Queimadores de Combustíveis e Acessórios e Dispositivos de Caldeira

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BURITIS / FACISA / SILVA LOBO 
 
 
 
 
 
 
 
 
MÁQUINAS TÉRMICAS II 
 
QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS; 
ACESSÓRIOS E DISPOSITIVOS DE CALDEIRA – 2016 
 
PROF. ALOISIO 
e-mail: aloisio.ribeiro@newtonpaiva.br 
 
 
 
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QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS 
Os combustíveis líquidos são queimados nas câmaras de combustão, sempre em 
suspensão, na forma pulverizada por meio de vários processos. 
a) Pulverização a ar - O óleo escoa por gravidade ou por impulsão de uma bomba 
de baixa pressão, o ar é insuflado por ventilador, sendo o veículo responsável 
pela pulverização do óleo em gotículas (figura 4.12) 
 
Maçarico a Óleo Com Pulverização a Ar 
Fig. 4.12 
Conforme a pressão do ar, os queimadores são denominados de baixa pressão (até 500 
mmca) ou de média pressão (da ordem de 1000 mmca). São indicados para unidades de 
pequeno porte, queimando uma quantidade máxima de 50 kg óleo/h. O ar de 
pulverização, denominado ar primário, representa 20% do ar total necessário à 
combustão. Opera com 30 a 40% de excesso de ar e apresentam uma pulverização não 
uniforme, dificultando a regulagem da queima. Uma concepção mais moderna deste 
tipo, procura dar uma rotação aos dois fluxos, o que tem permitido uma melhora na sua 
performance (figura 4.13). 
 
Queimador de Ar Comprimido com Rotação do Fluido Auxiliar Primário 
Fig. 4.13 
 
b) Pulverização a vapor - Substituem o ar pelo vapor produzido na própria caldeira, 
promovendo uma pulverização mais fina e fortemente acentuada pelo aquecimento. Tem 
o inconveniente de parte do calor produzido na combustão ser consumido pelo vapor, 
quando este for saturado (figura 4.14). 
 
 
 
 
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Maçarico a Óleo com Atomização a Vapor 
Fig. 4.14 
 
 
Queimador de Corpo Rotativo 
Fig. 4.15 
Uma versão melhorada do princípio acima exposto é o queimador de “copo rotativo”, 
largamente aplicado nos geradores de vapor limitados à capacidade de queima de 500 kg 
óleo/h, embora alguns tipos especiais com alta rotação (10000 rpm) chegam a capacidade 
de 3000 kg óleo/h. O funcionamento baseia-se na formação de um filme de óleo no 
interior de um copo tronco cônico girando a alta rotação (3600 rpm), que projeta o 
combustível na forma de um anel cônico de encontro a um fluxo de ar rotativo de alta 
pressão. A colisão de ambos fluidos provocam simultaneamente a pulverização e a 
mistura do combustível com o comburente (figura 4.15). 
c) Pulverização mecânica: Caracterizados pela ausência completa de peças rotativas, 
garantindo a pulverização do óleo por escoamento estrangulado em alta velocidade 
 
 
 
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através de orifícios de pequenas dimensões (figura 4.16). A energia necessária para o 
líquido atravessar o orifício em alta velocidade é mantida por uma bomba de engrenagens. 
 
Fig.4.16 
QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS GASOSOS 
Graças ao estado gasosos, o gás é o combustível mais simples de ser queimado pois a 
mistura com o comburente se processa de forma muito mais fácil do que com qualquer 
outro combustível, podendo ter sua velocidade de ignição consideravelmente aumentada 
mediante pré aquecimento do suprimento do comburente. Basicamente distinguem-se 
dois tipos: 
 
 queimadores de mistura 
 queimadores de difusão. 
Os primeiros promovem a mistura do ar com o gás antes de injetá-los na câmara de 
combustão (figura 4.17), já os queimadores de difusão tem por princípio injetar ambos os 
fluidos separadamente, proporcionando a mistura de ambos no interior da câmara de 
combustão, tendo concepções que insuflam cada fluido em correntes paralelas (figura 
4.18.a), cruzadas (figura 4.18.b) ou ainda turbulentas (figura 4.18.c). 
 
Queimador de Mistura, Esquemático 
Fig.4.17 
 
 
 
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(a) (b) (c) 
 
Esquema dos três tipos de Queimadores de difusão: a) em correntes paralelas, b) cruzadas 
e c) turbulentas. 
Fig.4.18 
Existem também queimadores de difusão para queimar a combinação de gás e óleo é até 
carvão pulverizado, encontrados nas grandes unidades geradoras de vapor. 
 
QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS PULVERIZADOS 
A utilização dos combustíveis sólidos apresentam como exemplo mais importante o 
carvão mineral utilizado nas grandes unidades geradoras de vapor das centrais Termo 
Elétricas. Há contudo, outras matérias orgânicas pulverizadas e resíduos de processos 
industriais que servem a queima, como é o caso do bagaço de cana, o bagacilho, a borra 
de café, a serragem e resíduos florestais macerados, que são reduzidos a tamanhos de 
alguns milímetros e queimados em suspensão, quando insuflados na câmara de 
combustão. 
A figura 4.19 mostra, de forma esquemática um queimador a carvão pulverizado tipo 
ciclone que associa a injeção pneumática com a formação de forte movimento vorticoso 
no interior da câmara de combustão, existindo concepções mais modernas que distribui os 
queimadores (geralmente em número de quatro) tangencialmente à câmara de combustão. 
O processo possibilita a queima de combustíveis sólidos finos de carvão com alto teor de 
cinzas, aproveita os finos resultantes da preparação do próprio carvão e admite a queima 
de grandes quantidades, assegurando sua aplicação nas grandes caldeiras, possibilitando 
uma larga faixa de controle de combustão. 
 
Fig.4.19 
Em contrapartida apresenta algumas desvantagens, a principal representada pela maior 
facilidade das partículas escaparem para o meio ambiente, acompanhada da complexidade 
 
 
 
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da aparelhagem de preparação do combustível, do consumo de energia para acionamento 
das máquinas e do calor dispendido na secagem do carvão. 
A redução parcial do tamanho das pedras de carvão para 10 a 20mm de diâmetro se 
processa com britadores de martelo. Após a britagem segue-se a secagem do carvão pelos 
mais variados aparelhos cilindrícos rotativos. Para a pulverização definitiva usam-se 
moinhos de rolos, de bolas ou cônicos e o transporte do pó de carvão efetua-se 
normalmente por via pneumática geralmente a alta pressão. 
 
 
 
As 2 figuras a seguir, apresentam sistemas de combustão de grande capacidade com 
queimadores de óleo e parede de água incorporada. 
 
 
 
 
 
 
 
Sistema de Combustão 
 
 
 
 
 
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Figura 12A mostra fornalha de configuração tangencial (injeção do combustível 
(tangencial) com quatro combustores queimando carvão pulverizado. 
 
 
Fig. 12 a Detalhe de uma queima real 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5. ACESSÓRIOS E DISPOSITIVOS DE CALDEIRAS 
5.1 APARELHOS DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA 
A cada quilograma de vapor extraído da caldeira, deve corresponder equivalente 
quantidade de água injetada. Não se verificando a reposição, o nível de água, no interior 
da caldeira, começa a baixar. Enquanto, as superfícies metálicas, expostas ao contato dos 
gases quentes, estiverem banhados pela água, nenhum dano ocorre ao equipamento. 
No momento porém, que o nível ultrapassar o limite mínimo ao estabelecido, 
compromete-se a segurança da unidade. Criam-se condições de rupturadas paredes 
metálicas ou mesmo de explosões devido o superaquecimento da placa metálica. Por essa 
razão, cabe ao operador, embora auxiliado pela automação do processo de alimentação, 
vigiar permanentemente o nível exibido pelo visor transparente existente na caldeira. 
A introdução da água, nos Geradores de Vapor, se faz com os aparelhos de Alimentação. 
Sob o ponto de vista termodinâmico, o aparelho de alimentação, realiza um trabalho 
representado pelo deslocamento de uma massa de água associada a uma pressão capaz de 
vencer as resistências oferecidas pelo circuito. A figura 5.1, apresenta um esquema típico 
de instalação de alimentação de água, com bomba centrífuga, controlada automaticamente 
por uma válvula. 
 Tubulão de vapor
 Válvula de controle
 Bomba de alimentação
 
Esquema de uma Linha de Alimentação de Água de Caldeira 
Fig 5.1 
5.1.1 INJETORES 
São equipamentos para alimentação de água usados em pequenas caldeiras de comando 
manual e também foram muito empregados em locomotivas a vapor. Seu princípio, 
simples, baseia-se no uso do próprio vapor de caldeira ou de ar comprimido que é injetado 
dentro do aparelho, onde existem os cônicos divergentes e as válvulas de retenção, de 
controle, e de sobrecarga, conforme figura 5.2. 
Quando o ar ou vapor passa pelos cônicos divergentes, forma vácuo, faz com que a 
válvula de admissão seja aberta e arrasta por sucção a água do reservatório para dentro da 
caldeira. Se a água entra em excesso, sai através de uma válvula de sobrecarga. 
 
 
 
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Injetor de Água 
Fig.5.2 
5.1.2 BOMBAS ALTERNATIVA 
Também conhecidas como bombas de pistões, de ação direta ou de deslocamento 
positivo, podem ser acionadas por motores elétricos ou a vapor. 
A bomba acionada eletricamente tem sido aplicada em pequenas caldeiras que operam em 
pressões elevadas, pois as bombas centrífugas para altas pressões dificilmente atingem 
pequenas capacidades. 
Sua constituição esquemática, representada na figura 5.3, conta com uma câmara, duas 
válvulas de retenção e um êmbolo. 
 
Bomba Alternativa ou de Êmbolo 
Fig.5.3 
As bombas acionadas a vapor mais difundidas são as denominadas Bombas duplex a 
vapor ou também conhecidas por Burrinhos, disponíveis no mercado para atender 
geradores com produções de vapor até 50 t/hora e pressões até 21 kgf/cn
2
. Nestas o vapor 
aciona o par de pistões de maior diâmetro movimentando assim os pistões menores de 
injeção de água. 
Estes tipos de bombas, devido a presença de lubrificação contínua dos cilindros, 
apresentam o inconveniente de arrastarem óleo para o interior da caldeira, por isso, 
geralmente, cumprem o papel de bomba de reserva. 
 
 
 
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5.1.3 BOMBAS CENTRÍFUGAS 
São bombas que têm dado os melhores resultados, pela simplicidade de seus 
componentes, facilidade de manutenção, pela grande vazão que nos oferece, atingindo até 
500.000 litros de água por hora, e por operar em regime contínuo, ao contrário das 
bombas alternativas onde a alimentação se processa em golpes contínuos. 
Seu funcionamento consiste em um disco com um jogo de palhetas que giram em alta 
velocidade e fazem a sucção da água. Cada disco forma um estágio, cuja quantidade pode 
variar de acordo com a capacidade da bomba. Nas caldeiras de baixa pressão empregam-
se bombas com apenas um estágio e nas de alta pressão são usados multiestágios. 
As bombas centrífugas são passíveis de serem acionadas por motores elétricos ou por 
turbinas a vapor, estas últimas aplicáveis apenas em geradores de maiores capacidades e 
pressões. Podem, ainda, ter carcaça cilíndrica e bipartida. 
5.1.4 CONTROLE AUTOMÁTICO DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
Os aparelhos de controle automático de alimentação dividem-se em dois grupos, 
identificados pelo critério de funcionamento (liga-desliga) ou modulante. 
5.1.4.1 APARELHO DE CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA 
LIGA- DESLIGA. 
Há dois aparelhos básicos que respondem por esta característica; um denominado 
Regulador de Nível com Eletrodo e o outro Regulador de Nível com Bóia. 
 Regulador De Nível Com Eletrodos 
Este sistema consiste em aproveitar a condutividade elétrica da água, através de 
três eletrodos que podem ser de aço inoxidável e tamanhos diferentes, 
correspondendo, cada tamanho, a um nível de água: o central, o máximo e o 
mínimo. Este dispositivo é montado na parte superior do tambor de vapor, e os 
eletrodos estão ligados a um relé de nível de água que, através de seus contatos, 
comandará a bomba de alimentação de água. 
A bomba entrará em funcionamento quando a água atingir a ponta de eletrodo 
central e deverá parar quando a água atingir o eletrodo de nível máximo ( o menor 
eletrodo). Se o nível da água atingir a ponta do eletrodo maior o relé desligará o 
queimador ou em alguns sistemas poderá fazer funcionar um alarme que dará ao 
operador a indicação do defeito (figura 5.4). 
 Regulador De Nível Com Bóia 
Poderão ser construídos de várias formas mas os principais constam de uma garrafa que é 
ligada ao tambor de vapor e uma bóia que flutua no seu interior. Qualquer flutuação do 
nível interno é transmitidos a esta bóia, presa na parte superior por uma haste (3), 
conforme fig. 5.5. 
A haste movimenta-se dentro do recipiente (5), e ao passar pelo campo magnético (2) 
produzido pelo imã permanente (1) faz movimentar a célula de mercúrio (4) pelo pino 
pivotado (A). A bomba assim fica dependendo do sistema liga-desliga, das chaves de 
mercúrio, alimentando ou não a caldeira. 
 
 
 
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Indicador De Nível Com Eletrodo, onde: E = Eletrodo; VVN -1 e 2 = Válvula do 
visor de nível superior e inferior; VDN = Válvula do dreno de nível; VDRN = 
Válvula de dreno reguladora de nível; CN = Coluna de nível e TP-1 e 2 = 
Torneiras de prova 1 e 2. 
Fig.5.4 
 
Demonstração Esquemática de um Regulador de Nível com Bóia usando Chaves de Mercúrio 
Fig.5.5 
 
 
 
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5.1.4.2 APARELHOS DE CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA 
MODULANTE 
 Elemento Termostático Para Controle De Nível 
Tem a finalidade de controlar o fluxo da água na caldeira. Seu funcionamento baseia-se 
no principio da dilatação dos corpos pelo calor (figura 5.6). 
Sua construção é bastante simples. É formado por dois tubos concêntricos, sendo que o 
tubo externo é o tubo de expansão e o interno serve para fazer a ligação com o tambor de 
vapor pela sua parte superior, onde recebe uma quantidade de vapor. Faz também a 
ligação com o tambor de vapor em um ponto correspondente ao nível mínimo, recebendo, 
portanto, pela parte de baixo, água do tambor de vapor. 
O tubo termostático abrange quase toda a extensão da fornalha, sendo que em uma das 
extremidades é rigidamente ligado a serpentina de aquecimento e a outra extremidade 
permanece livre, a fim de poder dilatar-se e mover a válvula de admissão da água. 
Quando a caldeira está com uma queima total, a extremidade livre do tubo termostático 
mantém a válvula de admissão em posição que passe, apenas, a água para repor a 
quantidade que está sendo evaporada. 
Se houver uma baixa no nível de água, aumentará a temperatura do elemento 
termostático, devido ao aumento da quantidade do vapor dentro do tubo. Com isso, o 
tubo se dilata movimentando o conjunto de comando da válvula de admissão da água, 
fazendo com que a mesma seabra dando passagem à água de alimentação. 
À medida que a água vai entrando no tambor, a quantidade de vapor dentro do tubo 
termostático também vai diminuindo, dando lugar à água que é bem mais fria que o vapor, 
fazendo, desta forma, com que o tubo, que se havia expandido pelo calor, agora se 
contraia em virtude da mudança de temperatura: à medida que a temperatura diminui no 
interior do tubo, este se contrai, fazendo com que o conjunto de comando faça a redução 
da entrada de água até que o nível seja equilibrado. 
O nível normal de água na caldeira poderá ser elevado ou baixado à vontade, dentro de 
limites razoáveis. Uma porca de regulagem, localizada na extremidade do tubo, pode ser 
girada para proporcionar o nível desejado mesmo com a caldeira em funcionamento. 
Um amortecedor protege o regulador contra esforços bruscos quando a válvula está 
fechada e o tubo de expansão está contraído 
 
 
 
 
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Controle De Nível Proporcional A Um Elemento De Ação Mecânica Por Efeito 
Termostático 
Fig.5.6 
 
 
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 Elemento Termohidráulico Para Controle De Nível 
Uma outra concepção, conforme figura 5.7, denomina-se controle de nível termohidráulico, que opera 
agora graças à dilatação e contração da água contida numa câmara cilíndrica anelar fechada. 
 
Controle de Nível Proporcional a um Elemento com Princípio de Atuador Termo-Hidráulico 
Fig.5.7 
O sistema compreende um duplo cilindro concêntrico, instalado com uma inclinação pré definida em 
relação ao nível interno da caldeira. O primeiro, aletado em toda extensão, forma uma camisa fechada, 
enquanto o interno une-se ao tambor de forma a receber as oscilações do nível de água. 
 
O tubo externo, por sua vez, liga-se pela parte inferior ao diafragma de uma válvula de controle. Pela 
conexão superior desta camisa introduz-se água limpa até o fluido transbordar. 
A caldeira entrando em operação, apenas uma parcela desta câmara entra em contato com o vapor o 
qual promove o aquecimento e conseqüente dilatação da parte correspondente de água. O aumento de 
volume reflete sobre o diafragma da válvula de controle, portanto sobre o orifício de passagem de água 
de alimentação. 
 
 
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À medida que o nível oscila, a água contida na câmara recebe contato com maior ou menor superfície 
de aquecimento, respondendo com variações nas dilatações e contrações do fluido de maneira a 
transmitir à válvula de controle, posições diferentes de ingresso ou interrupção da passagem da água. 
 
 Controle de Nível Pneumático 
A figura 5.8 exibe uma versão mais moderna de controle de nível em caldeiras, introduzindo o ar 
comprimido como fluido auxiliar. 
 
Fig.5.8 
5.2 ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTÍVEL 
No caso de combustível líquido o fornecimento não deve ser feito diretamente do tanque principal para 
o consumo e sim passar por um reservatório intermediário, evitando-se problemas de flutuação de 
carga e baixa temperatura do combustível no bombeamento. Esse reservatório deve ser instalado no 
circuito mais próximo da bomba de óleo tendo antes um filtro da bomba, uma válvula de gaveta e a 
linha de retorno do excedente ao depósito, sendo sua principal finalidade o aquecimento de óleo 
(figura 5.9). 
Devido à quantidade do “Fuel oil” fornecido com alto teor de parafina o sistema de aquecimento deve 
ser misto (eletricidade e vapor), a fim de elevar e manter a temperatura do óleo acima do ponto de 
fluidez (ponto de baixa viscosidade). 
Caso o óleo combustível seja muito viscoso, ele deve ser recirculado no sistema de preaquecimento até 
atingir a temperatura ideal, antes de ser admitido na caldeira para não entupir o pulverizador, em razão 
da viscosidade imprópria. 
No início de funcionamento, quando o óleo não está ainda a uma temperatura ótima de pulverização, 
deve-se usar querosene. 
 
 
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Bomba de óleo combustível 
Fig.5.9 
No caso dos combustível sólidos a alimentação pode ser manual ou mecanizada No caso de 
alimentação manual de combustível sólido deve ser armazenada na casa da caldeira uma quantidade 
suficiente para até duas horas, evitando-se o acúmulo de combustível que retira a liberdade de ampla 
circulação que o operador deve ter. 
5.2.1 CONTROLE AUTOMÁTICO DE COMBUSTÃO 
Três são as grandezas relacionadas com o problema de malha aberta que responde pela regulagem 
automática da combustão: 
 o consumo de combustível 
 o consumo de ar para a combustão 
 a extração dos gases formados 
O controle destas três grandezas visam: 
 manter o suprimento de calor da fonte supridora, de acordo com a demanda do processo. 
 assegurar um mínimo de consumo de combustível para atingir as condições propostas, ou 
seja, alcançar a máxima eficiência; 
 manter as condições de operação da fornalha dentro de parâmetros satisfatórios. 
No fundo os objetivo são os mesmos. A quantidade de combustível se ajusta com a pressão da 
caldeira, de modo que uma queda na pressão significa falta de combustível, e excesso, significa 
combustível a mais. Portanto a regulagem da pressão de forma a mantê-la dentro dos limites fixados 
na operação, implica necessariamente na modificação do suprimento de combustível. 
A intervenção nesta fonte de calor determina a modificação do volume de ar necessário à sua queima, 
dentro dos parâmetros compatíveis com uma combustão perfeita. Esta variação provocada na 
formação de volumes de gases de combustão, deve ser vigiada por uma ação paralela, que garanta a 
sua (gases) extração completa de forma a assegurar uma pressão definida na câmara de combustão da 
caldeira. 
 
 
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5.3 ALIMENTAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 
É feita através do quadro de comando que é o componente da caldeira onde estão os dispositivos 
elétricos que permitem a operação da caldeira. Para o caso das caldeiras com alimentação a 
combustível líquido eles são mais complexos pois comandam o acendimento automático e o controle 
da chama, além de outros comandos como o de nível de água que controla as bombas de alimentação e 
os relés de alta pressão. 
No caso de caldeiras de alimentação por combustível sólido (lenha) os quadros de comando são mais 
simples pois basicamente possuem apenas o comando de nível automático que controla o 
funcionamento das bombas de alimentação de água e o aumento de pressão. 
Os comandos são colocados em um armário que os abrigam da poeira e umidade, tais comandos são 
basicamente: 
 seleção do comando manual ou automático; 
 chave de ligar e desligar a bomba d’água; 
 chave de liga e desliga o ventilador de exaustão; 
 alarme sonoro de advertência; 
 lâmpada piloto; 
 chaves magnéticas de ligação do nível automático. 
5.4 VISOR DE NÍVEL 
Consiste em um tubo de vidro colocado no tambor de vapor (figura 5.10) e que tem a finalidade de dar 
ao operador a noção exata da altura onde se encontra a água da caldeira. Na maioria das caldeiras o 
nível de água é exatamente no centro do tubo de vidro, o que corresponde ao centro do tambor de 
vapor. Existem, porém, caldeiras que não seguem esta regra cabendo ao operador certificar-se do 
quanto corresponde a marca de nível dos indicadores. 
 
Visor de nível 
Fig.5.10 
Manter o nível de água da caldeira é um importante papel do operador que terá que dispensar-lhe uma 
especial atenção. 
Antes de se iniciar a operação da caldeira, deve ser feitauma drenagem no nível, a fim de que se 
eliminem algumas impurezas que por ventura tenha-se localizado no nível ou nas conexões do mesmo. 
Nas caldeiras manuais, o nível é importantíssimo porque dará ao operador uma noção exata de quanto 
a água deverá ser introduzida na caldeira. 
 
 
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5.5 MANÔMETROS 
Aparelho com o qual se mede a pressão de gases, de vapores e de outros fluídos. É muito utilizado na 
indústria, entre outros fins, para verificar a pressão de caldeiras e de vasos sob pressão. 
O conhecimento desta pressão é obrigatório, não só sob o ponto de vista de segurança, como também, 
para a operação econômica e segura da caldeira. 
A figura 5.11 mostra as partes Internas, de forma esquemática, de um manômetro de Bourdon padrão 
cujo funcionamento baseia-se na tendência de flexão, que experimenta um tubo de bronze curvado, de 
seção elíptica, quando é aplicada, em seu interior, uma pressão superior à atmosfera. Geralmente o 
tubo se curva em arco de circunferência. Ao atuar a pressão no interior do tubo, sua extremidade livre 
descreve um pequeno movimento, que é ampliado mediante um sistema de alavancas que atuam sobre 
o setor dentado, fazendo girar a agulha indicadora. 
Existem vários tipos de manômetros: manômetro tubular, manômetro com líquido amortecedor 
(glicerina ou silicone), manômetro diferencial, e outros tipos que são abordados em instrumentação e 
controle não constituíndo objetivo principal do presente curso. 
A escala de uma manômetro pode ser graduada em quilograma, força por centímetro quadrado 
(Kgf/cm
2
), em atmosferas (atm), em libras-força por polegada quadrada (lbf/pol
2 
 ou psi), ou em 
qualquer outra unidade de pressão. A tabela abaixo dá a correspondência entre estas unidades. 
 
 
 
 
 
Partes internas de um manômetro de Bourdon 
Fig.5.11 
 
 
atm Kgf/cm
2
 psi 
1 1,033 14,22 
0,96 1 14,7 
0,065 0,068 1 
 
 
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A indicação em psi é usual no sistema inglês e no Brasil utiliza-se mais correntemente indicações em 
kgf/cm
2
. 
Os manômetros, de um modo geral, indicam a pressão relativa (também denominada pressão 
manométrica) e não a “pressão absoluta”. Isso quer dizer que, para se obter a pressão dita “absoluta”, 
tem-se que somar à pressão indicada no manômetro, a pressão atmosférica local (pressão absoluta = 
pressão manométrica + pressão atmosférica). 
Cada caldeira tem uma capacidade de pressão determinada. Sendo assim, os manômetros utilizados 
em cada caldeira devem ter a escala apropriada. A pressão máxima de funcionamento da caldeira 
deverá estar sempre marcada sobre a escala do manômetro, com um traço feito a tinta vermelha, para 
servir de alerta ao operador no controle da pressão. 
 
 
5.6 DISPOSITIVOS DE SEGURANÇA 
5.6.1 VÁLVULAS DE SEGURANÇA 
Sua função é de promover o escape de excesso do vapor, caso a pressão máxima do trabalho permitida 
da caldeira venha a ser ultrapassada, e os outros dispositivos de segurança venha a falhar. 
Quando uma caldeira possui duas válvulas de segurança, uma delas deverá abrir com 5% acima da 
pressão máxima de trabalho permitida e a outra com 10% acima da pressão máxima permitida. 
Para garantir um perfeito funcionamento da válvula de segurança, deve-se observar o seguinte: 
 Todas as válvulas de segurança deverão ser experimentadas uma vez ao dia, acionando-se 
a alavanca de teste manual. 
 Promover a inspeção das sedes das válvulas pelo menos uma vez por ano. 
 Fazer periodicamente um teste de funcionamento da válvula. Isto se faz colocando um 
manômetro aferido na caldeira e, em seguida, fechando todas as saídas de vapor até que a 
válvula comece a funcionar. Para a aferição da válvula devem ser observadas as 
porcentagens acima indicadas, e também deve-se observar que durante o teste a pressão 
máxima da caldeira não deve ultrapassar 10% da pressão máxima permitida. 
As válvulas de contrapeso são as mais simples, porém não atendem os requisitos atrás anunciados. 
Sua vedação nem sempre impede vazamentos contínuos. 
As válvulas de mola predominam nos dias de hoje. Há dois tipos de válvulas de mola: 
 de baixo curso; 
 de alto curso. 
No primeiro tipo, a pressão do vapor atuando sobre a área do disco de vedação, abre totalmente a 
válvula. 
No segundo tipo, a ação de pressão abre parcialmente a válvula. O vapor escapando, projeta-se sobre 
um disco provido de anel de regulagem que provoca a mudança de direção do fluido. A força de 
reação completa a abertura da válvula. 
 
 
Estas válvulas são muito mais perfeitas, abrindo e fechando instantaneamente. 
Os fabricantes fornecem estas válvulas nas dimensões adequadas, desde que se forneçam a vazão e 
pressão do vapor. 
As válvulas de segurança exigem cuidados especiais desde a sua instalação. 
Na instalação deve-se: 
 evitar choques; 
 acertar o prumo (velocidade da válvula) 
 evitar alterar a regulagem original do fabricante. 
 
 
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Na operação: 
 não permitir acréscimo de peso na válvula; 
 testar diariamente seu funcionamento; 
 eliminar vazamentos contínuos. 
As válvulas de segurança evitam, portanto, a contínua elevação da pressão no gerador de vapor. 
Válvulas de segurança corretamente dimensionadas devem: 
1. Abrir totalmente a um pressão definida, evitando o desprendimento de vapor 
antecipadamente. 
2. Permanecer aberta enquanto não houver queda de pressão ou seja, retorno da pressão para 
as condições de trabalho do gerador. 
3. Fechar instantaneamente e com perfeita vedação logo após a queda de pressão. 
4. Permanecer perfeitamente vedada para pressões inferiores à sua regulagem. 
Para assegurar esta performance, as válvulas de segurança devem ser fabricadas, sob controle de 
qualidade, instaladas corretamente e ser submetidas a sistemáticas inspeções e mantidas em condições 
de funcionamento perfeito. 
Podemos encontrar, basicamente, dois tipos de válvulas de segurança: 
a) de contrapeso (figura 5.12) 
b) de mola (figura 5.13) 
 
Fig.5.12 
 
 
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Fig.5.13 
5.6.2 PROTEÇÃO E CONTROLE DE CHAMA 
Caldeiras que usam queimadores de sólidos pulverizados (carvão), líquidos (BPF, diesel,...) ou gasosos 
(gás de gasogênio, GLP,...) necessitam de um sistema de proteção e controle de chama para 
supervisionar principalmente: 
 procedimento incorreto de ligação; 
 falta de chama por qualquer motivo. 
Ocorrendo uma destas falhas, a fornalha da caldeira ficaria sujeita a uma explosão, caso não houvesse 
a interrupção imediata do fornecimento do combustível. 
Conforme a concentração da mistura (ar/combustível), a magnitude de explosão poderá se tornar 
perigosa, causando danos ao equipamento e provocando risco de vida ao seu operador. 
A maior parte dos casos de explosão, ocorrem durante o acendimento da chama. 
Os dispositivos usualmente empregados nestes sistemas de proteção são dos seguintes tipos: 
POR TERMOELÉTRICOS 
São formados por lâminas bimetálicas (lâminas de metais diferentes) e de uma chave elétrica. As 
lâminas bimetálicas ficam instaladas no caminho dos gases e também estão ligadas ao circuito, de tal 
modo, que não é possível acender o queimador com a chave aberta. Acendendo a caldeira, o calor dos 
gases desprendidos dilata as lâminas, queimando-se a caldeira as lâminas e se contraem abrindo e 
interrompendo o circuito elétrico do queimador. 
POR CÉLULAS FOTOELÉTRICAS 
Trata-se de um sistema bem aperfeiçoado que trabalha com umacélula fotoelétrica, um amplificador e 
um relé. O seu funcionamento é baseado na coloração das chamas. Se estas se apagarem a 
luminosidade no interior da fornalha será diminuída, a célula fotoelétrica comandará o amplificador e 
o relé que abrirá seus contatos, interrompendo o circuito dos queimadores. 
Os sistemas fotocondutivos para segurança de chama tem quase o mesmo funcionamento dos 
fotoelétricos, sendo modificado o tipo de célula. Utiliza-se das irradiações infravemelhas das chamas e 
faz uso de amplificadores especial. 
Os amplificadores conseguem estabelecer diferenças entre o calor das chamas e o calor dos refratários 
da fornalha. 
Estes controladores funcionam como equipamentos de segurança, fazendo com que a caldeira seja 
parada e religada automaticamente, controlando perfeitamente a água de alimentação e os limites de 
pressão. 
Também efetua a parada de emergência comandada pelo circuito de segurança. 
 
 
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5.7 DISPOSITIVOS DE CONTROLE 
Estes dispositivos são projetados para garantir que a caldeira funcione em perfeita segurança. 
5.7.1 PRESSOSTATOS 
PRESSOSTATO DE CONTROLE DE MÁXIMA PRESSÃO DA CALDEIRA 
Tem a finalidade de controlar a pressão interna da caldeira por meio de um comando para os 
queimadores (figura 5.14). 
É constituído de um fole metálico (ou de um diafragma) que comanda uma chave elétrica por meio de 
um dispositivo de regulagem da pressão. À medida que diminui a pressão dentro da caldeira o fole (ou 
diafragma) se contrai, fechando o circuito elétrico, dando partida ao queimador. Quando a pressão for 
restabelecida o fole (ou diafragma) se dilata e fará a abertura dos contatos, interrompendo o 
funcionamento dos queimadores. Nas caldeiras semi-automática e chave interrompe o circuito do 
queimador, quando atingida a pressão de corte e mantém o circuito travado, impedindo que seja 
reacendido manualmente, até que seja atingida a pressão de operação. 
 
Fig.5.14 
 
 Pressostato Modular 
De construção quase idêntica ao pressostato de máxima pressão, faz a regulagem do óleo e do ar para 
os queimadores. A sua diferença para o pressostato acima, é que este não faz a simples partida ou 
parada de motor da bomba de combustível e regulador de ar nos pontos preestabelecido de pressão. 
Ele regula a velocidade do motor nas pressões intermediárias às prefixadas, dando um perfeito 
equilíbrio ao regulador de ar-combustível. 
Todo este trabalho é conseguido através do motor modulador que consiste (além dos enrolamentos do 
motor) de um relé de equilíbrio e de um reostato de balanceamento. Portanto o motor trabalha junto 
com o reostato da chave moduladora. 
5.7.2 CHAVE SEQÜÊNCIAL 
Tem a finalidade de promover na caldeira um ciclo completo de operações ou seja: 
a) modulação automática 
b) ignição elétrica 
c) apagar a caldeira por motivo de segurança 
d) limitar a pressão 
e) promover a ignição automaticamente. 
 
 
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Seu funcionamento é parecido com o do pressostato modulador, só que ao invés de apresentar o 
reostato para regulagem de velocidade do motor, apresenta um conjunto de contatos, sendo destinados 
um para cada operação a ser feita. Portanto quando termina um ciclo de operação, imediatamente, 
começa outro. 
5.7.3 VÁLVULAS E TUBULAÇÕES 
 Válvula Solenóide 
São comandados eletricamente, abrindo e fechando, dando passagem ao óleo, e vapor. 
Um bom lubrificante para a haste móvel da válvula solenóide é o grafite em pó. 
Nas cadeiras flamotubulares com queima a óleo ou a gás, o óleo diesel, ou gás, para a chama piloto é 
controlada por uma válvula solenóide, dotada de uma bobina, que, quando energizada, atrai o 
obturador pelo campo eletromagnético formado, abrindo a passagem do combustível. 
 Válvula Principal De Saída De Vapor 
Permite a vazão de todo o vapor produzido pela caldeira. Na maior parte das aplicações são válvulas 
do tipo globo, por assegurarem controle mais perfeito da vazão. 
A válvula conhecida como gaveta, aplica-se em grandes unidades, sem responsabilidade sobre o 
controle da vazão. 
 Válvula De Alimentação 
Destinam-se a permitir ou interromper o suprimento de água no gerador de vapor. São do tipo globo 
com passagem reta (figura 5.15). 
 
Fig.5.15 
 Válvulas de Escape de Ar 
Outra válvula do tipo globo que controla a saída ou entrada de ar na caldeira, nos inícios e fins de 
operação. Apresenta dimensões de ¾ “a 1”. 
 Válvula de Retenção 
Geralmente, á válvula de alimentação permanece totalmente aberta. As válvulas de retenção, 
colocadas logo após a anterior, impedem o retorno da água sob pressão do interior da caldeira (figura 
5.16). 
 
 
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figura 5.16 
 Válvulas de Descarga 
Também conhecidas como válvulas de dreno, permitem a purga da caldeira. 
Estão sempre ligadas às partes mais inferiores das caldeiras. O lodo do material sólido em suspensão, 
geralmente acumulado no fundo dos coletores ou também inferiores das caldeiras é projetado 
violentamente para fora da unidade, quando se abrem estas válvulas. 
Há dois tipos de válvulas de descarga que se instalam em série: 
1º Válvula de descarga lenta, cuja função principal é assegurar a perfeita vedação do sistema. 
É uma válvula de passagem reta do tipo globo. 
2º Válvula de descarga rápida, que abre a secção plena instantaneamente, assegurando a 
vazão da água com violência capaz de arrastar os depósitos internos. 
Além da descarga de fundo, caldeira de certo porte, recebem outro sistema de descarga para assegurar 
uma dessalinização contínua da água, feita por meio de válvula globo agulha. 
 
 
 
 
 Válvula de Vapor de Serviço 
É uma válvula do tipo globo , cuja secção corresponde a 10% da válvula principal. Sua função é 
assegurar o suprimento de vapor para acionamento de órgãos da própria caldeira, como: 
 bombas de alimentação 
 aquecimento de óleo 
 injetores 
 Válvulas de Introdução de Produtos Químicos e de Descarga Contínua 
São ambas do tipo globo agulha de fina regulagem. 
A primeira emprega-se quando se procede o tratamento interno de água da caldeira, permitindo a 
vazão regulada de produtos químicos. 
A segunda assegura a descarga contínuo da caldeira, a fim de manter a concentração de sólidos totais 
em solução na água, aquém dos limites máximos permitidos para evitar incrustações. 
 
 
 
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 Válvulas de Alívio 
É uma válvula instalada na parte superior do préaquecedor de óleo, para evitar que o óleo combustível 
atinja pressões superiores aos níveis adequados no mesmo. 
 Tubulações 
Rede geral de alimentação de água. 
Esta rede se inicia no fornecedor de água para a caldeira. 
A rede de água não deve ter vazamentos. 
É recomendável que a água sofra um tratamento químico antes de ser bombeada para dentro da 
caldeira. 
Considerando que foi feito o tratamento, a água é bombeada para o interior da caldeira, passando antes 
pelo preaquecedor (se a caldeira assim estiver equipada). 
Nesse trecho, dependendo da caldeira, há todo um jogo de dispositivos automáticos que controlam o 
momento em que deve ser a água adicionada e o momento que ela já é suficiente, ativando e 
desativando a bomba. 
Se a água for lançada na parte onde tem vapor, estando ela bem mais fria, provocará um choque 
térmico, que poderá causar sérias conseqüências. Portanto, a admissão é feita abaixo do nível de água 
e o mais distante possível da fornalha. 
Não se deve injetar água friaem caldeira quente quando o nível d’água estiver baixo. Deve-se 
diminuir o fogo a até apagá-lo, esfriando a caldeira. Caso isto não seja observado, corre-se o risco do 
choque térmico e da provável implosão da caldeira. 
Rede Geral de Óleo Combustível 
Esta rede começa no reservatório principal de combustível, conduzindo o mesmo até a bomba e daí ao 
combustor. Os esquemas de distribuição do combustível variam, pois dependem do projeto do 
fabricante. 
De maneira geral, dispositivos elétricos controlam a bomba e dosam o fluxo de combustível para a 
mistura correta com o ar. 
Se a rede de água não deve ter vazamentos, esta menos ainda. Os combustíveis são inflamáveis, 
portanto podem provocar acidentes. Além disso, criam ainda outra condição insegura no trabalho, pois 
eliminam o atrito e o operador pode acidentar-se por quedas, etc. 
Rede de Drenagem 
Esta é a rede que sai da parte mais baixa da caldeira e vai terminar fora da caldeira. Próximo da 
caldeira ela tem uma válvula comum. A rede conduz uma mistura de água e vapor para um local 
protegido, onde não possa atingir algumas pessoas. O objetivo é drenar a caldeira, isto é, eliminar os 
detritos, sujeiras e composto de corrosão que se acumulam dentro dela. 
Esta rede, normalmente, é acionada manualmente e convém estar protegida. 
Rede de Vapor 
O vapor é um fluido pouco corrosivo, para o qual os diversos materiais podem ser empregados, até a 
sua temperatura limite de resistência mecânica aceitável. 
Os limites de temperatura estão fixados, principalmente em função da resistência à fluência dos 
diversos materiais. Os tubos do aço (de qualquer tipo), são ligados com solda de encaixe para 
diâmetro até 1 ½ - 2”, e com solda de topo para diâmetro maiores. 
Em quaisquer tubulações para vapor, é muito importante a perfeita e completa drenagem do 
condensado formado, por meio de purgadores. Para auxiliar a drenagem, é feita, algumas vezes, a 
instalação dos tubos com um pequeno caimento constante na direção do fluxo, principalmente em 
linhas de vapor saturado, onde é maior a formação de condensado. Alguns projetista têm por norma 
colocar, também , eliminadores de ar nos pontos altos das tubulações. 
Todas as tubulações de vapor devem ter isolamento térmico. 
- Registro de saída de vapor - estabelece demanda de vapor para os utilizadores. 
- Rede de vapor para preaquecimento óleo combustível no preaquecedor 
 
 
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- Estabelece demanda de vapor preaquecimento de óleo combustível no preaquecedor. 
- Rede de vapor para preaquecimento do óleo combustível no tanque de armazenamento 
- Estabelece demanda de vapor para preaquecimento do óleo combustível no tanque de 
armazenamento. 
5.7.4 OUTROS ACESSÓRIOS 
5.7.4.1 PREAQUECEDOR DE AR 
O preaquecedor de ar é um equipamento que tem a finalidade de aproveitar o calor dos gases no 
aquecimento do ar necessário à combustão (figura 5.17). O preaquecedor transfere o calor dos gases 
quentes para o ar que está entrando para a combustão. 
 
Fig.5.17 
Classificação 
Os preaquecedores podem ser classificados de acordo com o princípio de operação, em: 
a) Preaquecedor regenerativo 
 
 
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Nos preaquecedores regenerativos, o calor dos gases de combustão é transferido indiretamente para o 
ar, através de um elemento de “armazenagem”, por onde passa o ar e o gás de combustão, 
alternadamente, conforme desenho esquemático da figura 5.18. 
 
Preaquecedor de ar regenerativo 
Fig.5.18 
b) Preaquecedor com colmeia metálica 
Esse preaquecedor é constituído de placas de aço finas e corrugadas que são aquecidas quando da 
passagem dos gases de combustão e resfriadas quando da passagem do ar. Seu formato assemelha-se a 
uma roda gigante, girando lenta e uniformemente (figura 5.19). 
 
 
 28 
 
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Fig.5.19 
c) Preaquecedor com colmeia refratária 
Os gases quentes, ao passarem pela colmeia refratária trocam o calor com o frio para a combustão 
(figura 5.20). 
 
Fig.5.20 
5.7.4.2 ECONOMIZADOR 
Sua finalidade é aquecer a água de alimentação da caldeira (ver esquema da figura 5.21). Está 
localizado na parte alta da caldeira entre o tambor de vapor e os tubos geradores de vapor sendo que os 
gases são obrigados a circular através dele, antes de saírem pela chaminé. 
 
 
 
 
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Fig.5.21 
Existem vários tipos de economizadores e na sua construção podem ser empregados tubos de aço 
maleável ou tubo de aço fundido com aletas. Os economizadores podem ser: 
SEPARADO 
Usados nas caldeiras de baixa pressão (25 kg/cm
2
) e construído geralmente de tubos de aço ou ferro 
fundido com aletas; no seu interior circula a água e por fora os gases de combustão. 
INTEGRAL 
Empregado na maioria dos geradores de vapor, apesar de requerer mais cuidados que o economizador 
em separado. Deverá ser retirado da água de alimentação todo o gás carbônico e o oxigênio, isto 
porque, quando estes elementos são aquecidos aumentam a corrosão dos tubos. Este economizador 
tem grande capacidade de vaporização e é constituído por uma serpentina e tubos de aço maleável. 
 
A corrosão nos tubos dos economizadores pode ser tanto de dentro para fora como de fora para dentro. 
Os furos de fora para dentro são causados pelos gases que aquecem e arrastam enxofre contido no 
óleo. Ao se juntarem com o oxigênio e com outros elementos contidos nos gases, formam um 
poderoso agente corrosivo (Ácido sulfúrico, por exemplo). Os furos de dentro para fora são causados 
pela circulação da água não tratada que contém oxigênio e gás carbônico, principais agentes da 
corrosão interna dos tubos. 
5.7.4.3 SUPERAQUECEDORES 
a) Considerações sobre o vapor saturado superaquecido. 
Se aquecermos água em um recipiente fechado, quando a água atingir uma certa temperatura esta se 
transforma em vapor (temperatura de 100ºC aproximadamente, ao nível do mar). Enquanto existir 
água dentro do recipiente, o vapor será saturado e a temperatura não aumentará. 
Mantendo-se o aquecimento até que toda a água se evapore teremos o vapor superaquecido, com o 
conseqüente aumento de temperatura. 
Este processo de superaquecimento do vapor seria impraticável nas caldeiras, pois quando a água 
evaporasse, os tubos se queimariam e também não haveria uma demanda suficiente na rede de vapor. 
Assim sendo, empregamos aparelhos destinados a elevar a temperatura do vapor sem prejuízo para a 
caldeira. 
O vapor saturado é mais indicado para uso em aquecimento, pois devido à mudança de fase permite a 
troca de calor a temperatura constante, apresentando como inconveniente a grande formação de 
condensado. 
 
 
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O vapor superaquecido é utilizado em turbinas a vapor, devido a ausência de umidade exigida para 
operar nessas turbomáquinas por questões de deteriorização das pás, vibração e queda de rendimento. 
Contudo existem situações de utilização do vapor superaquecido para aquecimento e processo, é o 
caso em que se tem extensas tubulações de vapor, isto é, a parcela de calor de superaquecimento serve 
para vencer as perdas térmicas da linha, chegando ao processo como vapor saturado com um mínimo 
de umidade (~2%), necessário a determinados processos industriais. 
 
 
 
 
 
b) Processo de superaquecimento de vapor 
Para superaquecer o vapor empregam-se aparelhos denominados superaquecedores. Estes aparelhos 
normalmente aproveitamos gases da combustão para dar o devido aquecimento ao vapor saturado, 
transformando-o em vapor superaquecido. 
Os superaquecedores são construídos de tubos de aço em forma de serpentina cujo diâmetro varia de 
acordo com a capacidade da caldeira. Estes tubos podem ser lisos ou aletados. 
Quando instalados dentro das caldeiras estão localizados atrás do último feixe de tubos, entre dois 
feixes de tubos, sobre os feixes de tubo ou ainda sobre a fornalha (figura 5.22). A caldeira pode, 
apresentar o superaquecedor em separado (figura 5.23). Neste caso, ele dependerá de uma fonte de 
calor para o aquecimento; normalmente, é instalada uma outra fornalha. 
 
Figura 5.22 
 
 
 
 
 
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Fig.5.23 
5.7.4.4 PURGADORES 
São dispositivos automáticos que servem para eliminar o condensado formado nas linhas de vapor e 
nos aparelhos de aquecimento, sem deixar escapar vapor. 
Os bons purgadores, além de remover o condensado, eliminam, também, o ar e outros gases 
incondensáveis, (CO2, por exemplo), que possam estar presentes.