Equipamentos e peças que compõem um sistema de vapor e condensado

O seguinte é uma explicação geral de como os diferentes elementos se relacionam entre si e como estão relacionados entre si. equipamento de um sistema de vapor e condensado. Este artigo representa uma leitura útil para qualquer técnico ou engenheiro de plantas que não esteja familiarizado com o partes de um sistema de vapor.

 

A sala das caldeiras 

• A caldeira

  A caldeira é a parte mais importante de toda a elementos de um sistema de vapor. A caldeira compacta moderna típica é alimentada por um queimador que envia calor através dos tubos da caldeira.

  Os gases quentes do queimador passam para trás e para a frente até 3 vezes através de um feixe de tubos para obter a máxima transferência de calor para a água circundante através das superfícies dos tubos da caldeira. Quando a água atinge a temperatura de saturação (a temperatura a que vai ferver a essa pressão) são produzidas bolhas de vapor de água, sobem até à superfície da água e rebentam.

  O vapor é libertado para o espaço acima, pronto para entrar no sistema de vapor. A válvula de corte ou coroa isola a caldeira e a sua pressão de vapor do processo ou planta.

  Se o vapor for pressurizado, ocupará menos espaço. As caldeiras a vapor funcionam geralmente sob pressão, pelo que mais vapor pode ser produzido numa caldeira mais pequena e transferido para o ponto de utilização com tubos de pequeno diâmetro. Quando necessário, a pressão de vapor é reduzida no ponto de utilização. Enquanto a quantidade de vapor produzida na caldeira for tão grande como a quantidade que sai da caldeira, a caldeira permanecerá pressurizada. O queimador funcionará para manter a pressão correcta. Isto também mantém a temperatura correcta do vapor, porque a pressão e a temperatura do vapor saturado estão directamente relacionadas.

  A caldeira tem uma série de acessórios e controlos para garantir o seu funcionamento seguro, económico, eficiente e a uma pressão constante.

• Água de alimentação

  Outro dos elementos de um sistema de vapor A qualidade da água fornecida à caldeira é crucial. Deve estar à temperatura correcta, normalmente cerca de 80°C, para evitar mudanças bruscas de temperatura na caldeira, e para que funcione eficientemente. Também deve ser da qualidade correcta para evitar danos na caldeira.

  A água potável comum não tratada não é inteiramente adequada para caldeiras e pode causar espuma e incrustações rapidamente. A caldeira seria menos eficiente e o vapor ficaria sujo e molhado. A vida útil da caldeira também seria reduzida.

  Por conseguinte, a água deve ser tratada com produtos químicos para reduzir as impurezas que contém. Tanto o tratamento como o aquecimento da água de alimentação são efectuados no tanque de alimentação, que se encontra normalmente por cima da caldeira. A bomba de água de alimentação irá adicionar água à caldeira quando necessário.

  O aquecimento da água no tanque de alimentação também reduz a quantidade de oxigénio dissolvido no mesmo. Isto é importante, pois a água que contém oxigénio é corrosiva.

• Rebentamento de caldeira

  Entre os partes de um sistema de vapor a ter em conta é o sistema de dosagem química na água de alimentação da caldeira que pode levar à presença de sólidos em suspensão na água de alimentação da caldeira. Estes acumulam-se inevitavelmente no fundo da caldeira sob a forma de lodo, e são removidos por um processo conhecido como sopro no fundo da caldeira. Isto pode ser feito manualmente - o operador da caldeira usa uma chave para abrir uma válvula de sopro durante um período de tempo definido, normalmente duas vezes por dia.

  Outras impurezas permanecem na água da caldeira após tratamento sob a forma de sólidos dissolvidos. A sua concentração aumenta à medida que a caldeira produz vapor e, consequentemente, a caldeira tem de ser periodicamente purgada de algum do seu conteúdo para reduzir a concentração.

  A isto chama-se controlo total de sólidos dissolvidos (controlo TDS). Este processo pode ser realizado por um sistema automático que utiliza uma sonda dentro da caldeira, ou uma pequena câmara de detecção contendo uma amostra da água da caldeira, para medir o nível de TDS na caldeira. Quando o nível TDS atinge um ponto definido, um controlador envia um sinal para a válvula de sopro para abrir durante um período de tempo definido. A água perdida é substituída por água de alimentação com uma menor concentração de TDS, reduzindo assim o TDS na caldeira.

• Controlo de nível

  Se o nível da água dentro da caldeira não for cuidadosamente controlado, as consequências poderão ser catastróficas. Se o nível da água for demasiado baixo e os tubos da caldeira forem expostos, os tubos da caldeira podem sobreaquecer e falhar, causando uma explosão. Se o nível da água for demasiado alto, a água pode entrar no sistema de vapor e perturbar o processo.

  Por este motivo, no equipamento de um sistema de vapor são utilizados controlos automáticos de nível. Para cumprir a legislação, os sistemas de controlo de nível também incorporam funções de alarme que funcionam para desligar a caldeira e chamar a atenção se houver um problema com o nível da água. Um método comum de controlo de nível é a utilização de sondas que detectam o nível da água no interior da caldeira. A um determinado nível, um controlador enviará um sinal à bomba de alimentação que começará a restaurar o nível da água, quando um nível pré-determinado for atingido, esta parará. A sonda incorporará níveis em que a bomba arranca e pára ou em que os alarmes de nível baixo ou alto são activados. Existem equipamento de um sistema de vapor utilizando outros sistemas com flutuadores. Na maioria dos países, é um requisito legal ter dois sistemas independentes de alarme de baixo nível.

 

Fluxo de vapor para a planta 

Outro dos elementos de um sistema de vapor o que é fundamental é o fluxo de vapor. Quando o vapor condensa, o seu volume é drasticamente reduzido, resultando numa redução localizada da pressão. Esta queda de pressão através do sistema cria o fluxo de vapor através das tubagens.

O vapor gerado na caldeira deve ser transportado através da tubagem até ao ponto em que a sua energia térmica é necessária. Inicialmente, haverá uma ou mais condutas de vapor principais que transportam o vapor da caldeira na direcção geral da instalação utilizadora de vapor. Em seguida, o vapor pode ser distribuído aos diferentes partes de um sistema de vapor através de shunts mais pequenos.

O vapor de alta pressão ocupa um volume menor do que a pressão atmosférica. Quanto maior for a pressão, menor será o diâmetro do tubo necessário para distribuir uma dada massa de vapor.

• Qualidade do vapor

  É importante assegurar que o vapor que sai da caldeira atinge o processo no estado correcto. Para este efeito, a equipamento de um sistema de vapor têm condutas que transportam o vapor à volta da instalação e incorporam filtros, separadores, e purgadores.

  Um filtro é um tipo de coador na conduta. Contém uma malha através da qual o vapor deve passar. Quaisquer partículas de sujidade que passem serão retidas pela malha. O coador deve ser limpo para evitar o entupimento. A sujidade deve ser removida do fluxo de vapor, uma vez que pode ser prejudicial para a elementos de um sistema de vapor e pode também contaminar o produto final.

  O vapor deve ser o mais seco possível para garantir que transporta eficazmente o calor.

  O separador é colocado no tubo e contém uma série de placas ou deflectores que interrompem o caminho do vapor. O vapor atinge os deflectores e qualquer humidade no vapor acumula-se nos deflectores e é depois drenada para fora do fundo do separador.

  O vapor passa da caldeira para os tubos de distribuição de vapor. Inicialmente, o tubo é frio e o calor é-lhe transferido a partir do vapor. O ar à volta dos tubos também é mais fresco do que o vapor, pelo que o tubo começará a perder calor para o ar. Isolamento ou retardamento montado à volta do tubo reduzirá esta considerável perda de calor.

  Quando o vapor do sistema de distribuição de vapor entra no sistema de distribuição de vapor, o equipamento de um sistema de vaporO vapor libertará novamente energia através: a) do aquecimento do equipamento e, b) depois da transferência de calor para o processo. À medida que o vapor perde calor, volta a transformar-se em água. Inevitavelmente, o vapor começa a fazê-lo assim que sai da caldeira. A água que se forma é conhecida como condensado, que tende a correr para o fundo do tubo e é transportada juntamente com o fluxo de vapor.

  Deve ser removido dos pontos mais baixos dos tubos de distribuição por várias razões:

  • O condensado não transfere calor de forma eficiente. Uma película de condensado no interior da fábrica reduzirá a eficiência com que o calor é transferido.
  • Quando o ar se dissolve no condensado, torna-se corrosivo.
  • A acumulação de condensado pode causar martelos de água ruidosos e prejudiciais.
  • Uma drenagem inadequada pode levar a fugas nas juntas.

  A elemento de um sistema de vapor A chave é o dispositivo conhecido como purgador que é utilizado para remover o condensado dos tubos, ao mesmo tempo que impede a fuga de vapor do sistema. Isto pode ser feito de várias maneiras:

  • Um purgador utiliza a diferença de densidade entre o vapor e o condensado para accionar uma válvula. Quando o condensado entra na armadilha, um flutuador sobe e o mecanismo da alavanca do flutuador abre a válvula principal para permitir a drenagem do condensado. Quando o fluxo de condensado é reduzido, a bóia cai e a válvula principal fecha, impedindo assim a fuga de vapor.
  • O armadilhas termodinâmicas contém um disco que se abre para condensar e se fecha ao vapor.
  • Em armadilhas de vapor termostáticas bimetálico, um elemento bimetálico utiliza a diferença de temperatura entre vapor e condensado para accionar a válvula principal.
  • Em purgadores de vapor termostáticos equilibrados, uma pequena cápsula cheia de líquido, sensível ao calor, acciona a válvula.

