Purgadores de Vapor: Tipos, Selección e Instalación

El purgador es un elemento fundamental que garantiza la eficiencia en los sistemas que funcionan con vapor. Cuando el vapor circula por una tubería, algunas circunstancias provocan que una porción de él ceda su calor latente y se transforme en condensado. El condensado que se forma es perjudicial y reduce drásticamente la eficiencia del sistema, de aquí la necesidad de eliminarlo inmediatamente.

El purgador de vapor forma un enlace entre el usuario y el retorno de condensado, reteniendo el vapor vivo y eliminando el condensado, el aire y los gases incondensables. La utilización de purgadores en las instalaciones de vapor tiene como beneficio;

Beneficios de utilizar Purgadores de Vapor

• Aumento de la eficiencia de la instalación.
• Reduce la aparición de golpes de ariete.
• Minimiza la corrosión del sistema.
• Reduce la frecuencia en la que aparecen fugas y a consecuencia reduce costes de mantenimiento.

Es fundamental que los purgadores se encuentren en buen estado y se haya seleccionado un purgador adecuado. En algunas ocasiones los purgadores se mantienen completamente cerrados, lo que provoca un drenaje incompleto en el sistema. El incorrecto drenaje del condensado en un punto de la tubería, implicaría que esté condensado se traslade hasta el siguiente punto de purga, lo que resulta en ineficiencia del sistema u otros posibles daños derivados.

¿Qué función cumple un purgador?

El trabajo del purgador es efectuar la descarga de condensado sin permitir que escape el vapor vivo. Al efectuarse la expulsión del condensado, el vapor continúa su recorrido, garantizando la realización de su trabajo de la forma más eficiente y económicamente posible. Un purgador puede trabajar en rangos de presiones desde vacío hasta más de 100 bares. Los purgadores de condensado tendrán que ser seleccionados cuidadosamente teniendo en cuenta las variables que puedan afectar su correcto funcionamiento.

Puntos a tener en cuenta para implementar los purgadores.

• Instalarlos en líneas con pendiente no menor a 40 mm por cada 10 m de tubería, y posicionarlos siempre en tuberías que desciendan en dirección del flujo.
• Purgar las líneas de vapor siempre a intervalos regulares de 30 – 50 m.
• Siempre que se precise instalar un purgador en un tramo recto de tubería, deberá utilizarse un pozo de goteo de gran tamaño, que pueda recoger el condensado.
• La toma de derivaciones debemos procurar tomarlas siempre en la parte superior de la línea, para tomar el vapor lo más seco posible.
• Si es necesario incorporar reducciones, se arán con acoplamientos asimétricos para evitar la formación de balsas de condensado.

Tipos de Purgadores de Vapor

Para la selección correcta de los purgadores de un sistema con vapor es necesario conocer los diferentes tipos que existen y sus principales características técnicas. Según International Standard ISO 6704: 1984  existen tres tipos básicos de purgadores.

1. Purgador Térmico:

Funcionan utilizando los cambios temperatura. Un purgador termostático reacciona al cambio de temperatura y abre la válvula permitiendo el paso del condensado. Tengamos en cuenta que esto sucede gracias a que la temperatura del vapor saturado está establecida por su presión, cuando se produce el intercambio de energía en el proceso, el vapor cede su entalpía de evaporación, produciendo condensado a la temperatura de evaporación. Cualquier pérdida de energía posterior implica una reducción en la temperatura, cambio que acciona la apertura del purgador.

Tipos de los purgadores Térmicos (Termostáticos)

1- Purgador de presión equilibrada: Dispone de un tubo metálico corrugado que contiene una mezcla de alcohol con punto de ebullición menor que el del agua, esto hace que el mecanismo se expanda o contraiga efectuando la apertura o cierre de la válvula. 

Ventajas: Pequeños, gran capacidad de evacuación, elimina el aire, auto-ajuste a cambios de presión, fácil mantenimiento.

Desventajas: Alta sensibilidad del elemento termostático antes golpes de ariete y elementos corrosivos 

2- Purgador de expansión líquida: Su funcionamiento es utilizando un tubo metálico lleno de aceite u otro líquido, al dilatarse o contraerse este líquido actúa sobre un pistón de movimiento libre que abre o cierra la válvula. 

