Distribuição de vapor. Dilatação térmica. Junta de expansão. Desvio em U 1/10/2010

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1 Distribuição de vapor Dilatação térmica Dimensionamento e especificação de tubos; dilatação térmica; purgadores Artifícios para flexibilização de tubulações de vapor Desvio em U Junta de expansão Vantagens: robustez, simplicidade, baixo custo; Desvantagens: requer espaço. Vantagens: compacta; Desvantagens: sujeito àpressão, requer alinhamento perfeito entre os tubos. 1

2 Fole de expansão Suportes para a tubulação Espaçamento recomendado entre suportes para tubulação de aço carbono, de acordo com a EuronormaEN 13480, Parte 3 Vantagens: compacta; não requer montagem mecânica; Desvantagens: deve incorporar limitadores; sujeita à pressão. Diâmetro nom. (mm) Horizontal (m) Vertical (m) 15 1,8 2,4 20 2,4 3,0 25 2,4 3,0 32 2,4 3,7 40 2,4 3,7 50 2,4 4,6 65 3,0 4, ,0 5, ,7 5, ,5 5,5 Para trechos retos, L > 15 m, os suportes devem permitir o movimento de dilatação térmica do tubo. Formação Gerenciamento de condensado Formação, remoção e dimensionamento da tubulação Após o uso do vapor no(s) processo(s), o calor latente foi totalmente transferido, resultando em mudança para a fase líquida; O condensado também se forma devido às perdas de carga e de calor ao longo da tubulação de vapor; 2

3 Purgadores São acessórios para remoção de condensado; A queda de pressão no purgador faz com que parte do condensado se reevapore; Este vapor é chamado de flash. Estudo de caso Calcule a quantidade de vapor flash formada devido à condensação de 700 kg/h de vapor saturado a 12 bar(m) quando sua pressão cair para a atmosférica. Resp. 123,2 kg/h Vapor flash Tende a ocupar grandes volumes na tubulação (cerca de 200x maior que o do condensado); A tubulação deve ser dimensionada de modo a evitar que o vapor flash a afogue; Retorno de condensado Porque se deve remover o condensado? A alta velocidade do vapor no ramal principal pode arrastar gotas de líquido, levando à corrosão, golpes de aríete e ruído; Em geral, os aparatos do processo devem operar secos para otimizar seu desempenho e evitar a corrosão; 3

4 Retorno de condensado Porque se deve reutilizar o condensado? Financeiramente justificável; Economia de água; Purgadores Restrições de efluentes; Produtividade da caldeira; Termostáticos, termodinâmicos e mecânicos Qualidade da água. Termostáticos aberto Termostáticos entrada descarga Três tipos: expansão líquida, de fole e pressão balanceada; fechado válvula aberta preenchido com vapor Vantagens Compacto, leve e alta capacidade para seu tamanho; A válvula está completamente aberta na partida, o que permite a descarga de ar e gases não-condensáveis e máxima remoção de condensado em carga máxima; Robusto quanto ao congelamento; Ajusta-se automaticamente às variações da pressão do vapor. Também tolera superaquecimento de até 70 C; Manutenção simples e rápida. Minimizam a formação de flash, mas podem exigir tubulações impraticáveis. Seu funcionamento é intermitente e precisam descarregar vapor vivo para fechar. Aplicações típicas em linhas de distribuição e processos onde a vazão de condensado é baixa. Desvantagens A válvula não abre até que a temperatura do condensado esteja abaixo da do vapor, o que é indesejável se a aplicação não permite alagamento do espaço do vapor (por exemplo, drenos principais e trocadores de calor). 4

5 Termodinâmicos Termodinâmicos entrada sede abertura periférica disco entrada câmara de controle descarga filtro Extremamente robusto, com uma única peça móvel (disco); É o mais simples e barato, sendo por isso o mais utilizado (algumas vezes, inadequadamente); Opera devido ao efeito dinâmico da passagem de vapor flash pelo seu interior. Napartida, a pressão do condensado frio suspende o disco; Ar e condensado frio são descarregados pelas abertura periféricas sob o disco; São três aberturas (apenas duas mostradas). O condensado quente perde pressão pela entrada, gerando vapor flash em alta velocidade; A alta velocidade cria uma depressão sob o disco, ao mesmo tempo em que o espaço sobre o disco é preenchido; Como a área acima do disco é maior, a força sobre o disco é maior, forçando-o sobre a sedee fechando a passagem. O fechamento permanece até que o vapor flash sobre o disco (câmara de controle) se condense; Isso ocorre ao chegar uma nova batelada de condensado, reiniciando o ciclo do purgador. Termodinâmicos Vantagens Operam em toda sua faixa operacional sem requerer qualquer tipo de ajuste; São simples e compactos, apresentando alta capacidade de remoção de condensado para seu tamanho; Suportam altas pressões e vapor superaquecido, não sendo afetados por vibrações e golpes de aríete; Construção em aço inox os tornam resistentes á corrosão; Manutenção simples e rápida; O som característico da abertura e fechamento do disco evidencia seu correto funcionamento. Mecânicos Desvantagens Não funcionam bem sob pequenas diferenças de pressão; Podem descarregar grandes quantidades de condensado durante a partida, se a taxa de aumento da pressão do sistema for lenta; Se a taxa de aumento de pressão for muito rápida, o ar pode bloquear o purgador. Modelos mais modernos possuem um dispositivo para evitar tal ocorrência;. Pode-se utilizar também um purgador de ar termostático em paralelo com o purgador termodinâmico. A descarga é ruidosa. Um difusor pode ser utilizado para amenizar este problema; O superdimensionamento leva ao aumento do número de ciclos e conseqüente desgaste do disco. Dois tipos: bóia e panela invertida; Atuam por diferença de densidade; São os que melhor se adéquam à maioria das aplicações; Especialmente adequados para grandes vazões de condensado e funcionamento contínuo. 5

6 capsula termostática Mecânicos: bóia Purgadores antigos têm uma válvula manual para extração de ar, enquanto que os mais modernos possuem extração de ar comandada por termostato, permitindo a passagem de ar ao mesmo tempo em que a descarga de condensado é controlada. A bóia comanda a abertura do orifício. Conforme o condensado se acumula, a bóia sobe, desalojando a válvula e permitindo a descarga do condensado. extração manual de ar Mecânicos: bóia Vantagens É o purgador mais próximo do ideal; Descarrega condensado continuamente na temperatura do vapor; Opera bem com cargas altas ou baixas de condensado, e não é afetado por mudanças bruscas de vazão ou pressão; É capaz de eliminar o ar automaticamente (termostato); Grande capacidade para seu tamanho; Resistente a golpes de aríete. Desvantagens Sujeito a danos por congelamento; Requer diferentes montagens internas para diferentes faixas de pressão. orifício fechado Mecânicos: panela invertida orifício saída entrada orifício aberto orifício de sangramento panela invertida Na partida, o ar também eleva a panela e fecha a válvula. O orifício de sangramento é essencial para permitir que o ar saia. Como o orifício é pequeno e a queda de pressão é baixa, a extração do ar é relativamente lenta. Um purgador de ar em paralelo reduz o tempo de partida. sangramento de ar e vapor Mecânicos: panela invertida Vantagens Pode suportar altas pressões; Boa tolerância a golpes de aríete; Pode ser usado em linhas de vapor superaquecido; O modo de falha é normalmente aberto. Desvantagens Extração lente de ar; Requer condensado atuando como selo, o que pode gerar perda de vapor se este se desfizer em função de queda acentuada de pressão; Exige válvula de retenção na entrada em aplicações onde há flutuações de pressão; Sujeita a danos por congelamento; Requer diferentes montagens internas para diferentes faixas de pressão. 6

7 Drenagem do ramal principal Inclinação de 1:100 a cada m de intervalo Drenagem do ramal principal Dimensionamento da bota: D (mm) d1 (mm) d2 (mm) até 100 D min min. 150 acima de 250 min. D / 2 min. D vapor vapor purgador de bóia bota condensado purgador retorno de condensado Drenagem do ramal principal Formação de condensado durante a partida: Calor latente requerido para aquecer a tubulação até a temperatura de operação Estudo de caso Calcule a taxa de formação de condensado durante o aquecimento da tubulação de vapor especificada anteriormente. Resp. 48,6 kg/h A especificação de purgadores é feita principalmente a partir deste parâmetro; Queda de pressão, regime de operação (contínuo ou intermitente) e parâmetros geométricos também devem ser considerados; Milhares de opções no mercado. Consulte os fabricantes. 7

8 Purgadores de processo Além dos purgadores da linha principal, os purgadores do processo devem ser especificados; Cada processo deve ter seu próprio purgador; A Spirax-Sarcotem um bom guia de seleção: Linha de retorno de condensado A saída de todos os purgadores devem descarregar nesta tubulação; Três pontos a se observar: No início da operação, ar será descarregado pelos purgadores; A seguir, grande quantidade de condensado frio; Atingido o regime permanente, vapor flash vai se formando na descarga dos purgadores; Uma boa prática é dimensionar a tubulação para a condição de carga inicial; Em geral, o retorno se dá por gravidade, especificando-se uma inclinação para compensar a perda de carga. Estudo de caso a) Dimensione a tubulação de retorno de condensado do nosso caso, considerando velocidade de escoamento de 1 m/s e comprimento da tubulação de 70 m. b) Qual deve ser a inclinação para que a gravidade compense a perda de carga? Resp. a) 1/2 ; b) 6,7 % 8