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28 de Fevereiro de 2020
Carolina Malaquias, 2016218891
Catarina Neto Costa, 2016236791

Purgador de vapor

O que é/para que serve?[1][2]

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.

O purgador de vapor apresenta benefícios para o processo, sendo estes os seguintes:

  • Redução dos custos de combustível
  • Poupança energética
  • Redução da água utilizada
  • Custos reduzidos de tratamento químico
  • Custos reduzidos de efluentes

História dos Purgadores de Vapor[3]

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.

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.

Purgadores de Vapor

Evolução Cronológica dos Purgadores de Vapor

Período Tipo de Purgador Descrição
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).
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.
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.
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.
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.

Figura 1. Evolução cronológica dos purgadores de vapor.

Que tipos de purgadores de vapor existem? E quais as suas características?

Tipo de Purgador Características
Purgador de vapor termodinâmico • Manter o desempenho ideal do processo
• Melhor opção para a drenagem da rede de vapor dada a simplicidade, longa vida útil e construção robusta do purgador.
Purgador de vapor mecânico • Manter o desempenho ideal do processo
• 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.
Purgador de vapor termostático • Utilizar a energia calorífica no condensado
• 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.

Figura 2. Tipos e breve caracterização dos purgadores de vapor.

Purgador de vapor termodinâmico

Como funciona?

  1. A pressão à entrada eleva o disco e o condensado resfriado e assim o ar é descarregado.
  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.
  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.
  4. Através da condensação do vapor, a pressão na câmara é reduzida e o disco é novamente elevado. Este ciclo é então repetido.

Características e benefícios:

  • ➔ O condensado que é removido encontra-se a uma temperatura próxima da temperatura do vapor garantindo máxima eficiência;
  • ➔ O disco garante uma manutenção mínima sem necessitar de remover da linha do processo;
  • ➔ Compacto e leve, o que reduz os custos de instalação;
  • ➔ O disco e o assento apresentam longa vida útil;
  • ➔ A armadilha abrange uma ampla gama de pressões de operação, facilitando a seleção e substituição;
  • ➔ A tampa isolante é resistente a baixas temperaturas ambiente e/ou ambientes húmidos.

Purgador de vapor mecânico

  • ♦ Boia livre

Como funciona?

  1. Um ventilador termostático faz com que o ar desvie a válvula principal.
  2. Quando o condensado atinge a armadilha, a boia eleva-se e deste modo a alavanca abre a válvula principal.
  3. Quando chega o vapor a boia cai e fecha a válvula principal.
  4. À medida que o vapor condensa, a boia sobe o que leva à libertação do condensado.

Características e benefícios:

  • ➔ Descarga imediata do condensado;
  • ➔ Eficiente com cargas leves e pesadas, sem passagem de vapor vivo;
  • ➔ Não é afetado por flutuações repentinas de pressão ou caudal;
  • ➔ Interior em aço inoxidável pelo que pode operar com condensado corrosivo;
  • ➔ Construção robusta para garantir vida útil longa.

♦ Balde invertido

Como funciona?

  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.
  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.
  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.
  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.

Características e benefícios:

  • Construção simples e robusta de modo a garantir uma vida útil longa do martelo hidráulico;
  • Próprio para condições de superaquecimento quando está instalado com uma válvula de retenção de entrada interna;
  • Descarga do condensado contínua e o seu backup mínimo permite máxima eficiência.

Purgador de vapor termostático

♦ Pressão equilibrada

Como funciona?

  1. Ar frio e condensado entram na armadilha. A cápsula está fria, a válvula está aberta então o ar e o condensado são removidos.
  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.
  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.

Diagramas:

Balde invertido:

1 2 3 4
Balde invertido etapa 1 Balde invertido etapa 2 Balde invertido etapa 3 Balde invertido etapa 4

Purgador de vapor termostático:

1 2 3
Purgador etapa 1 Purgador etapa 2 Purgador etapa 3

Características e benefícios:

  • O condensado sai abaixo da temperatura de saturação do vapor utilizando assim o calor sensível no condensado e reduzindo as perdas de vapor instantâneo;
  • Remove automaticamente o ar e outros gases que não condensam de forma a ajudar a aquecer rapidamente;
  • Ajusta-se automaticamente a variações de pressão do vapor até a pressão máxima de operação;
  • Interior em aço inoxidável pelo que aumenta a vida útil e reduz a manutenção.

♦ Bimetálico

Como funciona?

  1. O elemento bimetálico encontra-se relaxado e a válvula está aberta. Sendo imediatamente removidos o condensado frio e o ar.
  2. O condensado quente ao atravessar a armadilha aquece o elemento bimetálico o que leva a válvula a deslocar-se em direção ao assento.
  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.

Características e benefícios:

  • O condensado sai abaixo da temperatura de saturação do vapor utilizando assim o calor sensível no condensado e reduzindo as perdas de vapor instantâneo;
  • Remove automaticamente o ar e outros gases que não condensam de forma a ajudar a aquecer rapidamente;
  • Os elementos bimetálicos conseguem trabalhar numa ampla gama de pressões de vapor;

Bibliografia:

  1. https://www.tlv.com/global/BR/steam-theory/what-is-a-steam-trap.html (consultado a 21 de fevereiro de 2020)
  2. Apontamentos de Instalações e Equipamentos Industriais, José Góis, 2018/2019, “Steam trapping overview”, Spirax Sarco.
  3. https://www.tlv.com/global/BR/steam-theory/history-of-steam-traps-pt1.html (consultado a 21 de fevereiro de 2020)

Vídeos: