Manômetros, Visores e Rompedores de Vácuo

Esses pequenos itens de equipamento têm uma variedade de aplicações importantes em sistemas de vapor e equipamentos de processo. Os diferentes tipos disponíveis são estudados neste tutorial.

Manômetros

Manômetros de pressão Manômetros de pressão devem ser instalados pelo menos nas seguintes situações:

• A montante de uma válvula redutora de pressão - Para monitorar a integridade do fornecimento de vapor.
• A jusante de uma válvula redutora de pressão - Para ajustar e monitorar a pressão a jusante. Variações na pressão a jusante podem levar à redução da produtividade da planta e da qualidade do produto. Variações na pressão a jusante também podem indicar problemas com a válvula redutora de pressão.
• Em vasos de blowdown - Um manômetro de pressão é usado para verificar a pressão do vaso durante o blowdown. Isso melhora a segurança, já que uma pressão mais alta do que o normal daria uma indicação precoce de bloqueio da tubulação.
• Vasos de vapor flash - Para monitorar a pressão do vapor flash. O manômetro de pressão tipo tubo de Bourdon é o tipo mais comumente usado em sistemas de vapor. Consiste em um tubo em espiral ou em forma de ‘C’ que é selado em uma extremidade e aberto na outra. A extremidade aberta do tubo de Bourdon é exposta ao fluido do processo, permitindo que ele flua para dentro do tubo. Qualquer aumento de pressão causa distorção elástica do tubo, fazendo com que ele se desenrole. O deslocamento resultante da extremidade fechada do tubo é traduzido por uma série de engrenagens para um deslocangular do ponteiro. A posição do ponteiro é, portanto, proporcional à pressão aplicada no conector de pressão do manômetro. Tipicamente, a deflexão máxima do tubo de Bourdon corresponde a um deslocamento angular do ponteiro de 270°. O tubo pode ser construído a partir de vários materiais diferentes, dependendo da aplicação; geralmente, latão ou bronze é usado para pressões mais altas, enquanto aço inoxidável é usado para pressões mais baixas.

Os manômetros de pressão tipo tubo de Bourdon frequentemente têm a opção de serem preenchidos com líquido. A área ao redor do tubo de Bourdon é preenchida com um líquido transparente, normalmente glicerina. Isso protege os mecanismos internos contra danos de vibração severa e impede a entrada de corrosivos ambientais e condensação. Isso também amortece o movimento do ponteiro, tornando o manômetro menos suscetível a pequenas flutuações de pressão transitórias.

Como o tubo de Bourdon pode ser danificado por altas temperaturas, é prática comum em sistemas de vapor instalar o manômetro na extremidade de um tubo sifão. O tubo sifão é preenchido com água que transmite a pressão do fluido de trabalho para o tubo de Bourdon, permitindo que o manômetro seja localizado a alguma distância do ponto real onde a pressão está sendo medida. As duas formas mais comuns de tubo sifão são os tipos ‘U’ e anel. O tubo anel é usado em tubulações horizontais onde há espaço suficiente acima do tubo, e o tipo ‘U’ é usado ao montar o manômetro em uma tubulação vertical, ou em tubulações horizontais onde não há espaço suficiente para um sifão tipo anel.

O manômetro de pressão tipo tubo de Bourdon não é adequado para uso com líquidos corrosivos ou fluidos contendo sólidos em suspensão sozinhos, pois esses sólidos podem danificar os elementos internos do manômetro. Em tais casos, é necessário manter o fluido de processo separado do tubo de Bourdon.

Isso é feito montando um diafragma flexível na entrada do manômetro. O elemento de pressão do manômetro e o espaço atrás do diafragma formam um sistema completamente selado, que é evacuado e então preenchido com um fluido de preenchimento adequado; no caso de vapor, é tipicamente um tipo de óleo. A pressão do sistema faz com que o diafragma se desvie, e a pressão é transmitida através do fluido de preenchimento para o tubo de Bourdon. Selos de diafragma também devem ser usados em aplicações de ‘vapor limpo’ onde nenhum ‘espaço morto’ é permitido. Além do manômetro de pressão tipo tubo de Bourdon, vários outros tipos de manômetro de pressão estão disponíveis, incluindo: Manômetros de pressão tipo diafragma, Manômetros de pressão piezorresistivos e Manômetros de temperatura. Manômetros de pressão tipo diafragma Um diafragma metálico é fixado entre duas flanges e é exposto ao meio de pressão em um lado. A pressão exercida pelo fluido causa deflexão elástica do diafragma. A quantidade de deflexão é proporcional à pressão aplicada no diafragma e causa o deslocamento linear de uma haste de articulação conectada ao lado interno do diafragma. O movimento da haste de articulação é, por sua vez, traduzido em movimento angular do ponteiro do manômetro por uma série de engrenagens. Assim, o movimento do ponteiro é proporcional à pressão exercida no diafragma. O diafragma também serve para isolar o fluido dos componentes internos do manômetro; portanto, manômetros de pressão tipo diafragma são adequados para uso na maioria dos tipos de fluido.

Manômetros de pressão piezorresistivos Esses manômetros de pressão consistem em um diafragma feito de substrato cerâmico; medidores de deformação do tipo piezorresistivo são colados ao diafragma e, juntamente com a circuitaria necessária, são integrados em um chip de silício. O diafragma se desvia com mudanças na pressão, causando uma mudança no equilíbrio da ponte de medidor de deformação. Isso é convertido pelo módulo de circuito integrado em um sinal eletrônico que é proporcional à pressão. O sinal de saída pode ser alimentado em um display digital local ou ainda mais convertido em um sinal de saída 4-20 mA para transmissão remota. Esses manômetros são muito sensíveis e são usados onde medição precisa de pressão é necessária. Como produzem um sinal de saída elétrico, é possível incorporá-los em sistemas de gerenciamento predial. Manômetros de temperatura Embora exista uma grande variedade de manômetros de temperatura disponíveis, cinco tipos principais provavelmente serão encontrados em sistemas de vapor, nomeadamente, o tipo bimetálico, o tipo de sistema preenchido, termistores, termopares e dispositivos de temperatura por resistência (RTDs).

• O manômetro de temperatura tipo bimetálico - Consiste em um elemento bimetálico em espiral. O manômetro é baseado no princípio da tira bimetálica, que consiste em duas tiras metálicas, feitas de diferentes materiais, unidas entre si. Os dois materiais são selecionados de modo que tenham diferentes coeficientes térmicos de expansão. Os dois metais se expandem em quantidades diferentes quando aquecidos, e como não podem se mover em relação um ao outro, a tira bimetálica se curva.

Quando a temperatura do elemento em espiral sobe, ele tende a se desenrolar. O grau em que isso ocorre é indicativo da temperatura. Um ponteiro é conectado à espiral por uma série de articulações, de maneira semelhante ao tubo de Bourdon.

Os manômetros bimetálicos tendem a ser baratos, robustos e fáceis de instalar. Eles são usados onde uma indicação visual simples e rápida da temperatura é necessária.

• Outros métodos de medição de temperatura -

são abordados no Módulo 6.7, Controladores e Sensores. Esses tipos de sensores de temperatura são usados quando um nível mais alto de precisão é necessário na medição de temperatura, ou quando essa função deve ser automatizada ou incorporada em um sistema de gerenciamento predial. É comum colocar uma sonda de medição de temperatura em uma bolsa quando instalada em um item de planta. Isso permite que o sensor seja removido da tubulação ou equipamento sem perturbar a integridade do sistema. Uma pasta condutora de calor é usada na bolsa para fornecer boas qualidades de transferência de calor. Uma área de preocupação ao instalar um dispositivo de medição de temperatura é garantir que ele faça uma leitura representativa. É comum, particularmente em vasos contendo líquido, haver algum tipo de estratificação térmica do fluido, e medir a temperatura dos vasos em diferentes níveis pode produzir resultados diferentes. Aplicações comuns de dispositivos de medição de temperatura incluem tanques de alimentação de caldeiras, medição de temperaturas de produto e medição da temperatura do vapor após o dessuperaquecimento.

Visores

Um visor, ou indicador visual de fluxo, fornece um método para observar o fluxo de fluido em uma tubulação. Ele tem duas funções principais:

• Indicação - Visores são usados para indicar se o fluido está fluindo corretamente. Eles são usados para detectar válvulas bloqueadas, filtros, armadilhas de vapor e outros equipamentos de tubulação, bem como para detectar se uma armadilha de vapor está vazando vapor.
• Inspeção - Visores podem ser usados para observar a cor de um produto em diferentes estágios do processo de produção. Quando os visores são usados para indicar o funcionamento correto de armadilhas de vapor do tipo descarga explosiva, eles devem ser posicionados pelo menos 1 m a jusante da armadilha. Para outras armadilhas, o visor deve ser posicionado imediatamente após a armadilha. Os visores não fornecem um método exato de monitoramento do funcionamento das armadilhas de vapor. Na prática, um conhecimento profundo do sistema de vapor a montante é necessário e o diagnóstico é frequentemente subjetivo, dependendo da experiência do observador. Por exemplo, dependendo da vazão de condensado, pressão e padrão de descarga da armadilha, pode ser difícil diferenciar se a armadilha de vapor está vazando vapor ou se o vapor flash está sendo gerado após a armadilha de vapor. Os visores foram geralmente substituídos por dispositivos elétricos como sensores de condutividade, que detectam alagamento a montante da armadilha de vapor, ou armadilhas com vazamento. Esses dispositivos não requerem conhecimento especializado em armadilhas de vapor e produzem um resultado consistentemente preciso. Visores O visor tem uma redução concêntrica suave na conexão de entrada, que promove turbulência no visor quando o fluido está fluindo através dele. O fluxo turbulento dentro do visor permite que qualquer fluido seja detectado. Visores estão disponíveis com janelas de visualização simples, dupla ou múltipla.

Alguns visores podem ser equipados com uma fonte de luz; estes são úteis quando o visor é instalado em uma área com pouca iluminação ambiente, ou onde um visor de janela simples deve ser usado, como em tanques. Checagem visual A checagem visual (veja Figura 12.6.7) é uma combinação de um visor e uma válvula de retenção. Uma esfera no topo do tubo de fluxo é levantada de seu assento pelo fluido enquanto flui através da janela cilíndrica para a conexão de saída. Quando há fluxo reverso, a esfera é forçada de volta ao seu assento na entrada. O movimento da esfera torna o fluxo fácil de ver, além de fornecer fechamento no fluxo reverso. Assim como os visores, a checagem visual é usada para observar a descarga das armadilhas de vapor. Na checagem visual, a posição da esfera de retenção indica se o condensado está fluindo. Onde o condensado sobe após a armadilha, a checagem visual elimina a necessidade de uma válvula de retenção separada, simplificando assim a instalação. A checagem visual é particularmente útil para o comissionamento de armadilhas de vapor equipadas com liberador de travamento de vapor (SLR).

Rompedores de vácuo

Os rompedores de vácuo protegem a planta e equipamentos de processo contra condições de vácuo, tipicamente associadas ao resfriamento.

O rompedor de vácuo consiste em uma esfera de aço inoxidável esférica que repousa em seu assento durante as condições normais de operação. No ponto de vácuo, a válvula é levantada de seu assento e o ar é aspirado para o sistema

Em alguns casos, a válvula pode ter mola, o que significa que o vácuo só é rompido quando há uma diminuição adicional de pressão. Isso ajuda a garantir que o fechamento em condições próximas ao vácuo permaneça estanque.

Uma das aplicações mais comuns de um rompedor de vácuo é em equipamentos de processo como panelas camisadas e trocadores de calor. Quando esses itens são desligados, eles ainda contêm uma certa quantidade de vapor. O vapor condensa à medida que o vaso esfria e, como o condensado ocupa um volume muito menor do que o vapor, condições de vácuo são geradas. O vácuo pode danificar a planta e, portanto, é necessário instalar um rompedor de vácuo na entrada de vapor de tais equipamentos ou no corpo do equipamento. A mesma situação pode ocorrer em tubulações principais de vapor e caldeiras. Uma aplicação comum de rompedores de vácuo é em trocadores de calor controlados por temperatura que são suscetíveis a stall (veja Bloco 13). Em trocadores de calor menores drenando para a atmosfera, a condição de stall pode ser evitada instalando um rompedor de vácuo na entrada de vapor do trocador de calor. Quando o vácuo é atingido no espaço de vapor, o rompedor de vácuo se abre para permitir que o condensado drene até a armadilha de vapor.

Em geral, não é desejável introduzir ar no espaço de vapor, pois ele atua como uma barreira à transferência de calor e reduz a temperatura efetiva do vapor (consulte o Módulo 2.4). Isso se torna um problema em trocadores de calor maiores, onde não é aconselhável usar um rompedor de vácuo para superar o stall. Além disso, se o condensado for elevado após a armadilha de vapor, por exemplo, em uma linha de retorno de condensado elevada, o rompedor de vácuo não pode auxiliar na drenagem. Em ambos os casos, é necessário usar um método ativo de remoção de condensado, como uma bomba-armadilha (consulte o Módulo 13.8).