Bombeamento de Condensado de Receptores Ventilados

Uma introdução básica à terminologia de bombeamento, incluindo pressão de vapor e altura estática. Inclui uma descrição da operação, aplicação e benefícios comparativos de bombas centrífugas elétricas e bombas de condensado mecânicas, com exemplos de dimensionamento para bombas e linhas de descarga de bombas.

Terminologia de bombeamento

Terminologia de bombeamento

Pressão de vapor - Este termo é usado para definir a pressão correspondente à temperatura na qual um líquido se transforma em vapor. Em outras palavras, é a pressão na qual um líquido ferverá.

  • A 100°C, a água ferverá à pressão atmosférica.
  • A 170°C, a água ferverá a uma pressão de 7 bar g.
  • A 90°C, a água ferverá a uma pressão de 0,7 bar a. A pressão de vapor é uma consideração muito importante ao bombear condensado. O condensado é geralmente formado a uma temperatura próxima ao seu ponto de ebulição, o que pode causar dificuldades onde uma bomba centrífuga está envolvida. Isso porque bombas centrífugas têm uma área de menor pressão no centro, ou olho, do impulsor. Isso produz o efeito de sucção, que puxa o líquido para dentro da bomba. Embora a queda de pressão seja pequena, se o condensado já estiver muito próximo da sua pressão de vapor, uma proporção do líquido produzirá flash de vapor na forma de pequenas bolhas. Essas bolhas de vapor ocupam um volume significativamente maior do que a massa equivalente de água e têm uma alta razão de superfície para massa. À medida que as bolhas viajam através das passagens do impulsor em direção à borda externa, elas experimentam pressão crescente. Em algum ponto durante essa jornada, a pressão de vapor é excedida e as bolhas de vapor implodem com força considerável. Isso é chamado de ‘cavitação’ e as implosões são tanto barulhentas quanto destrutivas. O ruído é semelhante a cascalho sendo pás e as implosões, com o tempo, danificarão os componentes internos da bomba. Por esta razão, recomenda-se que o condensado seja bombeado por bombas elétricas especificamente construídas para a tarefa, e que as temperaturas do condensado em sistemas atmosféricos não excedam 98°C. Algumas bombas terão limites tão baixos quanto 94°C ou 96°C, dependendo do design da bomba, da velocidade de rotação e da altura do receptor acima da bomba. Altura (h) - Altura é um termo usado para descrever a energia potencial de um fluido em um determinado ponto. Existem várias maneiras que a altura pode ser medida: altura de pressão, altura estática e altura de atrito. A altura de pressão e a altura estática são essencialmente a mesma coisa, mas tendem a ser medidas em unidades diferentes. A altura de pressão é medida em unidades de pressão como pascal ou bar g; enquanto a altura estática é referida em termos de altura, geralmente em metros (ou metros de altura). Para água, uma altura estática de 10 metros é aproximadamente equivalente a uma altura de pressão de 1 bar g (veja Figura 14.4.1). Altura de pressão (hp) - A altura de pressão é a pressão do fluido no ponto em questão. Por exemplo: Uma bomba é necessária para descarregar água contra uma altura estática de 30 metros, o que equivale aproximadamente a uma altura de pressão de 3 bar g. A bomba se enche a partir de uma altura estática de 1 metro, o que equivale a uma altura de pressão de 0,1 bar g. (Veja Figura 14.4.2). Altura estática (hs) - A altura estática é a altura vertical equivalente de fluido acima de um datum. O exemplo a seguir explica a medida de altura estática. Exemplo: a entrada da bomba na Figura 14.4.2 está sujeita a uma altura estática (conhecida como altura de sucção ou enchimento) de 1 m, e descarrega contra uma altura estática (conhecida como altura estática de entrega) de 30 m. Note que neste caso, a água sendo bombeada está acima da entrada da bomba (esta situação é chamada de sucção alagada).

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Altura estática líquida - Isso depende se a bomba é do tipo centrífugo ou de deslocamento positivo, tipo mecânico. Com uma bomba centrífuga elétrica (Figura 14.4.3), a pressão exercida pela altura de sucção está sempre presente na bomba. A altura estática líquida, contra a qual a bomba deve trabalhar, é a diferença entre a altura de sucção e a altura de entrega.

