Introducao - Por que Armadilhas de Vapor?

O dever de uma armadilha de vapor e descarregar condensado, ar e outros gases incondensaveis de um sistema de vapor, sem permitir a escapada de vapor vivo. A necessidade de armadilhas de vapor, as consideracoes em torno de sua operacao, os modos basicos de operacao e as normas relevantes sao todos cobertos neste tutorial.

Ao longo da historia da utilizacao do vapor, a Spirax Sarco esteve na vanguarda da melhoria da eficiencia da planta de vapor. Desde 1935, a gama de produtos Spirax Sarco ampliou consideravelmente e agora e especificada em todo o mundo nos muitos tipos de planta que empregam vapor. Hoje, existem poucos processos de fabricacao que nao dependem do vapor para fornecer um produto final.

A armadilha de vapor e uma parte essencial de qualquer sistema de vapor. E o elo importante entre o bom gerenciamento de vapor e condensado, retendo o vapor dentro do processo para a maxima utilizacao do calor, mas liberando condensado e gases incondensaveis no momento apropriado. Embora seja tentador olhar as armadilhas de vapor de forma isolada, e seu efeito no sistema de vapor como um todo que frequentemente nao e apreciado. As seguintes questoes se tornam importantes

E frequentemente verdadeiro que se uma armadilha de vapor inapropriada for selecionada para uma aplicacao particular, nenhum efeito adverso e notado. As vezes, as armadilhas de vapor sao ate completamente desligadas sem nenhum problema aparente, por exemplo em uma linha principal de vapor, onde a drenagem incompleta de condensado de um ponto de drenagem frequentemente significa que o restante e simplesmente transportado para o proximo. Isso poderia muito bem ser um problema se o proximo ponto de drenagem estiver bloqueado ou tiver sido desligado tambem!

O engenheiro atento pode reconhecer que o desgaste de valvulas de controle, vazamento e saida reduzida da planta, podem todos ser remediados dando atencao adequada a drenagem de vapor. E natural para qualquer mecanismo sofrer desgaste, e as armadilhas de vapor nao sao excecao. Quando as armadilhas de vapor falham abertas, uma certa quantidade de vapor pode ser passada para o sistema de condensado, embora frequentemente seja uma quantidade menor do que se poderia esperar. Felizmente, meios rapidos de detectar e corrigir tais falhas estao agora disponiveis para o usuario de vapor.

‘O dever de uma armadilha de vapor e descarregar condensado sem permitir a escapada de vapor vivo’

Nenhum sistema de vapor esta completo sem aquele componente crucial ‘a armadilha de vapor’ (ou armadilha). Este e o elo mais importante no circuito de condensado porque conecta o uso do vapor com o retorno do condensado.

Uma armadilha de vapor literalmente ‘purga’ o condensado, (bem como o ar e outros gases incondensaveis), para fora do sistema, permitindo que o vapor alcance seu destino no estado/condicao mais seco possivel para realizar sua tarefa de forma eficiente e economica. A quantidade de condensado que uma armadilha de vapor tem que lidar pode variar consideravelmente. Pode ter que descarregar condensado a temperatura de vapor (ou seja, assim que se forma no espaco de vapor) ou pode ser necessario descarregar abaixo da temperatura de vapor, liberando parte de seu ‘calor sensivel’ no processo. As pressoes nas quais as armadilhas de vapor podem operar podem variar de vacuo a bem acima de cem bar. Para atender a essas condicoes variadas, existem muitos tipos diferentes, cada um com suas proprias vantagens e desvantagens. A experiencia mostra que as armadilhas de vapor trabalham mais eficientemente quando suas caracteristicas sao casadas com as da aplicacao. E imperativo que a armadilha correta seja selecionada para realizar uma determinada funcao sob determinadas condicoes. A primeira vista, pode nao parecer obvio quais sao essas condicoes. Elas podem envolver variacoes na pressao de operacao, carga termica ou pressao de condensado. As armadilhas de vapor podem ser submetidas a extremos de temperatura ou ate golpe de ariete. Elas podem precisar ser resistentes a corrosao ou sujeira. Quaisquer que sejam as condicoes, a selecao correta da armadilha de vapor e importante para a eficiencia do sistema. Ficara claro que um tipo de armadilha de vapor nao pode possivelmente ser a escolha correta para todas as aplicacoes.

