Perdas de Calor pela Ventilação de Ar e Resumo de Diversas Normas Relacionadas a Tubulações

A ventilação de ar e outros gases não condensáveis dos sistemas de vapor, e a provisão de isolamento adequado, são vitais para garantir a eficiência, segurança e desempenho da planta de vapor.

Ventilação de ar

Quando o vapor é admitido em uma tubulação pela primeira vez após um período de parada, a tubulação está cheia de ar. Quantidades adicionais de ar e outros gases não condensáveis entrarão com o vapor, embora as proporções desses gases sejam normalmente muito pequenas em comparação com o vapor. Quando o vapor condensa, esses gases se acumularão em tubulações e trocadores de calor. Precauções devem ser tomadas para descarregá-los. A consequência de não remover o ar é um período prolongado de aquecimento e uma redução na eficiência da planta e no desempenho do processo. O ar em um sistema de vapor também afetará a temperatura do sistema. O ar exercerá sua própria pressão dentro do sistema e será adicionado à pressão do vapor para fornecer uma pressão total. Portanto, a pressão real do vapor e a temperatura da mistura vapor/ar serão inferiores às indicadas por um manômetro. De maior importância é o efeito que o ar tem sobre a transferência de calor. Uma camada de ar com apenas 1 mm de espessura pode oferecer a mesma resistência ao calor que uma camada de água com 25 μm de espessura, uma camada de ferro com 2 mm de espessura ou uma camada de cobre com 15 mm de espessura. É muito importante, portanto, remover o ar de qualquer sistema de vapor. Válvulas automáticas de ventilação de ar para sistemas de vapor (que operam no mesmo princípio que armadilhas de vapor termostáticas) devem ser instaladas acima do nível do condensado, de modo que apenas ar ou misturas vapor/ar possam alcançá-las. A melhor localização para elas é no final das linhas de distribuição de vapor, conforme mostrado na Figura 10.5.1. A descarga de uma válvula de ventilação de ar deve ser conduzida por tubulação para um local seguro. Na prática, uma linha de condensado que deságua em um receptor ventilado pode aceitar a descarga de uma válvula de ventilação de ar.

A descarga de uma válvula de ventilação de ar deve ser conduzida por tubulação para um local seguro. Na prática, uma linha de condensado que deságua em um receptor ventilado pode aceitar a descarga de uma válvula de ventilação de ar.

Além da ventilação de ar no final de uma linha principal, válvulas de ventilação de ar também devem ser instaladas:

• Em paralelo com uma armadilha de balde invertido ou, em alguns casos, uma armadilha termodinâmica. Essas armadilhas às vezes são lentas para ventilar ar na partida.
• Em espaços de vapor difíceis (como no lado oposto ao de entrada de vapor em uma panela encamisada).
• Onde há um grande espaço de vapor (como um autoclave), e uma mistura vapor/ar pode afetar a qualidade do processo.

Redução de perdas de calor

Mesmo quando uma linha principal de vapor aqueceu, o vapor continuará condensando à medida que o calor é perdido por radiação. A taxa de condensação dependerá da temperatura do vapor, da temperatura ambiente e da eficiência do isolamento da tubulação. Para que um sistema de distribuição de vapor seja eficiente, etapas apropriadas devem ser tomadas para garantir que as perdas de calor sejam reduzidas ao mínimo econômico. A espessura mais econômica de isolamento dependerá de vários fatores:

• Custo de instalação.
• O calor transportado pelo vapor.
• Tamanho da tubulação.
• Temperatura da tubulação. Ao isolar tubulações externas, a umidade e a velocidade do vento devem ser consideradas. A eficácia da maioria dos materiais isolantes depende de microcélulas de ar retidas em uma matriz de material inerte, como lã mineral, fibra de vidro ou silicato de cálcio. Instalações típicas usam fibra de vidro com revestimento de alumínio, lã mineral com revestimento de alumínio e silicato de cálcio. É importante que o material isolante não seja compactado ou permita o acúmulo de água. Proteção mecânica adequada e impermeabilização são essenciais, especialmente em locais externos. A perda de calor de uma tubulação de vapor para a água, ou para isolamento molhado, pode ser até 50 vezes maior do que da mesma tubulação para o ar. Cuidado especial deve ser tomado para proteger linhas de vapor que passam por terrenos alagados, ou em dutos, que podem estar sujeitos a inundações. O mesmo se aplica à proteção do isolamento contra danos por escadas, etc., para evitar a entrada de água da chuva. É importante isolar todas as partes quentes do sistema, com exceção das válvulas de segurança. Isso inclui todas as juntas flange nas linhas principais, bem como as válvulas e outros acessórios. Em uma época, era comum recortar o isolamento em cada lado de uma junta flange, para deixar acesso aos parafusos para fins de manutenção. Isso equivale a deixar cerca de 0,5 m de tubulação descoberta. Felizmente, tampas isolantes pré-fabricadas para juntas flange e válvulas estão agora mais amplamente disponíveis. Estas são geralmente fornecidas com fixadores para que possam ser facilmente removidas para fornecer acesso para fins de manutenção.

Cálculo da transferência de calor

O cálculo de perdas de calor em tubulações pode ser muito complexo e demorado, e assume que dados obscuros relativos à espessura da parede da tubulação, coeficientes de transferência de calor e várias constantes derivadas estão facilmente disponíveis, o que, normalmente, não estão. As derivações dessas fórmulas estão fora do escopo deste Módulo, mas informações adicionais podem ser facilmente encontradas em qualquer bom livro-texto de termodinâmica. Para acrescentar a isso, uma abundância de software de computador contemporâneo está disponível para o engenheiro perspicaz. Sendo assim, as perdas de calor das tubulações podem ser facilmente encontradas consultando a Tabela 10.5.1 e uma equação simples (Equação 2.12.2). A tabela assume condições ambientes entre 10 - 21°C, e considera perdas de calor de tubulações horizontas descobertas de diferentes tamanhos com vapor contido em várias pressões.

Tabela 10.5.1 Emissão de calor das tubulações

Nota: Emissão de calor de tubulações horizontais descobertas com temperaturas ambientes entre 10°C e 20°C e condições de ar parado

Outros fatores podem ser incluídos na equação; por exemplo, se uma tubulação for revestida com isolamento proporcionando uma redução nas perdas de calor para 10% da tubulação sem isolamento, então é multiplicada por um fator de 0,1.

Nota: A constante 3,6 fornece a resposta em kg/h Comprimentos equivalentes:

• Par de juntas flange 0,5 m
• Válvula de tamanho da linha 1,0 m Exemplo 10.5.1 50 m de tubulação de 100 mm possui 8 pares de flanges e duas válvulas, e transporta vapor saturado a 7 bar g. A temperatura ambiente é 10°C, e a eficiência do isolamento é dada como 0,1 Com referência à Tabela 10.5.1 e a aplicação da Equação 10.5.1: determine a quantidade de vapor que será condensada por hora: Parte 1 - Sem isolamento. Parte 2 - Com a tubulação isolada, mas as válvulas e flanges sem isolamento. Parte 3 - Completamente isolado. Comprimento equivalente de acessórios:
• (8 pares de flanges @ 0,5 m) + (2 válvulas @ 1,0 m) = 6,0 m de tubulação
• Vapor saturado a 7 bar g:

Parte 1 - Sem isolamento:

Parte 2 - Tubulação isolada, mas sem isolamento nas válvulas e flanges: Considere os dois elementos separadamente:

Parte 3 - Tubulação e acessórios isolados:

Normas Relevantes do Reino Unido e Internacionais

Símbolos foram usados para indicar normas tecnicamente equivalentes (=) e normas relacionadas (≠) respectivamente.

Table 10.5.2

Resumo

Para resumir o Bloco ‘Distribuição de Vapor’ do Circuito de Vapor e Condensado, a seguinte lista de verificação pode ser usada para garantir que um sistema de distribuição de vapor opere de forma eficiente e eficaz: