Armadilhas de Vapor Termodinâmicas

Armadilhas de vapor termodinâmicas têm um princípio de operação único que depende da dinâmica da água e do vapor flash. São simples, robustas e confiáveis e podem operar em temperaturas e pressões muito altas. Sua construção, uso e benefícios são detalhados aqui.

Armadilha de vapor termodinâmica tradicional

A armadilha termodinâmica é uma armadilha de vapor extremamente robusta com um modo de operação simples. A armadilha opera por meio do efeito dinâmico do vapor flash conforme passa pela armadilha, conforme representado na Figura 11.4.1. A única peça móvel é o disco acima da face plana dentro da câmara de controle ou tampa. Na partida, a pressão de entrada eleva o disco e o condensado frio mais ar é imediatamente descarregado do anel interno, sob o disco, e para fora através de três saídas periféricas (apenas 2 mostradas, Figura 11.4.1, i). O condensado quente fluindo pela passagem de entrada para a câmara sob o disco cai em pressão e libera vapor flash movendo-se em alta velocidade. Esta alta velocidade cria uma área de baixa pressão sob o disco, puxando-o em direção ao seu assento (Figura 11.4.1, ii). Ao mesmo tempo, a pressão do vapor flash se acumula dentro da câmara acima do disco, forçando-o para baixo contra o condensado de entrada até que se assente nos anéis interno e externo. Neste ponto, o vapor flash fica retido na câmara superior e a pressão acima do disco iguala a pressão sendo aplicada à parte inferior do disco pelo anel interno. No entanto, a parte superior do disco está sujeita a uma força maior do que a parte inferior, pois tem uma área superficial maior. Eventualmente, a pressão retida na câmara superior cai à medida que o vapor flash condensa. O disco é elevado pela pressão de condensado agora mais alta e o ciclo se repete (Figura 11.4.1, iv). A taxa de operação depende da temperatura do vapor e das condições ambientes. A maioria das armadilhas permanecerá fechada entre 20 e 40 segundos. Se a armadilha abrir com muita frequência, talvez devido a uma localização fria, úmida e ventosa, a taxa de abertura pode ser desacelerada simplesmente instalando uma tampa isolante na parte superior da armadilha. Vantagens da armadilha de vapor termodinâmica

• As armadilhas termodinâmicas podem operar em toda a sua faixa de trabalho sem qualquer ajuste ou troca de componentes internos.
• São compactas, simples, leves e têm uma grande capacidade de condensado para seu tamanho.
• As armadilhas termodinâmicas podem ser usadas em vapor de alta pressão e superaquecido e não são afetadas por golpe de aríete ou vibração. A construção totalmente em aço inoxidável oferece alto grau de resistência a condensado corrosivo.
• As armadilhas termodinâmicas não são danificadas pelo congelamento e é improvável que congelem se instaladas com o disco em um plano vertical e descarregando livremente para a atmosfera. No entanto, a operação nesta posição pode resultar em desgaste da borda do disco.
• Como o disco é a única peça móvel, a manutenção pode ser facilmente realizada sem remover a armadilha da linha.
• O ‘clique’ audível que ocorre quando a armadilha abre e fecha torna o teste da armadilha muito simples. Desvantagens da armadilha de vapor termodinâmica
• As armadilhas de vapor termodinâmicas não funcionarão positivamente em diferenciais de pressão muito baixos, pois a velocidade do fluxo na parte inferior do disco é insuficiente para que ocorra pressão mais baixa. Elas estão sujeitas a uma pressão mínima de entrada (tipicamente 0,25 bar g), mas podem suportar uma contrapressão máxima de 80% da pressão de entrada.
• As armadilhas termodinâmicas podem descarregar uma grande quantidade de ar na ‘partida’ se a pressão de entrada se acumular lentamente. No entanto, o acúmulo rápido de pressão fará com que o ar em alta velocidade feche a armadilha da mesma forma que o vapor, e ela sofrerá ‘vinculação aérea’. Neste caso, um purgador de ar termostático separado pode ser instalado em paralelo com a armadilha. Armadilhas de vapor termodinâmicas modernas podem ter um disco anti-vinculação aérea integrado que impede o acúmulo de pressão de ar sobre o disco e permite que o ar escape (Figura 11.4.3).
• A descarga da armadilha pode ser ruidosa e este fator pode proibir o uso de uma armadilha termodinâmica em alguns locais, por exemplo, fora de um quarto de hospital ou sala de cirurgia. Se isso for um problema, pode ser facilmente equipada com um difusor que reduz consideravelmente o ruído de descarga.
• Cuidado deve ser tomado para não superdimensionar uma armadilha termodinâmica, pois isso pode aumentar os tempos de ciclo e induzir desgaste. Aplicações de drenagem de tubulações principais muitas vezes só precisam ser equipadas com versões de baixa capacidade, desde que a consideração adequada seja dada ao posicionamento correto dos bolsões de drenagem.****

Armadilha de vapor por impulso

A armadilha por impulso (conforme mostrado na Figura 11.4.4) consiste em um pistão oco (A) com um disco de pistão (B) trabalhando dentro de um pistão cônico (C) que atua como guia. Na ‘partida’ a válvula principal (D) repousa no assento (E) deixando uma passagem de fluxo através da folga entre pistão e cilindro e orifício (F) no topo do pistão. O aumento do fluxo de ar e condensado atuará no disco do pistão e levantará a válvula principal de seu assento para dar fluxo aumentado. Algum condensado também fluirá pela lacuna entre o pistão e o disco, através de E e para fora até a saída da armadilha. À medida que o condensado se aproxima da temperatura do vapor, parte dele se transforma em vapor flash ao passar pela lacuna. Embora isso seja sangrado pelo orifício F, cria uma pressão intermediária sobre o pistão, que efetivamente posiciona a válvula principal para atender a carga. A armadilha pode ser ajustada movendo a posição do pistão (B) em relação ao assento, mas a armadilha é afetada por contrapressão significativa. Tem uma capacidade substancial, considerando seu pequeno tamanho. Por outro lado, a armadilha é incapaz de fornecer fechamento total e passará vapor em cargas muito leves. O principal problema, no entanto, é a folga fina entre o pistão e o cilindro. Isso é facilmente afetado pela sujeira normalmente encontrada em um sistema de vapor. O uso de armadilhas por impulso é relativamente limitado, portanto não são consideradas em algumas seções subsequentes deste Módulo. Vantagens da armadilha de vapor por impulso

