Armadilhas de Vapor Termostáticas

As armadilhas termostáticas operam em resposta à temperatura do vapor circundante. A operação e os benefícios de 3 tipos diferentes são considerados aqui - armadilhas de expansão líquida, bimetálicas e termostáticas de pressão equilibrada. Cada uma opera de maneira diferente e é adequada para tipos específicos de aplicação.

Armadilha de vapor de expansão líquida

Esta é uma das armadilhas termostáticas mais simples e é mostrada na Figura 11.2.1. Um elemento cheio de óleo se expande quando aquecido para fechar a válvula contra o assento. O ajuste permite que a temperatura de descarga da armadilha seja alterada entre 60°C e 100°C, o que a torna idealmente adequada como dispositivo para eliminar grandes quantidades de ar e condensado frio na partida. Conforme discutido no Módulo 2.2, a temperatura do vapor saturado varia com a pressão.

A Figura 11.2.2 mostra a curva de saturação para vapor, juntamente com a linha de resposta de temperatura fixa (X - X) da armadilha de expansão líquida, configurada em 90°C.

Pode-se ver pela Figura 11.2.2 que quando a pressão está na pressão P1, o condensado precisaria esfriar apenas uma pequena quantidade (ΔT1) e a drenagem seria aceitável. No entanto, se a pressão for aumentada para P2, o condensado precisará esfriar mais (ΔT2) para passar pela armadilha de vapor. Este resfriamento só pode ocorrer no tubo entre o processo e a armadilha e, se a temperatura de descarga da armadilha permanecer constante, o processo encharcará.

Aplicação típica

Devido à sua característica de descarga em temperatura fixa, a armadilha de expansão líquida pode ser empregada útilmente como uma ‘armadilha de drenagem de desligamento’. Aqui, sua saída deve sempre apontar para cima, conforme ilustrado na Figura 11.2.3, para permitir a imersão contínua do elemento cheio de óleo. Como a armadilha só pode descarregar entre 60°C - 100°C, normalmente só abrirá durante a partida. Pode ser instalada ao lado de uma armadilha de drenagem de tubulação principal que normalmente seria conectada a uma linha de retorno de condensado. Vantagens da armadilha de vapor de expansão líquida:

• As armadilhas de expansão líquida podem ser ajustadas para descarregar em baixas temperaturas, fornecendo uma excelente capacidade de ‘drenagem a frio’. • Assim como a armadilha de pressão equilibrada, a armadilha de expansão líquida está totalmente aberta quando fria, fornecendo boa descarga de ar e máxima capacidade de condensado em cargas de ‘partida’. • A armadilha de expansão líquida pode ser usada como armadilha de drenagem de partida em tubulações principais de vapor superaquecido de baixa pressão onde uma longa perna de resfriamento é garantida de inundar com condensado mais frio. É capaz de resistir a vibração e condições de golpe de aríete.

Desvantagens da armadilha de vapor de expansão líquida:

• O tubo flexível do elemento pode ser destruído por condensado corrosivo ou superaquecimento. • Como a armadilha de expansão líquida descarrega condensado a uma temperatura de 100°C ou abaixo, nunca deve ser usada em aplicações que exigem remoção imediata de condensado do espaço de vapor. • Se a armadilha estiver sujeita a condições de congelamento, a armadilha e sua tubulação associada devem ser bem isoladas. • A armadilha de expansão líquida normalmente não é uma solução de drenagem por si só, pois geralmente requer outra armadilha de vapor operando em paralelo. No entanto, pode frequentemente ser usada onde a taxa de partida não é uma consideração importante, como ao drenar serpentinas de aquecimento de tanques pequenos.

Armadilha de vapor de pressão equilibrada

Uma grande melhoria em relação à armadilha de expansão líquida é a armadilha de pressão equilibrada, mostrada na Figura 11.2.4. Sua temperatura de operação é afetada pela pressão do vapor circundante. O elemento operacional é uma cápsula contendo uma mistura especial de líquido e água com um ponto de ebulição inferior ao da água. Em condições frias que existem na partida, a cápsula está relaxada. A válvula está fora do seu assento e totalmente aberta, permitindo remoção irrestrita de ar. Esta é uma característica de todas as armadilhas de pressão equilibrada e explica por que são bem adequadas para ventilação de ar. À medida que o condensado passa pela armadilha de vapor de pressão equilibrada, o calor é transferido para o líquido na cápsula. O líquido vaporiza antes que o vapor alcance a armadilha. A pressão de vapor dentro da cápsula faz com que ela se expanda e a válvula se feche. A perda de calor da armadilha então resfria a água ao redor da cápsula, o vapor condensa e a cápsula se contrai, abrindo a válvula e liberando condensado até que o vapor se aproxime novamente e o ciclo se repita (Figura 11.2.5).

O diferencial abaixo da temperatura do vapor no qual a armadilha opera é governado pela concentração da mistura líquida na cápsula. O elemento de ‘paredes finas’ dá uma resposta rápida a mudanças de pressão e temperatura. O resultado é a linha de resposta conforme ilustrado na Figura 11.2.6. Os primeiros elementos tipo fole de construção não ferrosa eram suscetíveis a danos por golpe de aríete. A introdução de elementos de aço inoxidável melhorou consideravelmente a confiabilidade. A Figura 11.2.7 mostra uma visão explodida de um arranjo moderno de armadilha de vapor de pressão equilibrada que tem considerável resistência a danos por golpe de aríete, superaquecimento e corrosão. Vantagens da armadilha de vapor de pressão equilibrada:

• Pequena, leve e com grande capacidade para seu tamanho. • A válvula está totalmente aberta na partida, permitindo que ar e outros gases não condensáveis sejam descarregados livremente e fornecendo máxima remoção de condensado quando a carga é maior. • Este tipo de armadilha é improvável que congele quando trabalhando em uma posição exposta (a menos que haja uma elevação no tubo de condensado após a armadilha, o que permitiria que a água voltasse e inundasse a armadilha quando o vapor estiver desligado). • A armadilha moderna de pressão equilibrada se ajusta automaticamente a variações de pressão de vapor até sua pressão máxima de operação. Também tolera até 70°C de superaquecimento. • A manutenção da armadilha é simples. A cápsula e o assento da válvula são facilmente removidos e substituições podem ser instaladas em alguns minutos sem remover a armadilha da linha. Desvantagens da armadilha de vapor de pressão equilibrada:

• As armadilhas de vapor de pressão equilibrada de estilo mais antigo tinham foles que eram suscetíveis a danos por golpe de aríete ou condensado corrosivo. Cápsulas de aço inoxidável soldadas, introduzidas mais recentemente, são mais capazes de tolerar tais condições. • Em comum com todas as outras armadilhas termostáticas, o tipo de pressão equilibrada não abre até que a temperatura do condensado tenha caído abaixo da temperatura do vapor (a diferença exata de temperatura sendo determinada pelo fluido usado para preencher o elemento). Isso é claramente uma desvantagem se a armadilha de vapor for escolhida para uma aplicação na qual o encharcamento do espaço de vapor não pode ser tolerado, por exemplo; drenagem de tubulações principais, trocadores de calor, rastreamento crítico.

Armadilha de vapor bimetálica

Como o nome implica, armadilhas de vapor bimetálicas são construídas usando duas tiras de metais dissimilares soldadas juntas em um elemento. O elemento deflete quando aquecido. (Figura 11.2.8):