Métodos Práticos de Prevenção de Stall

Este tutorial considera métodos de superação de problemas de drenagem de condensado, como garantir drenagem gravitacional, instalar um dispositivo de armadilha-bomba automática ou controlar a pressão no espaço de vapor.

Métodos Práticos de Prevenção de Stall

Se as condições de stall forem inevitáveis, os problemas potenciais podem ser superados projetando a instalação em torno de uma de três soluções básicas:

1. Garantir que a pressão do vapor no espaço de vapor nunca possa cair abaixo da pressão atmosférica e que o condensado possa drenar por gravidade para e de uma armadilha de vapor de flutuador esférico.
2. Aceitar que a pressão no espaço de vapor pode ser inferior à contrapressão e fornecer um meio alternativo de remoção de condensado, instalando uma armadilha-bomba.
3. Garantir que a pressão no espaço de vapor seja estável e superior à contrapressão. Isso implicará ter o sistema de controle de temperatura no lado secundário do sistema. Tomando essas três opções em sequência:
4. Instalações que garantem que as condições no espaço de vapor nunca possam cair abaixo da pressão atmosférica e que o condensado possa drenar por gravidade para e de uma armadilha de vapor: 1a) Remoção de condensado pelo método de rompedor de vácuo (veja Figura 13.8.1) A armadilha de vapor não pode estar sujeita a nenhuma contrapressão superior à atmosférica e deve drenar condensado para uma extremidade aberta (o que pode ser desperdiçador) ou para um receptor ventilado próximo e bomba, permitindo que a energia contida no condensado seja recuperada.

1b) Método de armadilha de drenagem auxiliar (veja Figura 13.8.2) Um conjunto padrão de armadilha de flutuador é instalado com o condensado retornando para um sistema de condensado, que é pressurizado e/ou elevado acima da armadilha. Uma armadilha de flutuador auxiliar pode ser instalada, descarregando condensado através de uma extremidade aberta para o dreno.

Quando há pressão de vapor suficiente para superar a contrapressão, a armadilha de flutuador principal funcionará, mas quando o stall ocorrer, o condensado se acumulará e drenará através da armadilha de flutuador auxiliar, impedindo assim que o condensado alague de volta no trocador de calor.

Como este condensado drenará para o desperdício, este método só deve ser usado se o stall ocorrer infrequentemente. A armadilha auxiliar deve ser dimensionada em altura estática para passar a carga de stall como no método 1a, e a armadilha ‘principal’ deve ser do mesmo tamanho, mas instalada pelo menos 150 mm abaixo do tê de tomada auxiliar.

Além da desvantagem óbvia de perda de energia, este método também requer altura disponível entre as entradas das armadilhas e a saída do trocador de calor. 2. Instalações que permitem que a pressão do vapor no espaço de vapor caia abaixo da contrapressão, mas onde o condensado pode drenar por gravidade para um arranjo de armadilha-bomba: ****2a) Uma bomba e armadilha de flutuador instaladas em combinação (veja Figura 13.8.3) Este método usa uma bomba e armadilha de flutuador instaladas em combinação. É mais adequado para trocadores de calor com capacidades nominais de aquecimento superiores a 1,5 MW (nominalmente 2 500 kg/h de vapor).

A pressão do vapor muda em relação às mudanças na carga de calor. Em altas cargas a pressão do vapor será superior à contrapressão, mas em baixas cargas será inferior.

A bomba é do tipo mecânica acionada por pressão, na qual um fornecimento auxiliar de vapor assume automaticamente para fornecer a força motriz para descarregar o condensado quando o stall ocorre. Se a pressão do espaço de vapor for superior à contrapressão, o condensado passa através do corpo da bomba para a armadilha de flutuador, que permite que o condensado seja descarregado.

Este método é mais prático e econômico em instalações maiores; por exemplo, aquelas usando linhas de drenagem de condensado de 40 mm ou mais. 2b) Uma armadilha-bomba com trocador de calor de fluxo constante (veja Figura 13.8.4) A vazão secundária não muda à medida que passa pelo trocador de calor, consequentemente a pressão do vapor muda em relação às mudanças na temperatura de entrada secundária. Em altas cargas a pressão do vapor será superior à contrapressão, mas em baixas cargas será inferior.

Este método usa um dispositivo de armadilha-bomba, que oferece as funções de uma bomba, armadilha de vapor e válvulas de retenção em um corpo.

A Spirax Sarco APT14 automatic pump-trap é projetada para ocupar um mínimo de espaço e pode ser instalada em trocadores de calor com capacidade nominal de aquecimento de até 1,5 MW.

Ela é mais adequada para instalações com linhas de drenagem de condensado de até 25 mm, mas pode ser usada em linhas de drenagem de até 40 mm em algumas circunstâncias.

Uma instalação típica é mostrada na Figura 13.8.4. 2c) Um dispositivo de armadilha-bomba com trocador de calor de fluxo variável (veja Figura 13.8.5) Este método é semelhante a 2b), mas o fluxo secundário através do trocador de calor varia com a carga de calor, devido à ação da válvula de mistura secundária.

O trocador de calor fornece um fluxo de água de temperatura constante que é misturado pela válvula de mistura secundária de acordo com a carga. À medida que o fluxo secundário varia, a pressão do vapor muda para manter uma temperatura de saída constante, de modo que, em altas cargas, ela está acima da contrapressão, e em baixas cargas está abaixo. 3. Instalações que garantem que a pressão do vapor seja mantida constante e nunca possa cair abaixo da contrapressão, e que o condensado possa drenar para e de uma armadilha de vapor: 3a) Armadilha de vapor com válvula de controle de temperatura no circuito secundário (veja Figura 13.8.6) Este método requer que o controle de temperatura seja realizado com uma válvula de mistura ou desvio de 3 vias no circuito secundário. O fornecimento de vapor ao trocador de calor é mantido a uma pressão constante (geralmente inferior a 1 bar g) com uma válvula de controle de pressão e, como tal, o condensado pode sempre ser removido do trocador de calor contra uma contrapressão inferior.

Este método nem sempre é prático ou possível. É inadequado em baterias de aquecedores de ar vapor/ar ou sistemas líquidos onde o sistema secundário está a uma pressão tão baixa que não é capaz de impedir o líquido de ferver.

Como todos os métodos, tem tanto vantagens quanto desvantagens, que devem ser avaliadas antes que uma opção possa ser escolhida.

O controle liga/desliga não deve ser usado com trocadores de calor Uma válvula de controle de temperatura liga/desliga não modula dependendo da carga de calor, mas está totalmente aberta ou totalmente fechada. Um exemplo seria uma válvula solenoide. Quando aberta, a pressão total do vapor será mantida no trocador de calor para limpar o condensado contra a contrapressão. À primeira vista, este método de controle pareceria superar quaisquer problemas de contrapressão, mas não é recomendado em processos como trocadores de calor, onde o fluido secundário deve ser aquecido à sua temperatura necessária à medida que passa. Existem três razões principais para isso:

• Um sistema de controle ‘liga/desliga’ é ativado por um termostato que depende de uma sobretemperatura do produto para alcançar o controle. Como o vapor tem alto conteúdo de calor, uma quantidade significativa de calor pode ser retida no espaço de vapor após a válvula solenoide ter fechado. O efeito geral é uma temperatura do produto mais alta do que necessária. Se a configuração do termostato for reduzida para contrabalançar esse efeito, a temperatura ‘ligada’ pode ser inferior aos parâmetros do sistema. Isso pode resultar em controle deficiente da temperatura do sistema e potencial para deterioração do produto.
• As mudanças contínuas e rápidas na pressão e temperatura imporão tensões térmicas e mecânicas ao trocador de calor, o que provavelmente reduzirá sua vida útil.
• Nunca é uma boa ideia sujeitar sistemas de vapor a um aumento instantâneo de pressão. Qualquer condensado presente no espaço de vapor e no tubo de condensado é instantaneamente empurrado, pela entrada súbita de vapor, através do sistema em direção à armadilha de vapor. Isso pode causar golpe de hidráulico e danificar o trocador de calor e a armadilha de vapor. O controle liga/desliga é normalmente adequado apenas para processos de troca de calor ‘não-fluxo’ ou ‘em lote’, notavelmente tanques com serpentinas de aquecimento robustas ou panelas com camisa, onde a pressão desejada de vapor é aplicada durante um longo período de aquecimento (geralmente sobre muitos minutos ou mesmo horas). O aumento na temperatura do produto é muito mais lento do que o experimentado com sistemas do tipo fluxo que são esperados para aquecer o produto no curto tempo que leva para passar por um trocador de calor. Conclusão O tipo mais adequado de armadilha de vapor para equipamentos de troca de calor em geral, e especialmente se o stall for provável, é uma armadilha de vapor de flutuador esférico com purgador de ar de pressão equilibrada integrado.

Se houver qualquer probabilidade de stall, uma armadilha-bomba é geralmente a maneira mais eficaz de lidar com isso, pois se beneficia de ser:

• Simples.
• Custo-efetiva.
• Compacta. Nota: Os diagramas neste Módulo são apenas esquemáticos e, por simplicidade, não contêm todos os equipamentos auxiliares que seriam necessários ou aconselháveis para uma instalação específica. A exceção é a Figura 13.8.8, que mostra uma instalação detalhada, real, de uma armadilha-bomba automática APT14.