Consideracoes para Selecao de Armadilhas de Vapor

O tipo de aplicacao, o projeto do sistema e as necessidades de manutencao influenciarao o desempenho e a selecao de armadilhas de vapor. Fatores como golpe de ariete, sujeira, travamento por vapor, drenagem em grupo, condicoes de vacuo e controle de temperatura de processos sao discutidos neste tutorial.

Consideracoes

Por definicao, uma armadilha de vapor deve reter ou impedir o vapor ao mesmo tempo em que nao restringe a passagem de condensado, ar e outros gases incondensaveis. Os requisitos basicos de uma boa drenagem de vapor ja foram delineados, mas vale a pena repetir que o desempenho da planta e primordial. A selecao da armadilha segue com base nos requisitos de pressao, carga de condensado e purga de ar terem sido atendidos, na selecao provisoria. No entanto, o projeto do sistema e as necessidades de manutencao tambem influenciarao o desempenho e a selecao. Consulte as subsecoes seguintes neste Modulo para mais conselhos sobre esta questao. Golpe de ariete O golpe de ariete e um sintoma de um problema no sistema de vapor. Isso pode ser devido a um projeto pobre da tubulacao de vapor e condensado, o uso do tipo errado de armadilha ou armadilhas, ou uma armadilha de vapor com vazamento, ou uma combinacao desses fatores. E frequentemente inutil instalar a armadilha correta para uma aplicacao se o layout do sistema nao permitir que a armadilha opere corretamente. E igualmente inutil instalar o layout correto e nao dar atencao adequada a drenagem de vapor. Os Modulos 11.6 a 11.11 inclusive ‘Selecionando armadilhas de vapor’ tratarao do correto casamento de armadilhas de vapor com aplicacoes e layouts. O layout adequado da tubulacao de vapor tambem e tratado no Bloco 10 - ‘Distribuicao de Vapor’. Os sintomas de golpe de ariete sao frequentemente atribuidos ao mau funcionamento da armadilha de vapor. Uma explicacao mais provavel e que uma armadilha de vapor com defeito foi danificada pelo golpe de ariete. O golpe de ariete pode ser causado de varias maneiras, incluindo:

