Curso de vapor. Purga y eliminación de aire en instalaciones industriales

A través de toda la historia del uso del vapor, empresas como Spirax Sarco ha estado siempre en la delantera para mejorar la eficiencia de la planta de vapor. Desde 1935, la gama de productos Spirax Sarco ha aumentado considerablemente y actualmente está implantada a nivel mundial en muchos tipos de planta que usan vapor. Hoy en día, hay muy pocos procesos que no dependen del vapor para proporcionar un producto final.

El purgador es una parte esencial de cualquier sistema de vapor. Es el enlace importante entre el usuario del vapor y el retorno de condensado, que retiene el vapor pero elimina el condensado, así como el aire y otros gases incondensables.

Aunque es tentador considerar los purgadores aisladamente, es su efecto en el sistema de vapor como un conjunto que es importante:

¿Llega la planta rápidamente a la temperatura o es lenta de respuesta, con un rendimiento menor de lo que se podría esperar?

¿Está el sistema libre de perturbaciones, o la purga inadecuada permite golpes de ariete, corrosión, fugas y costes de mantenimiento más altos de los necesarios?

¿Tiene el diseño del sistema un efecto negativo en la vida y eficacia del purgador?

Es cierto que en muchos casos, a pesar de que se seleccione un purgador inadecuado para una aplicación concreta, parece que no se observan efectos dañinos. Algunas veces los purgadores están incluso completamente cerrados. El drenaje incompleto de condensado de algún punto de una tubería de vapor significa que el resto es transportado hacia el siguiente punto. Esto podría representar un problema si el siguiente punto de drenaje también estuviese cerrado.

Sólo el ingeniero sagaz sabrá reconocer que el deterioro de las válvulas de control, las fugas y la reducción del rendimiento de la planta, son fácilmente remediados prestando la atención adecuada a la purga del vapor. Los purgadores no son excepción a la regla general de que cualquier mecanismo puede eventualmente deteriorarse. Cuando los purgadores fallan y permanecen abiertos, una cierta cantidad de vapor pasa al sistema de condensado, aunque a menudo la cantidad es menor de la que podría esperarse. Afortunadamente se dispone de medios para una rápida detección de cualquier fallo.

Esta guía, y otras que la acompañan, suministran información técnica y aconsejan sobre productos y en qué aplicaciones y sistemas se pueden utilizar. Esta información está respaldada por más de 60 años de experiencia, y refleja el compromiso que tienen empresas como Spirax Sarco con todos aquellos que deseen buscar consejos técnicos imparciales en el campo de la ingeniería de vapor.

¿Por qué purgadores?

'El deber de un purgador es descargar condensado sin permitir el escape de vapor vivo' (Lionel Northcroft – alrededor del año 1934)

Ningún sistema de vapor está completo sin ese componente tan crucial 'el purgador'. Es el enlace más importante del circuito de condensado ya que esta pieza vital es la que conecta la línea de vapor con el retorno de condensado.

Un purgador literalmente 'purga' el condensado (además del aire y otros gases no condensables) fuera del sistema, permitiendo al vapor vivo que alcance su destino y haga su trabajo lo más eficientemente y económicamente posible.

La cantidad de condensado que tiene que manejar un purgador puede variar considerablemente. Puede que tenga que descargar condensado a temperatura de vapor, es decir, tan pronto como se ha formado en el espacio del vapor, o puede que tenga que descargar por debajo de la temperatura de vapor, desprendiendo alto de su 'calor sensible' en el proceso.

Las presiones a las que tienen que trabajar los purgadores pueden ser cualquiera entre vacío y más de cien bar. Para ajustarse a esta variedad de condiciones hay muchos tipos diferentes, cada uno con sus ventajas y sus inconvenientes. La experiencia nos muestra que los purgadores funcionan con mayor eficacia cuando se igualan sus características con las de la aplicación. Es fundamental que se seleccione el purgador correcto para llevar a cabo una función determinada bajo unas condiciones determinadas. Puede que al principio las condiciones no sean muy obvias. Puede haber variaciones de presiones de trabajo, suministro o contrapresión. Pueden estar sujetas a temperaturas extremas o incluso a golpes de ariete. Pueden ser sensibles a la corrosión o a la suciedad. Cualesquiera que sean las condiciones, es importante hacer una selección correcta del purgador para tener un sistema más eficaz.

Se dará cuenta que un solo tipo de purgador no puede ser la selección correcta para todas las aplicaciones

¿Qué exigimos de un Purgador?

Eliminación de aire

En la puesta en marcha el purgador debe ser capaz de descargar aire. Hasta que el aire sea desplazado, el vapor no puede entrar en su espacio propio y el calentamiento se hace lento. Las pérdidas fijas aumentan y la eficiencia de la planta disminuye.

