Purgador termodinamico

El principio de funcionamiento de un purgador termodinamico se basa en la diferencia de velocidad con que fluye el condensado y el vapor a través de una simple válvula de disco del tamaño de una moneda de 25 pts ~ 2 €. La válvula cierra a la alta velocidad del vapor y abre a la baja velocidad del condensado.

El purgador termodinámico, es muy simple bajo el punto de vista mecánico, como se ve en el dibujo consiste en un cuerpo A, un tapón B y un disco libre C. Este disco es la única pieza móvil del purgador; en la parte superior del cuerpo se mecaniza una hendidura anular con un resalte interior D y otro exterior E para el asiento del disco (con el fin de que éste asiente sobre el anillo interior y exterior al mismo tiempo).

Entre estos dos asientos de anillo esta el orificio de salida G. Estos dos asientos están cuidadosamente rectificados. Lo mismo el disco C. Por lo tanto, este se asienta en ambos anillos al mismo tiempo separando la entrada de la salida, haciendo que el purgador cierre fuertemente.

La tapa en su parte interior, lleva un resalte H que actúa como tope para limitar la carrera hacia arriba del disco, con el fin de que quede siempre un espacio entre la parte superior del disco y la parte inferior de la tapa. Este espacio se llama "cámara de control" y veremos en su momento que, junto con la ranura que existe entre el borde del disco y la tapa, juega un importante papel en el funcionamiento del purgador. Cuando el disco hace asiento en el anillo interior D, separa esta cámara de control de la salida, es decir, por ese asiento, la entrada F queda aislada de la salida G, aspecto esencial para lograr un cierre perfecto; en el momento del arranque.

El purgador trabaja del siguiente modo; si se encuentra montado en un punto de la instalación que esta frío, porque aún no tiene vapor, cuando entre vapor en la red, lo primero que sucederá, es que el aire y el condensado frío, a una presión comparativamente baja, llegan al purgador, suben por el orificio de entrada E, elevan el disco C, hasta que se apoya en el resalte H del tapón; el aire y el condensado fluyen radialmente hacia el exterior a través del espacio comprendido entre el disco C y los anillos de asiento D y E, descargando ambos fluidos por el orificio G como se aprecia en las figuras siguientes.

Cuando la instalación se calienta, la temperatura del condensado aumenta de una forma gradual, la presión del vapor aumenta y empuja el condensado a mayor velocidad a través del purgador. El aumento de la velocidad supone la caída de presión al atravesar el purgador, desde la entrada a la salida, y debido a la menor presión, parte del condensado se revaporiza en el interior del purgador.

En el momento en que esto ocurre en un purgador termodinámico, hay una mezcla de vapor y condensado fluyendo radialmente por la cara inferior del disco desde el centro hacia el borde y debido a que el revaporizado ocupa un volumen mucho mayor, que el que ocuparía el mismo peso del condensado, separa más el disco del asiento H, produciendo el efecto de incrementar la velocidad del flujo, al reducir la sección de paso. A medida que el condensado aumenta de temperatura, se produce mayor cantidad de revaporizado y aumenta la velocidad con que fluye la mezcla de vapor y condensado, por la cara inferior del disco.

El aumento de velocidad provoca un hecho curioso e interesante, el disco comienza a descender hacia los asientos de anillo. ¿Por que? La justificación física de este comportamiento, la encontramos con la ayuda de un experimento muy simple. Se toma una tira de papel fino y la sujeta con un dedo, bajo su labio inferior, en esa posición, sople de frente inmediatamente, observara que la tira de papel, que está hacia abajo, se eleva hasta que se pone casi horizontal. Esto es justamente lo que sucede con el disco en el purgador termodinámico.

Razonado detenidamente el experimento anterior, resulta obvio que se ha alterado la igualdad de presiones que actúa en cada lado de la tira de papel, como se indica:

• Antes de soplar, había la misma presión atmosférica ei la parte superior e inferior del papel, igualándose y por esto el papel caía por su propio peso.
• Cuando se sopla, lo que realmente se hace, es reducir la presión en la parte superior del papel, por debajo de la atmosférica, y por lo tanto la presión en la parte inferior del papel consigue levantarlo.

En el caso del disco, el descenso se debe a la diferencia de presión entre caras y al peso propio del disco. La justificación científica de este comportamiento se basa en lo que indica el teorema de Bernouilli; “En un fluido en movimiento la presión total es la misma en todos sus puntos”; (presión total = estática + dinámica); la estática se puede medir con un manómetro; la dinámica es la presión que producen las partículas del fluido en movimiento, al golpear contra un obstáculo, dicha presión dinámica aumenta cuando lo hace la velocidad, de forma proporcional al cuadrado de la velocidad del fluido.

Si la presión total en el interior del purgador permanece constante y la presión dinámica de nuestro condensado y revaporizado aumenta al atravesar mas rápidamente el purgador, lógicamente la presión estática descenderá. Es esta caída en la presión estática, la que hace que el disco descienda hacia los asientos de anillo y acuse el mismo efecto de la tira de papel, que en el experimento ya citado.

