ÍNDICE

PURGADORES - IDÉIAS BÁSICAS.......................................................................................................................2

Por que usar purgadores?............................................................................................................................2

O que é purgador?........................................................................................................................................2

O que um purgador deve e não deve fazer?.................................................................................................2

Termos importantes.....................................................................................................................................3

PURGADORES TERMOSTÁTICOS.......................................................................................................................3

Purgadores de fole.......................................................................................................................................3

Purgadores Bimetálicos................................................................................................................................4

PURGADORES MECÂNICOS...............................................................................................................................4

Purgadores de Balde Invertido.....................................................................................................................4

Purgadores de Esfera Flutuante...................................................................................................................6

PURGADORES TERMODINÂMICOS...................................................................................................................7

PURGADORES DE ORIFÍCIO...............................................................................................................................8

PURGADORES - IDÉIAS BÁSICAS

Por que usar purgadores?Para um sistema de vapor trabalhar eficientemente, ele deve ser protegido de três coisas:

Condensado Ar Gases não-condensáveis

O condensado é formado como um resultado da perda de calor do vapor. Quando o vapor perde parte de seu calor latente, uma parte dele se liquefaz formando o condensado. O condensado formado diminui a eficiência da transferência de calor no sistema e, por isso, deve ser removido.

O ar é um dos melhores isolantes térmicos existentes na natureza. Numa mistura ar/vapor, o ar irá diminuir a temperatura do vapor e prejudicará o funcionamento geral do sistema. Por esse motivo, o ar deve ser retirado do sistema por purgadores, possibilitando que o sistema funcione eficientemente.

Outros gases não-condensáveis, como dióxido de carbono, devem ser também expelidos do sistema por oxidarem e deteriorarem os equipamentos, além de poderem agir como isolantes, de forma similar ao ar.

O que é purgador? Um purgador é basicamente uma válvula que despeja condensado, ar e outros não condensáveis para fora do sistema, sem permitir que o vapor escape nesse processo.

Existem quatro categorias principais de purgadores:

Termostático Mecânico Termodinâmico Orifício de dreno

Suas características e funcionamento serão mostrados mais à frente.

O que um purgador deve e não deve fazer?Um bom purgador deve:

Descartar condensado, ar e outros gases não condensáveis Funcionar de maneira igual, para cargas de condensado em variadas pressões e temperaturas Ser a prova de congelamento, onde necessário Ser simples e resistente Ter poucas partes móveis Necessitar de pouca manutenção e de poucas trocas de seus componentes Trabalhar por longo tempo

Um bom purgador não deve:

Descartar vapor Falhar ou funcionar incorretamente se a pressão mudar Responder devagar aos estímulos Abrir frequentemente, brevemente ou por muito tempo Requerer ajuste constante ou reparos frequentes

Requerer variados modelos, variadas spare parts ou variados diâmetros para diferentes pressões de trabalho.

Termos importantesPara entender os princípios de operação dos purgadores, é necessário definir alguns termos:

Pressão de operação: pressão na entrada do purgador Back pressure: pressão na saída do purgador Pressão diferencial: diferença entre a pressão de operação e a back pressure Temperatura de operação: temperatura medida na entrada do purgador em condições de operação Temperatura máxima de operação: temperatura máxima permitida na entrada de um purgador em

particular (especificado pelo fabricante) Temperatura de saturação: temperatura em que o vapor é formado, a qual varia com a pressão Pressão máxima de operação: pressão máxima permitida na entrada de um purgador específico

(informado pelo fabricante)

PURGADORES TERMOSTÁTICOSComo o nome já diz, os purgadores termostáticos operam em resposta a temperatura a que são submetidos. Há dois tipos de purgadores termostáticos, os de fole e os bimetálicos.

Purgadores de fole De todos os purgadores, o purgador de fole é aquele que mais se aproxima da operação e da eficiência ideal, além de ser o mais econômico. Ele é de rápida atuação e não necessita de ajustes.

Funcionamento: esses purgadores são constituídos por apenas uma parte móvel, um fole de metal preenchido com líquido. Esse fole reage precisa e rapidamente a presença ou ausência de vapor.

Durante a inicialização e o aquecimento do processo, um vácuo no fole o mantém contraído, deixando a válvula aberta e permitindo que ar e não-condensáveis deixem o sistema (FIGURA 13).