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Com uma bomba de deslocamento mecânica (Figura 14.4.4), a altura de sucção fornece apenas a energia para encher a bomba durante o ciclo de enchimento. Ela não está presente no corpo da bomba durante o bombeamento e não tem efeito sobre a altura de entrega contra a qual a bomba deve operar. A altura estática líquida é simplesmente a altura de entrega.

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Altura de atrito (hf) - A altura de atrito (ou perda de altura por atrito) é mais precisamente definida como a energia necessária para mover o fluido através do tubo. Isso é discutido em mais detalhes no Módulo 10.2, ‘Tubos e dimensionamento de tubos’. A perda de pressão pode ser calculada usando os procedimentos mostrados no Bloco 4, ‘Medição de vazão’ e Bloco 10, ‘Distribuição de vapor’, mas é mais frequentemente encontrada em tabelas que correlacionam vazão de líquido, diâmetro do tubo e velocidade. Para ser preciso, a resistência ao fluxo encontrada pelas várias conexões de tubulação também deve ser levada em conta. Tabelas estão disponíveis para calcular o comprimento equivalente de tubo reto exercido por várias conexões de tubulação. Esse ‘comprimento equivalente’ extra para conexões de tubulação é então adicionado ao comprimento real do tubo para fornecer um ‘comprimento equivalente total’. No entanto, na prática, se o tubo for dimensionado corretamente, é incomum que as conexões de tubulação representem mais de 10% adicionais do comprimento real do tubo. Uma regra geral que pode ser aplicada é: Comprimento equivalente total (le) = Comprimento real + 10% Na maioria dos casos, o Engenheiro de Plantas de Vapor estará projetando um sistema com um arranjo de bomba proprietário fabricado, que tem fatores apropriados incorporados. Considerando isso, a figura de 10% será usada neste Bloco como o comprimento equivalente para calcular a perda de pressão devida ao atrito. Essa perda de pressão devida ao atrito é grandemente dependente da velocidade da água no tubo. Em termos simples, a perda de pressão devida ao atrito aumenta por um fator proporcional ao quadrado da velocidade. Tabelas estão disponíveis que fornecem perda de altura por metro de tubo para várias vazões e diâmetros de tubo.

Table 14.4.1 Flow of water in black steel pipes (kg/h)

Pressure drop Pipe size (mm)
Pa/m mbar/m 15 20 25 32 40 50 65 80 100
100 1 184 425 788 1724 2 632 5 004 10 152 15 768 31 932
114 1.14 194 450 845 1 832 2 790 5 366 10 841 16 828 34 247
118 1.18 198 457 857 1890 2 830 5 443 11 022 17 055 34 746

Exemplo 14.4.1 A tubulação de descarga de 50 mm em uma linha de condensado bombeada sobe verticalmente por 29 metros para um tanque ventilado. A linha tem 150 m de comprimento e a taxa de bombeamento é de 5000 kg/h de água. Qual é: (A) a perda de altura de pressão devida ao atrito (a altura de atrito), e (B) a altura total de entrega? A - Calcular a perda de altura de pressão devida ao atrito (a altura de atrito) Comprimento equivalente total (le) = 150 + 10% = 165 metros Da Tabela 14.4.1, pode-se ver que um tubo de 50 mm transportando 5004 kg/h de água experimentará uma queda de pressão de 1,0 mbar/m. A vazão neste exemplo é ligeiramente menor e, embuma estimativa mais precisa pudesse ser obtida por interpolação, tome a queda de pressão como 1 mbar/m. A perda de altura de pressão devida ao atrito é, portanto: 165 metros x 1 mbar/m = 165 mbar (0,165 bar) Tomando 1 bar como equivalente a 10 metros de altura de água, a perda equivalente de altura de atrito em termos de metros é: 0,165 bar x 10 m/bar = 1,65 metros. B - A altura total de entrega Altura total de entrega (hd) - A altura total de entrega hd contra a qual a bomba precisa operar é a soma de três componentes conforme pode ser visto na Equação 14.4.1:

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Bombas centrífugas elétricas de condensado