Al acercarse el disco a los asientos, llega un momento en que empieza a estrangular la entrada de fluido, reduciendo su velocidad y por lo tanto su presión dinámica. La presión estática comenzara a aumentar y si no sucediera nada mas, el disco comenzaría nuevamente a retirarse de sus asientos. En este momento es cuanto actúa la cámara de control (espacio entre la parte superior del disco y la tapa).

Cuando el condensado y el revaporizado fluyen rápidamente, desde el centro del disco hasta sus bordes, golpean contra la tapa y parte del revaporizado pasa a través del espacio entre el borde del disco y la tapa y llena la cámara de control. Entonces produce una presión estática, de acuerdo con Bernoulli, que empuja hacia á)ajo toda la superficie del disco. Esto es suficiente para vencer la presión de entrada, que actúa solamente en una pequeña sección en el centro del disco y lo apoya fuertemente contra sus asientos, cerrando el purgador.

En esta posición de cierre, la entrada esta separada de la salida, debido a la posición del disco, que sella el asiento circular interior D, en esas condiciones, también la cámara de control queda cerrada por el asiento circular exterior E, del citado disco.

Para que se abra nuevamente el purgador, es necesario que el calor de la cámara de control se disipe, a través de la tapa, hacia la atmósfera, esto causara un descenso en la presión de la cámara de control, hasta que llega a ser inferior a la presión de entrada, entonces el disco se levantara y el purgador descargara el condensado; si no hay condensado que descargar, el vapor vivo entrará en la parte alta del disco y volverá a cerrarle.

Es ahora cuando puede ser explicada, la razón de llamara a este purgador, termodinámico; se debe a que abre a causa de las perdidas de temperatura en la cámara de control y cierra debido a la acción dinámica del vapor, o del revaporizado.

El purgador termodinámico, dispone de filtro, en la entrada, realizado en acero inoxidable, el disco y los asientos de cierre se realizan también en acero inoxidable, pero endurecido, para soportar el desgaste que se produce por el golpeteo del disco contra los asientos, cada vez que se cierra el purgador, estos elementos son fácilmente sustituibles.

El disco del purgador, tiene una cara completamente plana, que se coloca del lado de la cámara de control, la otra cara presenta uno, o más surcos concéntricos, esta última se coloca de forma que los surcos miren hacia los asientos de cierre. Los citados surcos interrumpen el flujo laminar, provocando turbulencias que aumentan la presión estática. Como consecuencia tiene lugar un retardo en el cierre del purgador, asegurando que el cierre no tenga lugar hasta que el condensado alcance la temperatura del vapor.

Si por error, o cualquier otra causa, se coloca el disco con la cara plana mirando hacia los asientos, la caída de la presión estática seria de tipo normal y el purgador cerraría, cuando el condensado estuviese todavía a 15° C por debajo de la temperatura del vapor; a causa de esta menor temperatura habría menos revaporizado que pudiese salir del purgador y quedaría algo de condensado en el interior de la instalación, cuando el purgador se cerrase.

En algunas instalaciones esto no tiene importancia, pero si es necesario que el condensado sea evacuado tan pronto como sea forme, es recomendable usar el purgador, colocando la cara del disco que presenta los surcos, mirando hacia los asientos (montaje de fabrica).

Las características de operación de este tipo de purgadores, son las siguientes:

• Permite un amplio rango de presión diferencial, y puede trabajar con una amplia gama de presiones, (consultar con el fabricante, hay modelos que soportan 42 Kg/cm²), sin necesidad de ningún ajuste y sin que se tenga que cambiar el diámetro de la válvula.
• Acepta el vapor sobrecalentado (consultar con el fabricante).
• No es afectado por el golpe de ariete, pero puede agravarlo.
• Soporta razonablemente las vibraciones.
• Es resistente a las heladas:
• En posición vertical y con descarga libre a la atmósfera, no se hielan.
• En posición horizontal puede llegar a helarse, pero resiste perfectamente.
• Tienen un tamaño reducido y una gran capacidad de descarga, en caliente y frío.
• El tipo de descarga, es cíclica, con perdida de vapor en cada ciclo de descarga.
• Permite el venteo y eliminación de incondensables, el aire puede provocar el cierre.
• Por estar construidos en acero inoxidable, no les afecta el condensado corrosivo.
• Actúan como válvulas de retención.
• No trabajará en buenas condiciones, si la presión de entrada es inferior a 0,5 Kg/cm², o cuando la contrapresión es superior al 80 % de la presión de entrada. Esto se debe a que en ambas circunstancias, la velocidad del fluido a través de la parte inferior del disco, se reduce demasiado.
• Si se sobredimensionan se deterioran con mayor facilidad que los demás tipos.
• Si al comienzo, la presión en la entrada del purgador aumenta lentamente, podrá descargar gran cantidad de aire, pero si la presión aumenta rápidamente, la alta velocidad con que sale el aire por el purgador, puede producir el mismo efecto que si fuera vapor y quedar bloqueado por el aire.

Se ha empleado mucho espacio en describir al purgador termodinámico, en parte porque el principio de funcionamiento no es tan sencillo como en los otros tipos de purgadores ya descritos, y también porque es un purgador muy útil, apto para una amplia gama de aplicaciones y cuya utilización en las instalaciones aumenta constantemente.

Como complemento de lo ya indicado se adjunta el siguiente cuadro, como ayuda para la elección del tipo más adecuado de purgador, en función de las características del servicio.