Na sequência, o condensado que chega é descarregado (FIGURA 14). Quando o vapor atinge o purgador, o calor que ele contém irá ser transmitido ao líquido dentro do fole que irá vaporizar, fechando a válvula (FIGURA 15).

Nessa temperatura, a do vapor, a válvula irá manter-se fechada indefinidamente. Ela só abrirá quando condensado, ar e/ou algum não-condensável a menor temperatura a fizer retrair e, logo depois, abrir.

Quando vapor entrar novamente no purgador, o fole volta a se estender instantaneamente, enquadrando o vapor.

Os purgadores de fole, diferentemente dos purgadores de disco, são dispositivos sensíveis à temperatura em vez de serem dispositivos cíclicos. Nesse tipo de purgador, não há possibilidade de o ar ser confundido com vapor, perdendo energia, pois o fole só se move quando há mudanças na mudanças na temperatura. E, também, ao contrário dos purgadores de balde, os de fole não necessitam variar o tamanho de suas válvulas e sedes quando a pressão varia.

Purgadores BimetálicosFuncionamento: eles funcionam como as tiras bimetálicas presentes nos termostatos, usam a expansão desigual de dois metais para produzir o movimento que abre e fecha a válvula do purgador.

Quando o condensado mais frio do que o vapor toca o disco bimetálico, o disco relaxa. Assim, a pressão de entrada força a válvula e a abre, permitido o fluxo do condensado (FIGURA 16).

Quando o vapor entra no purgador e aquece os discos bimetálicos, os discos expandem forçando a válvula contra a sede impedindo a saída do vapor (FIGURA 17).

Os purgadores de disco bimetálico são simples e seguros em ambas as direções. Entretanto, o dispositivo apresenta um atraso embutido, devido a sua forma de funcionamento que o faz inerentemente lento. Além disso, eles não mantém sua dimensões originais por longo tempo, porque os elementos tendem a tomar formas diferentes com o uso. Essas deformações requerem constantes ajustes para o correto funcionamento.

PURGADORES MECÂNICOS Há dois tipos de purgadores mecânicos, os de balde invertido e os de esfera flutuante.

Purgadores de Balde InvertidoOs purgadores de balde invertido, como o nome sugere, operam como um balde de cabeça para baixo na água.

Funcionamento: Durante o começo da operação, o purgador é preenchido com água, estando o balde (A) no fundo do purgador e a válvula (B) completamente aberta, permitindo o completo fluxo de condensado para fora (FIGURA 1).

O ar que entrou no balde, e lá ficou preso, escapa através de um respiradouro (orifício de ventilação) (C). Em alguns baldes, um orifício adicional é controlado por uma tira bimetálica. O orifício é mantido fechado pela atuação do vapor sobre a tira bimetálica. Portanto, o respiradouro só funciona no instante inicial da operação, motivo pelo qual a capacidade do purgador de balde descartar ar é limitada.

Num determinado instante, o vapor a alta temperatura entra no balde. A entrada de vapor faz o balde flutuar e, por consequência, fechar a válvula (B) (FIGURA 13). Entretanto, qualquer condensado entrando no purgador é forçado para dentro do balde. Com isso, o balde perde sua capacidade de boiar e volta para o fundo do aparelho. Esse movimento do balde reabre a válvula o que permite a descarga do nova carga de condensado.

O purgador de balde é resistente e confiável, entretanto, ar acumulado no balde pode travá-lo fazendo com que condensado retorne para a linha. Além disso, ele pode proporcionar perda de calor caso ele pare de funcionar corretamente (veja figura 4).

Como o funcionamento de purgadores de balde é baseado numa força fixa, a massa do balde e os orifícios de descarga devem ser dimensionados para determinada pressão. Um exemplo, um balde dimensionado para operar sob uma pressão de 50 psig, não irá funcionar caso seja submetido a uma pressão de 150 psig.

Purgadores de Esfera FlutuanteOs purgadores de esfera flutuante são fabricados em variados tamanhos, formas e configurações. O mais comumente usado (para serviço em vapor) é uma junção do flutuante com o termostático, F & T. Purgadores F & T combinam a excelente capacidade de ventilação de ar do purgador termostático com a boa capacidade de controle do nível de líquido de um purgador de esfera flutuante.

Funcionamento: Durante o início da operação, antes de o condensado atingir o purgador, o elemento termostático está completamente aberto para permitir a saída do ar. Enquanto isso, a esfera se mantém no fundo sobre a sede.

Conforme o condensado a alta temperatura e o vapor chegam ao purgador, o elemento termostático expande fechando a saída de ar. O condensado que vai ao fundo faz a esfera flutuar, retirando-a de cima da sede e permitindo que o condensado flua para fora do purgador.

Conforme a taxa de formação de condensado diminui, a esfera desce para mais próxima da sede e o fluxo de saída do condensado também decresce. A flutuação da esfera permite que se mantenha uma vedação de líquido abaixo dela própria que impede que o vapor escape pelo local de descarte de condensado.

Assim como os purgadores de balde invertido, os F & T se baseiam numa força fixa para atuarem (o empuxo da bóia). No caso desse tipo de purgador, os orifícios de descarga devem ser dimensionados pela pressão diferencial que o purgador está sob. Usar um purgador termostático flutuante para baixa pressão em uma situação onde a pressão é alta fará o purgador travar.

Comparação: Uma interessante comparação entre o purgador de balde invertido e o flutuante e termostático avalia o tipo do ciclo de descarga. Um purgador F & T tende a descarregar condensado continuamente enquanto um de balde invertido descarrega em ciclos onde em alguns instantes ele está aberto permitindo que o condensado flua para fora e em outros ele está fechado vedando qualquer saída de vapor.

PURGADORES TERMODINÂMICOSEssencialmente, um purgador termodinâmico é um dispositivo que opera por ciclos de tempo e que responde a desequilíbrios de pressão sentidos por um dispositivo que funcione como uma válvula, normalmente um disco.

Funcionamento: A pressão gerada pelo ar ou pelo condensado eleva o disco possibilitando o fluxo pelo purgador.

Quando o vapor chega à entrada do dispositivo, sua entrada em alta velocidade diminui a pressão embaixo do disco. Nesse momento, uma parte de condensado transformado em vapor flash é soprado para a câmara acima do disco, forçando o disco para baixo.

O fluxo de saída do purgador é interrompido quando a câmara contém pressão suficiente para abaixar completamente o disco. Durante o funcionamento, uma diminuição na pressão da câmara permite que a pressão de entrada do purgador levante o disco e reabra o dispositivo.

A diminuição da pressão na câmara só devia ser causada pela presença do condensado mais frio. Entretanto, devido aos seus desenhos, em muitos purgadores termodinâmicos, especialmente em condições frias e/ou úmidas, a câmara pode resfriar prematuramente causando ciclos impróprios ou frequentes, além de permitir perda de vapor e causar desgaste prematuro. Alguns purgadores TD possuem uma camada de vapor isolante em sua câmara para impossibilitar que o funcionamento seja afetado pelas condições ambientes. Este tipo de purgador também está sujeito a reter água. Caso a câmara seja preenchida com água, o disco falhará não conseguindo abrir e retendo condensado.

Esse purgador é, também, muito sensível à sujeira o que pode fazer o purgador falhar devido à incapacidade de vedação.

PURGADORES DE ORIFÍCIOOs purgadores de orifício são projetados como dispositivos de fluxo contínuo. Eles retiram condensado, ar e gases não-condensáveis do sistema com perda mínima de vapor.

O tamanho do orifício é fixo e é calculado, para uma determinada aplicação, para que se descarregue uma carga máxima de condensado, permitindo a maior eficiência térmica possível.

Aproximadamente 10 a 25% do condensado descartado a alta temperatura se transforma em vapor flash na saída do orifício, durante uma queda constante de pressão. Esse efeito de formação de vapor flash restringe o fluxo de vapor saturado. Em condições reais, uma porcentagem mínima de vapor, em massa, é descartada juntamente com o condensado, já que o volume específico do vapor é relativamente grande quando comparado com o do condensado.

A passagem do fluido pelo orifício é altamente turbulenta. A perda de vapor calculada para o início das operações normalmente se mantém constante durante toda a vida útil do purgador, de 10 anos para mais.

No caso desse dispositivo, um fator decisivo para um desempenho eficiente é o correto dimensionamento do orifício. Quando o dimensionamento é corretamente realizado, podem-se alcançar eficiências de até 98%.

Apesar de poderem ser utilizados em todas as pressões, os purgadores de orifício funcionam melhor quando o fluido é vapor saturado ou superaquecido a pressão igual ou superior a 250 psig.