• Falha em remover o condensado do caminho do vapor de alta velocidade na tubulacao.
• De uma aplicacao que e controlada por temperatura e onde o condensado deve subir para uma linha de retorno, ou retornar a um sistema pressurizado.
• A incapacidade do condensado de entrar ou percorrer adequadamente uma linha de retorno subdimensionada, devido a (a) inundacao, ou (b) sobrepressurizacao com os efeitos de estrangulamento do vapor flash. Tecnicas modernas de projeto e fabricacao produziram armadilhas de vapor mais robustas do que as de seus predecessores. Isso permite que a armadilha de vapor dure mais tempo sob condicoes normais, e tambem sera mais capaz de resistir aos efeitos de sistemas mal projetados. Basico, porem, bem feito que uma armadilha de vapor seja, se for instalada em um sistema mal projetado, sera menos efetiva e tera uma vida util mais curta. Se uma armadilha de vapor falha persistentemente em um sistema estabelecido devido ao golpe de ariete, e provavelmente culpa do layout do sistema, e nao da armadilha. A solucao e investigar e erradicar a verdadeira causa do problema corrigindo as inadequacoes do sistema. Duas aplicacoes importantes sao a drenagem de linhas principais de vapor, e de trocadores de calor controlados por temperatura. Como regra geral, as linhas principais de vapor devem ser drenadas em intervalos regulares de 30 a 50 metros com bolsos de drenagem dimensionados adequadamente. A base de qualquer elevacao tambem deve ser drenada. Trocadores de calor controlados por temperatura so podem trabalhar efetivamente se o condensado for permitido drenar livremente deles. Se houver uma elevacao apos a armadilha, sempre havera uma tendencia ao golpe de ariete, qualquer que seja a armadilha instalada. Nesta situacao, a armadilha deve ser complementada com uma bomba, ou trocada por uma bomba-armadilha. Este assunto sera tratado em mais detalhes no Bloco 13 - ‘Remocao de Condensado’ E importante que a tubulacao seja projetada e instalada corretamente. Isso ajudará a manter o desempenho termico do sistema ao longo de sua vida util. Sujeira A sujeira e outro fator importante que deve ser considerado ao selecionar armadilhas. Embora o vapor condense em agua destilada, ele pode as vezes conter produtos residuais de compostos de tratamento de agua de alimentacao da caldeira e minerais naturais encontrados na agua. Sujeira de tubulacao criada durante a instalacao e produtos de corrosao tambem precisam ser considerados. Uma armadilha de acao intermitente e a menos provavel de ser afetada por sujeira. Em armadilhas termostaticas, isso significa que a armadilha termostatica de pressao equilibrada e preferivel, embora a valvula plana maior associada a algumas armadilhas de diafragma possa causar dificuldades. A acao de gotejamento das armadilhas bimetalicas, juntamente com o arranjo da haste da valvula passando pela sede, significa que essas sao mais propensas a mau funcionamento (devido ao atrito adicional) ou ate entupimento. As vezes e afirmado que o elemento sensor pode ser facilmente limpo e nao esta sujeito a incrustacao. No entanto, a incrustacao do elemento raramente e um problema: as partes relevantes sao o mecanismo de valvula de ‘clapeta dinamica’, que tende a ser auto-limpante devido a sua acao positiva de abertura. As armadilhas de vapor flutuador-termostaticas sao bastante resistentes a sujeira. Como um exemplo extremo, ao drenar autoclaves de cura de concreto, a areia residual que precipita no condensado pode ser transportada atraves de grandes armadilhas de vapor flutuador-termostaticas com sucesso, devido ao fluxo de baixa velocidade atraves de um orificio relativamente grande. A armadilha de balde invertido tem um furo de ventilacao de ar no balde. Se isso entupir, pode causar a armadilha a ficar ar-retardada e ser lenta para reagir. Se isso acontecer, a incrustacao ou sujeira bloqueando o purgador de ar deve ser deslocada, o que requer que a armadilha seja removida de servico. A armadilha de impulsao e intolerante a condicoes sujas. A folga fina entre o plugue e a manga conica e suscetivel ao fluxo de alta velocidade e o plugue frequentemente travará em uma posicao intermediaria. A armadilha trava em uma posicao fixa e passará vapor ou condensado dependendo da taxa de condensacao. O dispositivo de orificio fixo e o menos adequado para condicoes sujas. O furo e inerentemente pequeno e frequentemente entope. Aumentar o furo (como e as vezes feito por desespero) destroi o conceito de dimensionamento em um orificio fixo. E desperdiçador e em alguns casos apenas atrasa o tempo ate que o entupimento ocorra novamente. Um filtro e frequentemente fornecido e instalado, mas isso deve ser extremamente fino para ser eficaz. Isso simplesmente transfere o entupimento da armadilha de orificio para o filtro, que, por sua vez, requer tempo de inatividade regular para limpeza. Filtros

Esses dispositivos (Figura 11.5.1) sao frequentemente esquecidos nos sistemas de vapor, muitas vezes, ao que parece, em um esforco para reduzir os custos de instalacao. Incrustacao e sujeira de tubulacao podem afetar valvulas de controle e armadilhas de vapor, e reduzir as taxas de transferencia de calor. E extremamente facil e barato instalar um filtro em uma tubulacao, e o baixo custo de fazê-lo dara dividendos ao longo da vida da instalacao. Incrustacao e sujeira sao retidas, e a manutencao geralmente e reduzida como resultado. A selecao e simples. O material do filtro e selecionado para corresponder ao tipo de instalacao e a pressao do sistema ate a qual se espera operar. Diferentes tamanhos de tela de filtragem podem ser considerados para diferentes graus de protecao. Quanto mais fino o filtro, mais frequentemente pode precisar de limpeza. Uma coisa e certa, filtros sao muito mais faceis e baratos para comprar e manter do que valvulas de controle ou armadilhas de vapor. Mais informacoes sobre filtros sao fornecidas no Bloco 12 - ‘Acessorios de Tubulacao’ Travamento por vapor

