Importância da concepção do sistema de aquecimento a vapor como um todo

Não saber como projetar o sistema de aquecimento a vapor como um todo pode ser a causa de grandes problemas operacionais. O desenho de todo o sistema, além de assegurar o seu bom funcionamento, pode trazer outros benefícios.

A concepção do sistema de aquecimento a vapor como um todo é um aspecto que irá influenciar definitivamente o desempenho da sua solução de aquecimento. Para dimensionar adequadamente todos os elementos do sistema, é necessário conhecer as condições de trabalho que cada um terá de enfrentar, o que não é possível sem compreender os elementos que o rodeiam.

Neste artigo vamos tentar mostrar como o dimensionamento de cada parte da instalação influencia as outras, assim como os benefícios de dimensioná-las como um todo e poder ajustar aspectos no controle/tamanho do fluido a ser aquecido.

O vapor é frequentemente utilizado como vapor saturado. Isto implica que quanto maior for a pressão de vapor, maior será a temperatura. Quanto mais alta a temperatura do lado quente em um trocador, mais energia é transmitida no trocador e, portanto, mais vapor é condensado. Em outras palavras, quanto maior for a pressão dentro de um trocador, mais vapor se condensará no trocador.

Portanto, antes de tudo devemos entender que em uma instalação de vapor, é o trocador, com suas características e condições de trabalho, que determinará quanto fluxo de vapor estamos condensando e a que pressão. Portanto, é necessário saber exatamente o que vai acontecer dentro do trocador para poder dimensionar todo o sistema adequadamente.

Para compreender o funcionamento do permutador de calor e para projectar o sistema de aquecimento de vapor como um todo e com sucesso, é necessário saber como funciona o meio a ser aquecido. Não se trata apenas de conhecer o caudal do fluido e as temperaturas de entrada e saída, mas também a aplicação (aquecimento contínuo, aquecimento do tanque com recirculação, etc.) e as suas variações. 

A obtenção de dados às vezes não é fácil, mas um consultor experiente em plantas a vapor pode ajudá-lo a extrair as informações corretas. Além disso, considerando o projeto da instalação no lado fluido do sistema a ser aquecido tem uma grande influência. Por exemplo, em um sistema de tanque acumulador, um fluxo de recirculação mais alto pode implicar um permutador de calor mais pequeno. Um especialista em soluções de aquecimento poderá aconselhá-lo sobre estes  aspectos para tentar escolher a opção que lhe será mais favorável.

Uma vez que os dados secundários são claramente conhecidos, o permutador de calor pode ser dimensionado. Um erro comum é calcular a pressão usando a pressão de entrada e a queda de pressão assumida como existente na válvula de controle, mas este não é o caso. A pressão no permutador de calor será definida pelas condições secundárias, e a área e coeficiente de transferência do permutador de calor.

Um permutador de calor maior necessitará de menos temperatura de vapor (e portanto menos pressão) para fornecer a energia desejada. Esta pressão é a que deve ser considerada para o cálculo do resto dos elementos, tais como a válvula de controle ou a remoção de condensado.

Além disso, se a aplicação tiver variações de potência, quando o equipamento estiver operando com cargas parciais, será necessário baixar a pressão de vapor para fornecer a potência certa no momento certo. Caso contrário, o permutador estaria a fornecer mais energia do que a desejada naquele momento, sobreaquecendo o fluido. Esta redução de pressão irá afectar a válvula de controlo e o conjunto de remoção de condensado.

Não conhecer os valores que cada um dos elementos terá de enfrentar durante os diferentes momentos de operação implica sub ou sobre-dimensioná-los, com as seguintes consequências

No caso do válvula de controle:

• O sub-dimensionamento significa que não permitirá a passagem de vapor suficiente, fazendo com que a pressão no permutador de calor caia abaixo do necessário e impedindo-o de aquecer suficientemente, mesmo que a válvula esteja totalmente aberta.

• Sobredimensionar significa trabalhar muito apertado para gerar o vazamento necessário naquele momento. Isto pode levar a problemas de controlo e até danificar a válvula.

No caso do permutador:

• O sub-dimensionamento significa que o equipamento não será capaz de aquecer o suficiente apesar da pressão máxima.

• O sobredimensionamento implicará trabalhar a uma pressão muito baixa, o que favorece a economia de energia e o tratamento do fluido a ser aquecido, mas gerará problemas de eliminação de condensado, e até possíveis problemas de ruído e velocidades na válvula.

No caso da remoção de condensado:

• Subdimensioná-las, ou não instalar um drenador de bombas quando necessário, leva à chamada interrupção do fluxo. Em outras palavras, não ser capaz de remover adequadamente a condensação, golpe de ariete e perda de controle (operação tudo/nada).

• O superdimensionamento não é sério. Neste caso, não seria um problema.

Além disso, o sobredimensionamento do equipamento significa que ocupa mais espaço e é menos económico, por isso vamos evitar fazê-lo tanto em termos de funcionamento como de custos. Deve-se também lembrar que os dados fornecidos normalmente incluem margens de segurança que, quando somadas, tendem a ser excessivas e facilitam, juntamente com a existência de cargas parciais, o superdimensionamento dos elementos, o que podemos ver como não é positivo para o seu funcionamento. Mais uma vez, é importante insistir na importância de uma boa recolha de dados.

Finalmente, a concepção do sistema de aquecimento a vapor como um todo trará outros benefícios, como ter uma única pessoa responsável pela concepção da instalação, poder combinar o dimensionamento para obter as dimensões óptimas e o funcionamento mais adequado de cada elemento, optimizando o espaço ocupado, o consumo de energia ou ser capaz de encontrar a melhor forma de controlar ou aquecer um fluido.

Em última análise, projetar o sistema de aquecimento a vapor como um todo é de vital importância tanto para evitar erros de dimensionamento que podem afetar negativamente o desempenho, para otimizar seus recursos, para ter a máxima confiança no desempenho da solução e para obter a solução que melhor se adapte às suas necessidades em todos os aspectos.

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