Terminologia e conceitos técnicos de sistemas de vapor industrial que todo gerente de planta deve conhecer.

Neste artigo explicamos a terminologia e os conceitos técnicos dos sistemas de vapor industrial que todo gerente de planta deve conhecer. Em todas as profissões, existem certos termos e conceitos, que têm um significado especial que deve ser familiar aos técnicos e operadores de uma instalação industrial. Conhecê-los em detalhe vai permitir otimizando o desempenho dos sistemas de vapor em sua indústria.

1) Enthalpy: Este conceito técnico de sistemas de vapor industrial é o termo dado à energia total, devido à pressão e temperatura, de um fluido ou vapor (como água ou vapor) em uma determinada condição e tempo.

A unidade de medida básica é o joule (J). Como um joule representa uma quantidade muito pequena de energia, normalmente é multiplicado por mil, e é referido como um kilojoule (KJ).

2) Enthalpia específica: Outro conceito técnico de sistemas de vapor industrial é a entalpia (energia total) de uma unidade de massa (geralmente 1 kg). Portanto, a unidade de medida habitual é KJ / kg.

3) Calor específicoUma medida da capacidade de uma substância de absorver calor. É a quantidade de energia (joules) necessária para elevar uma massa de 1 kg por 1oC. O calor específico é, portanto, expresso em KJ / kg oC.

O calor específico da água é de aproximadamente 4,19 KJ / kg oC. Isto significa que um aumento na entalpia de 4,19 KJ aumentará a temperatura de 1 kg de água em 1oC.

4) EntropiaA entropia é uma medida de ordem molecular. Uma mudança na entropia corresponde a uma mudança na ordem molecular, ou organização, de um sistema. Se a entropia aumenta, as moléculas se movem mais livremente, por exemplo, a entropia aumenta quando um sólido derrete para se tornar um líquido, ou quando um líquido evapora para se tornar um gás.

Entropia às vezes se refere ao nível de desordem em um sistema; desordem alta = alta entropia, e desordem baixa = baixa entropia. As moléculas confinadas em uma gota d'água estão em um grau de ordem mais elevado do que se fossem dispersas como um vapor.

O Segundo Princípio da Termodinâmica afirma que "A entropia do universo nunca diminui e aumenta sempre que possível". Devido a esta tendência para aumentar:

• O calor flui de um objecto quente para um objecto frio.
• O gás flui de uma fonte de alta pressão para uma área de baixa pressão.

5) Pressão absoluta e pressão manométrica: O estado teórico sem pressão de um vácuo perfeito é "zero absoluto". A pressão absoluta é, portanto, uma pressão acima de zero absoluto. A pressão exercida pela atmosfera é de 1,013 bar ao nível do mar.

A pressão manométrica, como mostrado em um manômetro padrão, é a pressão acima da pressão atmosférica. Portanto, uma pressão manométrica de 0 bar (bar r) é o equivalente a 1,013 bar absoluto (bar a). Às vezes o bar r é referido simplesmente como bar.

Outras unidades frequentemente utilizadas são quilopascal (kPa), 1 bar = 100 kPa e milibar (mbar), 1 bar = 1.000 mbar.

6) Calor e transferência de calor O calor é uma forma de energia, e como tal, faz parte da entalpia de um líquido ou gás. A transferência de calor é o fluxo de entalpia da matéria a uma temperatura elevada para a matéria a uma temperatura mais baixa.

7) Densidade da água saturada: A densidade da água muda pouco com as variações de temperatura. A 100°C a água saturada tem uma densidade específica de 0,958 kg/litro. A água quente é um pouco menos densa do que a fria.

Uma coluna de 10,65 m de água exercerá uma pressão de 1 bar r na sua base.

Volume específicoUm dos conceitos técnicos mais importantes dos sistemas de vapor industrial é o volume específico. Se uma massa de 1 kg de água (1 litro ou 0,001 m3 de volume a 20oC) for totalmente convertida em vapor, o resultado será exactamente 1 kg de massa de vapor.

No entanto, o volume ocupado pelo vapor será muito maior. À pressão atmosférica 1 kg de vapor ocupa cerca de 1.673 m3. À medida que a pressão de vapor aumenta, o seu volume específico (Vg) diminui. A 10 bar r o volume específico de vapor é de apenas 0,177 m3. Esta relação é ilustrada na figura abaixo.

Vapor seco e vapor úmidoEsta terminologia de sistemas de vapor industrial pode ser melhor compreendida através da revisão das tabelas de vapor que mostram as propriedades do "vapor saturado seco". É água que foi completamente evaporada e convertida em vapor, sem conter quaisquer gotículas de água líquida.

Na prática, o vapor geralmente transporta pequenas gotículas de água, e não é totalmente vapor saturado seco e saturado.

A qualidade do vapor é definida pela sua "percentagem de vapor seco" - a proporção de vapor completamente seco presente na amostra em questão. Se a percentagem de vapor seco for de 0,95, 95% da sua massa será vapor saturado seco, e 5% será água. As gotas de água não carregam nenhuma entalpia específica de evaporação.

A entalpia específica do vapor a 7 bar r com uma percentagem de vapor seco de 0,95 pode ser calculada como indicado na Fórmula 1.

Cada quilograma de vapor "molhado" conterá a entalpia completa de água saturada, 721,4 KJ/kg, mas como apenas 0,95 kg de vapor seco está presente com 0,05 kg de água, haverá apenas 95% da entalpia de evaporação, 2.047,7 KJ/kg.

Este valor representa uma redução de 102,4 KJ/kg da entalpia específica do vapor a 7 bar r, 2.769,1 KJ/kg, que é mostrada nas tabelas de vapor. O vapor úmido tem um conteúdo de calor substancialmente menor do que o vapor saturado seco à mesma pressão.

As gotículas de água contidas no vapor têm peso, mas ocupam um espaço insignificante e, portanto, o seu efeito sobre o volume total é pequeno.

O vapor saturado seco é um gás incolor. São as gotículas de água suspensas no vapor que lhe dão o seu aspecto branco nublado.

Vapor superaquecidoSe o calor ainda for adicionado após toda a água ter evaporado, a temperatura do vapor subirá novamente. O vapor é então chamado de "superaquecido", e este vapor superaquecido pode estar a qualquer temperatura acima da do vapor saturado à pressão correspondente.

O vapor saturado se condensará prontamente em qualquer superfície a uma temperatura mais baixa, liberando imediatamente sua entalpia de evaporação.

Quando o vapor superaquecido liberta alguma da sua entalpia, fá-lo inicialmente em virtude de uma queda na temperatura. A condensação não ocorrerá até que a temperatura caia à temperatura de saturação e a taxa de fluxo de energia do vapor superaquecido seja muitas vezes inferior à obtida com o vapor saturado, mesmo que a sua temperatura seja mais elevada.

O vapor superaquecido, devido às suas propriedades, é normalmente a primeira escolha para a geração de energia, enquanto o vapor saturado é ideal para aplicações de aquecimento.

Ao gerenciar sistemas de vapor, é importante que os gerentes e técnicos da planta estejam familiarizados com a terminologia, unidades e conceitos técnicos dos sistemas de vapor industrial. Estes fundamentos lhes permitirão dimensionar melhor seus sistemas de vapor nas diferentes etapas: Geração de Vapor, Distribuição de Vapor, Equipamentos de Utilização de Vapor e Recuperação e Retorno de Condensados. Estes conceitos vão ajudá-lo a compreender a eficiência energética em sistemas de vapor industriais para que você possa alcançar melhores resultados.