  Uma vez o vapor utilizado no processo, o condensado resultante deve ser drenado da fábrica e devolvido à casa das caldeiras.

• Redução de pressão

  Como mencionado acima, o vapor de água é geralmente gerado a alta pressão e a pressão no ponto de utilização pode ter de ser reduzida, quer devido a limitações de pressão da planta, quer devido a limitações de temperatura do processo. Isto é conseguido através da utilização de uma válvula redutora de pressão.

 

Vapor no ponto de utilização 

Há uma grande variedade de plantas que utilizam vapor. Algumas delas são descritas abaixo equipamento de um sistema de vapor que podem servir de exemploo:

• Chaleiras de cozinha: Grandes potes de aço ou cobre utilizados na indústria alimentar e outras indústrias para ferver substâncias, desde camarões a geleias. Estes grandes vasos são rodeados por um casaco cheio de vapor, que actua para aquecer o conteúdo.
• Autoclaves: Uma câmara cheia de vapor utilizada para fins de esterilização, por exemplo, equipamento médico, ou para realizar reacções químicas a altas temperaturas e pressões, por exemplo, cura com borracha.
• Aquecimento de tanques de processo: Uma bobina cheia de vapor num tanque de líquido que é utilizada para aquecer o conteúdo à temperatura desejada.
• Vulcanizadores: Um grande recipiente cheio de vapor utilizado para a cura da borracha.
• Onduladores: Uma série de rolos aquecidos a vapor utilizados no processo de ondulação na produção de cartão.
• Permutador de calor: Para o aquecimento de líquidos domésticos/industriais.

1. Controlo do processo

   O vapor utilizado em qualquer um dos equipamento de um sistema de vapor exigirá algum método de controlo do fluxo de vapor. Muitas vezes não é necessário um fluxo constante de vapor à mesma pressão e temperatura, mas sim um fluxo gradualmente crescente no arranque para aquecer gradualmente a instalação, e uma vez que o processo atinja a temperatura desejada, o fluxo deve ser reduzido.

   As válvulas de controlo são partes de um sistema de vapor que são utilizados para controlar o fluxo de vapor. O actuador é o dispositivo que aplica a força necessária para abrir ou fechar a válvula. Um sensor monitoriza as condições no processo e transmite a informação ao controlador. O controlador compara a condição do processo com o set point e envia um sinal correctivo ao actuador, que ajusta a abertura da válvula.

   Existem diferentes tipos de controlo:

   • Válvulas com actuador pneumático: O ar comprimido é aplicado a um diafragma no actuador para abrir ou fechar a válvula.
   • Válvulas com actuador eléctrico: Um motor eléctrico acciona a válvula.
   • Válvulas auto-actantes: Não existe um controlador como tal. O sensor tem um enchimento líquido que se expande e contrai em resposta a uma mudança na temperatura do processo. Esta acção aplica a força para abrir ou fechar a válvula.
2. Remoção de condensado da planta

   O condensado que se forma é muitas vezes facilmente removido da planta através de uma armadilha de vapor. O condensado entra no sistema de eliminação de condensados. Se estiver contaminada, será provavelmente enviada para o esgoto. Caso contrário, a valiosa energia térmica que contém pode ser retida devolvendo-a ao tanque de alimentação da caldeira. Isto também permite poupar em água e custos de tratamento de água.

   Por vezes, pode formar-se um vácuo dentro da instalação a vapor. Isto impede a drenagem do condensado, mas a drenagem adequada do espaço de vapor mantém a eficiência da instalação. Nestes casos, o condensado pode ter de ser bombeado para fora.

   As bombas mecânicas (accionadas a vapor) são utilizadas para este fim. Estas, ou bombas eléctricas, são utilizadas para levantar o condensado de volta para o tanque de alimentação da caldeira.

   Se tiver uma bomba mecânica a drenar um elemento da planta, o sistema de vapor e condensado representa um loop contínuo. Quando o condensado chega ao depósito de alimentação, está disponível para reciclagem na caldeira.

3. Monitorização energética

   No actual ambiente de poupança de energia, é bastante comum que os clientes queiram monitorizar o consumo de energia de equipamento de um sistema de vapor.

   Os medidores de fluxo de vapor são utilizados para monitorizar o consumo de vapor, e são também utilizados para atribuir custos a departamentos ou elementos individuais da planta.

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