O purgador de vapor tem uma tarefa simples: deixar sair o condensado e segurar o vapor. Quando ele falha aberto, o vapor vivo passa direto para a linha de retorno ou para a atmosfera, e a caldeira precisa queimar mais combustível para repor o que se perdeu. Essa perda quase nunca aparece em relatório nenhum. Não há alarme, a produção segue normal e a conta chega diluída na lenha, no cavaco ou no gás do mês.
Neste artigo mostramos como estimar quanto vapor um purgador vazando perde, em kg/h, e quanto isso representa em reais por ano. A conta cabe numa folha de papel, e também pode ser feita na nossa calculadora de perda de vapor.
O que significa um purgador "soprando"
Na linguagem do chão de fábrica, purgador soprando é o que deixa passar vapor vivo de forma contínua. Ele pode estar totalmente aberto (sede gasta, sujeira presa no mecanismo, boia furada) ou parcialmente aberto, que é o caso mais comum. Existe ainda a falha oposta: o purgador travado fechado, que segura o condensado, alaga o equipamento, derruba a troca térmica e pode provocar golpe de aríete. Essa segunda falha não aparece em kg/h de vapor perdido, mas custa em produtividade e em risco mecânico.
Quando o purgador descarrega para a atmosfera, o vazamento é visível: uma pluma constante, diferente da nuvem branca e intermitente do vapor flash. Quando ele descarrega numa linha de retorno fechada, ninguém vê nada. Os sintomas aparecem longe dali: linha de retorno pressurizada, tanque de condensado soltando vapor pelo respiro, bomba de condensado trabalhando quente demais.
A física da perda: vapor passando por um orifício
Um purgador travado aberto se comporta como um furo por onde o vapor escapa. A vazão depende de três coisas: o diâmetro do orifício, a pressão do vapor e um coeficiente de descarga que leva em conta o formato da passagem. A fórmula que usamos nos relatórios e na calculadora do site é a equação de Napier, já em unidades brasileiras:
W [kg/h] = 0,412 × d² [mm] × Pabs [bar] × Cd
- d é o diâmetro do orifício de descarga do purgador, em milímetros. Atenção: é o orifício interno, que costuma ser bem menor que a bitola da conexão. O dado está no catálogo do fabricante.
- Pabs é a pressão absoluta a montante: a pressão manométrica lida no manômetro mais 1,013 bar.
- Cd é o coeficiente de descarga. Adotamos 0,6, que é conservador. O Departamento de Energia dos EUA (DOE) usa 0,72 na sua tabela de referência.
A tabela do DOE convertida para mm e bar
O DOE publica, na Steam Tip Sheet #1 (2006), uma tabela de perda de vapor por orifício elaborada pelo Boiler Efficiency Institute, para descarga à pressão atmosférica. Convertemos os valores de libras por hora para kg/h e de psig para bar, e colocamos ao lado o resultado da fórmula da casa, com Cd 0,6.
| Orifício | Pressão manométrica | Tabela DOE (Cd 0,72) | Fórmula da casa (Cd 0,6) |
|---|---|---|---|
| 1/16" (1,6 mm) | 100 psig (6,9 bar) | 6,0 kg/h | 4,9 kg/h |
| 1/8" (3,2 mm) | 100 psig (6,9 bar) | 23,9 kg/h | 19,7 kg/h |
| 1/8" (3,2 mm) | 150 psig (10,3 bar) | 34,4 kg/h | 28,3 kg/h |
| 3/16" (4,8 mm) | 100 psig (6,9 bar) | 54,0 kg/h | 44,3 kg/h |
| 1/4" (6,4 mm) | 100 psig (6,9 bar) | 95,7 kg/h | 78,8 kg/h |
| 1/4" (6,4 mm) | 150 psig (10,3 bar) | 137,4 kg/h | 113,2 kg/h |
Duas leituras importantes. A primeira: a perda cresce com o quadrado do diâmetro. Dobrar o orifício multiplica a perda por quatro. A segunda: com Cd 0,72, a fórmula de Napier reproduz a tabela do DOE com diferença em torno de 1% (34,0 contra 34,4 kg/h no caso de 1/8" a 10,3 bar). Usar 0,6 nos deixa abaixo da referência, de propósito. Preferimos que o relatório subestime a perda a que a exagere.