Consideracoes para selecao de armadilhas de vapor

Purga de ar Na ‘partida’, ou seja, o inicio do processo, o espaco do aquecedor esta preenchido de ar, que, a menos que seja deslocado, reduzirá a transferencia de calor e aumentará o tempo de aquecimento. Os tempos de partida aumentam e a eficiencia da planta cai. E preferivel purgar o ar o mais rapidamente possivel antes que ele tenha chance de se misturar com o vapor que chega. Se o ar e o vapor forem misturados juntos, eles so podem ser separados condensando o vapor para deixar o ar, que entao deve ser ventilado para um local seguro. Purgadores de ar separados podem ser necessarios em espacos de vapor maiores ou mais dificeis, mas na maioria dos casos o ar no sistema e descarregado atraves das armadilhas de vapor. Aqui as armadilhas termostaticas tem uma vantagem clara sobre alguns tipos de armadilha, pois estao totalmente abertas na partida. Armadilhas de flutuador com purgadores de ar termostaticos integrados sao especialmente uteis, enquanto muitas armadilhas termodinamicas tambem sao bastante capazes de lidar com quantidades moderadas de ar. No entanto, o pequeno furo nas saidas de condensado de orificio fixo e o furo de sangria nas armadilhas de balde invertido ventilam ar lentamente. Isso pode aumentar os tempos de producao, tempos de aquecimento e corrosao. Remocao de condensado Tendo ventilado o ar, a armadilha entao deve passar o condensado mas nao o vapor. O vazamento de vapor neste ponto e ineficiente e nao economico. A armadilha de vapor deve permitir que o condensado passe enquanto retém o vapor no processo. Se a boa transferencia de calor for critica para o processo, entao o condensado deve ser descarregado imediatamente e a temperatura de vapor. A inundacao e uma das principais causas de planta de vapor ineficiente como resultado da selecao incorreta da armadilha de vapor. Desempenho da planta Quando os requisitos basicos de remover ar e condensado forem considerados, a atencao pode ser voltada para o ‘desempenho da planta’. De forma simples, a menos que especificamente projetado para inundar, para que um trocador de calor opere em seu melhor desempenho, o espaco de vapor deve ser preenchido com vapor limpo e seco. O tipo de armadilha de vapor influenciará isso. Por exemplo, armadilhas termostaticas retém o condensado ate resfriar abaixo da temperatura de saturacao. Se esse condensado permanecer no espaco de vapor, reduziria a area de transferencia de calor e o desempenho do aquecedor. A descarga de condensado na temperatura mais baixa possivel pode parecer muito atraente, mas geralmente a maioria das aplicacoes requer que o condensado seja removido do espaco de vapor a temperatura de vapor. Isso requer uma armadilha de vapor com propriedades operacionais diferentes do tipo termostatico, e isso geralmente significa uma armadilha de tipo mecanico ou termodinamico. Antes de escolher uma armadilha de vapor particular, e necessario considerar as necessidades do processo. Isso geralmente decidirá o tipo de armadilha necessaria. A forma como o processo e conectado ao sistema de vapor e condensado pode entao decidir o tipo de armadilha preferido para fazer o melhor trabalho nas circunstancias. Uma vez escolhida, e necessario dimensionar a armadilha de vapor. Isso sera determinado pelas condicoes do sistema e parametros do processo como:

• Pressoes maximas de vapor e condensado.
• Pressoes de operacao de vapor e condensado.
• Temperaturas e taxas de fluxo.
• Se o processo e controlado por temperatura. Esses parametros serao discutidos adiante em Modulos subsequentes dentro deste Bloco. Confiabilidade A experiencia mostrou que ‘boa drenagem de vapor’ e sinonimo de confiabilidade, ou seja, desempenho otimo com o minimo de atencao. Causas de falta de confiabilidade sao frequentemente associadas ao seguinte:
• Corrosao, devido a condicao do condensado. Isso pode ser combatido usando materiais particulares de construcao, e bom condicionamento da agua de alimentacao.
• Golpe de ariete, frequentemente devido a uma elevacao apos a armadilha de vapor, as vezes esquecida na fase de projeto e frequentemente a causa de danos desnecessarios a armadilhas de vapor de outra forma confiaveis.
• Sujeira, acumulando de um sistema onde o composto de tratamento de agua e arrastado da caldeira, ou onde os residuos de tubulacao sao permitidos interferir com a operacao da armadilha. A tarefa principal de uma armadilha de vapor e a remocao adequada de condensado e ar, e isso requer uma compreensao clara de como as armadilhas de vapor operam. Vapor flash Um efeito causado pela passagem de condensado quente de um sistema de alta pressao para um sistema de baixa pressao e o fenomeno natural do vapor flash. Isso pode confundir o observador quanto a condicao da armadilha de vapor. Considere a entalpia do condensado recém-formado a pressao e temperatura de vapor (obtivel das tabelas de vapor). Por exemplo, a uma pressao de 7 bar g, o condensado contera 721 kJ/kg a uma temperatura de 170,5°C. Se este condensado for descarregado para a atmosfera, ele so pode existir como agua a 100°C, contendo 419 kJ/kg de entalpia da agua saturada. O conteudo de entalpia excedente de 721 - 419, ou seja, 302 kJ/kg, fervera uma proporcao da agua, produzindo uma quantidade de vapor a pressao atmosferica. O vapor de baixa pressao produzido e geralmente chamado de ‘vapor flash’. A quantidade de vapor ‘flash’ liberada pode ser calculada da seguinte forma: Se a armadilha estiver descarregando 500 kg/h de condensado a 7 bar g para a atmosfera, a quantidade de vapor flash gerado seria 500 x 0,134 = 67 kg/h, equivalente a aproximadamente 38 kW de perda de energia! Isso representa uma quantidade bastante substancial de energia util, que e muito frequentemente perdida do balanco termico do circuito de vapor e condensado, e oferece uma oportunidade simples de aumentar a eficiencia do sistema se puder ser capturada e usada.