Bombas centrífugas elétricas de condensado

Operação da bomba O líquido entrando na bomba é direcionado para o centro, ou olho, das pás do impulsor rotativo. O líquido então ganhará velocidade à medida que viaja para a parte externa do impulsor. Aplicação da bomba A bomba elétrica é bem adequada para aplicações onde grandes volumes de líquido precisam ser transportados. Bombas elétricas são geralmente construídas em uma unidade, frequentemente chamada de unidade de recuperação de condensado (CRU). Uma CRU geralmente incluirá: Um receptor. Um sistema de controle operado por sondas ou flutuadores. Uma ou duas bombas. Ao calcular a perda por atrito na linha de descarga para uma CRU, é a taxa de bombeamento que deve ser considerada em oposição à taxa de condensado retornado ao receptor. Em unidades de bomba dupla, um sistema de controle em cascata também pode ser empregado, o que permite que qualquer bomba seja selecionada como bomba principal e a outra como bomba de reserva para fornecer suporte se o condensado retornando à unidade for maior do que uma bomba pode lidar. Este arranjo de controle também fornece suporte no caso de uma bomba falhar em operar; o nível de condensado no tanque aumentará e trará a bomba de reserva em operação. Para unidades do tipo cascata, a perda por atrito na linha de descarga é calculada na taxa máxima de bombeamento de ambas as bombas na CRU. É muito importante seguir a literatura do fabricante em relação à taxa de bombeamento de descarga. A falha em fazê-lo poderia resultar em subdimensionamento da tubulação de descarga da bomba.

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Dimensionamento de uma unidade elétrica de recuperação de condensado Para dimensionar uma unidade elétrica de recuperação de condensado, é necessário saber:

  • A quantidade de condensado chegando ao receptor em carga de operação.
  • A temperatura do condensado. Isso não deve exceder as classificações especificadas pelo fabricante para evitar cavitação; no entanto, fabricantes geralmente têm diferentes impulsores para adequar diferentes faixas de temperatura, por exemplo, 90°C, 94°C e 98°C.
  • A altura total de entrega contra a qual a bomba deve bombear - A ser determinada pelas condições do local.
  • A taxa de descarga da bomba para dimensionar a tubulação de retorno - É necessário ler os dados do fabricante corretamente para determinar isso. Exemplo 14.4.2 Dimensionamento da tubulação de descarga para uma unidade elétrica de recuperação de condensado Onde: Temperatura do condensado = 94°C Condensado a ser manuseado = 1 000 kg/h Elevação estática (hs) = 30 m Comprimento da tubulação = 150 m Contrapressão do condensado = perdas por atrito apenas (hf) Uma seleção inicial de uma unidade de recuperação de condensado pode ser feita usando o gráfico de dimensionamento do fabricante (um exemplo é mostrado na Figura 14.4.7). Do gráfico, CRU1 deve ser a escolha inicial, sujeita a perdas por atrito na tubulação de entrega.

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Do gráfico na Figura 14.4.7, pode-se ver que CRU1 é na verdade classificado para manusear 3 000 kg/h de condensado contra uma altura máxima de entrega de 35 m.

A linha de retorno de condensado é dimensionada na taxa máxima de bombeamento na altura de entrega necessária, o que é demonstrado no exemplo abaixo: Taxa máxima de bombeamento = 3 000 kg/h É esta figura, 3 000 kg/h, que deve ser usada para dimensionar a tubulação de descarga. Agora é possível calcular o tamanho ótimo para a linha de retorno. Comprimento real da tubulação = 150 m Comprimento equivalente da tubulação = 150 m + 10% = 165 m Estimando a perda por atrito no tubo (hf) Para dimensionar uma linha de descarga bombeada, é geralmente uma boa ideia iniciar o cálculo de perda por atrito com uma queda de pressão arbitrária entre 100 e 200 Pa/m. Da Tabela de queda de pressão 14.4.2 (trecho mostrado abaixo), pode-se ver que, para uma vazão de 3000 kg/h, e para uma queda de pressão entre 100 e 200 Pa/m, um tubo de descarga de 40 mm será suficiente.

Trecho da Tabela 14.4.2

Flowrate kg/h
Pipe size Ø 15 mm 20 mm 25 mm 32 mm 40 mm 50 mm 65 mm 80 mm 100 mm
Pa/m mbar/m <0.15 m/s 0.15 m/s 0.3 m/s
100 1 184 425 788 1 724 2 632 5 004 10 152 15 768 31 932
120 1.2 202 472 871 1 897 2 898 5 508 11 196 17 352 35 100
140 1.4 220 511 943 2 059 3 143 5 976 12 132 18 792 38 160
160 1.6 234 547 1 015 2 210 3 373 6 408 12 996 20 160 40 680
180 1.8 252 583 1 080 2 354 3 589 6 804 13 824 21 420 43 200 1.5
200 2 266 619 1 141 2 488 3 780 7 200 14 580 22 644 45 720 m/s

Pode ser interpolado da Tabela 14.4.2 que uma vazão de 3 000 kg/h corresponderá a uma queda de pressão de 128 Pa/m, para tubulação de 40 mm.