A possibilidade de travamento por vapor pode as vezes ser um fator decisivo na selecao de armadilhas de vapor. Pode ocorrer sempre que uma armadilha de vapor e instalada remotamente da planta sendo drenada. Pode se tornar agudo quando o condensado e removido atraves de um sifao ou tubo de imersao. A Figura 11.5.2 ilustra o problema do travamento por vapor em um cilindro de secagem rotativo usando um tubo sifao. Na Figura 11.5.2 (i) a pressao do vapor e suficiente para elevar o condensado ate o tubo sifao, atraves da armadilha de vapor e para longe. A Figura 11.5.2 (ii) mostra o que acontece quando o nivel do condensado no fundo do cilindro cai abaixo da extremidade do tubo sifao. O vapor entra no tubo sifao e faz com que a armadilha de vapor (neste caso do tipo flutuador) feche. A armadilha esta temporariamente ‘travada por vapor’. A perda de calor do cilindro resultará na formacao de mais condensado que, como resultado, nao e capaz de alcancar a armadilha. A Figura 11.5.2 (iii) mostra o cilindro ficando cada vez mais inundado, o que resultará em uma taxa de secagem reduzida do cilindro e um aumento na potencia necessaria para girar o cilindro. Em casos extremos, o cilindro pode encher ate a linha central e danos podem entao resultar de sobrecarga mecanica. Para aliviar esse problema, uma armadilha e necessaria com uma valvula de ‘liberacao de vapor retido’. Esta e uma valvula interna de agulha que permite que o vapor retido no tubo sifao seja sangrado alem da valvula principal. A armadilha de flutuador e o unico tipo de armadilha com essa funcao e e a escolha correta em maquinas rotativas como cilindros de secagem. Como a valvula de agulha esta apenas aberta o suficiente para evitar desperdicio de vapor, ela tem uma capacidade limitada para ventilar ar. Armadilhas deste tipo sao frequentemente fornecidas com purgadores de ar combinados e liberacao de vapor retido (Figura 11.5.3). O mecanismo de liberacao de vapor retido operado manualmente funciona independentemente da acao automatica do purgador de ar. Uma armadilha de vapor flutuador-termostatica padrao e mostrada na Figura 11.5.4. Outros tipos de armadilhas abrira e eventualmente lidarão com um travamento por vapor, no entanto, a drenagem e o desempenho da planta serao erraticos. Isso e claramente inaceitavel para usuarios de planta de processo onde tempos de lote, qualidade e eficiencia sao de alta importancia. Drenagem em grupo

A drenagem em grupo descreve o uso de uma unica armadilha atendendo mais de uma aplicacao. A Figura 11.5.5 mostra dois processos em lote (panelas camisadas) operando em duas pressoes de vapor diferentes com a linha de drenagem de cada uma conectada a uma unica armadilha de vapor. A pressao mais alta na planta B permitira que o condensado desta vaso drene, mas impedirá que o condensado seja descarregado da planta A, pois a valvula de retencao C sera mantida fechada. A planta A ficará inundada e sofrerá uma queda severa de desempenho. Por esta razao, a drenagem em grupo de equipamentos operando em diferentes pressoes nao e uma boa pratica. Mas e se os equipamentos operarem na mesma pressao? Considere a seguinte instalacao mostrada na Figura 11.5.6.

Na Figura 11.5.6, o conteudo da panela A esta quase na temperatura e esta condensando relativamente pouco vapor. As panelas B, C e D acabaram de ser preenchidas com produto frio e, a medida que o vapor e ligado, suas taxas de condensacao sao muito mais altas do que a panela A. Consequentemente, a velocidade do vapor ao longo dessas tubulacoes de fornecimento e muito mais alta, resultando em uma queda de pressao mais alta ao longo de cada uma das ramificacoes. Pressoes de vapor mais baixas existirão nas entradas das panelas de B, C e D e em suas camisas de vapor, (devido a B, C e D terem uma taxa de condensacao mais alta do que a panela A) reduzindo sua capacidade de aquecimento e aumentando seus tempos de producao. Por esta razao, as pressoes nas saidas de drenagem das panelas B, C e D tambem sao mais baixas do que na panela A. O vapor fluirá da panela A atraves da linha de drenagem de condensado para as outras panelas para equalizar as pressoes, e o condensado das outras panelas terá que fluir contra esse fluxo de vapor. Quando os pontos de drenagem de diferentes vasos em diferentes pressoes sao conectados a uma unica armadilha, o vaso com a pressao mais alta (neste caso a panela A) impedirá o fluxo de condensado dos outros. Aqueles vasos com a maior necessidade de descarregar condensado (neste caso as panelas B, C e D) tenderao a inundar. Portanto, o arranjo de condensado mostrado na Figura 11.5.6 e improvavel ser satisfatorio. A situacao pode ser agravada quando processos com drenagem em grupo tem controle de temperatura separado. Uma possivel aplicacao adequada para drenagem em grupo e uma unidade de tratamento de ar com multiplas secoes de aquecimento em serie (Figura 11.5.7). Esta aplicacao do tipo ‘fluxo’ difere do processo em lote (ou sem fluxo) na Figura 11.5.6. As secoes de aquecimento sempre compartilharao qualquer mudanca de carga, pois sao atendidas pela mesma valvula de controle. E importante que as conexoes de drenagem de condensado e a tubulacao comum sejam generosamente dimensionadas para permitir fluxo adequado de condensado em uma direcao contra o fluxo de vapor na outra. So funcionará onde todas as secoes sao alimentadas por uma valvula de controle e o mesmo fluido secundario esta sendo aquecido por todas as secoes.

