Manual sobre Condensados
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Energia a pensar no futuro
GESTRA
Manual sobre Condensados
Manual sobre Condensados GESTRA
Prefácio A publicação da 14.ª edição do Manual sobre Condensados deixa
patente a grande importância e actualidade dos temas tratados.
O manual foi revisto, actualizado com novos desenvolvimentos e adaptado para reflectir a nossa gama actual de produtos
Este manual reflecte a longa experiência na área dos sistemas de vapor
e condensados. Consequentemente, o manual prende-se sobretudo
com temas como a escolha do purgador de condensados certo para as
diferentes aplicações e soluções para problemas de drenagem de condensado encontrados em equipamentos a vapor comuns,
sendo complementado com instruções de montagem e esquemas de
ligações. As tabelas e diagramas de instalação das tubagens e aparelhos contêm indicações para a configuração e funcionamento optimizados do sistema de vapor/condensados.
Naturalmente, não é possível responder a todas as perguntas através
deste manual, por isso em caso de dúvidas, entre directamente em contacto com a GESTRA em Bremen.
1.ª edição de 2011
Página
Índice
Abreviaturas
4
1. Purgadores de condensados 9
2. Princípios básicos de descarga do condensado
(com exemplos)
27
3. Escolha do purgador
40
4. Os permutadores de calor mais comuns – exemplos de aplicação
(Escolher o purgador de condensados mais adequado)
43
5. Controlo dos purgadores de condensados
83
6. Aproveitamento do calor do condensado
91
7. Purga de ar de permutadores de calor
94
8. Sistemas de retorno do condensado
95
9. Drenagem de sistemas de ar comprimido
99
10. Determinação do tamanho das condutas de condensado
107
11. Determinação do tamanho de condutas de vapor
117
12. Determinação do caudal de condensado
118
13. Regulação da pressão e da temperatura
125
14. Utilização vantajosa de válvulas anti-retorno
133
15. Válvulas de retenção
137
16. Diagramas de selecção de purgadores de condensados GESTRA
141
17. Válvulas para fins especiais
155
Símbolos gráficos para centrais térmicas
161
Símbolos e abreviaturas internacionais
165
Designações dos materiais
166
Índice remissivo
168
Abreviaturas
No presente manual são utilizadas as seguintes abreviaturas correspondentes aos aparelhos
GESTRA:
AK
Válvula de drenagem automática para drenagem durante o arranque GESTRA
BK
Purgador automático Duo BK GESTRA
Purgador de condensados térmico/termodinâmico com regulador de aço
bimetálico
MK
Purgador automático Flexotherm MK GESTRA. Purgador de condensados
térmico com cápsula de regulação simples
DK
Purgador termodinâmico
UNA Duplex Purgador de condensados de bóia UNA com termóstato para purga de ar
automática GESTRA
UNA Simplex Purgador de condensados de bóia UNA sem termóstato GESTRA
GK
Super-purgador automático GK GESTRA. Purgador de condensados
termodinâmico com bocal variável
RK
Válvula anti-retorno DISCO com flange intermédia GESTRA
TK
Super-purgador automático Duo TK GESTRA. Purgador de condensados
térmico com controlo piloto termostático por cápsula de regulação simples
TD
Secador mecânico de vapor GESTRA
TP
Secador/purificador mecânico de ar comprimido e gases GESTRA
UBK
Purgador automático UBK GESTRA. Purgador de condensados térmico
para evacuação do condensado sem expansão do vapor
UNA 2
Purgador de bóia UNA 23/25/26/27 GESTRA
4
UNA 1
Purgador de bóia UNA 14/16 GESTRA
VK
GESTRA Vaposkop. Visor de controlo do caudal
VKP
GESTRA VAPOPHONE: Detector ultra-sónico para monitorização de purgadores de condensados em relação a fugas de vapor vivo
VKP-Ex
GESTRA VAPOPHONE: Detector ultra-sónico para monitorização de purgadores de condensados em relação a fugas de vapor vivo (protecção antideflagrante)
VKE
Equipamento de teste para purgador de condensados GESTRA
ZK
Válvula de regulação com bocal variável radial GESTRA
Cápsula H
Cápsula de regulação simples para temperaturas de abertura 5 K abaixo da
temperatura do vapor saturado GESTRA
Cápsula N
Cápsula de regulação simples para temperaturas de abertura 10 K abaixo
da temperatura do vapor saturado GESTRA
Cápsula U
Cápsula de regulação simples para temperaturas de abertura 30 K abaixo
da temperatura do vapor saturado GESTRA
5
1. Página
Purgadores de condensados
1.1. Critérios de avaliação
1.2. Os diferentes sistemas de purgadores de vapor da GESTRA
12
1.2.1. Purgadores de vapor térmicos/termodinâmicos com
reguladores de aço Duo, série BK
12
1.2.2. Purgadores de condensados térmicos com cápsula de
regulação simples, série MK
14
A Rhombusline é mais do que apenas uma nova
família de purgadores GESTRA
16
1.2.4. Purgadores de condensados térmicos para caudais
de condensado muito elevado, série TK
17
1.2.5.
