Métodos de Cálculo de Consumo de Vapor para Plantas Industriais

Antes que seja possível dimensionar corretamente uma válvula de controle de vapor, um sistema de distribuição ou mesmo uma caldeira, é necessário conhecer com a maior precisão possível a quantidade de vapor necessária, razão pela qual apresentamos neste post os métodos de cálculo do consumo de vapor para instalações industriais.

Vamos primeiro compreender os tipos de fluxos de vapor de aquecimento. Praticamente todas as taxas de fluxo de aquecimento podem ser classificadas em duas categorias:

• Aumento de temperatura - aquecimento de um material desde uma temperatura mais baixa até uma temperatura mais alta.
• Manutenção da temperatura - compensação de perdas de calor para manter uma temperatura definida.

Normalmente, em uma aplicação de trocador de calor este é o caso primeiro, com um produto entrando no lado secundário do trocador de calor a uma determinada temperatura e deixando-o a uma temperatura mais alta.

Modos de cálculo de consumo de vapor para instalações industriais

O consumo de vapor pode ser obtido de uma de três maneiras:.

• Medição
• Informações do fabricante
• Cálculo

Medição do consumo de vapor

Obviamente, o fluxo de vapor não pode ser medido na fase de projeto de uma instalação. A medição do fluxo de vapor só pode ser usada para estabelecer a vazão de vapor de uma instalação existente.

Dois métodos de medição estão disponíveis: a medição do fluxo de vapor dentro do processo, ou o medição do condensado resultante do processo.

Informações do fabricante

Algumas unidades de materiais fabricados são fornecidas com informações sobre o seu desempenho térmico.

Estes valores serão normalmente baseados no aumento de um dado incremento de temperatura, uma dada quantidade de ar ou água, usando vapor a uma pressão especificada.

Nunca se deve assumir que os dados do fabricante são equivalentes ao fluxo real. Um permutador de calor pode ser classificado para um determinado serviço, mas o caudal real ligado pode ser apenas uma fracção deste, ou pode ocasionalmente exceder o valor de projecto.

Cálculo do consumo de vapor

A quantidade de calor necessária para produzir um aumento de temperatura é dada pela Fórmula 2a.

 

O calor específico de um material é a quantidade de calor necessária para elevar uma unidade de massa (1 kg) em 1ºC. Na tabela seguinte São dados os calores específicos e as gravidades específicas de vários líquidos.

Como o caudal de vapor é normalmente necessário, a Fórmula 2b será normalmente mais útil.

Quando é necessário calor para compensar as perdas térmicas, o caudal de vapor pode ser calculado com a Fórmula 3a.

O coeficiente de transferência de calor "k" é um valor que dá a taxa global na qual se espera que o calor viaje de um meio quente para um meio mais frio, através da barreira que os separa.

Alguns valores típicos de "k", expressos em W / m2 ºC, para o fluxo de calor do vapor, e através do aço inoxidável para vários líquidos em permutadores de calor de placas, são apresentados na tabela seguinte.

Estes coeficientes são afetados por outros fatores e só devem ser considerados como aproximações.

A área referida na fórmula acima é a área sobre a qual esta transferência de calor ocorre. Mais uma vez, como o fluxo de vapor é normalmente necessário, a Fórmula 3b será normalmente mais útil.

Cálculo do caudal de vapor em permutadores de calor

Um dos cálculos de consumo de vapor mais importantes para instalações industriais diz respeito ao caudal de vapor em permutadores de calor.

Ao considerar o caudal de vapor num permutador de calor, deve ser fornecido vapor suficiente ao lado primário do permutador de calor para atingir o aumento de temperatura necessário no líquido ou gás que passa através do lado secundário do permutador de calor.

Normalmente teremos o fluxo de fluido do secundário e o salto térmico necessário para o secundário. Derivada da Fórmula 3b, a Fórmula 4 dá o caudal de vapor necessário quando o caudal através do secundário é expresso em m3/h.

Às vezes o calor necessário numa aplicação de troca de calor será expresso como uma necessidade energética dada em kilowatts (KW) ou megawatts (MW).

Um watt é uma unidade de potência equivalente a 1 joule por segundo (J/s), onde o joule é uma unidade básica de energia.

Se as necessidades de calor forem expressas nestas unidades, elas podem ser convertidas em caudal de vapor utilizando a Fórmula 5 ou a Fórmula 6.

Deve-se sempre lembrar que mesmo que a quantidade correta de vapor seja fornecida, nas melhores condições possíveis, as condições necessárias no secundário não serão alcançadas se o permutador estiver subdimensionado. A capacidade de um permutador para alcançar as condições dadas pode ser verificada usando a Fórmula 2a, desde que a superfície de troca de calor e o coeficiente de transferência de calor sejam conhecidos.

Muitos engenheiros estão interessados em calcular o custo de produção de vapor na sua fábricaVamos olhar para alguns exemplos:

Exemplos de cálculo de consumo de vapor para instalações industriais

Exemplo 1: Calcular o caudal de vapor num permutador necessário para aquecer 15 m3/h de água de 20°C a 60°C. A pressão de vapor é de 2 bar r.

Exemplo 2Calcular o caudal de vapor necessário num permutador para aquecer 15 m3/h de água de 20oC a 60oC. A pressão de vapor é de 2 bar r.

Se você estiver interessado em saber mais sobre os cálculos básicos de consumo de vapor para plantas industriais, por favor, entre em contato conosco.

e sobre as oportunidades de melhoria que você pode obter em sua instalação de vapor, recomendamos que você faça o download do Ebook: Otimização econômica e operacional de sistemas de vapor na indústriaonde explicamos aos gerentes de fábrica, gerentes de produção, gerentes de manutenção, engenheiros e técnicos tudo o que eles precisam saber sobre a gestão econômica e operacional dos sistemas de vapor, para ajudá-los a tomar as decisões mais rentáveis de melhoria e investimento.