A perda de altura por atrito agora pode ser calculada para tubulação de 40 mm. Perda de altura por atrito (hf) = 128 Pa/m x 165 m hf= 21000 Pa hf= Aproximadamente 2,1 metros Estabelecendo a altura total de entrega A altura total de entrega contra a qual a bomba deve descarregar é, portanto, hs + hf = hd, onde: hs= elevação estática de 30 m (dado) hf = 2,1 metros hd= 30 m + 2,1 m = 32,1 metros A altura de entrega de 32,1 metros precisa ser verificada contra o gráfico de dimensionamento do fabricante da CRU para confirmar que a unidade pode bombear contra essa quantidade de altura. Pode-se ver da Figura 14.4.7 que esta CRU pode na verdade bombear contra uma altura de 35 metros. Se a altura de projeto de 35 metros tivesse sido excedida, então as opções são recalcular usando um tubo maior ou selecionar uma CRU com maior capacidade de elevação. Uma maneira alternativa de dimensionar a tubulação de entrega Com uma altura estática real (hs) de 30 m e uma altura de projeto da CRU de 35 m, 5 m de altura estão disponíveis para perdas por atrito do tubo (hf). Pode ser possível instalar um tubo de diâmetro menor e ter uma perda por atrito maior. No entanto, o projetista deve ponderar essa economia inicial contra a energia operacional extra (e, portanto, custo) necessária para bombear contra uma altura maior. A velocidade também precisa ser verificada contra um máximo típico de cerca de 3 m/s permitido para água bombeada a temperaturas abaixo de 100°C. A Tabela 14.4.2 mostrará que, se o próximo tubo de tamanho inferior (32 mm) fosse escolhido, a perda por atrito unitária (hf) para passar 3000 kg/h é interpolada em 286 Pa/m, e a velocidade é de cerca de 1 m/s, o que está abaixo de 3 m/s e, portanto, adequado para a aplicação. hfé 286 Pa/m x 165 m = 47 190 Pa (ou 4,72 m) Portanto, altura total de entrega (hd) = hs + hf hd= 30 + 4,72 m hd= 34,72 m A conclusão é que um tubo de 32 mm poderia ser usado, pois a bomba CRU1 pode lidar com até 35 m de altura total de entrega. No entanto, de um ponto de vista prático, pode não ser razoável projetar um sistema para operar tão próximo de seus limites, e que, neste caso, o tubo de 40 mm provavelmente seria a melhor solução.

Tabela 14.4.2 Uma seção de uma tabela típica de perda por atrito para tubulações totalmente alagadas (vazões em kg/h)