Eliminadores de aire con solo esta función pueden ser necesarios en grandes o muy críticos espacios del vapor, pero en la mayoría de los casos el aire sistema es descargado a través de los purgadores. Aquí los purgadores termostáticos tienen una clara ventaja sobre otros tipos ya que están totalmente abiertos en la puesta en marcha. Los purgadores de boya cerrada que incorporan eliminadores termostáticos de aire son especialmente útiles mientras muchos purgadores termodinámicos son bastante capaces de manejar cantidades moderadas de aire. El pequeño orificio de sangrado del purgador de cubeta invertida o la placa orificio generalmente aportan una pobre capacidad de eliminación del aire.

Extracción de Condensado

Una vez eliminado el aire, el purgador debe eliminar condensado pero no el vapor. Escapes de vapor en este punto implican un proceso poco eficiente y no es económico. Así que el purgador ha de dejar pasar el condensado mientras que atrapa al vapor.

Si la velocidad de traspaso de calor es crítica en el proceso, se ha de descargar el condensado inmediatamente y a la temperatura de vapor. Una de las causa principales de una eficacia reducida en una planta de vapor es el anegamiento que aparece por haber seleccionado un purgador inadecuado.

Rendimiento Térmico

Una vez considerado el requisito básico de eliminación de aire y condensado, se debe prestar atención al rendimiento térmico.

Esto simplemente significa valorar cuando calor es aprovechable de un peso dado de vapor utilizado y como el purgador ha podido influenciar en este resultado. Sobre esta base el purgador termostático puede parecer que sea la mejor elección. Estos purgadores retienen el condensado hasta que se enfríe por debajo de la temperatura de saturación. Procurando que el calor quede en la misma planta, en el espacio que está siendo calentado o en los procesos, este es un ahorro real en consumo de vapor. Realmente, se tiende a descargar el condensado a la temperatura más baja posible, pero en la mayoría de aplicaciones precisan que se retire el condensado a la temperatura de vapor. Esto requiere un purgador con unas propiedades de trabajo diferentes a las del tipo termostático, que normalmente caerían en el grupo de purgadores del tipo mecánico o termodinámico.

Cuando se escoge un purgador lo primero que hay que considerar es la necesidad del proceso. Esto le hará elegir una familia de purgadores. La manera en que el proceso está conectado al sistema de vapor y condensado le hará elegir el tipo de purgador que trabajará mejor bajo esas circunstancias. Una vez se haya escogido, es preciso dimensionar el purgador. Esto estará determinado por las condiciones del sistema y los parámetros del proceso tales como:

• Presiones máximas de vapor y condensado.

• Presiones de trabajo de vapor y condensado.

• Temperaturas y caudales.

• Si el proceso está controlado por temperatura.

Estos parámetros se discutirán más adelante en esta guía.

Fiabilidad

Se ha dicho que "buen purgado de vapor" significa "ausencia de problemas". Indudablemente, la fiabilidad es una cuestión importante. Significa la posibilidad de trabajar en condiciones normales con el mínimo de atención. Las condiciones normales son habitualmente predecibles si se piensa en ellas:

• La corrosión debida al estado del condensado. Puede ser contrarrestada utilizando materiales especiales de construcción y un buen acondicionamiento del agua de alimentación.

• El golpe de ariete, frecuentemente debido a una elevación después del purgador, puede ser vigilado en la fase de diseño y, si no se elimina, puede significar un peligro innecesario para purgadores que de otra manera, serían fiables.

• La suciedad acumulada en un sistema donde los arrastres de la caldera, o la suciedad de la tubería, interfieren en el funcionamiento del purgador.

Sin olvidar los otros factores, el primer requerimiento es la adecuada eliminación de aire y condensado. Esto supone una clara comprensión de cómo funcionan los purgadores.

Revaporizado

Aunque normalmente no se considera para la elección de purgador, un efecto que causa el condensado caliente cuando pasa de un sistema a alta presión a una presión inferior es el Revaporizado, que a menudo confunde sobre el estado del purgador al que lo ve. El revaporizado no ha de confundirse con el vapor vivo cuando se esté analizando el estado de un purgador.

Considere la entalpía de condensado recién formado a presión y temperatura de vapor (Ver tablas de Vapor). Por ejemplo, con una presión de 7 bar r, el condensado contendrá 721 kJ/kg a una temperatura de 170,5°C. Si este condensado se descarga a la atmósfera, solo existirá como agua a 100°C, con 419 kJ/kg de entalpía de agua saturada. El contenido de la entalpía excedente de 721 – 419 es decir 302 kJ/kg, revaporizará un porcentaje de agua, produciendo una cantidad de vapor a presión atmosférica.

El vapor a baja presión producido se le llama 'revaporizado'. La cantidad de revaporizado liberado bajo las condiciones mencionadas anteriormente se calcula de la siguiente manera:

Revaporización producida = exceso de entalpia

a baja presión entalpia especifica de evaporación

a presión inferior

= 302 Kj/kg

2257 Kj/kg

= 0.134 Kg de vapor por kg de

condensado.

Si el purgador descargase a la atmósfera 500 kg/h de condensado a 7 bar r, la cantidad de revaporizado que se generaría sería 500 x 0,134 = 67 kg/h. Equivalente a aproximadamente 107 kW de pérdida de energía.

Esto representa una cantidad substancial de energía provechosa, que muy a menudo se pierde del circuito de vapor y condensado, y ofrece una oportunidad sencilla de aumentar la eficacia del sistema con su uso.

Este tema se trata en profundidad en la guía de referencia técnica TR-GCM-05, 'Condensado y recuperación de revaporizado'.

¿Cómo funcionan los Purgadores?

Para poder profundizar en la selección de purgadores, en las llamadas "pérdidas" o incluso en el mantenimiento, es esencial conocer cómo funcionan los purgadores. Hay tres tipos básicos, clasificados por International Standard ISO 6704:1984.

TIPOS DE PURGADOR

Termostático (Funciona con cambios de Temperatura)

La temperatura del vapor saturado está establecida por su presión. En el proceso, donde se produce el intercambio, el vapor, cede su entalpía de evaporación, produciendo condensado a la temperatura del vapor. Cualquier pérdida de calor posterior significa que la temperatura de este condensado disminuye. Un purgador termostático capta la temperatura y posiciona la válvula en relación al asiento para descargar el condensado.

Mecánico (Funciona por cambios de densidad del fluido)

Éste basa su funcionamiento en la diferencia de densidad entre el vapor y el condensado. Estos purgadores se dividen en dos categorías, 'purgador de boya cerrada' y 'purgador de cubeta invertida'. En el purgador de boya cerrada esta sube en presencia de condensado para abrir una válvula. En el de cubeta invertida esta flota cuando el vapor alcanza el purgador y cierra una válvula. Ambos son esencialmente "mecánicos" en su método de funcionamiento.

Termodinámico (Funciona por cambios de dinámica en el fluido)

El funcionamiento de los purgadores termodinámicos depende en parte en la formación de revaporización del condensado. Este grupo incluye los purgadores termodinámicos, de disco, de impulso y laberinto y también la simple placa orificio que no se puede realmente definir como mecánico ya que se trata sencillamente de un orificio de un diámetro determinado que pasar una cantidad determinada de condensado. Todos se basan en que el condensado caliente, descargado a presión, puede "revaporizar" para dar una mezcla de vapor y agua.

Vale la pena considerar todos estos tipos con más detalles.

PURGADORES TERMOSTATICOS

Purgadores Termostáticos de Expansión Líquida

Este es uno de los purgadores termostáticos más simples, se muestra en la Figura 1. Un elemento relleno de aceite se expande cuando se calienta para cerrar la válvula en su asiento. El ajuste permite alterar la temperatura de descarga del purgador entre 60°C y 100°C, que hace que sea ideal para la eliminación de grandes cantidades de aire y condensado frío a la puesta en marcha.

La temperatura del vapor varía según la presión y la Figura 2 muestra la curva de saturación del vapor, junto con la línea de respuesta de temperatura fija (X – X) del purgador de expansión líquida.

A una presión P1, el condensado solo habrá de enfriar una pequeña cantidad (?t1), y el purgado sería aceptable. De todos modos, si la presión aumenta a P2 entonces el condensado ha de enfriarse más (?t2) antes de pasar por el purgador, y por tanto comienza el anegamiento. Debido a esta característica de descarga a temperatura fija, el purgador de expansión líquida se podrá utilizar como un 'purgador de drenaje de parada'. En este caso, su salida ha de estar hacia arriba, tal y como se muestra en la Figura 3, para que el elemento relleno de aceite esté constantemente inmerso, y se dirija a un drenaje abierto por debajo del cuerpo a un lugar seguro. Como solo puede descargar entre 60°C – 100°C, necesita que se instale conjuntamente con un purgador 'normal' que estará conectado a la línea de retorno de condensado.

Ventajas del Purgador de Expansión Líquida

• Se puede ajustar a los purgadores de expansión líquida para que descarguen a temperaturas muy bajas, dando una excelente prestación de 'drenaje frío'.

• Como un purgador de presión equilibrada, el purgador de expansión líquida está abierto del todo cuando está frío, proporcionando una buena descarga de aire y una capacidad de condensado máxima con suministros de 'puesta en marcha'.

• Se puede usar el purgador de expansión líquida como un purgador de puesta en marcha en una línea de vapor recalentado a baja presión en la que durante periodos largos de enfriamiento se produce anegamiento. Puede soportar vibraciones y golpes de ariete.

Inconvenientes del Purgador de Expansión Líquida

• El condensado corrosivo puede destruir al tubo flexible del elemento.

• Ya que el purgador de expansión líquida descarga condensado a temperaturas de 100°C o menos, no se puede utilizar en aplicaciones que requieren una retirada inmediata del condensado.

• Si está expuesto a heladas, el purgador de expansión líquida y sus tuberías deberán estar bien aisladas.

• El purgador de expansión líquida generalmente no es una solución por sí solo para el drenaje, normalmente se requiere otro purgador que trabaje en paralelo. De todos modos se puede utilizar donde el caudal de puesta en marcha no es muy grande como drenaje de serpentines de calentamiento de pequeños depósitos (como muestra la Figura 85)

Purgador de Presión Equilibrada

El purgador de presión equilibrada, Fig. 4, representa una gran mejora en el rendimiento comparada con el purgador de expansión líquida. Como sugiere su nombre 'equilibrada' para hacer frente a las variaciones de presión (y por tanto de temperatura). Funciona con una cápsula que contiene una pequeña cantidad de un líquido especial con una temperatura de ebullición algo inferior a la del agua.

En las condiciones frías del arranque, la cápsula está en posición de reposo. La válvula está abierta, permitiendo la salida del aire libremente. Esta característica de estos purgadores explica porque están tan bien adaptadas para venteo.

Según va entrando condensado al purgador de presión equilibrada, se transfiere calor al líquido del interior de la cápsula. El líquido que la llena empieza a hervir antes de que el vapor llegue al purgador. La presión de vapor dentro de la cápsula hace que se expanda y cierra la válvula. Cuando el condensado dentro del purgador se enfría, el vapor de dentro de la cápsula condensa y la cápsula se contrae, abriendo la válvula y descargando el condensado hasta que de nuevo se aproxima a la temperatura de vapor y comienza de nuevo el ciclo (Figura 5).

El diferencial de temperatura a la que funciona el purgador depende de la concentración del relleno de la cápsula. El elemento tiene paredes finas que permiten una respuesta rápida a cambios de presión o de temperatura. El resultado es la línea de respuesta que se muestra en la Figura 6.

Los elementos anteriores fabricados con materiales no ferrosos eran susceptibles a daños por los golpes de ariete. La introducción de elementos de acero inoxidable mejoró la situación. La Figura 7 nos muestra los componentes de un purgador de presión equilibrada moderno con una gran resistencia a los golpes de ariete, recalentamiento y corrosión.

Ventajas de los Purgador es de Presión Equilibrada

• Son pequeños, ligeros y tienen una gran capacidad para su tamaño. La válvula está completamente abierta en el arranque, permitiendo la descarga de aire y otros gases no condensables y permitiendo la máxima eliminación del condensado cuando el suministro está al máximo.

• Es poco probable que se hiele este tipo de purgador trabajando expuesto a la intemperie (a menos que aumente el condensado después del purgador, que permitiría el retorno de agua y anegará el purgador cuando el vapor esté parado).

• El purgador de presión equilibrada moderno se ajusta automáticamente a las variaciones de temperatura de vapor hasta su presión máxima de trabajo. También tolera hasta 70°C de recalentamiento.

• El mantenimiento del purgador es sencillo. La cápsula y el asiento se retiran con facilidad, y los recambios se pueden montar en pocos minutos sin retirar el purgador de la línea.

Inconvenientes de los Purgador es de Presión Equilibrada

• Los modelos antiguos de purgador tenían elementos flexibles que eran susceptibles a los golpes de ariete o condensado corrosivo. Las cápsulas soldadas de acero oxidable que se introdujeron más tarde toleran mejor tales condiciones.

• Los modelos antiguos de purgador no podían trabajar con vapor recalentado. El exceso de temperatura crea una prisión dentro del elemento que no se equilibra con la presión que le rodea. Esto causa unos daños irreparables al elemento. De todos modos, los elementos encapsulados modernos, es decir Figuras 4, 5 y 7, son capaces de manejar condiciones de recalentamiento.

• Como otros purgadores termostáticos, el purgador de presión equilibrada no abre hasta que la temperatura caiga por debajo de la temperatura del vapor (el valor exacto de la caída de temperatura lo determina el fluido del relleno del elemento). Esto es una desventaja clara si el purgador escogido no es el adecuado para una aplicación en la que no se tolera anegamiento. Por ejemplo: tubería principal de drenaje, traceado crítico.

