Purgadores de Vapor: Tipos, Funcionamiento y Recuperación de Condensados

The purgadores de vapor son componentes esenciales en cualquier instalación naval que utilice vapor como fluido de trabajo: calefacción de tanques, calentadores de aire, serpentines de carga, sistema de gas inerte, evaporadores o líneas de acompañamiento.

Su función is evacuar automáticamente el condensado, the aire y los gases no condensables sin permitir una pérdida significativa de vapor vivo.

Una selección, instalación o conservación incorrecta del purgador provoca acumulación de condensado, pérdida de transferencia térmica, golpes de ariete, corrosióninterna y un consumo innecesario de combustible en caldera. Por eso los purgadores tienen un peso directo en la eficiencia energética de toda planta de vapor a bordo.

1. ¿Qué es un Purgador de Vapor?

A purgador de vapor is una válvula automática diseñada para diferenciar entre vapor vivo, condensado, aire de arranque y otros gases no condensables, descargando todo excepto el vapor útil.

Cuando el vapor cede su calor latente a un equipo ( un calentador, un serpentín, un intercambiador…), se transforma en agua.

Nota*:

The calor específico it is the energía necesaria para elevar la temperatura de 1 kg de una sustancia en 1°C (sin cambiar de estado).

The calor latente it is the energía absorbida o liberada para cambiar de estado físico (de sólido a líquido, etc.), manteniendo la temperatura constante

1.1. Funciones Principales de los Purgadores de Condensado

Un purgador correctamente seleccionado cumple tres funciones:

1. Descargar el condensado generado en el sistema.
2. Eliminar el aire y los gases no condensables, especialmente durante el arranque.
3. Evitar la pérdida de vapor vivo, minimizando el consumo de vapor de caldera.

Estas funciones permiten que la instalación alcance más rápidamente su temperatura de trabajo y opere de forma estable.

El purgador de vapor está diseñada para distinguir entre:

• Vapor vivo.
• Condensado producido por la pérdida de calor del vapor.
• Aire presente durante el arranque.
• Otros gases no condensables.

Ese condensado debe retirarse de inmediato: si se acumula, reduce la superficie de intercambio disponible and compromete la transferencia de calor del equipo.

2. ¿Por qué es Necesario Eliminar el Condensado?

La presencia de condensado dentro de una línea o de un equipo de vapor puede causar diferentes problemas operativos.

2.1. Reducción de la Transferencia de Calor

El condensado forma una película de agua sobre la superficie de intercambio. Esta película actúa como resistencia térmica and reduce la capacidad del vapor para transmitir calor.

En calentadores, serpentines o intercambiadores, la acumulación de agua puede provocar:

• Calentamiento irregular.
• Mayor tiempo para alcanzar la temperatura deseada.
• Descenso del rendimiento.
• Incremento del consumo de vapor.
• Pérdida de capacidad del equipo.

2.2. Golpes de Ariete

Cuando el vapor circula a gran velocidad sobre condensado acumulado, puede arrastrarlo y formar masas de agua que impactan contra válvulas, codos y cambios de sección.

Este fenómeno, conocido como golpe de ariete, genera ruido, vibraciones and fuertes esfuerzos mecánicos. En situaciones severas puede dañar tuberías, soportes, juntas, váadjustment e intercambiadores.

2.2. Corrosión

El CO₂ presente en el aire arrastrado se disuelve en el condensado formando ácido carbónico, which reduce el pH del agua y favorece la corrosión interna de tuberías y calderines. Una evacuación eficaz del aire y del condensado limita este mecanismo.

Hablamos más profundamente sobre la corrosión química y mecánica en el siguiente artículo: Corrosión Marina en Buques

3. Tipos de Purgadores de Vapor

Los purgadores de vapor pueden clasificarse según el principio físico utilizado para diferenciar el vapor del condensado.

The tres grupos principales son:

• Purgadores Termostáticos.
• Purgadores Mecánicos.
• Purgadores Termodinámicos.

Cada diseño presenta un comportamiento diferente frente a la carga de condensado, el aire, los cambios de presión, el vapor sobrecalentado, la contrapresión y las condiciones ambientales.

3.1. Purgadores de Vapor Termostáticos

Los purgadores termostáticos funcionan aprovechando la diferencia de temperatura existente entre the vapor y the condensado enfriado.

Mientras el condensado se encuentra frío, la válvula permanece abierta y permite su evacuación junto con el aire. Cuando la temperatura se aproxima a la correspondiente al vapor saturado, el elemento termostático actúa y cierra la válvula.

Para que el purgador vuelva a abrir, normalmente es necesario que el condensado se enfríe algunos grados por debajo de la temperatura de saturación.

3.1.1 Purgador Termostático de Presión Equilibrada

Incorpora una cápsula metálica flexible rellena de una mezcla de alcohol with a punto de ebullición inferior al del agua a presión equivalente.

Funcionamiento

Durante el arranque, el sistema contiene aire y condensado frío. La mezcla de alcohol del elemento A permanece condensada y la válvula B queda totalmente abierta sobre el asiento C, permitiendo la descarga de aire y condensado frío en el momento de mayor caudal.

A medida que el condensado se calienta y se aproxima a la temperatura de vapor, la mezcla de alcohol alcanza su punto de ebullición, se vaporiza y expande el elemento A, empujando B contra C y cerrando la descarga antes de que escape vapor vivo.

Cuando el condensado vuelve a enfriarse, el vapor interno de la cápsula condensa, el elemento se contrae y el ciclo se repite.

Ventajas

• Totalmente abierto en el arranque: máxima descarga de aire y condensado frío cuando más se necesita.
• Se autoajusta a variaciones de presión de vapor dentro de su rango de diseño.
• Mantenimiento sencillo: el elemento y el asiento se sustituyen en pocos minutos sin retirar el purgador de la línea.

Limitaciones

• The elemento extensible puede dañarse por golpes de ariete o por condensados corrosivos (los modelos actuales en acero inoxidable mitigan este problema).
• No es apto para vapor sobrecalentado salvo diseños específicos de encapsulado resistente a alta temperatura.
• No abre hasta que el condensado está varios grados por debajo de la temperatura de vapor ( inconveniente en equipos que no toleran anegamiento), aunque favorable cuando se quiere recuperar calor sensible antes de descargar.

Los diseños modernos utilizan materiales resistentes, como acero inoxidable, y pueden incorporar cápsulas específicamente preparadas para condiciones exigentes.

3.1.2 Purgador Termostático Bimetálico

El purgador bimetálico utiliza dos metales con diferentes coeficientes de dilatación. Al calentarse, ambos materiales se expanden de manera distinta y provocan una deformación controlada del conjunto.

Esta deformación mueve la válvula hacia su asiento y detiene la descarga cuando la temperatura se aproxima al valor previsto.

Ventajas

• Construcción robusta.
• Buena resistencia a presiones elevadas.
• Capacidad para trabajar con cierto grado de subenfriamiento.
• Posibilidad de aprovechar una mayor parte del calor del condensado.
• Aplicación en líneas de acompañamiento, calefacción y determinados procesos.

Limitaciones

• Su respuesta puede ser más lenta que la de otros diseños.
• La temperatura de descarga depende de la calibración del elemento.
• Una selección incorrecta puede producir acumulación excesiva de condensado.
• Algunos modelos requieren ajuste para adaptarse a las condiciones reales de servicio.

3.1.2 Purgador Termostático de Membrana

Variante que emplea una membrana metálica ondulada en lugar de cápsula rígida, con un comportamiento similar al de presión equilibrada pero con una respuesta más progresiva.

3.1.3 Purgador Termostático de Expansión Líquida

Este diseño utiliza la expansión de un líquido contenido dentro de un elemento sensible a la temperatura.

El purgador permanece abierto con el sistema frío. A medida que aumenta la temperatura, el líquido se expande y desplaza la válvula hasta cerrarla.

Se utiliza principalmente cuando puede tolerarse un subenfriamiento significativo del condensado. No suele ser la mejor elección para equipos que requieren evacuación inmediata.

3.2 Purgadores de Vapor Mecánicos

Los purgadores mecánicos funcionan aprovechando la diferencia de densidad entre el vapor y el condensado.

El condensado, al ser mucho más denso, eleva o modifica la posición de un flotador o una cubeta. Ese movimiento abre o cierra la válvula de descarga.

3.2.1 Purgador Mecánico de Flotador

Funcionamiento
El condensado entra por A; al subir el nivel de agua, el flotador B se eleva desde su posición de reposo C, abriendo el paso del condensado por el orificio D. Si el caudal de condensado disminuye, el flotador desciende de nuevo hacia C, cerrando el orificio D.

The descarga es modulante y prácticamente continua, proporcional al caudal de entrada, a diferencia de los termostáticos e termodinámicos, que trabajan en ciclos de apertura y cierre.

Ventajas

• Descarga continua y proporcional a la carga.
• Trabaja muy cerca de la temperatura de vapor (mínimo subenfriamiento), ideal para intercambiadores que no toleran anegamiento.
• Pocas piezas susceptibles de avería.

Limitaciones

• La salida queda por debajo de la entrada, generando un sello de agua que impide tanto la fuga de vapor como la evacuación de aire (necesita una purga manual o un venteo termostático auxiliar).
• Conseguir un buen asiento con el flotador puede ser delicado en servicio prolongado.
• Riesgo de daño por congelación si el cuerpo queda lleno de agua y se expone a temperaturas bajo cero.

3.2.2 Purgador de Flotador y Palanca

Mismo principio de flotabilidad, pero el flotador acciona la válvula mediante una palanca en lugar de actuar directamente sobre el asiento (misma forma que el mecanismo de una cisterna doméstica). Esto elimina la dependencia de un ajuste fino del asiento para un cierre correcto.

3.2.3 Purgador de Flotador y Termostático

Combina un flotador que regula la descarga continua de condensado con un elemento termostático independiente que evacúa el aire en el arranque y se cierra al alcanzar la temperatura de vapor. Es habitual en intercambiadores de calor, calentadores y serpentines con control automático de temperatura y cargas variables.

3.2.3 Purgador de Cubeta Invertida

Contiene una cubeta abierta por su parte inferior, conectada a la válvula mediante palanca. El condensado hace descender la cubeta (abre la válvula); el vapor que entra bajo la cubeta la hace flotar y ascender (cierra la válvula).

Un pequeño orificio en la parte superior evacúa lentamente el aire y algo de vapor.
Construcción robusta, buena resistencia a golpes de ariete y a presiones elevadas, pero la evacuación de aire es más lenta que en otros diseños y necesita mantener el sello de agua para funcionar, como limitante, podemos decir que es vulnerable a perder el cebado y a la congelación.

3.3 Purgadores de Vapor Termodinámicos

3.3.1 Purgador Termodinámico de Disco

Es el diseño más extendido en instalaciones navales de media y alta presión.

Ventajas

• Diseño compacto, ligero y con una sola pieza móvil (mantenimiento sin desmontar el purgador de la línea).
• Apto para altas presiones y vapor sobrecalentado.
• Insensible a golpes de ariete y vibraciones.
• Cuerpo en acero inoxidable, con alta resistencia a condensados corrosivos (ventaja clara frente a los termostáticos convencionales).

Limitaciones

• En arranques con subida de presión muy lenta puede descargar cantidades importantes de aire; una subida rápida genera suficiente velocidad para cerrar el disco igual que lo haría el vapor.
• A temperatura ambiente muy baja, el revaporizado de la cámara de control condensa más rápido de lo normal, lo que aumenta la frecuencia de ciclos y el desgaste del disco y los asientos.
• Funcionamiento audible: el ciclo de apertura/cierre genera un golpeteo característico.

No existe un purgador universalmente superior: la elección depende de la presión, la contrapresión disponible, la carga de condensado y la tolerancia del equipo al subenfriamiento.

4. Selección de un Purgador de Vapor

4.1 Presión Diferencial

El purgador descarga gracias a la diferencia entre presión de entrada y contrapresión de la línea de retorno:

Presión Diferencial = Presión de Entrada − Contrapresión de Salida

Un purgador correctamente dimensionado puede no descargar si la presión diferencial disponible es insuficiente (error de diseño habitual en líneas de retorno mal calculadas o con elevación excesiva).

4.2 Carga de Condensado y Margen de Seguridad

Debe calcularse el caudal máximo de condensado, especialmente en el pico de arranque en frío, which puede ser varias veces superior a la carga en régimen estable. Un purgador sobredimensionado tampoco es deseable: empeora el control en carga parcial y aumenta las pérdidas si llega a fallar abierto.

4.3 Contrapresión Admisible

Cada modelo tiene un límite máximo de contrapresión, expresado habitualmente como porcentaje de la presión de entrada. Superarlo reduce o anula la capacidad de descarga del purgador, independientemente de su tipo.

4.4 Compatibilidad de Servicio

Vapor saturado o sobrecalentado, riesgo de congelación, golpes de ariete, vibración, partículas en el condensado y corrosividad del fluido determinan qué familia de purgador es viable antes de comparar modelos concretos.

5. Instalación Correcta de un Purgador de Vapor

Una instalación adecuada es tan importante como la elección del propio purgador.

5.1 Colocación Respecto al Equipo

El purgador debe situarse en un punto que permita al condensado llegar hasta él por gravedad siempre que sea posible.

En intercambiadores y serpentines, normalmente se instala por debajo de la salida de condensado para proporcionar una columna estática favorable.

5.2 Filtro

Puede instalarse un filtro aguas arriba para retener partículas, óxidos y restos de montaje.

El filtro debe colocarse en la orientación correcta para evitar que su cámara se convierta en un punto de acumulación de condensado.

5.3 Válvulas de Aislamiento

Las válvulas situadas antes y después del purgador facilitan el mantenimiento. Sin embargo, deben permanecer en la posición operativa correcta y no utilizarse para estrangular indebidamente el flujo.

5.4 Válvula de Retención

Cuando existe riesgo de retorno de condensado o una contrapresión variable, puede ser necesaria una válvula de retención. Algunos purgadores incorporan este elemento internamente.

5.5 Línea de Bypass

Los bypass manuales pueden provocar grandes pérdidas de vapor si quedan abiertos. Solo deben instalarse cuando sean realmente necesarios y su operación debe estar controlada.

5.6 Dirección de Flujo y Orientación

Debe respetarse la flecha de flujo del cuerpo y la posición indicada por el fabricante. Algunos purgadores solo funcionan correctamente en una orientación específica.

5.7 Tubería de Descarga

La línea debe dimensionarse considerando tanto el condensado como el vapor de revaporización generado después de la descarga.

Una tubería demasiado pequeña puede producir:

• Contrapresión elevada.
• Ruido.
• Erosión.
• Funcionamiento inestable.
• Reducción de la capacidad del purgador.

6. Fallos Habituales de los Purgadores de Vapor

6.1 Purgador Bloqueado

Provoca acumulación de condensado aguas arriba: equipo frío, calentamiento lento, golpes de ariete, vibración, diferencia anormal de temperatura entre entrada y salida, ausencia de descarga.

6.2 Purgador con Fuga de Vapor Vivo

El vapor pasa de forma continua hacia el retorno: pérdida directa de energía, aumento de presión y temperatura en el tanque de condensado, exceso de revaporización, ruido continuo, mayor consumo de agua de alimentación y combustible, sobrecarga de otros equipos del circuito.

Importante: no toda descarga visible de vapor en la salida indica fuga. Al pasar a presión inferior, parte del condensado caliente se revaporiza de forma natural, distinguir este vapor flash de una fuga real, evita diagnósticos erróneos en planta.

7. Inspección, Normativa y Mantenimiento de Purgadores de Vapor

Los purgadores de vapor deben incluirse dentro del programa de mantenimiento preventivo de la instalación. Su inspección permite detectar pérdidas de vapor vivo, obstrucciones, acumulación de condensado, desgaste interno y problemas de contrapresión.

Los métodos habituales de comprobación incluyen:

• Inspección visual.
• Medición de temperatura.
• Comprobación por ultrasonidos.
• Escucha del ciclo de descarga.
• Revisión del filtro, las válvulas y las conexiones.
• Verificación del rendimiento del equipo drenado.

La temperatura por sí sola no siempre permite determinar si un purgador funciona correctamente. Debe combinarse con el sonido, el patrón de descarga y las condiciones reales de presión.

Entre las principales normas internacionales y europeas relacionadas con los purgadores automáticos de vapor se encuentran:

• ISO 6552:1980: Definición de Términos Técnicos para Purgadores Automáticos de Vapor.
• ISO 6553:2016: Marcado de Purgadores Automáticos de Vapor.
• EN ISO 6553:2017, Adopción Europea de la Norma sobre Marcado.
• ISO 6554:1980: Dimensiones entre Caras de Purgadores Automáticos Embridados.
• EN 558, relativa a las Dimensiones entre Caras y entre Centros de Válvulas Metálicas para Sistemas de Tuberías con Bridas.
• ISO 6704:1982: Clasificación de Purgadores Automáticos de Vapor.
• EN 26704:1991, Adopción Europea de la Clasificación de Purgadores.
• ISO 5117:2023:  Ensayos de Producción y Prestaciones de Purgadores Automáticos.