• As armadilhas por impulso têm uma capacidade substancial de manuseio de condensado para seu tamanho.
• Funcionam em uma ampla faixa de pressões de vapor sem qualquer alteração no tamanho da válvula e podem ser usadas em vapor de alta pressão e superaquecido.
• São boas para ventilar ar e não podem sofrer ‘vinculação aérea’. Desvantagens da armadilha de vapor por impulso
• As armadilhas por impulso não podem fornecer fechamento hermético e soprarão vapor em cargas muito leves.
• São facilmente afetadas por qualquer sujeira que entre no corpo da armadilha devido à folga extremamente pequena entre o pistão e o cilindro.
• As armadilhas podem pulsar em carga leve causando ruído, golpe de aríete e até danos mecânicos à própria válvula.
• Não funcionarão contra uma contrapressão que exceda 40% da pressão de entrada.

Armadilha de vapor labiríntica

Uma forma simples da armadilha labiríntica é mostrada na Figura 11.4.5. Consiste em uma série de defletores que podem ser ajustados por meio de uma volante. O condensado quente passando entre o primeiro defletor e o corpo da armadilha está sujeito a uma queda de pressão e parte dele se transforma em vapor flash. O espaço ao redor do próximo defletor tem que lidar com um volume aumentado de condensado quente e impede a escape de vapor vivo. As placas defletoras podem ser movidas para dentro ou para fora usando a volante, o que altera sua posição em relação ao corpo, efetivamente alterando o tamanho geral do orifício. Vantagens da armadilha de vapor labiríntica

• Este tipo de armadilha é comparativamente pequeno em relação à sua capacidade e há pouca possibilidade de falha mecânica, já que não há peças automáticas. Desvantagens da armadilha de vapor labiríntica
• A armadilha labiríntica precisa ser ajustada manualmente sempre que houver uma variação significativa na pressão do vapor ou na carga de condensado. Se a configuração não estiver correta para as condições prevalecentes, desperdício de vapor ou encharcamento do espaço de vapor ocorrerá (como uma armadilha de orifício fixo).

Armadilhas de orifício fixo

Estes são dispositivos contendo um orifício de diâmetro predeterminado para permitir que uma quantidade calculada de condensado flua sob condições específicas de pressão. Na prática, cargas de condensado e pressões de vapor podem variar consideravelmente. Por exemplo, cargas de partida e operação podem diferir consideravelmente, juntamente com a pressão de vapor que mudará devido às ações dos controles de temperatura. Essas condições variáveis podem resultar no orifício fixo reter condensado no processo ou passar vapor vivo, o que pode afetar o desempenho do equipamento e comprometer a segurança. Os orifícios fixos são frequentemente dimensionados para condições de operação, de modo que retêm condensado suficiente e não passam vapor. Se for o caso, na partida, estão subdimensionados em maior grau e o espaço de vapor tem uma boa chance de encharcar. A alternativa é dimensioná-los para não encharcar durante a partida. O orifício está então efetivamente superdimensionado para condições de operação e o dispositivo passará vapor. O tamanho do orifício é geralmente um compromisso entre as duas condições, de modo que, em alguns pontos intermediários, o orifício está corretamente dimensionado. Corrosão e vida útil do equipamento O encharcamento contínuo aumenta significativamente o risco de corrosão no espaço de vapor. Não é incomum encontrar que, após instalar armadilhas de orifício fixo, a vida útil do equipamento é reduzida abaixo daquela que pode ser esperada com armadilhas de vapor adequadas. Uma armadilha de vapor adequada deve ser capaz de alcançar capacidade suficiente em todas as pressões e taxas de fluxo presentes na aplicação. Pode então passar condensado quente sem vazamento de vapor em qualquer condição. Para alcançar isso, o tamanho do orifício deve variar na armadilha. Deve ser grande o suficiente para atender a pior condição e então ter algum meio de reduzir a área efetiva de fluxo do orifício quando a capacidade se tornar excessiva. Isso descreve exatamente a operação de uma armadilha de vapor. Vantagens de uma armadilha de orifício fixo

• Pode ser usada com sucesso quando pressões e cargas são constantes.
• Não há peças móveis. Desvantagens de uma armadilha de orifício fixo
• Se dimensionada para carga de operação, armadilhas de orifício fixo encharcarão na partida, reduzindo o desempenho do equipamento durante este período, aumentando os tempos de partida e o risco de corrosão.
• Se dimensionada para carga de partida, armadilhas de orifício fixo desperdiçarão vapor quando o equipamento estiver operando, efetivamente aumentando os custos operacionais.
• Armadilhas de orifício fixo frequentemente entopem com sujeira devido ao pequeno tamanho do orifício.
• O custo de substituir um trocador de calor devido à corrosão será muito maior do que o custo de substituir a armadilha de orifício fixo por uma armadilha de vapor. Nota: Armadilhas de orifício fixo não são recomendadas para drenar condensado de qualquer aplicação suscetível a condições de carga variáveis.