Trocadores de Calor e Stall
O lado primário do trocador de calor será referido como o ‘espaço de vapor’ e o dispositivo de retenção de vapor será referido como a ‘armadilha’. A ‘armadilha’ pode ser uma ‘armadilha de vapor’, uma ‘armadilha-bomba’, ou uma ‘armadilha de vapor e bomba’ instalada em combinação.
Nessas instalações, um sensor de controle monitora a temperatura do fluido aquecido que sai no circuito secundário. A válvula de controle se esforça para manter uma temperatura determinada pelo controlador, independentemente das variações na carga de calor. A válvula consegue isso abrindo ou fechando para alterar a vazão de vapor, variando assim a pressão do espaço de vapor.
A descarga da armadilha de vapor pode estar sujeita a uma elevação e/ou pressão na linha de condensado, ou pode cair para uma extremidade aberta onde está sujeita apenas à pressão atmosférica. Este Bloco se referirá à pressão do condensado como ‘contrapressão’.
O equipamento de troca de calor pode ser praticamente qualquer coisa que atenda aos critérios acima. Exemplos incluem:
- Trocadores de calor de casco e tubos.
- Trocadores de calor de placas.
- Serpentinas ou baterias de aquecimento de ar em dutos.
- Corridas de tubos ou serpentinas em equipamentos de processo, tanques, cubas, etc. Para brevidade, este Bloco se referirá a todos esses dispositivos como ‘trocadores de calor’ ou ‘aquecedores’, e a passagem do fluido sendo aquecido pelo trocador de calor será referida como passando pelo lado ‘secundário’ do trocador de calor.
O desempenho dos trocadores de calor de vapor é frequentemente reduzido devido ao condensado alagando o espaço de vapor. As duas principais causas do alagamento são:
- Instalação do tipo errado de armadilha.
- Stall. Nota importante Alguns sistemas visam alcançar o controle de temperatura encorajando ativamente o alagamento parcial do espaço de vapor do trocador de calor. Nesses casos, a ação modulante da válvula de controle na saída do condensado varia o nível de condensado no espaço de vapor. Isso altera a área de superfície de aquecimento exposta ao vapor e o efeito é alterar a taxa de transferência de calor para controlar a temperatura de saída secundária.
Com sistemas deste tipo, é importante que os trocadores de calor sejam projetados e fabricados especificamente para suportar os efeitos do alagamento. Quando isso não é feito, a presença de condensado no trocador de calor terá um efeito adverso no desempenho operacional e reduzirá a vida útil.
Este método de controle pode ter certos benefícios se o sistema for projetado corretamente. Um é que o condensado sub-resfria no trocador de calor antes de ser descarregado. Isso pode reduzir consideravelmente a quantidade de vapor flash na tubulação de condensado, o que pode melhorar o desempenho do sistema de condensado e também reduzir as perdas de calor.
A principal desvantagem operacional é que sistemas deste tipo são lentos para responder a variações na carga de calor. O que significa stall? Stall é a redução ou cessação do fluxo de condensado do trocador de calor e ocorre quando a pressão no trocador de calor é igual ou inferior à contrapressão total imposta à armadilha de vapor.
Pressão inferior ao esperado em um trocador de calor pode ocorrer como resultado de qualquer uma das seguintes circunstâncias:
• A temperatura de entrada do fluido secundário subindo como resultado de uma queda na carga de calor.
• A vazão do fluido secundário caindo como resultado de uma queda na carga de calor.
• A temperatura de saída do fluido secundário caindo devido a uma redução no setpoint.
À medida que a válvula de controle reduz a pressão do vapor para atender a uma carga de calor em queda, a falta de pressão diferencial através da armadilha de vapor faz com que o condensado alague o espaço de vapor, conforme mostrado na Figura 13.1.1.
