A qualidade do vapor afeta a energia disponível para transferência de calor. É por isso que controlar a qualidade é crítico para a eficiência de processos e industriais.
Neste artigo, exploraremos quais fatores influenciam a condição do vapor, os problemas que o vapor mal controlado pode causar e como melhorar a qualidade do vapor que você gera.
Qual é a condição ideal do vapor?
O vapor ideal para uso em seus processos industriais é limpo, seco e livre de ar e outros gases não condensáveis. O vapor nessa condição é o tipo mais eficiente para transferência de calor1. As tabelas de vapor que ajudam a gerenciar a geração e distribuição de vapor também assumem que você produz vapor com essas qualidades.
Para otimizar a qualidade do vapor2, você precisa monitorar as condições em sua casa de caldeiras, garantir manutenção regular das tubulações de distribuição de vapor e implementar controles em toda a planta. Sem essas boas práticas de trabalho, você provavelmente enfrentará problemas de engenharia e manutenção.
Quais são os problemas do vapor úmido?
Embora o vapor deva ser completamente seco, inevitavelmente haverá um nível de umidade no vapor produzido pela casa de caldeiras. A umidade dentro do vapor é medida pela sua fração de secura, a proporção do vapor que é seca.
Por exemplo, no diagrama de fase do vapor, uma fração de secura de 50% (A) significa que o vapor é 50% seco e 50% úmido.
Quando você produz vapor sem controlar sua qualidade, pode ter umidade excessiva ou uma fração de secura insuficiente. É quando os problemas ocorrem, pois o vapor que você produz e distribui é mais úmido do que sua planta foi projetada para suportar.
Ineficiência de processo
O vapor úmido reduz a eficiência da transferência de calor de várias maneiras. Primeiro, quanto mais úmido o vapor, menos energia útil está disponível dentro do vapor. Há uma massa reduzida de vapor chegando ao processo devido à baixa fração de secura.
Além disso, os trocadores de calor em seus processos são dimensionados para operar com uma secura esperada do vapor. No entanto, se você produz vapor mais úmido do que o planejado, os trocadores de calor não funcionarão com a mesma eficiência. Quando o vapor chega aos trocadores de calor, levará mais tempo para obter a energia térmica necessária do vapor. O tempo de processo provavelmente se estenderá, você pode não atingir a temperatura de processo necessária e o produto pode ser danificado.
O vapor úmido também é mais propenso a condensar e ceder energia para a tubulação de distribuição. Por exemplo, você poderia produzir 10.000 kg/h de vapor, mas perder 500 kg/h para a tubulação. Como resultado, você precisa gerar mais vapor para fornecer o nível necessário de energia térmica aos processos.
Em outras palavras, o vapor úmido é menos eficiente para transferência de calor.
Erosão e corrosão
A umidade dentro do vapor pode erodir tubulações. À medida que a pressão do vapor carrega gotículas de umidade ao longo das tubulações em alta velocidade, o atrito das gotículas contra as tubulações causa danos ao longo do tempo.
A presença de vapor úmido também aumenta o risco de corrosão. A reação química da umidade nas tubulações metálicas degrada as tubulações e reduz sua vida útil.
Erosão e corrosão aumentam a manutenção necessária para as tubulações de distribuição de vapor.
Golpe de água e golpe de aríete
Quando o vapor úmido condensa nas tubulações de vapor, o líquido cai para o fundo da tubulação. À medida que as gotículas de condensado aumentam, elas formam uma massa de água, que é empurrada através das tubulações pelo movimento do vapor.
No entanto, quando há uma curva na tubulação, o impacto da água batendo na tubulação pode causar ruído e vibração, conhecidos como golpe de aríete. Os danos causados pelo golpe de aríete significam trabalho extra de manutenção necessário e podem limitar a vida útil da tubulação.
Como controlar a secura do vapor
Existem diferentes controles que você pode usar para reduzir a umidade dentro do vapor e minimizar a fração de secura.
Separadores de vapor
Os separadores de vapor removem gotículas de umidade do fluxo de vapor e são usados antes que o vapor entre em equipamentos críticos na planta.
Os separadores usam defletoras para impedir que gotículas de água passem, enquanto o vapor seco é permitido continuar fluindo pela tubulação. As gotículas de água e qualquer condensado então drenam do sistema.
Por que o vapor precisa ser limpo?
Incrustações que se acumulam nas paredes das tubulações e dentro do trocador de calor afetam a qualidade do vapor e reduzem sua eficiência para transferência de calor. Sujeira também pode ser deixada por excesso de material de união ou soldagem, o que leva à erosão dentro de tubulações, armadilhas de vapor e válvulas.
As incrustações podem ocorrer devido a tratamento de água incorreto ou operação da caldeira. Esses fatores podem causar impurezas na caldeira que são transferidas através de gotículas de umidade.
Como manter o vapor limpo
Instalar filtros de tubulação remove sujeira e impede que contamine o vapor. A boa prática de engenharia é instalar um filtro antes de armadilhas de vapor, válvulas e outros equipamentos críticos.
Os controles da caldeira também são essenciais para remover produtos químicos e minerais na água que se acumulam como sólidos dentro da caldeira. Uma válvula de blowdown de fundo dentro da caldeira melhora a qualidade da água e do vapor. Abrir a válvula permite que a pressão do vapor na caldeira sopre os sedimentos para fora.
Quais problemas o ar dentro do vapor causa?
As tubulações de fornecimento de vapor contêm ar na partida, pois o ar é sugado pelo vácuo criado quando o sistema foi desligado anteriormente e o vapor condensou. O ar também pode estar presente na água usada para alimentar a caldeira. A menos que você remova o ar e outros gases não condensáveis, eles diminuirão a temperatura do vapor.
Como o ar é um mau condutor de energia térmica, uma massa de ar dentro do vapor também atuará como uma barreira no trocador de calor, reduzindo a eficiência do processo de transferência de calor.
Quais problemas o ar dentro do vapor causa?
As tubulações de fornecimento de vapor contêm ar na partida, pois o ar é sugado pelo vácuo criado quando o sistema foi desligado anteriormente e o vapor condensou. O ar também pode estar presente na água usada para alimentar a caldeira. A menos que você remova o ar e outros gases não condensáveis, eles diminuirão a temperatura do vapor.
Como o ar é um mau condutor de energia térmica, uma massa de ar dentro do vapor também atuará como uma barreira no trocador de calor, reduzindo a eficiência do processo de transferência de calor.
Como remover o ar do vapor
Quando você enche o sistema com vapor, ele empurrará o ar em direção aos pontos de drenagem e aos pontos remotos, aqueles mais distantes da entrada de vapor. Adicionar armadilhas de vapor aos pontos de drenagem e purgadores de ar aos pontos remotos permite que você remova o ar do sistema.
Gerando o vapor de melhor qualidade
Para maximizar a eficiência do uso de vapor para transferência de calor, você precisa produzir vapor em uma condição ideal. Isso significa garantir que ele seja o mais seco possível para otimizar a energia útil disponível para transferência de calor. Manter o vapor limpo e minimizar a umidade reduzirá os problemas de manutenção nas tubulações de vapor. Remover o ar das tubulações de vapor também ajuda a melhorar a eficiência da transferência de calor.