Coletor de vapor com flutuador esférico

O purgador de flutuação de esfera é um dispositivo mecânico em que um purgador funciona devido à diferença de densidade do vapor. Nesse dispositivo, uma válvula mantém uma esfera de purga flutuante. Quando o corpo da válvula é preenchido com líquido, a esfera flutua sobre o líquido. Uma haste de ferro é usada para conectar a esfera flutuante à porta da válvula, de modo que ela possa abrir a porta da válvula à medida que a esfera flutua para cima. Se o nível de condensado estiver baixo, a válvula será preenchida com vapor. Dessa forma, o vapor empurrará a esfera para baixo, fechando a porta. Além disso, a válvula pode permitir o fluxo de vapor em uma taxa ajustada ou controlada. O purgador de flutuação de esfera é um dispositivo usado para separar o vapor da água. Os purgadores de boia destinam-se a evitar o desperdício de vapor. O ar e o condensado presentes no vapor de uma planta de vapor têm certos efeitos prejudiciais ao desempenho efetivo da planta. Esses efeitos incluem a ocupação do espaço de aquecimento que pode ser ocupado pelo vapor e também causam a formação de filmes de água na superfície de aquecimento ou bolsas de ar que limitam a transferência de calor.

Figura: Coletor de vapor com flutuador esférico.

 

Funcionamento de um purgador de boia esférica

Um purgador com boia esférica é composto por uma válvula e um mecanismo que abre ou fecha a válvula para drenar o condensado da tubulação sem permitir o escape de vapor. O purgador com boia esférica é instalado em um ponto baixo do sistema a ser drenado. A válvula do purgador de boia esférica e a boia são conectadas de forma a permitir que a válvula se abra quando a boia subir. Quando o purgador está funcionando, o vapor misturado com água flui pela câmara da boia. Como a água é mais densa que o vapor, ela cai no fundo do purgador. Isso faz com que o nível da água suba. Dessa forma, o aumento do nível de água faz com que a boia se eleve, o que, por sua vez, levanta o plugue e abre a válvula. Isso força a drenagem do condensado enquanto a boia se move para baixo, para uma posição mais baixa, o que faz com que a válvula se feche antes que o nível de condensado fique baixo demais para permitir o escape do vapor. Por meio desse purgador, o condensado que sai do purgador é devolvido ao sistema de alimentação. 

Funcionamento de um purgador de boia esférica

 

Especificações do purgador de boia esférica

Há fatores que afetam as especificações mínimas do purgador de boia esférica para temperatura, pressão, material, capacidade de descarga e tipo de conexão. Esses fatores são discutidos a seguir.

Material da carroceria 

O material do purgador de boia esférica é um fator muito importante a ser considerado na compra de um purgador. A seleção do material depende da pressão e da temperatura máximas de trabalho no ambiente circundante, do local de descarga do condensado e dos requisitos de manutenção mínima. Os fabricantes de purgadores com flutuador de esfera selecionam o material com o objetivo de atingir a pressão máxima, o teste de pressão e a temperatura da tubulação. O material usado para fazer a tampa, o corpo e outras partes do purgador de boia esférica resistentes à pressão não são diferentes daqueles usados em outras válvulas. Esses materiais incluem aço inoxidável, aço carbono, ferro fundido dúctil ou ferro fundido cinzento. A temperatura e a pressão máximas aplicáveis do material do corpo nem sempre são equivalentes à temperatura e à pressão máximas de operação de um purgador de boia esférica. Isso ocorre porque a temperatura e a pressão máximas de trabalho podem ser restringidas pela resistência à temperatura/pressão de outros componentes, como gaxetas e peças internas. 

Dimensionamento 

Um purgador de boia esférica precisa corresponder ao tamanho da tubulação na saída do dispositivo que fornece o condensado a esse purgador. A tubulação de condensado na descarga do equipamento que fornece condensado ao purgador precisa ser dimensionada de acordo com os detalhes da tabela abaixo. O purgador de boia de esfera não precisa ser dimensionado abaixo da tubulação de saída do equipamento, pois isso pode resultar em encharcamento e danos ou problemas de aquecimento. Além disso, o tamanho da tubulação na saída do purgador de boia esférica não precisa depender do tamanho do purgador, mas sim ser projetado para produzir a taxa de fluxo necessária e restringir a perda de pressão para um fluxo de duas fases.

Tipo de conexão 

A maioria dos usuários de vapor precisa de purgadores de boia com rosca, flange ou soquete para conexões com base nas especificações e códigos nacionais, da empresa ou do setor. As conexões rosqueadas são mais baratas em relação às conexões flangeadas. Entretanto, as conexões rosqueadas precisam ser aparafusadas durante a instalação, o que significa que o tubo de saída do purgador precisa ser desconectado ou usar uma união para facilitar a substituição do purgador. Ao usar conexões rosqueadas no purgador de boia esférica, as roscas usadas devem seguir os padrões oficiais para reduzir conexões ruins na tubulação conectada. O purgador de boia com conexão de solda de soquete é preferido em certas plantas a vapor para restringir o nível de vazamento de vapor. Entretanto, essas conexões são difíceis de desinstalar durante a substituição e tendem a ter custos de manutenção mais altos. O purgador de flutuação esférica com conexão flangeada é fácil de remover e substituir se o purgador tiver o mesmo tamanho e dimensões face a face. Após as especificações do purgador terem sido feitas de acordo com o ambiente e as condições de operação, a próxima abordagem é determinar a capacidade de descarga apropriada e o fator de segurança. 

 

Tipos de purgador de boia esférica

Purgador de boia de esfera solta 

O tipo mais simples de purgador de boia esférica é o purgador de boia solta. Esse purgador é mostrado na figura abaixo. O condensado entra no purgador de boia esférica pela entrada no ponto A. Isso faz com que o nível de água suba e a boia em B seja levantada do ponto C. Isso abre caminho para que o condensado passe livremente pelo orifício da válvula em D. Quando o fluxo de condensado diminui, o nível de água no purgador de boia esférica cai e a boia começa a cobrir o ponto de saída D. Depois de descarregar todo o condensado, a boia cobre o orifício e, assim, evita a perda de vapor. A ação da boia ajuda a aumentar a descarga contínua a ser mantida em relação à quantidade de condensado que chega ao purgador de boia esférica. Esse tipo de purgador com boia de esfera solta é vantajoso por exigir pouca manutenção, pois não tem componentes de trabalho que possam apresentar problemas. Entretanto, no purgador de boia de esfera solta, a saída é mantida mais baixa do que a entrada. Esse projeto resulta em uma vedação de água que restringe a saída de vapor pelo purgador. Além disso, essa vedação não descarrega o ar do purgador por meio do orifício principal. Dessa forma, outro ponto E da torneira de ar manual precisa ser incluído. O outro problema associado a um purgador com boia de esfera solta é que é difícil conseguir um bom assentamento da esfera em um orifício de saída pequeno. 

 

Figura: Purgador com boia de esfera solta.

 

Purgador com boia de esfera de alavanca

Esse é um tipo de purgador de boia esférica em que o condensado entra no corpo por meio da entrada A e a esfera B é levantada quando o nível da água sobe. A esfera é conectada à válvula de saída no ponto D pelo uso do braço da boia no ponto C. A válvula de saída se abre porque o condensado levanta a esfera. A posição da válvula muda de acordo com o nível de água no corpo, o que proporciona descarga contínua de condensado em qualquer carga que esteja dentro da capacidade máxima desse tipo de purgador. Quando a carga de condensado é reduzida, o vapor sobe para alcançar o purgador e a boia cai para a posição inferior. A válvula é fixada contra a sede para evitar o desperdício de vapor. O principal problema associado a esse purgador é o fato de ele não poder descarregar pela válvula principal ao iniciar. 

Purgador com boia de esfera de alavanca

A menos que o fabricante do purgador de boia esférica forneça um determinado mecanismo para liberar o ar do sistema, ele impedirá que o condensado flua para o purgador, tornando-o preso ao ar. Os fabricantes de purgadores de boia de esfera às vezes projetam o purgador com uma torneira manual no ponto E. Entretanto, essa torneira manual precisa ser operada manualmente toda vez que o vapor for ligado. 

Purgador de ar termostático com boia de esfera

Este é um purgador de boia com uma saída de ar automática em vez de uma torneira manual como no purgador de boia com alavanca. A saída de ar está localizada no espaço do vapor acima do nível do condensado. Depois que o ar inicial é liberado, ele fica fechado até que o ar e outros gases não condensáveis se acumulem durante a operação normal, fazendo com que ele se abra e, assim, reduza a mistura de temperatura do vapor/ar. Esse tipo de purgador termostático com ventilação de ar e flutuador de esfera é vantajoso porque aumenta a capacidade do condensado na partida a frio.

Purgador de ar termostático com boia de esfera

 

Aplicações do purgador de boia esférica 

• Usado em um trocador de calor para melhorar a transferência de calor. 
• Eles são usados em fornos de aquecimento. 
• Baterias de aquecedores e aquecedores de unidade. 
• Drenagens separadoras. 
• Usado em cilindros de secagem. 
• Tanques de aquecimento. 
• Prensas de aquecimento para transferir calor para uma superfície. 

 

Vantagens do purgador de boia esférica 

• Descarregue o condensado imediatamente, independentemente das mudanças na pressão do vapor, especialmente quando for usado um respiradouro automático. 
• Descarrega o condensado continuamente em temperaturas de vapor. Por isso, é a primeira opção para uso quando a taxa de transferência de calor é alta ao aquecer a área de superfície disponível. 
• Lida com cargas leves e pesadas de condensado e não é afetado por flutuações repentinas e amplas de pressão ou taxa de fluxo. 
• Resistente a golpes de aríete. 
• Esses purgadores podem descarregar o ar livremente, especialmente quando uma saída de ar automática é usada. 
• Os fabricantes de purgadores com flutuador de esfera os projetam com grande capacidade para uma variedade de aplicações. 

 

Desvantagens do purgador de boia esférica

• Susceptível a danos por congelamento excessivo. 
• Esses purgadores exigem várias peças internas para permitir o funcionamento em várias faixas de pressão. 
• Se esses purgadores forem submetidos a uma pressão diferencial mais alta do que a faixa de pressão projetada, eles poderão se fechar e não passar nenhum condensado. 

 

Solução de problemas do purgador de boia esférica 

vazamento de vapor vivo

• A sujeira foi depositada na sede da válvula. Coloque um filtro separado antes do purgador de boia esférica. Certifique-se de que o filtro seja removido e limpo adequadamente. Inspecione o eixo e a sede quanto a qualquer depósito de sujeira e limpe a superfície. 

Não descarregar condensado 

• A boia da bola foi perfurada. Isso fará com que a boia fique cheia de água e, portanto, perderá sua flutuabilidade e a bola não subirá para flutuar na água. Isso fará com que o purgador engasgue. É necessário substituir a esfera da boia por outra. 
• Baixa pressão diferencial. A baixa pressão diferencial pode ser facilmente anulada pela contrapressão. Dessa forma, o purgador de esfera não descarregará nenhum condensado. Para evitar isso, certifique-se de que a pressão diferencial seja mantida alta, conforme recomendado. 

 

Resumo 

Um purgador de flutuação de esfera é um tipo de purgador mecânico. Esse purgador é usado para separar vapor e água. Um purgador de boia esférica funciona abrindo uma válvula para permitir o fluxo de fluido. Ao mesmo tempo, o purgador impede que o vapor escape. Um purgador com flutuador de esfera ajuda a garantir que o vapor não seja desperdiçado. Um purgador de flutuação de esfera é composto de dois elementos: válvula e conjunto de sede. A válvula oferece um orifício variável para onde o condensado é descarregado. O segundo elemento ajuda a fechar ou abrir a válvula que determina se o fluido deve ser descarregado ou não. A separação do fluido é feita aplicando-se o conceito de diferença de densidade. O purgador com boia esférica ajuda a separar a água e o vapor porque a água é mais densa que o vapor. Esse purgador usa uma esfera flutuante. Quando o purgador está cheio de líquido, a esfera flutua sobre ele. A flutuação da esfera abre uma porta de válvula para permitir o fluxo do condensado. Quando o nível de condensado está muito baixo, o purgador fica cheio de vapor. Consequentemente, o vapor empurra a esfera para baixo para fechar a válvula de gaveta. 

Os três tipos de purgadores de boia esférica são o purgador de boia esférica com ventilação termostática, o purgador de boia esférica com alavanca e o purgador de boia esférica solta. Esses purgadores são usados em muitas aplicações, como prensas de aquecimento, tanques de aquecimento, trocadores de calor, cilindros de secagem, entre outros. Os purgadores de boia esférica são preferidos devido às suas propriedades, como resistência a golpes de aríete, grande capacidade, capacidade de descarregar condensado na temperatura do vapor, capacidade de descarregar condensado assim que ele se forma.