Como as armadilhas de vapor operam

Existem tres tipos basicos de armadilha de vapor nos quais todas as variacoes se enquadram, todos os tres sao classificados pela Norma Internacional ISO 6704:1982. Tipos de armadilha de vapor:

• Termostaticas (operadas por mudancas na temperatura do fluido) A temperatura do vapor saturado e determinada por sua pressao. No espaco de vapor, o vapor libera sua entalpia de evaporacao (calor), produzindo condensado a temperatura de vapor. Como resultado de qualquer perda adicional de calor, a temperatura do condensado cairá. Uma armadilha termostatica passará o condensado quando esta temperatura mais baixa for detectada. A medida que o vapor alcance a armadilha, a temperatura aumenta e a armadilha fecha.
• Mecanicas (operadas por mudancas na densidade do fluido) Esta gama de armadilhas de vapor opera detectando a diferenca de densidade entre o vapor e o condensado. Essas armadilhas de vapor incluem ‘armadilhas de flutuador’ e ‘armadilhas de balde invertido’. Na ‘armadilha de flutuador’, a bola sobe na presenca de condensado, abrindo uma valvula que passa o condensado mais denso. Com a ‘armadilha de balde invertido’, o balde invertido flutua quando o vapor alcance a armadilha e sobe para fechar a valvula. Ambas sao essencialmente ‘mecanicas’ em seu metodo de operacao.
• Termodinamicas (operadas por mudancas na dinamica do fluido) As armadilhas de vapor termodinamicas dependem parcialmente da formacao de vapor flash a partir do condensado. Este grupo inclui armadilhas de vapor ‘termodinamicas’, ‘de disco’, ‘de impulsao’ e ‘de labirinto’. Tambem vagamente incluidas neste tipo sao as ‘armadilhas de orificio fixo’, que nao podem ser claramente definidas como dispositivos automaticos, pois sao simplesmente um furo de diametro fixo definido para passar uma quantidade calculada de condensado sob um conjunto de condicoes. Todas dependem do fato de que o condensado quente, liberado sob pressao dinamica, produzira vapor flash para fornecer uma mistura de vapor e agua. Os Modulos seguintes incluem referencia a essas armadilhas de vapor.

ISO 6552:1980

Glossario de termos tecnicos para armadilhas de vapor automaticas. **ISO 6553:2016

EN ISO 6553:2017**

Marcacao de armadilhas de vapor automaticas. ISO 6554:1980

Dimensoes face a face para armadilhas de vapor automaticas flangeadas. EN 558:2017

Valvulas industriais. Dimensoes face a face e centro a face de valvulas metalicas para uso em sistemas de tubulacao flangeados. Valvulas designadas PN e Class.

(Embora a ISO 6554:1980 ainda esteja vigente, na Europa ela foi incorporada na norma geral de Valvulas Industriais EN 558:2017, que tem um escopo muito mais amplo do que a ISO 6554:1980, e identifica as ‘series’ face a face de forma diferente da EN 26554:1991). **ISO 6704:1982

EN 26704:1991**

Classificacao de armadilhas de vapor automaticas. ISO 5117 :2023

Testes de producao e caracteristicas de desempenho para armadilhas de vapor automaticas.

(Substitui ISO 6948:1981, ISO 7841:1988 e ISO 7842:1988, amalgamando assim Metodos para determinacao de perda de vapor e Metodos para determinacao de capacidade de descarga de armadilhas de vapor automaticas como anexos ao texto principal que sao Testes de producao e caracteristicas de desempenho para armadilhas de vapor automaticas).