Purgador Bimetálico

Como su nombre indica, un purgador bimetálico se fabrica soldando dos tiras de dos metales diferentes en un solo elemento que se desvía cuando se calienta, (Figura 8).

Hay dos puntos importantes en este elemento sencillo. Primero, el funcionamiento de un purgador sería a una temperatura determinada, esto puede que no satisfaga los requerimientos de un sistema de vapor con presiones y temperaturas que varían. Segundo, debido a que la fuerza que ejerce una sola tira bimetálica es pequeña, se necesitaría una masa grande pero entonces sería lenta en reaccionar a los cambios de temperatura en el sistema.

El rendimiento de cualquier purgador está relacionado con su respuesta a la relación presión / temperatura de la curva de vapor saturado. La respuesta ideal seguiría de cerca la curva y muy poco por debajo de ella. Un elemento bimetálico sencillo tendría la tendencia a reaccionar a los cambios de temperatura del condensado de una manera lineal.

La Figura 9 nos muestra la característica línea de cómo reaccionaría un elemento bimetálico en relación a una curva de saturación de vapor. Según aumenta la presión por encima de P1, aumentará la diferencia entre la temperatura de saturación de vapor y la temperatura de trabajo del purgador. Esto causaría más anegamiento con un aumento de la presión del sistema, demostrando que el purgador es incapaz de responder a los cambios de presión.

También hay que ver que a presiones inferiores a P1, la temperatura de trabajo del purgador está por encima de la temperatura de saturación. Esto significaría que el purgador soplaría vapor vivo a esas bajas presiones. Se podría ajustar el purgador cuando se fabrica para que esta parte de la curva de saturación permanezca siempre por encima de la línea de trabajo.

De todos modos, debido a la acción lineal del elemento, la diferencia entre los dos aumentaría aún más con el aumento de presión del sistema, produciendo una anegación aun mayor. Francamente, esta no es una operación satisfactoria para un purgador, y los fabricantes han realizado varios intentos para mejorar la situación. Algunos usan una combinación de los grupos diferentes bimetálicos, uno encima del otro, para poder funcionar a diferentes temperaturas (Figura 10).

El resultado será una línea de respuesta partida similar a la que se muestra en la Figura 11. Es una mejora comparado con la Figura 9, pero aún no llega a seguir la curva de saturación. Un conjunto bimetálico da la respuesta de P1 a P2. A temperaturas más altas un segundo conjunto bimetálico da la respuesta de P2 a P3. Se ve claramente que aunque es mejor que el diseño anterior, sigue siendo insatisfactorio en términos de seguir la curva de saturación.

Un diseño con más éxito es el de elemento de brazos múltiples que nos muestra la Fig. 12, que nos indica como tres brazos de diferentes longitudes funcionan a diferentes temperaturas, cada brazo da más fuerza para cerrar el orificio del purgador según va aumentando la temperatura del condensado.

Este tiene el efecto de ir añadiendo fuerza en tres pasos progresivos para cerrar el orificio. En la Figura 13, entre P1 y P2, solo un par de brazos opuestos se tocan y producen la fuerza de cierre. Entre P2 y P3, dos pares de brazos opuestos se tocan y producen mayor fuerza de cierre. Entre P3 y P4, los tres brazos opuestos se tocan produciendo la mayor fuerza de cierre. El enfriamiento produce el efecto contrario, y el orificio del purgador se abre en orden inverso. Este tipo de diseño proporciona una buena respuesta en relación con la curva de saturación (Figura 13).

Ventajas del Purgador Bimetálico

• Los purgadores bimetálicos suelen ser compactos, pero pueden tener una gran capacidad de condensado.

• La válvula está completamente abierta cuando el purgador está frío, proporcionando una buena capacidad de venteo y descarga máxima de condensado en la puesta en marcha.

• Como el condensado tiende a drenar libremente por la salida, este tipo de purgador no se hiela cuando trabaja a la intemperie. Los cuerpos de algunos purgadores bimetálicos han sido diseñados para no se dañen aunque se hielen.

• Los purgadores bimetálicos pueden aguantar los golpes de ariete, condensado corrosivo y altas presiones de vapor.

• El elemento bimetálico puede trabajar dentro de un rango amplio de presiones de vapor sin tener que cambiar el tamaño del orificio de la válvula.

• Si la válvula está aguas abajo del asiento, puede funcionar como válvula de retención y así ayuda a prevenir un flujo en sentido contrario en el purgador.

• Como el condensado se descarga a diferentes temperaturas, más bajas que la temperatura de saturación, se puede transmitir algo de la entalpía de agua saturada a la planta, siempre y cuando se tolere el anegamiento en el espacio- vapor. Así se extrae la máxima energía del condensado antes de drenarlo al desagüe.

