4 métodos de controlo de temperatura para permutadores de vapor tipo placa

Vários métodos de controle de temperatura estão disponíveis para trocadores de vapor, especificamente quando se utiliza um trocador de calor de placas. Antes de mais nada, é vital levar em conta as condições reais de operação ao considerar qualquer um desses métodos de controle, como veremos a seguir.

Ao decidir qual dos métodos de controlo de temperatura para os permutadores de vapor a utilizar, é necessário ter em consideração o seguinte:

• Pressão de vapor real esperada no permutador. 
• Contrapressão total exercida no lado primário (condensado) na saída do permutador de vapor. 
• Se o DT do secundário é fixo ou variável durante o funcionamento normal. 
• Se a vazão do fluido secundário é constante ou flutuante. 
• Construção do permutador de vapor. 

Com estas considerações em mente, vejamos os quatro métodos de controle de temperatura para trocadores de vapor tipo placa:

 

1. Controle primário de vapor com válvula de duas vias + purgador

Com este método de controle de temperatura, o permutador de vapor é dimensionado para lidar com o 100% do fluxo secundário a plena carga, e para aquecê-lo às suas condições de projeto.

O fluxo de vapor (e consequentemente a sua pressão) é ajustado por uma válvula de duas vias na alimentação de vapor para o permutador de calor. A posição da válvula de controle é ajustada pelo sinal dado pelo controlador, de acordo com a informação que recebe de um sensor de temperatura montado no fluxo secundário do permutador.

Um conjunto de drenagem é montado na saída do lado primário do permutador de calor para evacuar o condensado. 

• Vantagens. Desenho simples. Comissionamento fácil. Adequado para todos os tipos de permutadores de calor de placas.
• Desvantagens. Possível superdimensionamento do permutador para acomodar restrições de queda de pressão secundária. Se as condições secundárias ou a contrapressão no sistema de condensado forem alteradas, a condição de interrupção.
• Use. Onde a pressão disponível no permutador será sempre maior que a contrapressão exercida no lado bruto em condições normais de operação de projeto.

2. Controle primário de vapor com válvula de duas vias + circuito de bomba fechado ou combinação de bomba/vento

Novamente, com o segundo dos métodos de controle de temperatura, os trocadores de vapor são dimensionados para lidar com o 100% do fluxo secundário a plena carga, e para aquecê-lo até a sua temperatura de projeto.

O fluxo de vapor para o permutador de calor é ajustado por uma válvula de duas vias na alimentação de vapor para o permutador de vapor. A posição da válvula de controle é ajustada pelo sinal de um controlador de acordo com a informação que recebe de um sensor de temperatura montado na saída do secundário do permutador de calor.

A saída no lado primário do permutador de calor é montada ou com um circuito de bomba fechado ou com uma unidade de bomba/sangria (bomba e sangrador montados em série).

O circuito fechado iguala as pressões entre o corpo da bomba e a saída do permutador, permitindo a drenagem de condensado do permutador para o corpo da bomba. Com uma combinação bomba/sangria, se a pressão na saída de condensado do trocador for maior que a contrapressão, o sangrador funcionará normalmente, permitindo que a condensação flua do trocador para o sistema de retorno.

Quando este é o caso, o condensado flui através da bomba e do colector, sem que a bomba actue. Se a pressão na saída do condensado cair abaixo da contrapressão, o condensado não consegue fluir através do colector e acumula-se no corpo da bomba. Isto faz com que a bomba acione e empurre o condensado através da armadilha. 

• Vantagens. Permite uma melhor adequação da área real de transferência de calor com os requisitos de design, resultando num permutador de calor de placas mais pequeno, superando a necessidade de utilizar uma bomba ou uma combinação bomba/purga. É adequado para todos os tipos de permutadores de calor de placas. 
• Desvantagens. A redução dos requisitos de carga térmica ou o aumento da contrapressão podem causar a condição de desligamento, mas é menos provável do que apenas com o controle primário. A válvula de by-pass deve ser regulada correctamente.
• Use. Quando o caudal secundário reduzido e a temperatura secundária mais elevada no permutador de calor de placas reduzem o grau de sobredimensionamento, levando a uma pressão de vapor mais elevada no permutador, e assim ultrapassando a necessidade de utilizar uma bomba ou uma combinação bomba/vento.