Um exemplo em reais
Premissas do exemplo (ilustrativas): orifício de 3 mm; pressão de 7 bar manométricos (8,013 bar absolutos); Cd 0,6; 6.000 horas de operação por ano; custo do vapor de R$ 120 por tonelada, valor hipotético. Cada planta tem o seu custo, que pode ser calculado como mostramos no artigo sobre custo do vapor da caldeira.
Com o purgador totalmente aberto:
- Perda: 0,412 × 3² × 8,013 × 0,6 = 17,8 kg/h.
- Por ano: 17,8 kg/h × 6.000 h = cerca de 107 toneladas de vapor.
- Em reais: 107 t × R$ 120/t = cerca de R$ 12,8 mil por ano.
Purgador soprando raramente está 100% aberto. Por isso a nossa calculadora usa 50% de abertura como padrão para o caso "parcialmente aberto", o que leva o mesmo purgador para algo perto de R$ 6,4 mil por ano. Parece pouco diante do orçamento de uma planta, até multiplicarmos pelo número de purgadores com defeito.
O próprio DOE, na mesma publicação, dá um exemplo: um purgador de 1/8" travado aberto numa linha de 150 psig (10,3 bar) perde 75,8 lb/h (34,4 kg/h), o que representa US$ 6.640 por ano com o vapor a US$ 10 por mil libras e operação de 8.760 horas.
Agora imagine um parque de 200 purgadores sem manutenção há alguns anos. Segundo o DOE (2006), nessa situação de 15% a 30% dos purgadores podem ter falhado. Nem toda falha é vazamento, porque parte trava fechada. Se 20 deles estiverem soprando parcialmente nas condições do exemplo, a perda passa de R$ 120 mil por ano. Números ilustrativos, mas a ordem de grandeza é essa.
Por que essa perda passa despercebida
Na nossa experiência, quatro motivos se repetem em quase toda planta que visitamos:
- A descarga é fechada. O vapor vai para o retorno e só aparece como pressão alta no tanque de condensado ou como pluma no respiro, que todo mundo acha normal.
- O vapor flash confunde. Condensado quente que sai para pressão menor gera vapor naturalmente. Sem instrumento e sem prática, é difícil separar o flash normal do vapor vivo que está escapando.
- Ninguém sabe o custo do vapor. Sem o valor em R$ por tonelada, a perda não vira dinheiro e não compete com outras prioridades da manutenção.
- Purgador não quebra a produção. Um purgador soprando não para a linha. A manutenção, ocupada com o que para, deixa para depois.
O que fazer a partir de amanhã
- Levante quantos purgadores a planta tem e em que pressão cada grupo trabalha. Só esse inventário já muda a conversa.
- Calcule ou estime o custo do vapor. Sem esse número, nenhuma decisão de manutenção fica bem fundamentada.
- Observe o respiro do tanque de condensado e a temperatura da linha de retorno. Pluma forte e constante é sinal de vapor vivo chegando por purgadores abertos.
- Comece os testes pelos purgadores de maior pressão e maior orifício, que são os que mais perdem. No artigo como testar um purgador de vapor explicamos os métodos e os limites de cada um.
- Registre o resultado de cada purgador com TAG e localização, para comparar na próxima campanha.
Quando o parque é grande, ou quando a equipe não tem instrumento nem tempo para testar purgador por purgador, uma inspeção de purgadores com ultrassom e termografia entrega essa lista pronta, com a perda estimada em kg/h e em R$/ano para cada item, sem parar a produção.
Se quiser fazer essa conta com os números da sua planta, fale com a gente. Uma conversa curta costuma bastar para saber se vale a pena aprofundar.
Perguntas frequentes
Quanto vapor perde um purgador de 1/2 polegada vazando?
Depende do orifício interno de descarga, que é menor que a bitola da conexão, e da pressão. Um orifício de 3 mm totalmente aberto a 7 bar perde cerca de 17,8 kg/h pela fórmula de Napier com Cd 0,6. O diâmetro correto está no catálogo do fabricante.
Purgador soprando vapor: o que fazer?
Primeiro confirme que é vapor vivo e não vapor flash, com ultrassom ou com a ajuda de quem tem prática. Confirmado o vazamento, isole o purgador, verifique filtro e sede e programe reparo ou troca. Registre o item para acompanhar na próxima inspeção.
Como calcular a perda de vapor de um purgador em reais?
Estime a perda em kg/h pelo orifício e pela pressão, multiplique pelas horas de operação no ano e pelo custo do vapor em R$ por tonelada. Sem o custo real do vapor da planta, o resultado é apenas ilustrativo.