Purgadores de condensados térmicos para evacuação
do condensado sem pós-evaporação, série UBK
17
1.2.6.
Purgadores de bóia da série UNA
18
1.2.7. Purgadores de condensados termodinâmicos tipo DK
19
1.2.8. Purgadores de condensados termodinâmico com bocal
variável, série GK, e com bocal variável radial, série ZK
20
1.2.9.
Novos sistemas de drenagem para utilização em centrais
eléctricas
21
1.2.3. 9
1. Purgador de condensados
1.1. Critérios de avaliação.
Não existe um purgador de condensados que seja adequado para todos os
casos de aplicação. A solução ideal varia conforme a aplicação.
Entre outros, deve considerar-se os seguintes critérios de selecção para encontrar o purgador tecnicamente mais adequado:
- As respectivas características de regulação e capacidade de caudal, dependendo da aplicação como unidade simples (por ex., utilização com grandes intervalos
de pressão, grandes variações da pressão, grandes caudais, grandes variações
do caudal) ou conjuntamente (por ex., grandes variações do caudal e da pressão).
- A respectiva capacidade de se purgar a si mesmo e à instalação.
- As possibilidades de instalação e manutenção.
- A respectiva vida útil e adequação para a contrapressão, etc. (Fig. 1).
Os critérios de apreciação técnicos mais importantes e a respectiva avaliação
dos tipos de purgadores de vapor fabricados pela GESTRA estão resumidos na
figura 2.
Características do purgador de condensados
Requisitos básicos
Descarga do condensado sem perda de vapor vivo
Purga de ar automática
Requisitos adicionais
Não prejudicar o processo de aquecimento, não causar acumulação
Aproveitamento do calor do condensado por acumulação
Aplicação universal
- Grande intervalo de pressões
- Grande intervalo de contrapressões
- Grande intervalo de caudais
- Capacidade para suportar grandes
variações do caudal e da pressão
- Para instalações reguladas
Baixo esforço
- Fácil instalação
- Manutenção mínima
- Resistente à corrosão
- Insensível à sujidade
- Resistente ao congelamento
- Resistente a golpes de aríete
- Longa vida útil
- Poucas variantes
Fig. 1
9
Purgadores automáticos
MK
(com cápsula
normal)
MK «U»
(com cápsula
de subarrefecimento)
Purgadores
automáticos Duo
Super-purgadores
automáticos Duo
Purgadores de condensados
de bóia
BK
TK
UNA, UNA ESPECIAL
Duplex
Condutas de vapor saturado
Distribuidores de vapor
Simplex
Condutas de vapor quente
Aquecedores de ar, regulados no lado do vapor (sistemas de ar condicionado)
Humidificadores de ar
Caldeiras, reguladas
Pré-aquecedores tubulares, regulados
Banhos, regulados
Autoclaves
Secadores de tapete
Mesas aquecedoras, placas de secagem
Prensas de vários andares (placas ligadas em paralelo)
Calandras a vapor
Cilindros de secagem com concha
Banhos com serpentinas de aquecimento (inclinação permanente)
Tambores de vulcanização
Máquinas de limpeza a seco
Fitas de aquecimento isoladas
Pré-aquecedores tubulares, não regulados
Caldeiras de cozedura com serpentinas de aquecimento
Caldeiras de cozedura com camisa de vapor
Caldeiras de fabrico de cerveja de capacidade média
Duplex
Duplex
Duplex
Destiladores, com aquecimento indirecto
Prensas de vários andares (placas ligadas em série)
Prensas de pneus
Prensas de engomar
Manequins a vapor
Banhos com serpentinas de aquecimento
Princípio de aquecedor de imersão
Regulador U
Radiadores de vapor
Aquecedores de ar, regulados do lado do ar
Condutas de vapor quente (formação de condensado só aquando do arranque)
Fitas de aquecimento de tubagens
Fitas de aquecimento de instrumentos
Aquecimento de tanques
Caldeiras de cozedura, inclináveis (sifão)
Secadores de vapor
Aparelhos em contracorrente, regulados
Duplex
Digestores industriais
Caldeiras de fabrico de cerveja de grande capacidade
Evaporadores de grande capacidade
Duplex
Drenagem de sistemas de ar comprimido
Destilados e derivados químicos
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Fig. 2
10
Bóia
Bóia
Bóia
Bóia
Bóia
MK
–
–
–
–
–
com by-pass
Duplex/MK/BK
Simplex/BK
Duplex/MK
Duplex/MK
Duplex/MK
  7.
  8.
  9.
10.
11.
12.
MK «U»/BK «Regulador U» (subarrefecimento)
Bóia – Duplex com by-pass/MK
Bóia – Duplex
Bóia – Duplex/TK
Bóia – tipo «P»
Bóia – Simplex
Tabela de selecção de purgadores de condensado.
tipo «P»
Simplex
Critérios importantes para a avaliação
1.1.1. Um purgador pesado e grande precisa de bases ou suportes, cujo custo
de execução pode ser igual ou superior ao preço de aquisição do purgador; adicionalmente as perdas de calor por radiação podem ser grandes.
P (bar g)
1.1.2. Um permutador de calor com ventilação deficiente e drenagem incompleta demora muito tempo a aquecer, o que pode provocar custos de produção mais elevados ou aquecimento irregular do produto, prolongando
os tempos de aquecimento necessários (custos de produção mais altos)
ou conduzindo a rejeição dos produtos por defeito (aumento da taxa de
rejeição) (Fig. 3).
Percentagem de ar no vapor
Pressão de serviço
Pressão parcial do vapor
Temperatura do
vapor com um teor de
ar de 20%
Temperatura do
vapor saturado
t (°C)
Fig. 3
Pressão parcial do vapor e respectiva temperatura do vapor saturado em
função da pressão de várias percentagens de ar no vapor.
1.1.3. Alguns tipos de purgadores de vapor perdem inerentemente vapor,
mesmo quando novos. O custo das perdas energéticas pode ultrapassar,
em poucos meses de operação, o preço de aquisição do purgador de
vapor. Todos os purgadores de vapor que funcionam de acordo com o
princípio termodinâmico (por ex., purgadores termodinâmicos com disco
de fecho) e os purgadores de condensados com copo invertido sofrem
deste problema, registando uma certa perda de vapor.
11
1.1.4. O aproveitamento do calor do condensado num aquecedor com a ajuda
do purgador de condensados pode ajudar a obter poupanças energéticas
consideráveis (subarrefecimento).
1.1.5. O congelamento dos purgadores e das condutas de condensado em
instalações ao ar livre pode conduzir a sérios problemas de produção.
1.1.6. A longo prazo, a utilização de um purgador de vapor barato e não reparável irá implicar maiores custos e perda de tempo do que um purgador
mais caro que pode ser desmontado e reparado.
1.1.7. A utilização de um número reduzido de purgadores de vapor com aplicação o mais universal possível reduz os custos, graças a uma manutenção
de inventário simplificada e uma reparação mais rápida por pessoal de
manutenção mais familiarizado com os purgadores.
1.2. Os diferentes sistemas de purgadores de vapor GESTRA
foram desenvolvidos para satisfazer as necessidades e expectativas especiais
dos exploradores das instalações, tendo em conta requisitos técnicos e considerações de ordem económica.
1.2.1. Purgadores de vapor térmicos/termodinâmicos com reguladores de
aço Duo, série BK (Fig. 4).
Fig. 4
Purgador automático Duo BK GESTRA.
12
O elemento de regulação controla a saída de condensado em função da
pressão e da temperatura, abrindo na presença de um ligeiro subarrefeci­
mento do condensado e fechando imediatamente antes de a temperatura
do vapor saturado ser atingida.
O efeito de alta elevação (um processo termodinâmico) provoca a abertura instantânea do purgador e uma maior capacidade de água quente
(Fig. 5).
A temperatura de descarga do condensado pode ser alterada através da
utilização de um regulador ajustado para subarrefecimento. Um aumento
do subarrefecimento do condensado, caso seja possível, conduzirá a
poupanças energéticas em termos de aquecimento, enquanto que um
menor subarrefecimento pode conduzir, em determinadas condições, a
um aquecimento mais rápido e mais uniforme.
Pressão a montante = 8 bar g
Pressão a montante = 0 bar g
Caudal de condensado Q (%)
Diagrama ∆t-Q
ts (174,5 °C)
Temperatura de saturação
Fig. 5
tk (20 °C)
Condensado frio
∆t (K)
Subarrefecimento do condensado
Curvas de abertura de diversos purgadores.
Curva 1 – UNA Curva 3 – BK 45, de aço Duo
Curva 2 – MK Curva 4 – Bi-metálico
Características técnicas especiais da série BK:
- Regulador resistente a golpes de aríete, condensado agressivo e congelamento, sistematicamente comprovado na prática.
- Agulha do bico com válvula anti-retorno.
- Purga de ar automática da instalação.
- Disponível para todas as pressões e temperaturas. Purgador com longa
vida útil.
Ter em atenção:
O subarrefecimento do condensado necessário para a abertura aumenta
à medida que a contrapressão aumenta.
13
1.2.2. Purgadores de condensados térmicos com cápsula de regulação simples,
série MK (Fig. 6).
Fig. 6
Purgador automático
MK 45-1 GESTRA.
A cápsula de regulação simples, que é um termóstato de evaporação, controla a descarga do condensado em função da temperatura. A curva característica de controlo tem uma evolução quase igual à da curva do vapor saturado.
A precisão de regulação deste purgador de condensados térmico é inigualável (Fig. 5). A sensibilidade de resposta invulgarmente alta e a reacção imediata a qualquer alteração da temperatura, torna este tipo de purgador especialmente adequado para permutadores de calor, pois a acumulação de
vapor é mínima, não prejudicando o processo de aquecimento (por ex., em
prensas de vulcanização, prensas de engomar, equipamentos de laboratório).
A cápsula de regulação está disponível em duas versões:
- Cápsula de regulação «N» para descarga do condensado sem acumulação. Temperatura de abertura aprox. 10 K abaixo da temperatura do vapor
saturado.
- Cápsula de regulação «U» (subarrefecimento) para poupança energética
adicional (aproveitamento do calor do condensado através de acumulação
na superfície de aquecimento, redução do vapor de expansão). Temperatura de abertura aprox. 30 K abaixo da temperatura do vapor saturado.
Fig. 6a Modo de actuação da cápsula de regulação simples com sede plana.
14
2
1
Instalação em funcionamento
Sede de vedação 1 fechada
(Regulador move-se para a posição de fecho)
2
1
Purgador fechado
Ambas as sedes de vedação fechadas
Fig. 6b Modo de actuação da cápsula de regulação simples com fecho tandem
O perno esférico autocentrante garante o fecho de modo estanque ao vapor.
Com o aumento da temperatura, a junta plana a jusante fecha também, ­oferecendo
uma garantia adicional de estanqueidade, mesmo na presença de partículas de
­sujidade. A dupla supressão de pressão reduz o desgaste e aumenta a vida útil.
Modo de actuação da cápsula de regulação simples
Abertura: A cápsula possui um fole contendo um fluido líquido de controlo, cuja temperatura de evaporação é ligeiramente inferior à da água. Com
a instalação parada ou na presença de condensado frio, o fluido de controlo encontra-se totalmente condensado devido à temperatura ambiente
baixa. A pressão interna na cápsula é inferior à pressão ambiente (pressão de serviço), o que faz com que o fole com a válvula seja empurrado
na direcção de abertura.
Fecho: Quando a temperatura do condensado aumenta, o fluido de controlo começa a evaporar. A pressão na cápsula aumenta. O fole com a
válvula é empurrado na direcção de fecho e pouco antes de o condensado atingir a temperatura de saturação, o purgador é totalmente fechado.
Características técnicas especiais:
- A contrapressão não influencia o funcionamento. A cápsula de regulação simples é resistente à corrosão e praticamente insensível a golpes
de aríete.
