Condição de corte em permutadores de vapor tipo placa (Parte 2)

Se a contrapressão imposta a uma armadilha for maior do que a pressão disponível na sua entrada, diz-se que os permutadores de vapor de placas estão em "condição de corte". O condensado não pode passar através da armadilha e flui de volta, resultando na perda do controle efetivo sobre o trocador.

O ponto em que esta condição ocorrerá em uma determinada aplicação pode ser previsto, seja por cálculo ou traçando as condições de operação conhecidas em um gráfico e fazendo leituras dos pontos de parada. Ambos os métodos podem ser ilustrados em exemplos.

 

Cálculo do estado de avaria em permutadores de vapor tipo placa

Requer um permutador de calor de placas para aquecer 4 kg/s de água de 30oC a 90oC. O vapor está disponível a 4 bar r e inicialmente assume-se que haverá uma queda de pressão de 25% através da válvula de controlo de temperatura, fornecendo 3 bar r ao permutador de calor. O condensado é descarregado para um sistema de retorno a 0 bar r. Para dar o desempenho necessário e proporcionar uma queda de pressão razoável de aproximadamente 35 kPa ao secundário, foi seleccionado um permutador de calor de placas de vapor com uma superfície de transferência de calor de 2,6 m2 e um coeficiente de transferência de calor (k) de 7.450 W/ m2 oC. Primeiro, a carga térmica total de projeto é calculada, usando a seguinte fórmula "A".

A partir das informações agora disponíveis, podemos calcular a temperatura média aritmética real, para dar o desempenho de carga completa necessária, como mostrado na fórmula "B".

Como a temperatura média secundária é fixa, a temperatura média primária de carga total TH(in), necessária para fornecer esta diferença de temperatura média aritmética global, pode ser calculada através da fórmula "C".

Das tabelas de vapor pode-se ver que esta temperatura de 112oC é equivalente a uma pressão de vapor saturada de aproximadamente 0,5 bar r. Este exemplo mostra que, independentemente da pressão de vapor disponível a montante do válvula de controle a pressão nos permutadores de vapor de placas dependerá do serviço realmente necessário e da área de transferência de calor disponível no permutador.

Note-se que neste exemplo, a plena carga, não haverá condição de corte, já que a pressão na entrada do alçapão será de 0,5 bar r, dando uma pressão diferencial de 0,5 bar através do alçapão. Existe uma condição de corte quando a pressão de entrada da armadilha é de 0 bar r ou menos. A esta pressão, a temperatura do vapor deve ser de 100oC. 

Isto pode acontecer quando uma, ou uma combinação das seguintes coisas acontece:

• As temperaturas de entrada e saída do permutador secundário (DT no lado secundário) permanecem constantes, mas o caudal é reduzido.
• O caudal permanece constante mas o DT do secundário é reduzido - A temperatura de entrada sobe ou a temperatura de saída desce ou ambas.

O ponto em que qualquer uma destas coisas acontece pode ser previsto através de cálculos. Tanto a diferença de temperatura média logarítmica (lmtd) como a diferença de temperatura média aritmética (amtd) podem ser usadas nos cálculos. O uso de lmtd é tecnicamente correto, enquanto o amtd é mais simples de usar.

Os cálculos neste manual utilizam amtd e fornecem soluções suficientemente precisas para o uso prático do dia-a-dia. Os cálculos também assumem um valor constante de k em todas as condições; na prática o valor de k varia à medida que as velocidades e temperaturas do meio são alteradas.

Um cálculo para prever a redução do fluxo que produzirá uma condição de interrupção é mostrado na fórmula localizada na primeira imagem deste artigo.

Uma vez calculada, esta fração pode ser aplicada à taxa de fluxo de carga total para prever quando a interrupção ocorrerá. No nosso exemplo, a interrupção ocorrerá quando a vazão cair abaixo de 3,1 kg/s (4 kg/s x 0,77). Este cálculo expressa, com efeito, a amtd no ponto de interrupção como uma fração da amtd a plena carga. 

No cálculo da fração a ser aplicada, a fim de prever quanto o DT secundário deve ser reduzido (o aumento de temperatura no lado secundário) para que a falta de energia ocorra, é utilizada a fórmula "D", que expressa a diferença de temperaturas entre o vapor e a saída secundária, em plena carga, e com a falta de energia expressa como fração. 

Uma vez calculada, esta fração pode ser aplicada ao DT do secundário em plena carga para prever quando ocorrerá a falta de energia. 

Neste caso, será quando o DT do secundário cair para 27oC (60oC x 0,45) ou menos. Portanto, se a temperatura de saída for mantida a 90oC, haverá interrupção se a temperatura de entrada subir para 63oC (90oC-27oC).

 

Para saber como calcular a controlo de temperatura em permutadores de calor de placas de vaporsubscreva 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.