# Purgadores de vapor **Carolina Malaquias, 2016218891** **Catarina Neto Costa, 2016236791** **Ana Rute Silva Vieira, 2017243364** **Joana Patrícia Jesus Moreira, 2017242406 ** --- # Purgador de vapor ## O que é/para que serve?<sup>[1][2]</sup> 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<sup>[3]</sup> 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<br>• 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<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. | | **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. | **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.  ## Bóia 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. ## 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;  ### Purgador Termodinâmico de Labirinto #### Constituição O purgador termodinâmico de labirinto, é constituído por: - **A** – Válvula ajustável; - **B** – Compartimentos; - **C** – Placas defletoras. #### Funcionamento<sup>[6]</sup> 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. #### Vantagens<sup>[3]</sup> - É comparativamente pequeno em relação à sua capacidade. - As falhas mecânicas têm pouca probabilidade de ocorrência, uma vez que não existem peças automáticas. #### Desvantagens<sup>[3]</sup> - Deve ser ajustado manualmente sempre que houver uma variação significativa na pressão do vapor ou na carga de condensado. - 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).  ## Purgador Termodinâmico de Orifício Fixo ### Constituição 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.<sup>[7]</sup> 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.<sup>[6]</sup> ### Funcionamento 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.<sup>[8]</sup> **Corrosão e vida útil do purgador** 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.<sup>[6]</sup> ### Vantagens<sup>[3]</sup> - Pode ser usado com sucesso quando as pressões e cargas são constantes. - Não existem peças móveis. ### Desvantagens<sup>[3]</sup> - 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. - 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. - Frequentemente bloqueados com resíduos devido ao pequeno tamanho do orifício. - 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. **Observação:** Purgadores de orifício fixo não são recomendados para escoar condensado de qualquer aplicação suscetível a condições de carga de condensado variável.  <sup>[8]</sup> ### Benefícios do purgador termodinâmico em sistemas de vapor<sup>[4]</sup> - Construção robusta para garantir vida longa mesmo com vapor reaquecido, golpe de aríete, gelo e vibrações. - Descarga com fecho total. - Apenas uma parte móvel, um disco de aço inoxidável, garante a operação correta e manutenção mínima. - O disco dá um som audível quando se fecha com o que pode verificar a operação na própria linha. - Tela embutida para garantir a proteção das faces do assento. - Assento substituível, que permite uma manutenção rápida e fácil. - Eles cumprem integralmente os requisitos da Diretiva Europeia de Equipamentos de Pressão 97 / 23 / EC. --- ### Aplicações mais comuns do purgador termodinâmico<sup>[4]</sup> - **Remoção de condensado em linhas de vapor de alta pressão:** 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. - **Escoamento da turbina:** 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. ## Bibliografia: [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) [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](https://www.tlv.com/global/BR/steam-theory/history-of-steam-traps-pt1.html) (consultado a 21 de fevereiro de 2020) [4] [https://www.cooneybrothers.com/steam-trap-applications](https://www.cooneybrothers.com/steam-trap-applications) (consultado em 27/02/2021) [5] [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) [6] [https://www.engstack.com/kb/piston-steam-traps/](https://www.engstack.com/kb/piston-steam-traps/) (consultado em 27/02/2021) [7] [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) [8] [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) --- ### Vídeos : - Mecânico do tipo boia: [https://www.youtube.com/watch?v=SwCH2AsYW5U](https://www.youtube.com/watch?v=SwCH2AsYW5U) - Termodinâmico: [https://www.youtube.com/watch?v=EA6NO0k-qoQ](https://www.youtube.com/watch?v=EA6NO0k-qoQ) - Termostático: [https://www.youtube.com/watch?v=Qk0cUaIj19A](https://www.youtube.com/watch?v=Qk0cUaIj19A) - [https://www.youtube.com/watch?v=EA6N00k-qoQ](https://www.youtube.com/watch?v=EA6N00k-qoQ) (Purgador termodinâmico do tipo disco) - [https://www.youtube.com/watch?v=8IgGltXLTcM](https://www.youtube.com/watch?v=8IgGltXLTcM) (Purgador termodinâmico do tipo impulso) - [https://www.youtube.com/watch?v=FzCnSEs4S0E](https://www.youtube.com/watch?v=FzCnSEs4S0E) (Purgador termodinâmico de orifício fixo)