Flowrate kg/h
Pipe size Ø 15 mm 20 mm 25 mm 32 mm 40 mm 50 mm 65 mm 80 mm 100 mm
Pa/m mbar/m <0.15 m/s 0.15 m/s 0.3 m/s
10 0.1 50 119 223 490 756 1 447 2 966 4 644 9 432
12.5 0.125 58 133 252 554 853 1 634 3 348 5 220 10 656
15 0.15 65 151 277 616 943 1 807 3 708 5 760 11 736
17.5 0.175 68 162 302 670 1 026 1 966 4 032 6 264 12 744
20 0.2 76 176 328 720 1 105 2 113 4 320 6 732 13 680
22.5 0.225 79 187 349 770 1 177 2 254 4 608 7 164 14 580 0.5
25 0.25 83 198 371 814 1 249 2 387 4 860 7 596 15 408 m/s
27.5 0.275 90 209 389 857 1 314 2 513 5 112 7 992 16 200
30 0.3 94 220 410 900 1 379 2 632 5 364 8 352 16 956
32.5 0.325 97 230 428 940 1 440 2 747 5 616 8 712 17 712
35 0.35 101 241 446 979 1 498 2 858 5 832 9 072 18 432
37.5 0.375 104 248 464 1 015 1 555 2 966 6 048 9 396 19 116
40 0.4 112 259 479 1 051 1 609 3 071 6 264 9 720 19 764
42.5 0.425 115 266 497 1 087 1 663 3 175 6 480 10 044 20 412
45 0.45 119 277 511 1 123 1 717 3 272 6 660 10 368 21 024
47.5 0.475 122 284 526 1 156 1 768 3 370 6 876 10 656 21 636
50 0.5 126 292 540 1 188 1 814 3 463 7 056 10 944 22 212
52.5 0.525 130 299 558 1 220 1 865 3 553 7 236 11 232 22 788
55 0.55 130 306 572 1 249 1 912 3 636 7 416 11 520 23 364
57.5 0.575 133 317 583 1 282 1 958 3 744 7 596 11 808 23 904
60 0.6 137 324 598 1 310 2 002 3 816 7 776 12 060 24 444
62.5 0.625 140 331 612 1 339 2 048 3 888 7 920 12 312 24 984
65 0.65 144 338 626 1 368 2 092 3 996 8 100 12 600 25 488
67.5 0.675 148 346 637 1 397 2 131 4 068 8 280 12 852 25 992
70 0.7 151 353 652 1 422 2 174 4 140 8 424 13 068 26 496
72.5 0.725 151 356 662 1 451 2 218 4 212 8 568 13 320 27 000
75 0.75 155 364 677 1 476 2 257 4 284 8 748 13 572 27 468
77.5 0.775 158 371 688 1 505 2 297 4 356 8 892 13 788 27 972
80 0.8 162 378 698 1 530 2 336 4 464 9 036 14 040 28 440 1
82.5 0.825 166 385 709 1 555 2 372 4 536 9 180 14 256 28 872 m/s
85 0.85 166 389 724 1 580 2 412 4 608 9 324 14 472 29 340
87.5 0.875 169 396 734 1 606 2 448 4 680 9 468 14 724 29 772
90 0.9 173 403 745 1 627 2 488 4 716 9 612 14 940 30 240
92.5 0.925 176 407 756 1 652 2 524 4 788 9 756 15 156 30 672
95 0.95 176 414 767 1 678 2 560 4 860 9 900 15 372 31 104
97.5 0.975 180 421 778 1 699 2 596 4 932 10 044 15 552 31 500
100 1 184 425 788 1 724 2 632 5 004 10 152 15 768 31 932
120 1.2 202 472 871 1 897 2 898 5 508 11 196 17 352 35 100
140 1.4 220 511 943 2 059 3 143 5 976 12 132 18 792 38 160
160 1.6 234 547 1 015 2 210 3 373 6 408 12 996 20 160 40 680
180 1.8 252 583 1 080 2 354 3 589 6 804 13 824 21 420 43 200 1.5
200 2 266 619 1 141 2 488 3 780 7 200 14 580 22 644 45 720 m/s
220 2.2 281 652 1 202 2 617 3 996 7 560 15 336 23 760 47 880
240 2.4 288 680 1 256 2 740 4 176 7 920 16 056 24 876 50 400
260 2.6 306 713 1 310 2 855 4 356 8 244 16 740 25 920 52 200
280 2.8 317 742 1 364 2 970 4 536 8 568 17 388 26 928 54 360
300 3 331 767 1 415 3 078 4 680 8 892 18 000 27 900 56 160

Bombas de condensado mecânicas (deslocamento positivo)

Bombas de condensado mecânicas (deslocamento positivo)

Operação da bomba Uma bomba mecânica consiste em um corpo, no qual o condensado flui por gravidade. O corpo contém um mecanismo de flutuador, que opera um conjunto de válvulas de troca. O condensado é permitido fluir para o corpo, o que eleva o flutuador. Quando o flutuador atinge um certo nível, ele aciona uma válvula de ventilação para fechar e uma válvula de entrada para abrir, permitindo que o vapor entre e pressurize o corpo para empurrar o condensado para fora. O nível de condensado e o flutuador caem para um ponto predefinido, no qual a válvula de entrada de vapor fecha e a válvula de ventilação reabre, permitindo que o corpo da bomba se encha novamente de condensado. Válvulas de retenção são instaladas nas portas de entrada e descarga da bomba para garantir o fluxo direcional correto através da bomba. A ação cíclica da bomba significa que um receptor é necessário para armazenar condensado enquanto a bomba está descarregando (veja Figura 14.4.8).

