na figura ao lado (tipo balde invertido). |
40
| **1860** | **Purgador de Vapor do Tipo Metal Expansível** | Consiste num elemento bimetálico em que os dois metais apresentam diferentes coeficientes térmicos de expansão. Ao variar a temperatura, a configuração do elemento bimetálico irá alterar-se de acordo com a abertura e o fecho da válvula e remoção do condensado. |
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| **1930** | **Purgador de Vapor do Tipo Impulso** | Neste tipo de purgador, existe um parafuso que é usado para definir a quantidade de vapor que flui através da válvula do pistão e a quantidade de vapor que flui para fora do orifício existente na parte superior do pistão. O movimento ascendente e descendente deste pistão permite o escoamento e condensação do vapor. |
42
| **1940** | **Purgador de Vapor do Tipo Disco** | A abertura e o fecho da válvula do disco são realizadas através da variação de pressão na zona superior da mesma válvula. |
43
| **1966** | **Purgador de Vapor do Tipo Boia Livre** | Neste tipo de purgador as boias funcionam como uma válvula. Embora o tamanho da abertura da válvula varie de acordo com a força de impulso que exerce na boia, a remoção do condensado é contínua. |
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**Figura 1.** Evolução cronológica dos purgadores de vapor.
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### Que tipos de purgadores de vapor existem? E quais as suas características?
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| Tipo de Purgador | Características |
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| **Purgador de vapor termodinâmico** | • Manter o desempenho ideal do processo<br>• Melhor opção para a drenagem da rede de vapor dada a simplicidade, longa vida útil e construção robusta do purgador. |
54
| **Purgador de vapor mecânico** | • Manter o desempenho ideal do processo<br>• Ideais para processos em que o condensado deve ser removido no momento em que se forma, de modo a prevenir contra a variação de temperatura, visto que levaria a problemas como deterioração do produto e aquecimento inadequado. |
55
| **Purgador de vapor termostático** | • Utilizar a energia calorífica no condensado<br>• Recomendado para aplicações em que é desejável utilizar o calor no condensado, como a esterilização. Solução ideal, uma vez que o purgador não abre até que a temperatura do condensado seja inferior à temperatura do vapor saturado. Permitindo assim que o calor no condensado seja utilizado antes de ser drenado, o que reduz as perdas de vapor instantâneo e pode ajudar a reduzir os custos de operação. |
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**Figura 2.** Tipos e breve caracterização dos purgadores de vapor.
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## Purgador de vapor termodinâmico
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### Como funciona?
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1. A pressão à entrada eleva o disco e o condensado resfriado e assim o ar é descarregado.
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2. O condensado quente flui através da armadilha libertando vapor instantâneo. A elevada velocidade do escoamento cria uma área de baixa pressão sob o disco e puxa-o para o assento.
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3. Simultaneamente, há uma elevação da pressão do vapor flash na câmara sobre o disco, forçando-o contra a pressão do condensado de entrada até que assente no anel interno e feche a entrada. Além disso, o disco assenta no anel externo e mantém a pressão na câmara.
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4. Através da condensação do vapor, a pressão na câmara é reduzida e o disco é novamente elevado. Este ciclo é então repetido.
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70
### Características e benefícios:
71
- ➔ O condensado que é removido encontra-se a uma temperatura próxima da temperatura do vapor garantindo máxima eficiência;
72
- ➔ O disco garante uma manutenção mínima sem necessitar de remover da linha do processo;
73
- ➔ Compacto e leve, o que reduz os custos de instalação;
74
- ➔ O disco e o assento apresentam longa vida útil;
75
- ➔ A armadilha abrange uma ampla gama de pressões de operação, facilitando a seleção e substituição;
76
- ➔ A tampa isolante é resistente a baixas temperaturas ambiente e/ou ambientes húmidos.
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## Purgador de vapor mecânico
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- **♦ Boia livre**
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### Como funciona?
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1. Um ventilador termostático faz com que o ar desvie a válvula principal.
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2. Quando o condensado atinge a armadilha, a boia eleva-se e deste modo a alavanca abre a válvula principal.
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3. Quando chega o vapor a boia cai e fecha a válvula principal.
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4. À medida que o vapor condensa, a boia sobe o que leva à libertação do condensado.