Nota: *La norma ISO 5117:2023 reúne los requisitos de ensayo relacionados con el funcionamiento, la capacidad de descarga y las pérdidas de vapor, sustituyendo a las anteriores ISO 6948, ISO 7841 e ISO 7842.

En instalaciones europeas también puede ser aplicable la Directiva 2014/68/UE sobre Equipos a Presión.

En aplicaciones navales deben considerarse además las instrucciones del fabricante, los planos aprobados del sistema, los procedimientos del buque y las reglas de la sociedad de clasificación correspondiente.

La frecuencia de mantenimiento dependerá de la presión de trabajo, the tipo de purgador, las horas de servicio, the importancia del equipo and historial de averías. Después de cualquier intervención debe comprobarse que no existen fugas externas, que el condensado se descarga correctamente y que no se produce una pérdida continua de vapor vivo.

Si quieres profundizar en el mundo del mantenimiento y su planificación ordenada, puedes comenzar por aquí: Introducción al Plan de Mantenimiento del Buque

8. Recuperación de Condensados

El condensado conserva una parte significativa de la energía térmica del vapor original y ya ha sido tratado químicamente, por lo que su recuperación reduce consumo de combustible, consumo de agua de aporte, productos químicos de tratamiento y tiempo de calentamiento del agua de alimentación.

8.1 Vapor de Revaporización (Flash)

Cuando el condensado caliente pasa de presión elevada a presión inferior, una parte se convierte instantáneamente en vapor flash o de revaporización. No es una fuga: es consecuencia directa de la caída de presión, y cuando el caudal lo justifica puede separarse en un depósito flash para servicios de menor presión.

Este principio de evaporación flash, podemos encontrarlo en otras aplicaciones a bordo, por ejemplo en los Evaporadores Tipo Flash de algunos generadores de fresh water o agua dulce.

8.2 Purgas Limpias

Sin riesgo razonable de contaminación: purgas del vapor de atomización, calentadores de aire, cajeras de turbinas, evaporadores, calentador de agua de baja y sistema de gas inerte. Antes de recuperarlas debe verificarse ausencia de aceite, conductividad normal, ausencia de contaminación por agua salada y pH dentro de los límites del fabricante de caldera. Pueden enviarse al tanque de purgas atmosféricas o al condensador principal.

8.3 Purgas Sucias

Procedentes de servicios con riesgo de comunicación con otro fluido, por ejemplo, calentadores de fuel y que deben pasar por un proceso de descontaminación antes de su recuperación:

1. Recogida en Colector Independiente.
2. Enfriamiento en un Enfriador de Tubos.
3. Paso por Filtros Dúplex.
4. Paso por un Deoiler (Desaceitador).
5. Envío a Tanque de Observación para Verificación.
6. Si está Descontaminado, al Tanque de Purgas Atmosféricas; si no, retención o desvío según procedimiento del buque.

Funcionamiento del Deoiler

1. El agua aceitosa entra por la parte baja de cada cámara y atraviesa el elemento separador
2. El aceite se agrupa y asciende a la parte superior, donde puede drenarse al tanque de purgas de fuel.
3. El agua que aún arrastra finas gotas pasa a la cámara siguiente para una nueva etapa de separación.
4. El agua que sale de la tercera cámara llega al tanque de observación, donde un analizador de aceite dispara una alarma si el contenido supera 15 ppm, actuando automáticamente sobre una válvula de tres vías que desvía el flujo fuera del circuito de alimentación de caldera.

Buenas prácticas

• Mantener circuitos de purgas limpias y sucias físicamente separados e identificados.
• Incorporar puntos de muestreo y mantener calibrados los analizadores de aceite.
• No devolver condensado dudoso al sistema de alimentación bajo ningún concepto.
• Registrar cualquier incidencia de contaminación y revisar periódicamente calentadores y serpentines como fuentes potenciales.

9. Bibliografía

• Recopilación de la bibliografía propia recopilada de las asignaturas del grado de Tecnología Marina de la Escuela Superior de Náutica y Máquinas de A Coruña
• Spirax Sarco. Introduction: Why Steam Traps?. Introducción al funcionamiento, necesidad y clasificación de los purgadores de vapor.
• Los .gif son modificados y traducidos de la fuente original de Spirax Sarco.
• Taylor, D. A. Introduction to Marine Engineering. Butterworth-Heinemann.
• McGeorge, H. D. Marine Auxiliary Machinery. Butterworth-Heinemann.
• Woodyard, D. Pounder’s Marine Diesel Engines and Gas Turbines. Elsevier.