Sintomas de interrupção de fluxo em sistemas de vapor

Um purgador de calor frio ou uma vareta óbvia da válvula de controle são dois dos sintomas de interrupção do fluxo nos sistemas de vapor. Mas além destes dois aspectos, também podem ser observados efeitos como a variação da temperatura de saída ou o golpe de aríete.

Quando dizemos que um dos sintomas da interrupção do fluxo nos sistemas de vapor é observar um resfriamento notável do purgador, queremos dizer que o purgador é visivelmente mais frio do que a temperatura do tubo de vapor de entrada para o trocador de calor, enquanto que, o aplauso da válvula de controle ocorre porque é propenso a caçar entre as posições aberta e fechada.

Para entrar em detalhes sobre todos os sintomas de interrupção de fluxo nos sistemas de vapor, vamos dar uma olhada mais detalhada, um a um:

• A temperatura do fluido secundário que sai do permutador de calor é menos precisa do que o esperado ou necessário.
• A estratificação da temperatura ocorre no lado de saída do trocador de calor, o que será mais evidente nas serpentinas de aquecimento e nos aquecedores com ventilador. 

Por exemplo, na serpentina de aquecimento ilustrada na figura acima, o design permite o acesso à superfície do permutador de calor, muitas vezes por meio de um painel de acesso ou porta no lado da conduta.

Se ocorrer interrupção do fluxo, a parte superior da bobina mais próxima da entrada de vapor será muito quente, enquanto a parte inferior será menos quente ou mesmo fria e a saída de ar será quente ou fria. A temperatura do ar que sai da parte superior da bobina será visivelmente mais elevada do que a do ar que sai da parte inferior.

• O permutador de calor emite ruídos contínuos ou intermitentes de ruído e de batidas. Estes ruídos estão por vezes associados a martelos de água mais graves que podem causar danos físicos no permutador de calor e em qualquer equipamento a ele ligado. A condensação do vapor quente e a inundação do permutador de calor provoca o golpe de ariete e os ruídos resultantes, especialmente quando o nível de inundação varia com as mudanças de carga. 
• Em aplicações de processo, o resultado de um ou mais dos sintomas acima pode ser uma qualidade de produto pobre ou não confiável.
• Aumento da corrosão. O condensado inundado arrefece até temperaturas bem abaixo da temperatura do vapor na entrada do espaço de vapor. O dióxido de carbono e o oxigénio dissolvem-se muito mais facilmente em água fria. 
• O dióxido de carbono é um subproduto comum do tratamento inadequado da água da caldeira e é aspirado para dentro do permutador de calor com o vapor. Quando se dissolve na água, forma ácido carbónico que provoca a corrosão.

O oxigênio está presente na água bruta e, se não for completamente removido pelo processo de tratamento da água, também será transportado com o vapor. A sua presença na água, especialmente na água fria onde é facilmente dissolvida, também agrava a corrosão.

A taxa de corrosão aumenta significativamente quando ambos os gases estão presentes. O grau de corrosão dependerá do material do permutador de calor. Cobre, aço carbono e aço inoxidável têm efeitos diferentes.

• Outro sintoma de interrupção do fluxo nos sistemas de vapor é o estresse mecânico. O vapor quente na parte superior do espaço de vapor fará com que o permutador de calor se expanda para lá, enquanto a água fria na parte inferior do espaço de vapor tem o efeito oposto. Esta expansão/contracção desigual pode causar tensão mecânica na estrutura do permutador de calor, em particular nas juntas expandidas ou soldadas dos permutadores de calor de "placas", dos permutadores de calor de "tubos" e das serpentinas de aquecimento.

O resultado mais comum é o vazamento de calor para o ambiente no primeiro, ou para o fluxo de ar secundário no segundo. O stress tende a piorar se o nível de inundação variar continuamente, especialmente se variar rapidamente. O nível de inundação variará com as mudanças de carga e, como resultado, a válvula de controle e o purgador terão dificuldade em manter um controle estável.

Deve-se notar que o permutadores de calor de placas devidamente concebidos com selos de vapor apropriados serão altamente resistentes a estas tensões. O efeito final da interrupção do fluxo é um aumento da manutenção e uma redução da vida útil do permutador de calor e dos equipamentos associados, o que aumenta os custos operacionais globais. 

Há também instalações para evitar a interrupção do fluxo em sistemas de vapor bem como outros alternativas para evitar a interrupção do fluxo de vapor industrial que se pode pôr em prática de uma forma prática.

Os sintomas de interrupção de fluxo nos sistemas de vapor ocorrem em todos os permutadores de calor?

Não. As condições devem ser tais que haja sempre pressão positiva suficiente a montante do purgador para remover a condensação, de modo a que não possa ocorrer interrupção do fluxo.

Como regra geral, quanto maior for a temperatura secundária acima de 100 °C, e quanto mais estável for a carga operacional (especialmente se estiver próxima da saída máxima do permutador de calor), menor será a probabilidade de interrupção do fluxo em permutadores de vapor.

No entanto, cada aplicação é única e deve ser estudada especificamente. A única maneira de determinar a dinâmica da instalação é traçar as temperaturas da aplicação em um diagrama ou realizar um cálculo matemático. Isto é explicado como "remoção de condensado de permutadores de calor".

Algumas aplicações podem parecer funcionar com um certo grau de inundação e mostrar poucos efeitos de martelos de água. Estas são normalmente aplicações com carga constante ou onde a carga muda apenas ligeiramente e muito lentamente, e/ou aplicações que utilizam permutadores de calor muito robustos.

Um desses exemplos seriam grandes serpentinas de aquecimento resistentes à corrosão dentro de tanques de armazenamento devidamente posicionados para se inclinarem para os pontos de purga.

Mesmo em tais aplicações, se a instalação for projetada ou corrigida para eliminar a interrupção do fluxo, melhor desempenho, maior confiabilidade e custos de ciclo de vida mais baixos são virtualmente garantidos.

Para saber mais sobre os sintomas de interrupção de fluxo em sistemas de vapor ou para saber mais sobre como ocorre a interrupção do fluxo nas instalações de vaporsubscreva o Boletim Informativo Steam for IndustryUm recurso que o ajudará a receber mais conteúdo sobre as novas tendências em vapor industrial.