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### Características e benefícios:
91
- ➔ Descarga imediata do condensado;
92
- ➔ Eficiente com cargas leves e pesadas, sem passagem de vapor vivo;
93
- ➔ Não é afetado por flutuações repentinas de pressão ou caudal;
94
- ➔ Interior em aço inoxidável pelo que pode operar com condensado corrosivo;
95
- ➔ Construção robusta para garantir vida útil longa.
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## ♦ Balde invertido
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### Como funciona?
102
1. O peso do balde permite que o condensado flua ao redor do fundo do balde e saia da armadilha, dado que o balde mantém a válvula fora do seu assento.
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2. O vapor ao entrar na zona inferior do balde, impulsiona-o e o balde sobe. Resultando assim no fecho da válvula principal devido às forças de fluxo.
104
3. O balde irá descer após o vapor se condensar devido às perdas de radiação e de vapor pela ventilação. Quando este desce a válvula é puxada para o assento e o ciclo é então repetido.
105
4. Independentemente do ar que alcança a armadilha, o balde irá ser impulsionado o que permite o fecho da válvula. O pequeno orifício de ventilação na zona superior do balde leva o ar diretamente até ao topo da armadilha.
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### Características e benefícios:
108
- Construção simples e robusta de modo a garantir uma vida útil longa do martelo hidráulico;
109
- Próprio para condições de superaquecimento quando está instalado com uma válvula de retenção de entrada interna;
110
- Descarga do condensado contínua e o seu backup mínimo permite máxima eficiência.
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## Purgador de vapor termostático
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### ♦ Pressão equilibrada
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### Como funciona?
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1. Ar frio e condensado entram na armadilha. A cápsula está fria, a válvula está aberta então o ar e o condensado são removidos.
120
2. Quando o condensado começa a aproximar-se da temperatura do vapor a cápsula aquece. O líquido ferve e a pressão de vapor que atua no diafragma empurra a válvula em direção ao seu assento, fechando-a de modo a que o vapor não seja perdido.
121
3. À medida que o condensado arrefece dentro da armadilha, o vapor que lá se encontra condensa o que leva à diminuição da pressão da cápsula. Deste modo, a válvula reabre e o condensado é removido.
122
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### Diagramas:
126
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#### Balde invertido:
128
<table>
129
<tr>
130
<td>1</td>
131
<td>2</td>
132
<td>3</td>
133
<td>4</td>
134
</tr>
135
<tr>
136
<td><img src="diagram1.png" alt="Balde invertido etapa 1"></td>
137
<td><img src="diagram2.png" alt="Balde invertido etapa 2"></td>
138
<td><img src="diagram3.png" alt="Balde invertido etapa 3"></td>
139
<td><img src="diagram4.png" alt="Balde invertido etapa 4"></td>
140
</tr>
141
</table>
142
143
#### Purgador de vapor termostático:
144
<table>
145
<tr>
146
<td>1</td>
147
<td>2</td>
148
<td>3</td>
149
</tr>
150
<tr>
151
<td><img src="diagram5.png" alt="Purgador etapa 1"></td>
152
<td><img src="diagram6.png" alt="Purgador etapa 2"></td>
153
<td><img src="diagram7.png" alt="Purgador etapa 3"></td>
154
</tr>
155
</table>
156
157
---
158
159
160
## Características e benefícios:
161
- O condensado sai abaixo da temperatura de saturação do vapor utilizando assim o calor sensível no condensado e reduzindo as perdas de vapor instantâneo;
162
- Remove automaticamente o ar e outros gases que não condensam de forma a ajudar a aquecer rapidamente;
163
- Ajusta-se automaticamente a variações de pressão do vapor até a pressão máxima de operação;
164
- Interior em aço inoxidável pelo que aumenta a vida útil e reduz a manutenção.
165
166
---
167
168
### ♦ Bimetálico
169
170
#### Como funciona?
171
1. O elemento bimetálico encontra-se relaxado e a válvula está aberta. Sendo imediatamente removidos o condensado frio e o ar.
172
2. O condensado quente ao atravessar a armadilha aquece o elemento bimetálico o que leva a válvula a deslocar-se em direção ao assento.
173
3. O condensado quente é removido fazendo com que o elemento bimetálico feche a válvula. Quando não há fluxo na armadilha, o condensado arrefece relaxando o elemento bimetálico e a pressão a montante abre a válvula. O condensado é removido e o ciclo repete-se.
174
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---
176
177
## Características e benefícios:
178
- O condensado sai abaixo da temperatura de saturação do vapor utilizando assim o calor sensível no condensado e reduzindo as perdas de vapor instantâneo;
179
- Remove automaticamente o ar e outros gases que não condensam de forma a ajudar a aquecer rapidamente;
180
- Os elementos bimetálicos conseguem trabalhar numa ampla gama de pressões de vapor;
181
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### ♦ Purgador Termodinâmico de Labirinto
184
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#### Constituição
186
![Figura 3 - Esquema de um Purgador Termodinâmico de Labirinto.](#)
187
188
O purgador termodinâmico de labirinto, Figura 3, é constituído por:
189
- **A** – Válvula ajustável;
190
- **B** – Compartimentos;
191
- **C** – Placas defletoras.
192
193
#### Funcionamento<sup>[7]</sup>
194
O condensado quente que passa entre o primeiro defletor e o corpo do purgador está sujeito a uma queda de pressão e parte deste condensado transforma-se em vapor. O espaço ao redor do próximo defletor tem de lidar com um volume maior de condensado quente e evitar a fuga de vapor vivo. As placas defletoras podem ser movidas para dentro ou para fora utilizando a válvula ajustável, o que altera a sua posição em relação ao corpo, alterando assim o tamanho geral do orifício.
195
196
#### Vantagens<sup>[4]</sup>
197
- É comparativamente pequeno em relação à sua capacidade.
198
- As falhas mecânicas têm pouca probabilidade de ocorrência, uma vez que não existem peças automáticas.
199
200
#### Desvantagens[4]
201
- Deve ser ajustado manualmente sempre que houver uma variação significativa na pressão do vapor ou na carga de condensado.
202
- Se a configuração não for adequada para as condições dominantes, ocorrerá perda de vapor ou inundação do espaço de vapor (como um purgador de orifício fixo).
203
204
## Purgador Termodinâmico de Orifício Fixo
205
206
### Constituição
207
Um purgador termodinâmico de orifício fixo, Figura 4, consiste numa placa de metal fina com um orifício de pequeno diâmetro perfurado nesta. Esta é instalada no local apropriado entre dois flanges adjacente.[8]
208
209
Os orifícios fixos são, geralmente, dimensionados em condições de funcionamento, de modo a reter o condensado suficiente e não deixar passar vapor. Se assim for, na inicialização, eles são sobredimensionados num grau maior e o espaço de vapor tem uma boa chance de inundação.[7]
210
211
![Figura 4 - Esquema de um Purgador Termodinâmico de orifício fixo.](#)
212
213
### Funcionamento
214
O condensado que se acumula na placa do orifício é continuamente removido conforme a pressão do vapor força o condensado a fluir através do orifício. Durante as condições em que não existe condensado, uma quantidade limitada de vapor flui pelo orifício.[8]
215
216
**Corrosão e vida útil do purgador**
217
O alagamento contínuo aumenta significativamente o risco de corrosão no espaço de vapor. Não é incomum descobrir que, após a instalação de purgadores de orifício fixos, a vida útil deste é reduzida, abaixo do que pode ser esperado com purgadores de vapor adequados.[7]
218
219
### Vantagens[4]
220
- Pode ser usado com sucesso quando as pressões e cargas são constantes.
221
- Não existem peças móveis.
222
223
### Desvantagens[4]
224
- Se forem dimensionados na carga em funcionamento, os purgadores de orifícios fixos alagam-se na inicialização, reduzindo o desempenho deste nesse período e aumentando assim os tempos de inicialização e o risco de corrosão.
225
- Se forem dimensionados na carga inicial, os purgadores de orifício fixo desperdiçam vapor quando o purgador estiver a funcionar, aumentando assim os custos de operação.
226
- Frequentemente bloqueados com resíduos devido ao pequeno tamanho do orifício.
227
- O custo de substituir um trocador de calor devido à corrosão será muito maior do que o custo de substituir o purgador de orifício fixo por um purgador de vapor.
228
229
**Observação:** Purgadores de orifício fixo não são recomendados para escoar condensado de qualquer aplicação suscetível a condições de carga de condensado variável.
230
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### Benefícios do purgador termodinâmico em sistemas de vapor[5]
234
- Construção robusta para garantir vida longa mesmo com vapor reaquecido, golpe de aríete, gelo e vibrações.
235
- Descarga com fecho total.
236
- Apenas uma parte móvel, um disco de aço inoxidável, garante a operação correta e manutenção mínima.
237
- O disco dá um som audível quando se fecha com o que pode verificar a operação na própria linha.
238
- Tela embutida para garantir a proteção das faces do assento.
239
- Assento substituível, que permite uma manutenção rápida e fácil.
240
- Eles cumprem integralmente os requisitos da Diretiva Europeia de Equipamentos de Pressão 97 / 23 / EC.
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### Aplicações mais comuns do purgador termodinâmico[5]
245
- **Remoção de condensado em linhas de vapor de alta pressão:**
246
Os purgadores termodinâmicos são a escolha certa para o escoamento de linhas de vapor de alta pressão devido à sua simplicidade, longa vida útil e construção robusta. Eles eliminam o condensado do sistema assim que é formado, evitando o perigo potencial de golpe de aríete.
247
248
- **Escoamento da turbina:**
249
O purgador termodinâmico é a única escolha para turbinas de vapor. Este purgador remove rapidamente e eficientemente o condensado na entrada, evitando assim possíveis danos às pás da turbina produzidas pelo condensado.
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## Bibliografia:
253
1. [https://www.tlv.com/global/BR/steam-theory/what-is-a-steam-trap.html](https://www.tlv.com/global/BR/steam-theory/what-is-a-steam-trap.html) (consultado a 21 de fevereiro de 2020)
254
2. Apontamentos de Instalações e Equipamentos Industriais, José Góis, 2018/2019, “Steam trapping overview”, Spirax Sarco.
255
3. [https://www.tlv.com/global/BR/steam-theory/history-of-steam-traps-pt1.html](https://www.tlv.com/global/BR/steam-theory/history-of-steam-traps-pt1.html) (consultado a 21 de fevereiro de 2020)
256
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257
[4] [https://www.cooneybrothers.com/steam-trap-applications](https://www.cooneybrothers.com/steam-trap-applications) (consultado em 27/02/2021)
258
[6] [https://pt.vaporparalaindustria.com/tipos-de-bombas-de-condensado-para-sistemas-de-vapor-industrial/](https://pt.vaporparalaindustria.com/tipos-de-bombas-de-condensado-para-sistemas-de-vapor-industrial/) (consultado em 24/02/2021)
259
[7] [https://www.engstack.com/kb/piston-steam-traps/](https://www.engstack.com/kb/piston-steam-traps/) (consultado em 27/02/2021)
260
[8] [https://www.spiraxsarco.com/learn-about-steam/steam-traps-and-steam-trapping/thermodynamic-steam-traps](https://www.spiraxsarco.com/learn-about-steam/steam-traps-and-steam-trapping/thermodynamic-steam-traps) (consultado em 27/02/2021)
261
[9] [https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/05/f15/orificetraps.pdf](https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/05/f15/orificetraps.pdf) (consultado em 27/02/2021)
262
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265
### Vídeos :
266
- Mecânico do tipo boia: [https://www.youtube.com/watch?v=SwCH2AsYW5U](https://www.youtube.com/watch?v=SwCH2AsYW5U)
267
- Termodinâmico: [https://www.youtube.com/watch?v=EA6NO0k-qoQ](https://www.youtube.com/watch?v=EA6NO0k-qoQ)
268
- Termostático: [https://www.youtube.com/watch?v=Qk0cUaIj19A](https://www.youtube.com/watch?v=Qk0cUaIj19A)
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269
- [https://www.youtube.com/watch?v=EA6N00k-qoQ](https://www.youtube.com/watch?v=EA6N00k-qoQ) (Purgador termodinâmico do tipo disco)
270
- [https://www.youtube.com/watch?v=8IgGltXLTcM](https://www.youtube.com/watch?v=8IgGltXLTcM) (Purgador termodinâmico do tipo impulso)
271
- [https://www.youtube.com/watch?v=FzCnSEs4S0E](https://www.youtube.com/watch?v=FzCnSEs4S0E) (Purgador termodinâmico de orifício fixo)