Como ocorre a interrupção do fluxo nas instalações de vapor?

Para compreender a interrupção do fluxo nas instalações de vapor, é necessário saber que o vapor saturado é um vapor de condensação que liberta o seu calor quando se condensa em água. Esta condensação ocorre sempre a uma temperatura constante, quando a pressão no espaço de vapor permanece constante.

Por exemplo, o vapor saturado à pressão atmosférica tem uma temperatura de 100 °C e irá condensar em água a 100 °C, enquanto que à pressão de 1 bar, o vapor saturado tem uma temperatura de 120 °C e irá condensar em água a 120 °C.

O vapor também é encontrado em permutadores de calor a uma pressão inferior à atmosférica, por exemplo, o vapor a 0,5 bar abaixo da pressão atmosférica tem uma temperatura de cerca de 82 °C e irá condensar em água a 82 °C. A relação entre pressão e temperatura do vapor saturado é totalmente previsível e está documentada nas tabelas de vapor. 

A teoria básica do permutador de calor indica que quanto mais alta for a temperatura do vapor acima da temperatura a que o fluido secundário é aquecido, maior será a taxa de transferência de calor possível. Para variar a transferência de calor do vapor na condensação, a temperatura (e portanto também a pressão) do vapor no espaço de vapor é alterada. 

Por exemplo, se um permutador de calor utiliza vapor a 160 °C a plena carga e a carga é reduzida em 50 %, será necessário vapor a uma temperatura mais baixa. Para isso, a pressão de vapor deve ser reduzida, em muitos casos abaixo da contrapressão. 

 

Exemplo de interrupção de fluxo em sistemas de vapor

Um exemplo de interrupção de fluxo em instalações de vapor ocorre quando um trocador de calor operando a plena carga está usando vapor saturado a 1 bar r (120 °C) para aquecer água de 40 °C a 60 °C. Portanto, a carga total ocorre quando a temperatura da água aumenta em 20 °C, e a temperatura média da água é:

A diferença entre a temperatura do vapor e a temperatura média da água é chamada de diferença de temperatura média aritmética ou AMD e a taxa de transferência de calor é proporcional a ela. A DTMA com carga máxima neste exemplo é de 120 °C - 50 °C = 70 °C. 

Observe a situação quando a carga do processo é reduzida para 2/3 da carga. A plena carga, o aumento da temperatura da água é de 20 °C. Se a carga for reduzida a 2/3 da carga total e a temperatura da água de saída for mantida constante a 60 °C, isto significa que o aumento de temperatura deve ser de 2/3 de 20 °C. 

Portanto:

 

Consequentemente, a 2/3 de carga, a temperatura da água de retorno aumentará para 46,7 °C, de modo que a temperatura média da água será agora de 46,7 °C:

Com 2/3 de carga, a transferência de calor necessária será de 2/3 da transferência de calor a plena carga e, da mesma forma, o DTMA será de 2/3 do DTMA a plena carga, portanto:

Portanto, a temperatura do vapor a 2/3 de carga deve ser a temperatura média da água a 2/3 de carga mais a DTMA a 2/3 de carga, portanto:

Como a temperatura do vapor saturado à pressão atmosférica é de 100 °C, isto significa que a pressão no espaço de vapor é agora atmosférica. Consequentemente, não há pressão de vapor disponível no espaço de vapor para expulsar o condensado através de um purgador. 

Mesmo que a linha de condensado descarregue para um purgador aberto, o condensado não pode drenar para fora do permutador de calor. O condensado retornará na linha de drenagem e inundará o permutador de calor, a menos que sejam tomadas as devidas precauções. 

Se o condensado voltar a fluir para o permutador, a área de superfície disponível para condensar vapor é reduzida, o fluxo de calor diminui e a temperatura da água de saída começa a baixar. Quando o sensor de temperatura detecta isso, o controlador abre um pouco mais a válvula de controle para aumentar o fluxo de vapor, o que aumenta a pressão no espaço de vapor acima da atmosfera (neste caso) e logo será suficiente para expelir o condensado através do sifão.

O nível de condensado é reduzido, mas agora a pressão no espaço de vapor é maior do que a pressão atmosférica necessária para aquecer a água até 60 °C. A temperatura da água sobe então. Quando o sensor detecta isto, o controlador fecha a válvula de controle. A pressão no espaço de vapor é reduzida à pressão atmosférica e a inundação ocorre novamente. 

Isto resulta em um ciclo contínuo da temperatura da água acima e abaixo de 60 °C. Se o fluido no secundário for diferente da água, isto pode, em muitos casos, afectar a sua qualidade. 

Para descobrir o que significa a interrupção do fluxo nos permutadores de calor de vapor? ou desenhar um instalação para evitar a interrupção do fluxo através de um purgadorsubscreva o Boletim Informativo Steam for IndustryUm recurso que o ajudará a receber mais conteúdo sobre as novas tendências em vapor industrial.