O vapor é usado em muitos processos industriais. No entanto, você normalmente produzirá vapor em uma parte diferente da planta dos processos onde o utiliza. Isso significa que você precisa mover o vapor para se beneficiar de sua energia térmica.
Neste artigo, exploraremos como você distribui vapor e os benefícios de mover vapor em comparação com água quente de baixa temperatura (LTHW).
Por que você precisa mover o vapor?
Por razões de segurança e manutenção, o vapor é gerado a uma certa distância de onde é necessário. Enquanto o vapor é produzido em uma casa de caldeiras (A), os processos (B) que usam a energia térmica do vapor podem estar a centenas de metros de distância.
Se você tem múltiplos processos que requerem energia térmica, o vapor precisa alcançá-los onde quer que estejam na planta. As tubulações de vapor (C) distribuirão o vapor da casa de caldeiras para os processos.
Por exemplo, os processos de um fabricante de alimentos que dependem do vapor para energia térmica podem incluir esterilização, pasteurização, cozimento, secagem e desidratação. Cada processo pode ocorrer em uma parte diferente da planta.
Como você distribui o vapor?
O vapor é um gás, então ele se move sob sua própria energia através de uma queda de pressão. Como resultado, quando você produz vapor a alta pressão na casa de caldeiras (A) e depois reduz a pressão nos processos (B), onde ocorre a transferência de calor, o vapor fluirá naturalmente pelas tubulações da casa de caldeiras para os processos. Ao contrário da LTHW, você não bombeia o vapor.
Além das tubulações de vapor, você também precisa de tubulações separadas (D) para retornar o condensado líquido do processo de volta à casa de caldeiras. Como o vapor transfere sua energia térmica útil para o processo ao condensar, o condensado líquido deve ser removido porque não pode liberar mais energia térmica.
A relação pressão / volume do vapor
Além de permitir a distribuição do vapor, a pressão também impacta o volume específico do vapor, porque o vapor é um gás comprimível.
Pressurizar o vapor na caldeira reduz seu volume. No entanto, quando você reduz a pressão no processo, o volume aumenta. Ao entender a relação pressão/volume, você pode calcular o impacto das mudanças de pressão no volume do vapor.
Como o volume do vapor é reduzido sob pressão, isso impacta significativamente o dimensionamento das tubulações necessárias para transportar o vapor.
Como a pressão afeta o dimensionamento das tubulações de vapor?
Escolher o diâmetro correto das tubulações de vapor permite que você distribua a massa necessária de vapor da maneira mais eficiente possível. Ao comprimir o vapor para reduzir seu volume, você precisa de tubulações de diâmetro menor para mover o vapor da casa de caldeiras para o processo.
Por exemplo, você precisaria de tubulações com diâmetro DN100 para distribuir 1.000 kg/h de vapor saturado seco a 2 bar g. No entanto, aumentar a pressão para 10 bar g comprime o vapor em um volume menor, então você precisaria apenas de tubulações DN50 para distribuir os 1.000 kg/h de vapor.
Por que tubulações de menor diâmetro são benéficas?
Mover vapor em tubulações de menor diâmetro tem várias vantagens sobre alternativas líquidas como LTHW.
Uso mais eficiente do espaço
Usar tubulações de menor diâmetro para vapor e condensado permite usar o espaço de maneira mais eficiente em sua planta. As tubulações ocupam menos espaço e são mais fáceis de instalar em vãos de salas de equipamentos e outras áreas onde as tubulações são instaladas.
Tubulações mais leves
Como as tubulações de menor diâmetro são mais leves, elas requerem menos suportes e fixações para serem seguras.
Custos de instalação mais baixos
Instalar tubulações de vapor de menor diâmetro reduz os custos de instalação em comparação com tubulações de maior diâmetro. Além das próprias tubulações e da infraestrutura de suporte, menos isolamento é necessário e o custo de mão de obra para instalação é reduzido.
Menos perda de calor por radiação
Como o vapor libera calor ao condensar em contato com uma superfície de temperatura inferior, o calor é perdido através das tubulações devido à radiação. Embora o isolamento reduza essa perda, o diâmetro das tubulações também afeta a perda de calor.
Tubulações de maior diâmetro fornecem uma área de superfície maior para o vapor condensar e liberar sua energia térmica. Como resultado, reduzir o diâmetro das tubulações limita a área de superfície através da qual o calor pode ser perdido.
Quanta energia é necessária para produzir e distribuir vapor?
Gerar vapor requer mais energia do que gerar LTHW, porque você produz vapor a temperaturas e pressões mais altas. No entanto, distribuir vapor consome muito menos energia do que a LTHW.
A LTHW precisa de energia para alimentar as bombas que a distribuem pela planta. O vapor, porém, não precisa de bombas, porque é um gás e flui naturalmente com uma queda de pressão.
Por exemplo, as perdas de calor das tubulações para distribuir 2 MW de energia usando LTHW a 70-90°C seriam de 9,6 kW. As perdas de calor para distribuir a energia equivalente com vapor seriam de 14,6 kW. No entanto, bombear a LTHW usaria 6,5 kW de eletricidade, enquanto o vapor tem uma necessidade de energia muito menor de 0,7 kW para alimentar uma bomba para levar água à casa de caldeiras.
Considerando tanto a geração quanto a distribuição, o consumo total de energia para vapor e LTHW é semelhante.
As vantagens de distribuir vapor
Mover vapor por uma planta tem vários benefícios sobre fontes alternativas de energia térmica. Como um gás comprimível, o vapor ocupa menos volume e é distribuído através de tubulações de menor diâmetro, o que é mais eficiente em espaço e energia. Ao contrário da LTHW, o vapor não é bombeado e, portanto, consome menos energia durante a distribuição. O vapor só precisa de uma queda de pressão para se mover através das tubulações de vapor.