Purgador de vapor termostático

2024年7月1日 Roberto Magalhães

O que é um purgador termostático?

Um purgador termostático é um purgador de vapor que utiliza o conceito da diferença de temperatura entre o vapor, o condensado frio e o ar. Neste tipo de purgador, o vapor aumenta a pressão em um elemento termostático. Isto faz com que o purgador termostático feche. Quando os gases não condensáveis e os gases condensados se acumulam no sistema de refrigeração, a temperatura começa a cair e o elemento termostático abre uma válvula. A quantidade de condensado acumulado antes do purgador termostático depende da pressão do vapor, das condições de carga e do tamanho do tubo. Um purgador termostático também é usado para extrair o ar de um sistema de vapor. À medida que o ar é coletado, a temperatura cai e um respiradouro libera automaticamente o ar em temperaturas ligeiramente abaixo da temperatura do vapor em toda a faixa de pressão operacional. Os purgadores termostáticos estão disponíveis como elementos wafer ou foles de pressão balanceada. Esses purgadores de vapor são feitos de vários materiais, como aço carbono, aço inoxidável e bronze. Purgadores de vapor termostáticos são usados para lidar com cargas leves de condensado.

Figura: Purgador de vapor termostático.

Como funciona um purgador termostático?

Um purgador termostático pode operar com foles de pressão balanceados. Neste caso, o purgador começa a funcionar forçando primeiro o ar e o condensado através do purgador antes do vapor. O elemento termostático é totalmente contraído e ao mesmo tempo a válvula é mantida aberta até o ponto em que o vapor se aproxima do purgador. Quando a temperatura no purgador termostático aumenta, o elemento carregado aquece imediatamente, aumentando a pressão do vapor no interior. Como a pressão no elemento corresponde à pressão do sistema do corpo do pára-raios, o elemento expande e fecha a válvula. Quando a temperatura interna do purgador cai alguns graus abaixo da temperatura do vapor saturado, o fole do elemento se contrai devido ao desequilíbrio de pressão, abrindo a válvula.

Como funciona um purgador termostático com fole e pressão de equalização

O outro método de operação de um purgador termostático é uma operação de wafer de pressão balanceada. Este método é semelhante ao do fole de pressão balanceado. A bolacha está parcialmente preenchida com um líquido. À medida que a temperatura no pára-raios aumenta, o wafer carregado aquece, aumentando a pressão de vapor no seu interior. Quando a pressão no wafer excede a pressão de vapor circundante, a membrana do wafer é pressionada na sede da válvula, fechando a válvula. Uma queda na temperatura proveniente do gás condensado ou não condensável esfria e diminui a pressão interna do wafer, permitindo que o wafer libere o assento.

O purgador termostático de expansão de líquido possui uma função de descarga de temperatura fixa. Este pára-raios pode ser usado como pára-raios termostático com função de desligamento. Neste caso, a saída está sempre voltada para cima, conforme mostra a figura abaixo. Isto ajuda a melhorar a imersão contínua do elemento em óleo. Como este pára-raios pode descarregar em temperaturas entre 60°C e 100°C, ele é adequado para a maioria das aplicações. ^ÓC a 100 ^ÓC só pode abrir normalmente na inicialização. A instalação do purgador termostático de expansão de líquido pode ser feita próximo ao purgador principal, que normalmente é conectado a uma linha de retorno de condensado.

Ilustração de um purgador termostático de expansão líquida em uso

Purgador termostático com pressão balanceada

O purgador termostático de pressão balanceada é uma melhoria do purgador termostático de expansão de líquido. A temperatura operacional deste pára-raios é influenciada pela pressão de vapor ambiente. Este pára-raios funciona com um elemento que é uma cápsula contendo uma mistura de água e um líquido especial com ponto de ebulição inferior ao da água. No lançamento, as condições são frias e a cápsula está relaxada. Nesta armadilha, a válvula está totalmente aberta e afastada de sua sede. Isso permite que o ar seja removido indefinidamente. Este recurso está presente em purgadores de pressão totalmente balanceados e explica por que esses purgadores são adequados para ventilação.