• El mantenimiento de estos purgadores tiene muy pocas dificultades, ya que las partes internas se pueden retirar sin desmontar el purgador de la línea.

• Los purgadores bimetálicos no tienen una respuesta rápida a cambios de suministro o de presión porque el elemento reacciona lentamente.

Inconvenientes del Purgador Bimetálico

• Como se descarga el condensado a una temperatura inferior a la del vapor, se anegará el espacio-vapor al menos que se instale el purgador al extremo de un tramo de enfriamiento, normalmente de 2 – 3 m de tubería sin aislamiento. Los purgadores bimetálicos no se deben instalar en plantas de procesos en los que la eliminación inmediata del condensado sea imprescindible para que se obtenga el máximo rendimiento. Esto ocurre por ejemplo en las plantas controladas por temperatura.

• El purgador bimetálico se puede bloquear por la suciedad de tuberías debido a las bajas velocidades de circulación.

• Si el purgador bimetálico ha de descargar con una contrapresión significante, el condensado se habrá de enfriar a una temperatura inferior a la que normalmente se requiere antes de que la válvula se abra. Una contrapresión de un 50% puede causar una bajada de temperatura en la descarga de hasta 50°C. Puede que se tenga que incrementar la longitud del tramo de enfriamiento, tal y como indica la Figura 14.

• El revaporizado que se produce cuando se descarga condensado de una presión alta a una más baja aumentará la contrapresión en la línea de condensado. El tramo de enfriamiento permite que se enfríe el condensado, así produciendo menos revaporizado en la línea de condensado y ayudando a reducir la contrapresión.

Purgadores mecanicos

Purgador De Boya Cerrada

Como los demás purgadores mecánicos, el purgador de boya cerrada detecta la diferencia de densidad entre el vapor y el condensado. En el caso del purgador que se muestra en la Figura 15, el condensado que llega al purgador hace que la boya suba, separando la válvula de su asiento y soltando el condensado. Como se puede ver, la válvula está siempre inundada y nunca pasará por ella ni agua ni aire, así que en los antiguos purgadores de este tipo se eliminaba el aire manualmente por una llave de paso en la parte superior del cuerpo. Los purgadores modernos usan un eliminador termostático del aire como muestra la Figura 16. Esto permite que el aire que hay al principio se elimine mientras maneja el condensado.

El eliminador de aire usa la misma cápsula de presión equilibrada que el purgador termostático, y se encuentra en el espacio de vapor por encima del nivel del condensado. Después de eliminar el aire que hay al inicio, permanecerá cerrado hasta que se acumule aire u otros gases y esto hará que se abra de nuevo. El eliminador de aire termostático aumenta la capacidad de condensado en una puesta en marcha fría.

En el pasado, el eliminador de a*re era un punto débil cuando en el sistema habían golpes de ariete. Incluso se podía dañar la boya si los golpes de ariete eran fuertes. Ahora, en los purgadores de boya modernos, el eliminador de aire termostático es una cápsula de acero inoxidable compacta y muy resistente, además, con las nuevas técnicas de soldadura que se usan en las boyas cerradas hacen que el purgador de boya-termostático sea muy resistente y fiable en situaciones de golpes de ariete.

En muchos sentidos el purgador de boya-termostático es lo más cercano al purgador ideal. Manejará y descargará con facilidad el condensado según se va formando, sin tener en cuenta los cambios de presión del vapor.

Ventajas del Purgador de Boya Cerrada

• Descarga continuamente el condensado a temperatura de vapor. Esto hace que sea el purgador más adecuado cuando la cantidad de transferencia de calor sea alta para el área superficie disponible.

• Son capaces de manejar por igual cargas pesadas y ligeras de condensado y no les afectan las fluctuaciones bruscas de presión o caudal.

• Mientras que tenga un eliminador de aire instalado, el purgador puede descargar bien el aire.

• Tiene una capacidad grande por su tamaño.

• Las versiones con dispositivo eliminador de bloqueo por vapor son las únicas apropiadas para usar donde pueda ocurrir bloqueo por vapor.

• Resistente a los golpes de ariete.

Inconvenientes del Purgador de Boya Cerrada

• Aunque son menos susceptibles a las heladas que el purgador de boya invertida, se pueden dañar con heladas severas y el cuerpo ha de tener buen revestimiento aislante y / o complementado con un purgador de drenaje termostático si se ha de instalar a la intemperie.

• Se requieren diferentes mecanismos internos para trabajar en diferentes rangos de presión.

Purgador De Cubeta Invertida

El purgador de cubeta invertida se muestra en la Figura 17. Como su nombre implica la parte que trabaja en una cubeta invertida unida por una palanca a una válvula. Una parte esencial del purgador es un pequeño orificio de venteo en la parte superior de la cubeta. La Figura 17 nos muestra cómo funciona.

En (i) la cubeta cuelga haciendo que la válvula se separe del asiento. El condensado fluye por debajo de la cubeta, llenando el cuerpo y saliendo por la salida de vaciado. En (ii) la entrada de vapor hace que la boya flote, sube y cierra la válvula. En (iii) el purgador permanece cerrado hasta que el vapor en la cubeta se haya condensado o haya salido por el orificio de venteo a la parte superior del cuerpo del purgador. Entonces, se hundirá haciendo que la válvula se retire de su asiento. El condensado acumulado sale y el ciclo se repite.

En (ii), el aire que entra en el purgador en la puesta en marcha también hará que la cubeta ascienda y cierre la válvula. El orificio de venteo es imprescindible para permitir que el aire escape a la parte superior del cuerpo del purgador para su descarga por el asiento de la válvula principal.

El orificio y el diferencial de presión son tan pequeños que hacen que el purgador sea relativamente lento descargando aire. También ha de pasar, y por tanto gastar, un poco de vapor para que la válvula funcione una vez que se haya librado del aire. Un orificio de venteo montado en el exterior del purgador reducirá los tiempos de puesta en marcha.

Ventajas del Purgador de Cubeta Invertida

• Hay purgadores de cubeta invertida para soportar altas presiones.

• Como purgador de boya-termostático, tiene buena tolerancia a los golpes de ariete.

• Puede usarse con vapor recalentado instalando una válvula de retención en la entrada.

Inconvenientes del Purgador de Cubeta invertida

• El pequeño orificio en la parte superior de la cubeta solo permite la descarga de aire muy lentamente. El orificio no se puede agrandar, ya que durante el funcionamiento normal pasaría vapor a demasiada velocidad.

• Siempre tiene que haber suficiente agua en el cuerpo del purgador para que haga de sello alrededor de la cubeta. Si el purgador pierde el sello de vapor, puede soplar vapor por la válvula de salida. Esto puede ocurrir en las aplicaciones que tengan una caída repentina de presión, haciendo que algo del condensado en el cuerpo se revaporice. La cubeta perderá su flotabilidad y se hundirá, permitiendo que el vapor vivo sople por el orificio del purgador. Solamente si entra al purgador la cantidad suficiente de vapor se podrá formar de nuevo el sello de agua, y prevenir que se malgaste el vapor.

• Si se instala un purgador de cubeta invertida en una aplicación en la que se puede esperar fluctuaciones de presión, se ha de montar una válvula de retención en la línea de entrada delante del purgador. El vapor y el agua circularán libremente en la dirección indicada, mientras que el retorno sería imposible ya que empujaría la válvula de retención contra su asiento.

• El exceso de temperatura del vapor recalentado puede hacer que un purgador de cubeta invertida pierde su sello de agua. Bajo estas condiciones se consideraría esencial una válvula de retención delante del purgador. Algunos purgadores de cubeta invertida de empresas como Spirax Sarco se fabrican con una válvula de retención integrada como estándar.

• El purgador de cubeta invertida expuesto a la intemperie y en condiciones bajo cero puede helarse. Como con otros tipos de purgadores mecánicos, esto se puede superar con un buen revestimiento aislante si las condiciones no son demasiado severas. Si se esperan condiciones ambientales que bajen mucho de cero grados Celsius, entonces habría que considerar un modelo de purgador más resistente. En el caso de drenaje de la línea principal, un purgador termodinámico sería la mejor elección.

Purgadores termodinámicos

Este es un purgador extremadamente robusto con un funcionamiento sencillo. Cuando se libera condensado caliente a presión, produce revaporizado que se mueve a altas velocidades. Como nos muestra la Figura 18, el purgador consta de un cuerpo con una cara de cierre plana con una entrada en el centro y tres orificios de salida periféricos (se muestran dos). La única parte móvil es el disco encima de la cara de cierre plana dentro de la cámara de control o tapa. La Figura 19 nos muestra su funcionamiento:

En la puesta en marcha, la presión de entrada eleva el disco y el condensado frio y el aire son descargados inmediatamente del aro interno, bajo el disco, y sale por los tres orificios periféricos (i).

El condensado caliente circulando a través del paso de entrada entra en la cámara debajo del disco y la presión baja desprendiendo revaporizado. La alta velocidad crea un área de menor presión debajo del disco y lo acerca al asiento (ii).

Al mismo tiempo se produce un aumento de presión producido por el revaporizado en la cámara sobre el disco que le obliga a cerrar venciendo la presión del condensado hasta que se asienta en los anillos interno y externo. En este punto la presión encima del disco iguala a la de debajo el aro interior. De todos modos, la parte superior del disco tiene una fuerza mayor que la inferior ya que tiene más superficie sujeta a estas presiones.