Ventajas: No está expuesto a heladas, elimina el aire, soporta golpes de ariete, regulable para descargas a bajas temperaturas.

Desventajas: Respuesta lenta ante variaciones de presión, no se debe utilizar donde se requiera de eliminación rápida del condensado.

3- Purgador de expansión metálica: 

Dentro de esta categoría existen varios modelos;

• De simple asiento: Utiliza un bimetal como modo de accionamiento para la apertura. Cuando el bimetal es sometido a una temperatura predeterminada, este se dobla y da paso al fluido. Con la válvula cerrada la presión se opone al esfuerzo del bimetal para abrirla, es necesario un cierto subenfriamiento del condensado para que abra el purgador (inundación parcial).

• De doble asiento: Utiliza el mismo principio de funcionamiento que el de simple efecto, a diferencia tiene dos asientos en la válvula de apertura. 

• Con la válvula en la salida: La válvula se sitúa en la zona de salida. La presión actúa sobre la válvula facilitando su apertura. Necesita menos enfriamiento del condensado que el purgador bimetálico de simple o doble asiento.

• Con láminas en forma de cruz: La forma de las láminas bimetálicas permiten variar la fuerza ejercida sobre la válvula al variar la presión de la instalación. Los brazos tienen diferente longitud y espesor, entrando en secuencia al aumentar la temperatura.

2. Purgador Mecánico:

Basa su funcionamiento en el cambio de densidad del fluido. Dentro de esta categoría existen dos variantes que basan su funcionamiento en cuestiones puramente mecánicas. Purgador de Boya cerrada, este sube cuando una boya se acciona en presencia del condensado para abrir una válvula y expulsar el condensado. En la otra variante se dispone de un purgador de cubeta invertida, de esta forma cuando el vapor alcanza la cubeta en el purgador esta flota y cierra una válvula impidiendo la salida del vapor.

Tipos de purgadores mecánicos

1- De flotador: Un purgador de flotador está compuesto de un mecanismo muy básico y sencillo pero eficiente. Modifica su posición al cambiar el nivel de condensado en el interior del purgador, actuando sobre una válvula de cierre, cerrando directamente el orificio de salida del condensado. Dentro de esta modalidad puedes encontrarte dos variantes;

Purgador de flotador libre. Este modelo tiene un flotador completamente libre dentro del cuerpo del purgador. En reposo se encuentra tapando la salida, pero al llenarse el depósito de condensado sube el flotador y permite la salida del condensado. Al descargar el condensado, el flotador regresa a su posición de reposo y continúa sellando la salida. 

Purgador de flotador y palanca. De esta forma el flotador va unido a una palanca. Al subir el nivel del condensado, el flotador sube y acciona la palanca que hace libera el condensado. A este tipo de purgador hay que instalarle una válvula que permite purgar el aire. Los purgadores mecánicos tienen diferentes tamaños de asiento para cada gama de presiones. 

Desventajas: Sensible a golpes de ariete. Los materiales del purgador no toleran el condensado corrosivo ni el vapor recalentado. Puede ser dañado por heladas. 

Ventajas: Descarga continua a la temperatura del vapor. Puede descargar pequeñas o grandes cantidades de condensado con la misma eficacia. No le afectan las fluctuaciones en la presión. Si lleva elemento termostático, elimina el aire con facilidad. Pueden funcionar cuando se produce bloqueo por vapor si incorporan un sistema antibloqueo.

2- De cubeta. Los purgadores de cubeta funcionan con cierta similitud a los de flotador. Podemos encontrar dos tipos, de cubeta abierta y cubeta invertida. 

Purgador de Cubeta abierta: La cubeta flota en el condensado cuando está vacía, pero cae por su propio peso cuando se llena de condensado. Al entrar el condensado, la cubeta flota cerrando el orificio de salida Cuando el condensado entra en la cubeta y esté suficientemente llena, el peso interior provoca que la cubeta baje hasta él.

Ventajas: Son purgadores robustos. Se pueden utilizar para altas presiones y vapor recalentado. Soportan los golpes de ariete y los condensados corrosivos mejor que la mayoría de los purgadores mecánicos.
Desventajas: Solo puede descargar condensado en un rango de presiones que depende del peso de la cubeta. Suelen ser grandes y pesados en relación con su capacidad de descarga, por lo que son poco usados. La eliminación del aire se lleva a cabo mediante una válvula manual o un elemento termostático. Se puede dañar por heladas.