Purgador termostático com pressão balanceada e cápsula substituível.

À medida que o condensado flui através deste coletor, o calor é transferido para o líquido contido na cápsula. O líquido então evapora antes que o vapor chegue ao purgador. A pressão de vapor na cápsula faz com que ela se expanda, fechando a válvula. O calor perdido do coletor de condensado termostático balanceado resfria a água ao redor desta cápsula enquanto o vapor se condensa, fazendo com que a cápsula se condense. Isso faz com que a válvula se abra e libere o condensado até que o vapor saia novamente e o ciclo recomece.

Como funciona um purgador termostático de pressão balanceada

Atualmente, os fabricantes de purgadores termostáticos de pressão balanceada usam aço inoxidável. Originalmente, eles usavam materiais não ferrosos, que mais tarde se mostraram suscetíveis a danos por golpe de aríete. O uso de aço inoxidável torna este pára-raios mais confiável e resistente a danos causados por corrosão, superaquecimento e golpe de aríete.

Purgador termostático bimetálico

Este é um tipo de purgador termostático que consiste em duas tiras de metais diferentes soldadas entre si para formar um elemento. Este elemento pode deformar-se quando aquecido, conforme mostrado na figura abaixo.

Purgador termostático bimetálico com tira aquecida e temperatura normal

O elemento simples utilizado neste tipo de armadilha leva em consideração dois fatores principais:

A operação deste purgador termostático bimetálico ocorre em uma temperatura específica, o que não atende aos requisitos de um sistema de vapor operando em diferentes temperaturas e pressões.
Uma única tira bimetálica exerce apenas uma pequena quantidade de energia. Portanto, deve-se utilizar uma massa grande, fazendo com que ela reaja lentamente às mudanças de temperatura do vapor.

O desempenho de um purgador de vapor pode ser determinado verificando sua resposta em uma curva de saturação de vapor. Uma resposta apropriada é aquela que segue de perto a curva e está exatamente abaixo dela. Um elemento bimetálico simples reage linearmente às mudanças de temperatura. Conforme mostrado na imagem abaixo, alguns purgadores termostáticos bimetálicos usam duas lâminas bimetálicas diferentes em uma pilha que operam em temperaturas diferentes.

Um purgador termostático bimetálico melhor usa o elemento termostato de uma mola prato. O elemento consiste em discos bimetálicos. Quando os discos atuam diretamente entre a sede da válvula e a haste da válvula, eles fazem com que a temperatura de drenagem do condensado mude linearmente conforme a pressão muda. Quando uma arruela de pressão é instalada entre o recesso da sede e as arruelas, ela ajuda a absorver parte da expansão do bimetal em baixa pressão. Isso ajuda a criar uma mudança maior na temperatura com mudanças na pressão. O formato da arruela de pressão é preferível ao da mola helicoidal porque pode desenvolver uma força exponencial que aumenta a taxa em comparação com a taxa linear. Este efeito pode durar cerca de 1,5 megapascais até que a mola desvie para o fundo do recesso. Isto permite que a temperatura de saída do condensado siga mais de perto a curva de saturação do vapor. A taxa de drenagem também pode ser melhorada usando uma aba dinâmica que tende a produzir uma descarga pop.

Purgador termostático bimetálico com discos bimetálicos

Aplicações de purgadores termostáticos

Usado em chaleiras para cozinhar.
Eles são usados em linhas traçadoras.
Essas armadilhas são usadas em esterilizadores.
Convectores, radiadores e aquecedores de ar.
Eles são usados em bobinas de aquecimento.
Eles são usados em vaporizadores.

Vantagens e desvantagens de cada tipo de purgador termostático

Vantagens do purgador termostático de expansão de líquido

Este tipo de sifão pode ser configurado para descarregar em baixa temperatura, resultando em excelente capacidade de drenagem a frio.
Quando frio, o purgador termostático de expansão de líquido garante excelente drenagem de ar e alto volume de condensado na carga inicial.
Os purgadores de expansão termostática de líquido podem ser usados como purgadores de partida para linhas de vapor superaquecido e de baixa pressão, onde uma longa linha de resfriamento é garantida para inundar o condensado do resfriador. Eles são capazes de superar o golpe de aríete e a vibração.

Desvantagens do purgador termostático de expansão de líquido

Em um purgador termostático de expansão líquida, o elemento possui uma mangueira flexível que pode ser destruída se o condensado for superaquecido ou corrosivo.
Este tipo de armadilha pode descarregar abaixo de 100 ^ÓTemperatura C ou inferior e, portanto, não deve ser usado em áreas onde é necessária a remoção imediata de condensado da sala de vapor.
Se um purgador termostático de expansão de líquido for exposto a temperaturas de congelamento, ele e seu sistema de tubulação deverão ser bem isolados.
Este tipo de sifão não fornece uma solução de sifão por si só; requer outro sifão para que ambos funcionem em paralelo. No entanto, pode ser usado em casos onde a vazão inicial não é o fator principal, como na drenagem de serpentinas de aquecimento em um tanque pequeno.

Vantagens do purgador termostático de pressão balanceada

Esses purgadores de vapor têm grande capacidade, peso leve e tamanho pequeno.
Neste tipo de purgador termostático, a válvula está totalmente aberta quando ligada. Isso permite que o ar e os gases não condensáveis sejam liberados sem impedimentos. Isto significa que o máximo de condensado pode ser removido mesmo sob a carga mais elevada.
Um purgador termostático de pressão balanceada raramente congelará quando estiver operando em uma posição exposta, exceto quando o nível da linha de condensado a jusante do purgador subir, fazendo com que a água suba e inunde o purgador quando o vapor é desligado.
Os fabricantes de purgadores termostáticos de pressão balanceada projetam o purgador para se ajustar automaticamente a várias pressões de vapor até a pressão máxima de operação. Este pára-raios também é capaz de suportar temperaturas superaquecidas de até 70°C. ^ÓC
Manter um purgador termostático de pressão balanceada é fácil. A remoção da sede da válvula e da cápsula é fácil e, se substituída, pode ser concluída em apenas alguns minutos, sem a necessidade de remover o pára-raios da linha.

Desvantagens do purgador termostático de pressão balanceada

Se o purgador termostático de pressão balanceada for feito de metal não ferroso, ele será suscetível ao golpe de aríete. Para garantir que o pára-raios esteja protegido contra golpe de aríete, compre um feito de aço inoxidável.
Este tipo de purgador de vapor só abre quando a temperatura do condensado cai abaixo da temperatura do vapor. Isto é desvantajoso porque o purgador de vapor selecionado se destina a ser usado onde o acúmulo de água na área de vapor não é tolerado, como. B. para trocadores de calor, drenagem principal e traceamento térmico crítico.

Vantagens do purgador termostático bimetálico

A carcaça compacta garante estabilidade e possui grande capacidade de condensação.
Um purgador termostático bimetálico tem uma válvula totalmente aberta quando frio. Isto permite ventilação e capacidade para drenagem máxima de condensado durante condições de inicialização.
O condensado em um purgador termostático bimetálico pode drenar livremente da saída, evitando que este purgador congele quando estiver operando em uma posição livre. Outros fabricantes de purgadores termostáticos bimetálicos projetam o purgador de forma que não seja danificado se congelar.
Resistente ao golpe de aríete, alta pressão de vapor e corrosão condensada.
O elemento em um purgador termostático bimetálico pode operar em uma ampla faixa de pressões de vapor sem exigir uma alteração no tamanho da válvula de orifício.
Se a válvula deste purgador estiver localizada na parte inferior da sede, ela tende a resistir ao refluxo. No entanto, se um fabricante de purgadores termostáticos bimetálicos antecipar algum refluxo, ele/ela instalará uma válvula de retenção no lado a jusante.
O condensado é drenado em diversas temperaturas abaixo da temperatura de saturação e a absorção de água existente na área de vapor pode ser tolerada. Parte das entalpias da água saturada pode ser repassada ao sistema. Isto ajuda a extrair o máximo de energia de vapor do condensado antes de drená-lo para o lixo. Portanto, purgadores termostáticos bimetálicos são usados em linhas de traceamento térmico. Nas linhas de traceamento térmico, o condensado é frequentemente direcionado para resíduos.
A manutenção de um purgador termostático bimetálico é mais fácil porque os componentes internos podem ser substituídos sem a necessidade de remover o corpo da linha.
O vapor flash, que é criado quando o condensado é expelido de alta para baixa pressão, tende a resultar em aumento da contrapressão na linha de condensado. A seção de resfriamento resfria o condensado e menos vapor flash é criado na linha de condensado. Isso ajuda a reduzir a contrapressão.

Desvantagens do purgador termostático bimetálico

Não é adequado para uso em plantas de processo onde a remoção imediata é necessária para atingir o desempenho máximo.
Alguns fabricantes de purgadores termostáticos bimetálicos projetam esses purgadores com baixas velocidades internas, tornando-os suscetíveis a bloqueios por detritos na tubulação. Para evitar tais bloqueios, o pára-raios deve ter fissuras dinâmicas que resultem em descarga de pressão intermitente que melhore a capacidade de autolimpeza.
Reaja lentamente às mudanças de pressão ou carga à medida que o elemento responde lentamente.

Solução de problemas de purgadores termostáticos

Purgador de vapor termostático não descarrega

Isso pode ser causado por alta pressão causada por:

Pressão originalmente incorreta declarada. Verifique a faixa de pressão recomendada.
Linha de retorno de alto vácuo. Isto poderia aumentar a pressão diferencial e dificultar o funcionamento do pára-raios. Verifique o valor de vácuo recomendado.
Maior pressão sem uma abertura menor. Instale uma abertura menor.
A pressão manométrica da caldeira está baixa. Aumente a pressão manométrica da caldeira.

Vapor ou condensado não alcança o purgador termostático

A válvula na linha do sifão está com defeito. Substitua a válvula se necessário.
Cotovelos ou tubos bloqueados. Se necessário, desentupir cotovelos ou tubulações.
Bloqueado por uma peneira. Limpe a peneira.

Mecanismo de armadilha quebrado ou desgastado.

Inspecione os componentes internos desgastados e substitua-os se necessário.

O corpo do purgador termostático está cheio de sujeira

Remova a sujeira. Experimente também colocar uma peneira na frente do sifão.

O purgador de vapor termostático está perdendo vapor

A válvula não está assentada

Isto pode ser devido a peças desgastadas. Verifique as peças desgastadas e substitua-as se necessário.
Detritos presos na abertura. Remova qualquer material preso na abertura.

Purgador termostático de fluxo contínuo

A armadilha é muito pequena. Use uma armadilha maior.
Para um trabalho que requer baixa pressão, é utilizado um pára-raios de alta pressão. Verifique se a pressão do purgador corresponde ao trabalho a realizar.

Um purgador termostático é um purgador que utiliza o princípio da diferença de temperatura entre o vapor, o condensado frio e o ar. A pressão de vapor aumenta em um elemento termostático. Isso faz com que o pára-raios feche. Para abrir este purgador, gases condensados e não condensáveis se acumulam no trem de resfriamento, baixando a temperatura, fazendo com que o elemento termostático se contraia e a válvula se abra. Existem três tipos de purgadores termostáticos: purgadores termostáticos de pressão balanceada, purgadores termostáticos de expansão de líquido e purgadores termostáticos bimetálicos. Cada um destes três pára-raios funciona de maneira diferente e, portanto, é adequado para um tipo específico de aplicação.

Os purgadores termostáticos são fabricados a partir de vários materiais robustos e resistentes à corrosão, como aço inoxidável, aço carbono e bronze. Esses purgadores são usados ao manusear pequenas quantidades de condensado. Os purgadores termostáticos são usados em diversas aplicações, como radiadores, esterilizadores, linhas de traceamento térmico, serpentinas de aquecimento, evaporadores, caldeiras de ebulição e outros. Esses purgadores de vapor são vantajosos em vários aspectos, como alta eficiência, facilidade de manutenção e instalação, capacidade de drenar ar e outros gases, reduzindo o golpe de aríete e capacidade de atingir uma alta taxa de drenagem.