A razao original para a drenagem em grupo era que costumava haver apenas um tipo de armadilha de vapor. Era o precursor da armadilha de balde atual, e era muito grande e cara. As armadilhas de vapor hoje sao consideravelmente menores e custo-efetivas, permitindo que trocadores de calor individuais sejam drenados adequadamente. E sempre melhor para equipamentos que usam vapor serem drenados individualmente em vez de em grupo. Em muitos casos pode ser necessario usar uma bomba-armadilha em equipamentos controlados por temperatura, para remover o condensado adequadamente. Difusores

Com armadilhas de vapor drenando para a atmosfera a partir de tubulacoes abertas, e possivel ver a descarga de condensado quente. Uma certa quantidade de vapor flash tambem estara presente em relacao a pressao do condensado antes da armadilha. Isso pode apresentar um perigo para transeuntes, mas os riscos podem ser minimizados reduzindo a severidade da descarga. Isso pode ser alcancado instalando um difusor simples (Figura 11.5.8) na extremidade da tubulacao (Figura 11.5.9) que reduz a ferocidade da descarga e o som. Tipicamente, os niveis de som podem ser reduzidos em ate 80%.

Requisitos especiais

Drenagem a vacuo

A remocao de condensado de um espaco de vapor trabalhando sob vacuo pode ser um problema. Se uma armadilha de vapor for usada, sua saida deve ser conectada a uma fonte de vacuo maior do que aquela no espaco de vapor para garantir uma pressao diferencial constante atraves do orificio para descarregar o condensado. Onde isso nao for possivel, uma bomba movida a pressao pode ser usada para drenar condensado da planta (Figuras 11.5.10 e 11.5.11). Uma valvula de retencao de sede macia e recomendada na saida da bomba onde pouca ou nenhuma elevacao esta presente, e uma quebra de ar atuará como um dispositivo anti-sifonamento ao drenar para um ponto abaixo da bomba. A pressao atmosferica pode ser usada como a forca motriz ao drenar abaixo da bomba (Figura 11.5.11), mas a valvula de retencao de saida deve ser posicionada em um laco selado abaixo da bomba para induzir uma altura manometrica de abertura minima (dependente do tipo de valvula de retencao) e selagem de agua. Se a bomba estiver drenando condensado de um sistema de gas a vacuo, entao ar comprimido ou gas inerte pode ser usado como a forca motriz para acionar a bomba. Drenagem por armadilha de vapor de processos controlados por temperatura A armadilha de vapor e uma valvula automatica que depende da dinamica do sistema para fornecer fluxo. Ela tem que depender e reagir a fatores externos, como pressao de vapor ou pressao de altura manometrica no lado de entrada da armadilha. A pressao de saida deve ser menor do que a pressao de entrada para fornecer fluxo na direcao correta. A taxa de fluxo atraves de qualquer armadilha de vapor esta, portanto, relacionada a pressao diferencial atraves dela. Tambem e possivel ter pressoes diferenciais negativas atraves da armadilha, o que promoveria o fluxo reverso atraves dela. Quando as armadilhas sao instaladas para passar condensado em linhas de retorno comuns, e aconselhavel instalar valvulas de retencao apos cada armadilha para prevenir fluxo reverso sob condicoes de pressao negativa. A ocorrencia de pressao diferencial zero e negativa atraves de armadilhas de vapor e comum. Os efeitos sao comumente vistos com processos controlados por temperatura, ou seja, baterias de aquecimento, calorificadores, panelas camisadas, trocadores de calor de placas, na verdade qualquer processo que tenha uma valvula de controle no fornecimento de vapor. Pode ocorrer independentemente da pressao de fornecimento de vapor, e depende totalmente da pressao do sistema de condensado e da pressao do vapor no trocador de calor. O termo ‘stall’ descreve esta condicao. Sempre que for previsto ou diagnosticado, outra solucao, como uma bomba-armadilha e necessaria para remover o condensado do trocador de calor. O fenomeno e discutido em maiores detalhes no Bloco 13 - ‘Remocao de condensado’.