Purgador de Cubeta invertida: El vapor que entra en la cubeta la hace flotar en el condensado accionando el mecanismo de cierre. Cuando no hay vapor, la cubeta se encuentra en la parte baja del purgador y la válvula está completamente abierta expulsando el condensado.

Ventajas: Se pueden utilizar para altas presiones y vapor recalentado si se instala una válvula de retención a la entrada. Soportan razonablemente los golpes de ariete y los condensados corrosivos.
Desventajas: Elimina el aire muy lentamente a través del orificio practicado en la parte superior de la cubeta. Es necesario instalar una válvula de retención si se producen fluctuaciones importantes de presión, que impide la pérdida de sello del condensado. 

3. Purgador Termodinámico:

Estos purgadores basan su funcionamiento en la diferencia de velocidad entre el vapor y el condensado, aprovechan el principio termodinámico de descarga de condensado a presión, lo que provoca un re-vaporizado que solo deja pasar el condensado. Al llegar el vapor al sistema, este se vuelve a sellar gracias a los cambios de presiones. Al tener el vapor un volumen específico mucho mayor que el condensado, la velocidad de la mezcla aumenta al aumentar la temperatura del condensado, formándose más revaporizado. 

Ventajas: Son compactos, ligeros, simples y con una gran capacidad de descarga en relación con su tamaño. Trabajan dentro de su rango de presiones sin ajustes o cambio del tamaño del orificio de salida. Se pueden utilizar para altas presiones y vapor recalentado. Soportan golpes de ariete y vibraciones. Al construirse con acero inoxidable, tienen un alto grado de resistencia a los condensados corrosivos. No se dañan por heladas. El disco evita el retorno de condensado, no necesitando válvulas de retención. Se mantienen fácilmente, al tener solo el disco como elemento móvil.

Desventajas: No trabajan correctamente con presión de entrada baja o de descarga elevada (velocidad pequeña en la parte inferior que provoca depresión insuficiente). Un aumento rápido de presión provoca velocidad suficiente en el aire para cerrar el purgador, necesitando un purgador termostático en paralelo para eliminar el aire. Si la temperatura ambiente es baja, el revaporizado condensa rápidamente, provocando aperturas cierres del disco más frecuente, y, por tanto, un mayor desgaste. Para evitarlo se aísla la tapa. El funcionamiento del disco es ruidoso.

4. Purgadores Mixtos

1- Purgador de Impulso:

El vapor que entra en la cubeta la hace flotar. Tiene un cilindro hueco que lleva un pistón delgado, este mecanismo es el que realiza el movimiento de apertura y cierre. La presión en la parte superior del pistón disminuye debido al aumento de velocidad del condensado, es algo menor que la presión de la parte inferior, y la válvula permanece abierta.

Ventajas: Tiene una buena capacidad de descarga con un tamaño relativamente pequeño. Puede trabajar en una amplia gama de presiones sin cambiar el tamaño de la válvula. Se puede utilizar para altas presiones y con vapor recalentado. Elimina el aire con facilidad y no se bloquea por este.

Desventajas: No siempre son estancos y pueden perder vapor. Son muy sensibles a cualquier suciedad del vapor, debido a las pequeñas tolerancias entre pistón y cilindro. Pueden pulsar a baja carga, produciendo ruidos o golpes de ariete e incluso averías en la propia válvula.

2- Purgador de Laberinto:

El condensado entra y se encuentra con un conjunto de deflectores cuyo diámetro aumenta en el sentido de circulación del fluido. El condensado pierde presión gradualmente al pasar a través de los deflectores, revalorizando parcialmente en cada una de las cámaras entre deflectores. El flujo de condensado se frena impidiendo salir al vapor. Si el espacio entre deflectores y el cuerpo del purgador es importante, pasará condensado y vapor, si el espacio es pequeño, solo pasará condensado frío.

Ventajas: Tiene una buena capacidad de descarga con un tamaño relativamente pequeño. No presenta averías mecánicas, al no tener partes móviles.

Desventajas: Hay que ajustarlo manualmente cuando hay variaciones importantes de presión o de la carga de condensado. Si el ajuste no es el adecuado, puede perder vapor o inundar con condensado la superficie de transferencia.

Selección de Purgadores

Recomendación para seleccionar el tipo de purgador. El purgador adecuado para nuestro proyecto siempre se debe dimensionar particularizando en las condiciones concretas de cada proyecto.

Dimensionado de Purgadores

El tamaño del purgador seleccionado no se debe ver afectado por el diámetro de la tubería en la que está conectado. Los purgadores se dimensionan en función del condensado que se necesita eliminar. Para esto necesitamos conocer a fono nuestro sistema y es necesario conocer el condensado en función del tiempo en el arranque y en su funcionamiento a régimen.

La cantidad de condensado que descarga un purgador (capacidad del purgador) depende de:
1. Presión diferencial
2. Diámetro orificio de descarga
3. Temperatura del condensado

1. Presión diferencial

Es el diferencial de presión que existe entre la entrada del purgador y la presión en el punto de drenaje. Es la que obliga al condensado a circular a través del purgador.

El caudal que es capaz de eliminar un purgador aumenta con la presión diferencial, pero debemos tener en cuenta que la capacidad del purgador no es directamente proporcional a la presión diferencial. La capacidad máxima del purgador es máxima cuando también es máxima la presión diferencial, pero el purgador siempre estará limitado por su presión máxima de diseño.

Al adquirir un purgador siempre es recomendable ponernos en contacto con su fabricante y que este nos facilite toda la información técnica necesaria.

2. Diámetro orificio de descarga

El diámetro del orificio de descarga del purgador define la capacidad del purgador y así cómo la presión diferencial máxima a la que puede trabajar. A cada presión diferencial corresponde un diámetro de orificio máximo para que el purgador funcione.

3. Temperatura del condensado

El condensado que llega al purgador se encuentra a una presión mayor que la presión a la salida, generando una cierta cantidad de vapor revaporizado. El revaporizado ocupa una parte importante del orificio de salida, reduciendo su área efectiva. Al aumentar la temperatura del condensado, aumenta la cantidad de revaporizado disminuyendo la capacidad de descarga del purgador.

Cálculo del Caudal de Condensado

Antes de que sé del las condiciones normales de operación, el vapor debe calentar toda la red de distribución y los equipos que se encuentran en ella. El tiempo de calentamiento depende de la instalación. El caudal de condensado m en (kg/s) se calcula utilizando la siguiente fórmula.

Donde:

• P – Peso del elemento (kg)
• Cp – Calor específico del elemento (J/kg ºC)
• Tv – Temperatura del vapor ( ºC)
• Ta – Temperatura ambiente ( ºC)
• hgl – Calor latente del vapor (J/kg)
• t – Tiempo de calentamiento (s)
• m – caudal de condensado m en (kg/s)

El resultado obtenido se debe multiplicar por un factor de seguridad, su medida dependerá del grado de exigencia de la instalación. Como regla a seguir podemos utilizar un factor de (2) en todos los cálculos, excepto en sistemas de control de temperatura y cilindros secadores, en los cuales sería mejor utilizar factor de seguridad (3).

Cálculo de la presión diferencial

La presión diferencial (Pd) no es más que la diferencia entre la presión de entrada (Pe) y la de salida (Ps).

Pd = Pe – Ps

Cuando calculemos los parámetros antes mencionados solo tenemos que seleccionar el purgador. A continuación les dejo tres ejemplos de Cómo seleccionar el Purgador.

Instalación de los Purgadores

Los purgadores son instalados en el punto de la línea donde se acumula condensado. El purgador debe mantener una distancia adecuada con el punto de purga, garantizando que el condensado llegue en las condiciones óptimas. Los purgadores se instalan en conjunto con algunos accesorios que permiten el correcto funcionamiento del mismo, garantizando las condiciones de operación y mantenimiento.

• Válvula de corte
• Filtro
• Detector de figas
• Purgador de aire
• Válvula de retención
• Válvula de corte

Criterios generales para la instalación del purgador.

• Instalarlo lo más cerca posible de la unidad a purgar, salvo los termostáticos (de 0,5 a 1,5 m del
  punto de purga)
• Permitir la accesibilidad y desmontaje del purgador
• Situarlo a un nivel igual o menor que la unidad a purgar
• Instalarlo en los puntos bajos, cambios de dirección y puntos intermedios de tramos horizontales en tuberías
• El diámetro de la tubería de conexión debe tener el mismo diámetro que el purgador