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Aplicação da bomba Geralmente, bombas mecânicas lidam com menores quantidades de condensado do que bombas elétricas. Elas são, no entanto, particularmente valiosas em situações onde:

  • Altas temperaturas de condensado causarão cavitação em bombas elétricas.
  • O condensado está em vácuo.
  • O espaço da sala de plantas é premium.
  • Baixa manutenção é uma questão.
  • O ambiente é perigoso, úmido ou molhado.
  • Fornecimentos elétricos não estão à mão.
  • O condensado deve ser removido de equipamentos individuais controlados por temperatura, que podem estar sujeitos a condições de stall (veja Bloco 13 ‘Remoção de Condensado’, para mais detalhes). Assim como com bombas acionadas eletricamente, bombas mecânicas de deslocamento positivo são às vezes, mas nem sempre, especificadas como unidades de recuperação de condensado empacotadas. Uma unidade de recuperação de condensado mecânica compreenderá um receptor de condensado e a unidade da bomba. Nenhum sistema de controle adicional é necessário, pois a bomba é totalmente automática e só opera quando necessário. Isso significa que a bomba é autorregulável. Com bombas mecânicas, a bomba cicla à medida que o receptor se enche e esvazia. A taxa de fluxo instantâneo enquanto a bomba está descarregando pode frequentemente ser até seis vezes a taxa de enchimento e é essa taxa de fluxo instantâneo de descarga que deve ser usada para calcular o tamanho do tubo de descarga. Sempre consulte o fabricante da bomba para dados sobre dimensionamento da bomba e linha de descarga. Um gráfico típico de dimensionamento de bomba mecânica é mostrado na Figura 14.4.10. Dimensionamento de uma bomba mecânica de condensado Para dimensionar uma bomba mecânica de condensado, as seguintes informações são necessárias: A vazão máxima de condensado chegando ao receptor. A pressão motriz de vapor ou ar disponível para acionar a bomba. A seleção de vapor ou ar dependerá da aplicação e das circunstâncias do local. A altura de enchimento disponível entre o receptor e a bomba. A altura total de entrega do sistema de condensado. O método de dimensionamento de bombas mecânicas varia de fabricante para fabricante e é geralmente baseado em dados empíricos, que são traduzidos em fatores e nomogramas. O exemplo a seguir fornece um método típico para dimensionar uma bomba mecânica. (O comprimento do tubo é inferior a 100 m, consequentemente a perda por atrito é ignorada): Exemplo 14.4.3 Como dimensionar uma bomba mecânica de condensado

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Dimensionamento da tubulação de descarga para uma bomba mecânica de condensado O tubo de descarga de uma bomba mecânica pode geralmente ser considerado do mesmo tamanho que a saída da bomba quando tem menos de 100 m de comprimento. A resistência por atrito do tubo é relativamente pequena em comparação com a contrapressão causada pela elevação e pressão de retorno do condensado e pode geralmente ser desconsiderada. Para tubos de descarga com mais de 100 m, a regra geral seria selecionar um tamanho de tubo maior do que a válvula de retenção de saída da bomba, mas para tais linhas mais longas, o tamanho deve ser verificado conforme mostrado no Exemplo 14.4.4. Linhas de entrega com mais de 100 metros Em linhas de entrega com mais de 100 m, e/ou onde o fluxo de condensado está próximo da capacidade da bomba, é aconselhável verificar o tamanho do tubo para garantir que a perda total por atrito (incluindo perda por inércia) não exceda a capacidade da bomba. A perda por inércia é explicada no Exemplo 14.4.4. Considere o mesmo requisito de bombeamento de condensado do Exemplo 14.4.3, mas com uma linha de entrega de 250 metros de comprimento. Exemplo 14.4.4 Dimensionamento de uma linha de entrega de 250 m (refira-se à Figura 14.4.10):

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O efeito da perda por inércia em linhas de entrega com mais de 100 metros. Em linhas com mais de 100 m, um volume considerável de líquido será retido dentro do tubo de descarga da bomba. A aceleração súbita dessa massa de líquido no início da descarga da bomba pode absorver parte da energia da bomba e resultar em grande quantidade de golpe de hidráulico e ruído. Isso precisa ser considerado dentro do cálculo reduzindo a perda por atrito permitida de 60 000 Pa no Exemplo 14.4.4 em 50%, assim:

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(Isso é baseado no tempo médio para a bomba descarregar ser aproximadamente 25% do tempo total do ciclo de enchimento e descarga.)

Portanto, a taxa de entrega instantânea de condensado da bomba = 10 400 kg/h Perda total por atrito permitida Com uma resistência por atrito de 109 Pa/m, a Tabela 14.4.2 revela que um tubo de 65 mm (mínimo) é necessário para fornecer uma vazão aceitável de 10 400 kg/h. Na verdade, a Tabela 14.4.2 indica que um tubo de 65 mm passará 10 620 kg/h com uma resistência por atrito de 109 Pa/m. Subindo pela ‘coluna de 65 mm’ na tabela, pode-se ver que, por interpolação, a vazão de 10 400 kg/h na verdade induz uma perda por atrito de 105 Pa/m em um tubo de 65 mm. Bombas totalmente carregadas e linhas mais longas No Exemplo 14.4.4, a Figura 14.4.10 mostra que a taxa máxima de enchimento da bomba com uma pressão motriz de 5,2 bar g e uma altura de entrega de 26 metros é 2600 kg/h. Se a taxa de enchimento estivesse próxima desse máximo (talvez 2 500 kg/h), então menos altura de entrega estaria disponível para perda por atrito. Para a mesma bomba DN50, isso significaria uma tubulação de entrega maior conforme mostrado no Exemplo 14.4.5. Exemplo 14.4.5 Considere a mesma bomba DN50 conforme descrita no Exemplo 14.4.4, mas com uma taxa de enchimento de condensado de 2 500 kg/h. Agora determine o tamanho da tubulação de entrega.

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Dimensionando em uma taxa de enchimento de 2500 kg/h e uma pressão de vapor de 5,2 bar, referindo-se à Figura 14.4.11, para a bomba DN50, pode-se ver que uma taxa de enchimento de condensado de 2 500 kg/h equivale a uma contrapressão máxima de cerca de 27 m, então neste caso:

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A tubulação de descarga deve ser dimensionada na taxa instantânea da saída da bomba, que é tomada como 4 x taxa máxima de bombeamento. Como antes, o tubo teria sido dimensionado em 4 x 2 600 kg/h = 10 400 kg/h com uma perda por atrito de 18 Pa/m.

A Tabela 14.4.2 mostra que isso exigiria um diâmetro de tubo de 100 mm para permitir que a bomba operasse dentro de sua capacidade. Embora o sistema certamente funcionaria com este arranjo, é provavelmente mais econômico considerar uma bomba maior em conjunto com uma tubulação menor. Considerações de uma bomba maior e tubulação menor Considere as mesmas condições de bombeamento do Exemplo 14.4.4, mas com uma bomba DN80 maior. Como uma unidade maior pode bombear contra uma altura de entrega maior, uma linha de entrega menor pode ser usada.

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A Figura 14.4.12 mostra que uma bomba DN80 sob as mesmas condições de 5,2 bar g de vapor motriz e 2500 kg/h de vazão permitiria uma altura máxima de entrega de 35 m.

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Por interpolação, a Tabela 14.4.2 mostra que um tubo de 80 mm acomodará 20160 kg/h com uma perda por atrito de 160 Pa/m, fluindo a cerca de 1 m/s.

Neste caso, a bomba DN80 maior confortavelmente permitirá um tubo dois tamanhos menor do que o da bomba menor, e com uma velocidade de cerca de 0,5 m/s, o que está dentro das recomendações. O tubo de 80 mm é, portanto, adequado para a bomba DN80. Na realidade, um tubo de 65 mm seria aceitável, já que permitimos 50% de perda por inércia; no entanto, isso pode parecer um pouco estranho conectado a uma bomba DN80. Nota: A bomba DN80 custaria cerca de 10% a mais do que a bomba DN50, mas o custo extra seria justificado pela diferença nos custos de instalação em longas linhas de entrega; o que neste caso significaria a diferença de custo entre um tubo de 80 mm e 125 mm; instalação, conexões e isolamento. Velocidades de condensado A Equação 14.4.2 pode ser usada para verificar a velocidade do condensado.

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Na Equação 14.4.2, o volume específico da água é tomado como 0,001 m3/kg. Este valor varia ligeiramente com a temperatura, mas não o suficiente para fazer qualquer diferença significativa nas linhas de condensado.

A velocidade do condensado pode ser verificada para a tubulação de 80 mm no Exemplo 14.4.4. 14.4.4.Exemplo 14.4.4.

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Da Tabela 14.4.3 a velocidade máxima para um tubo de 80 mm de diâmetro interno é 1,84 m/s. Tabela 14.4.3 Velocidades máximas recomendadas para diâmetros internos de tubos (baseado em uma perda máxima por atrito de 450 Pa/m)

Diâmetro interno do tubo, mm 15 20 25 32 40 50 65 80 100
Velocidade, m/s 0.62 0.8 1 1.23 1.27 1.5 1.8 1.84 2.4

Boas práticas para longas linhas de entrega

O momento do conteúdo em movimento de uma longa linha de entrega pode manter a água em movimento por algum tempo após uma bomba mecânica ter completado seu curso de descarga. Quando a água no tubo de descarga para, a contrapressão na linha tentará reverter o fluxo inicial de água de volta em direção à válvula de retenção de saída. O resultado é ruído e movimento do tubo devido ao golpe de hidráulico, o que pode ser alarmante e sério. Instalar outra válvula de retenção no tubo de descarga a um comprimento de tubo da bomba geralmente aliviará o problema.

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Se houver alguma escolha, é sempre melhor elevar imediatamente após a bomba para uma altura permitindo uma queda gravitacional até o final da linha (Figura 14.4.14). Se a queda for suficiente para superar a resistência por atrito do tubo (Tabela 14.4.4), então a única contrapressão sobre a bomba é aquela formada pela elevação inicial. Um rompedor de vácuo pode ser instalado no topo da elevação não apenas para auxiliar o fluxo ao longo da linha descendente, mas também para prevenir qualquer tendência de refluxo no final do curso.

Se a linha descendente tiver que cair em algum ponto ao longo de seu comprimento para superar uma obstrução, então uma ventilação automática de ar instalada no ponto mais alto reduzirá o bloqueio por ar e auxiliará o fluxo ao redor da obstrução, veja Figura 14.4.14.

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Tabela 14.4.4 Inclinação do tubo para superar perdas por atrito

Inclinação necessária para superar atrito do tubo Tamanho do tubo (DN mm)
15 20 25 32 40 50 65 80 100 125 150
Litros de água por hora
25 mm in 15 m 48 140 303 580 907 1 950 3 538 5 806 12 610 22 906 37 284
25 mm in 10 m 59 177 381 694 1 134 2 449 4 445 7 257 15 680 28 576 46 492
25 mm in 8 m 69 204 442 800 1 310 2 834 5 148 8 391 18 159 33 089 53 862
25 mm in 6 m 79 231 503 907 1 487 3 220 5 851 9 525 20 638 37 602 61 223
25 mm in 5 m 86 256 553 1 007 1 642 3 551 6 441 10 568 22 770 41 821 67 538
25 mm in 4 m 93 279 598 1 093 1 778 3 878 7 030 11 521 24 811 45 994 73 571
25 mm in 3 m 113 338 730 1 329 2 168 4 672 8 527 13 925 30 073 54 073 89 356
25 mm in 2 m 140 419 907 1 655 2 694 5 851 10 614 17 327 37 421 68 039 111 128
25 mm in 1.75 m* 152 454 984 1 793 2 923 6 327 11 498 18 756 40 573 73 708 120 426
25 mm in 1.5 m 165 490 1 061 1 932 3 152 6 804 12 383 20 185 43 726 79 378 129 725
25 mm in 1 m 206 612 1 324 2 404 3 923 8 482 15 422 25 174 54 431 99 019 161 476

*Uma queda de 25 mm em 1,75 m é equivalente a uma queda de 1:70.

Alternativamente, qualquer questão de contrapressão causada pela corrida horizontal pode ser completamente eliminada por um arranjo como na Figura 14.4.15, no qual a bomba simplesmente eleva para um tanque de ruptura ventilado. O tubo do tanque deve cair de acordo com a Tabela 14.4.4.

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Bombas ventiladas, armadilhas-bomba e instalações de armadilhas-bomba

Linhas de descarga de bombas ventiladas para a atmosfera são dimensionadas na taxa de descarga da bomba. O condensado passando por armadilhas-bomba e combinações de armadilhas-bomba em aplicações de circuito fechado frequentemente estará a pressões e temperaturas mais altas e vapor flash será formado na linha de descarga. Por causa disso, as linhas de descarga de armadilhas-bomba e combinações de armadilhas-bomba são dimensionadas na condição de retenção em plena carga e não na condição de bombeamento, pois a linha deve ser dimensionada para lidar com o vapor flash. O dimensionamento no vapor flash garantirá que a linha também seja capaz de lidar com a condição de bombeamento.