3. Controle de vapor primário com válvula de duas vias + controle secundário com válvula de três vias + purgador

Este método de controlo também permite uma aproximação mais próxima da área de transferência de calor no permutador de calor à área necessária para um determinado serviço. Em vez de ter um by-pass de volume fixo no secundário, como descrito no método anterior, uma válvula misturadora de três vias é instalada no circuito secundário.

A válvula misturadora mistura o fluxo de retorno com a água aquecida no permutador de calor para dar a temperatura do fluxo final. Com um by-pass fixo, o fluxo secundário no permutador é constante. Uma alteração nas condições de carga do secundário resultará numa alteração da temperatura do fluido secundário no permutador. 

Com este método, a válvula misturadora de três vias na válvula secundária mais duas vias na primária, a temperatura do fluido secundário no permutador é constante. Uma mudança nas condições de carga secundária resultará em uma mudança na taxa de fluxo secundário através do permutador. 

• Vantagens. Permite uma aproximação mais próxima da área real de transferência de calor à
  requisitos de projeto, resultando em um trocador de calor de placas subdimensionado. A temperatura mínima do vapor, e portanto a pressão equivalente, no permutador, será igual à temperatura fixa da saída secundária. 
• Desvantagens. Custo da válvula de três vias no lado secundário; embora possa ser inferior ao custo da combinação bomba/porca. A temperatura máxima de saída no lado secundário pode ser limitada pelas características do fluido e/ou pela pressão do sistema. 

Use. Quando a provisão de uma temperatura secundária fixa e mais alta permite o uso de vapor a uma pressão mais alta para superar o problema de falta de energia. Uma combinação de alta taxa de fluxo e pequeno aumento de temperatura ocorre no secundário.

4. Controle de condensado no primário com válvula de duas vias + bypass secundário (quando necessário)

Com este método de controle, a válvula de controle, que é instalada na saída do primário, controla o nível de condensado no trocador de calor. 

Quando a válvula é fechada, o condensado recua e reveste a superfície do permutador de calor, reduzindo a eficácia do permutador de calor. Quando a válvula é aberta, o nível de condensado no trocador de calor cairá, descobrindo a superfície de troca de calor, aumentando a sua eficácia.

O permutador deve normalmente ser dimensionado para que o condensado cubra 25-50% da sua superfície de troca, durante o funcionamento normal a plena carga. Como o permutador será exposto alternadamente a vapor e condensado durante o funcionamento normal, deve ser resistente tanto à corrosão como às tensões térmicas. Isto limita a escolha a um permutador de calor de placas soldadas ou com juntas. 

• Vantagens. Uma maior pressão de vapor está disponível no purgador, tornando a interrupção improvável. Possibilidade de reduzir o tamanho da válvula de controle. Não há necessidade de um subcooler ou sistema de recuperação de vaporizador separado, se o condensado tiver arrefecido o suficiente. 
• Desvantagens. Resposta fraca/baixa às variações de carga secundária. Não pode ser usado permutadores de calor para vapor. Possibilidade de revaporar e fluxo bifásico através da válvula de controle. Se for utilizada uma válvula by-pass, ela deve ser ajustada corretamente.
• Use. Quando a carga sobre o secundário é sempre estável e relativamente grande. Um exemplo deste tipo de carga é o aquecimento do mosto em um processo de fermentação. A pressão de vapor disponível a montante do permutador é superior à contrapressão exercida na saída primária em condições normais de funcionamento e requer condensado subarrefecido, por exemplo, quando a formação de vapor revaporado apresenta problemas.

Para mais detalhes sobre o controlo de temperatura em permutadores de calor de placas de vapor ou saiba comparação entre o permutador de calor de placas de vapor e o permutador de calor de casco e tubosubscreva o Boletim Informativo Steam for IndustryAs novas tendências do vapor industrial, um recurso que o ajudará a receber mais conteúdo sobre as novas tendências do vapor industrial, com artigos como o regulamentos para o uso de vapor no setor de alimentos e bebidas.