¿Por qué usar purgadores en sistemas de vapor?

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 lo 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.

Solo 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.

Entonces, ¿Por qué usar purgadores en sistemas de vapor? El deber de un purgador es descargar condensado sin permitir el escape de vapor vivo. 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 algo 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. Pueden haber variaciones de presiones de trabajo, suministro o contrapresión. Pueden estar sujetas a temperaturas extremas o incluso a golpes de ariete en tuberías de vapor. 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.

En este sentido, un purgador para sistemas de vapor debe influir en:

• 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 cuanto 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 termodinámicos. 

  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. 

• 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. 

Considera la entalpía de condensado recién formado a presión y temperatura 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 calculan de la siguiente manera: 

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 38 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.

A través de toda la historia del uso del vapor, 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 esta 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.

Si estás interesado en conocer más razones por las cuales usar purgadores en sistemas de vapor, te invitamos a acceder al calculador para evaluar adecuadamente los aspectos económicos de los procesos de la planta que usan vapor y de las mejoras que puedes conseguir en su infraestructura de generación y distribución.

Finalmente, suscríbete al newsletter especializado en sistemas de vapor industrial, un recurso que te servirá para recibir más contenido sobre las nuevas tendencias del vapor.