Finalmente, la presión en la cámara superior disminuirá por condensación del revaporizado y el disco vuelve a levantarse y el ciclo se repite (iv).

El ritmo operativo depende de la temperatura del vapor y las condiciones ambientales. La mayor parte de los purgadores permanecen cerrados entre 20 y 40 segundos. Si estos purgadores abren con demasiada frecuencia, debido quizás a una ubicación fría o con viento, el ritmo de apertura se puede relentizar simplemente montando una tapa de aislamiento. Estas se suministran como estándar en los purgadores de alta presión.

Ventajas del Purgador Termodinámico

• Los purgadores termodinámicos pueden operar dentro de toda su gama de trabajo sin ajustes ni cambio de válvula.

• Son compactos, sencillos, ligeros y para el tamaño que tienen, poseen una gran capacidad de manejo de condensado.

• Este tipo de purgador se puede usar con vapor a alta presión y vapor recalentado y no le afecta los golpes de ariete ni vibraciones. Ofrece una gran resistencia a la corrosión debido a su fabricación enteramente en acero inoxidable.

• No se dañan con las heladas y es poco probable que se hielen si se instalan con el disco en plano vertical y descargando libremente a la atmósfera. El funcionamiento en esta posición puede hacer que se desgaste el borde del disco, acortando la vida del producto.

• Como el disco es la única parte móvil, se puede realizar el mantenimiento de una manera sencilla sin tener que retirar el purgador de la línea.

• El chasquido audible al abrir y cerrar hace muy fácil su comprobación.

Inconvenientes del Purgador Termodinámico

• Los purgadores termodinámicos no trabajan muy bien con presiones diferenciales muy bajas, ya que la velocidad de flujo a través de parte inferior del disco disminuye demasiado para producir la baja presión. Están sujetos a una presión de entrada mínima (típicamente 0,25 bar r) pero pueden aguantar una contrapresión del 80 % de la presión de entrada.

• Pueden descargar grandes cantidades de aire en las puestas en marcha si la presión de entrada crece lentamente. Pero, un crecimiento rápido de presión hará que el aire a altas velocidades cierre el purgador de la misma manera que el vapor, y se bloquea. En este caso se puede montar un eliminador de aire termostático en paralelo al purgador. Los purgadores termostáticos modernos pueden incorporar un disco que previene que se acumule la presión del aire en la parte superior del disco y permite que se escape, (Figura 20).

• La descarga del purgador puede producir ruido y este factor puede impedir el uso de un purgador termostático en algunos lugares. Si esto ocurriese, se puede montar un difusor que reduciría considerablemente el ruido de descarga.

• No sobredimensionar estos purgadores ya que puede aumentar su ritmo de ciclo y un desgaste prematuro. Las aplicaciones de drenaje de la línea principal suelen requerir las versiones de baja capacidad, siempre y cuando estén bien colocados los pozos de goteo.

Purgador de Impulsos

La Figura 21 muestra un purgador de impulsos, está formado por un pistón hueco A y un disco de pistón B que trabaja dentro de un pistón C que hace de guía. En la puesta en marcha, la válvula principal descansa en el asiento D dejando un paso para que fluya por espacio entre pistón y el cilindro y el orificio E en la parte superior del pistón. Al aumentar el flujo de aire y condensado actuarán en el disco del pistón B y elevarán la válvula principal de su asiento para incrementar el flujo. Un poco de condensado también pasará por el espacio entre pistón y el disco, a través de E hacia la salida del purgador.

Cuando la temperatura del condensado se acerca a la del vapor, parte se revaporiza al pasar por el hueco. Aunque se purga por el orificio E, crea una presión intermedia sobre el pistón, que hace que se coloque la válvula principal para su encuentro con la carga. Se puede ajustar el purgador moviendo la posición del pistón C en relación con el asiento pero una importante contrapresión afecta al purgador. Tiene una capacidad considerable, teniendo en cuenta su tamaño pequeño.

Por otro lado, el purgador no puede cerrar completamente y dejará pasar vapor vivo con cargas muy bajas. Pero el problema principal es el espacio tan pequeño entre el pistón y el cilindro. Le afecta mucho la suciedad que se encuentra normalmente en el sistema de vapor. El uso de este tipo es mínimo así que ya no se mencionará en las siguientes secciones.

Ventajas del Purgador de Impulso

• Los purgadores de impulso por el tamaño que tienen poseen una importante capacidad de manejo de condensado.

• Trabajan en una gama amplia de presiones sin tener que cambiar el tamaño de la válvula y se pueden usar con vapor a alta presión y recalentado.