- O reajuste da cápsula de regulação não é possível (nem necessário),
prevenindo perdas de vapor resultantes de manuseamento indevido.
- Purga de ar automática.
- Purgador térmico com controlo perfeito.
- Para pequenos caudais de condensado recomenda-se a cápsula de
regulação com fecho tandem (junta de vedação dupla).
- Para caudais de condensado maiores, deve utilizar-se a cápsula «H»
para uma descarga praticamente sem acumulação (temperatura de
abertura média 5 K abaixo da respectiva temperatura de saturação do
condensado).
Para este fim, estão disponíveis vários reguladores com sede plana:
Em função do caudal de condensado com 1, 2, 3, 4 ou 9 cápsulas de
sede plana.
15
1.2.3. A RHOMBUSline é mais do que apenas uma nova família de purgadores
GESTRA.
A vasta experiência com os purgadores BK 15, extensivamente comprovados
na prática, permitiu optimizar os reguladores da nova RHOMBUSline. Uma
placa de aço Duo patenteada no regulador do BK 45, constituída por uma pilha
de placas, reage muito mais depressa do que o modelo anterior a alterações
dos parâmetros do vapor e das condutas de condensado.
Vantagens dos purgadores RHOMBUSline:
1. O novo regulador reage mais rapidamente a alterações a nível do factor de
influência vapor/condensado (BK 45).
2. A forma do corpo dos purgadores RHOMBUSline permite a utilização de
parafusos de união de flange normalizados, tanto no lado do corpo do purgador como no lado da contra-flange.
3. Deixa de ser necessário substituir a junta de vedação entre a tampa e o
corpo, sempre que a tampa é retirada do purgador.
4. A montagem da tampa do purgador é feita com apenas dois parafusos (em
vez de quatro).
5. O colector de impurezas em Y (com maior superfície filtrante para separação
de impurezas) facilita a limpeza do filtro de rede.
6. A vedação utilizada no regulador (casquilho de base montado à pressão no
corpo) evita a ocorrência de fugas internas.
7. Após a primeira colocação em serviço já não é necessário o reaperto dos
parafusos.
8. O comprimento de montagem está em conformidade com as normas
aplicáveis.
9. Simplificação da manutenção dos purgadores.
MK 45
AK 45
BK 45
Fig. 7a Purgadores RHOMBUSline.
16
1.2.4. Purgadores de condensados térmicos para caudais de condensado
muito elevado, série TK (Fig. 7b).
Fig. 7b Super-purgador automático Duo GESTRA TK 23/24 DN 50.
O elemento de regulação é constituído por um controlo piloto termostático com cápsula de regulação simples e uma válvula principal. As características de regulação são muito semelhantes às da série MK, em que a
válvula é directamente actuada pela cápsula de regulação.
Características técnicas especiais:
- Facilidade de instalação, apesar do grande caudal. Comprimento de
montagem em conformidade com as normas DIN relativas a válvulas,
baixo peso, instalação em qualquer posição.
- Purga de ar automática da instalação, insensível à sujidade e condensado agressivo.
1.2.5. Purgador de condensados térmico para evacuação do condensado sem
expansão do vapor, série UBK.
Trata-se de uma versão especial da série BK (Fig. 5). Com os ajustes de
fábrica, a temperatura de descarga do condensado é <100 °C (até 20 bar
ou <116 °C até 32 bar).
Esta série é adequada para aplicações em que a acumulação de condensado
necessária para emanação de calor não prejudica o processo de aquecimento.
Um caso de utilização típico é a drenagem de fitas de aquecimento de tubagens, em que o condensado é descarregado para a atmosfera, outro exemplo
é a drenagem de fitas de aquecimento de instrumentos, onde é desejável uma
redução da potência de aquecimento através de subarrefecimento.
Este tipo de purgador permite, sem qualquer esforço adicional, poupanças
significativas a nível do vapor, bem como a redução da poluição ambiental,
pois evita-se a geração de vapor de expansão e aproveita-se o calor do
condensado.
17
1.2.6. Purgadores de bóia da série UNA.
Fig. 8a Purgadores de bóia UNA 23/25/26 GESTRA.
18
A saída de condensado é controlada directamente por uma válvula de
fecho com bóia em função do caudal de condensado gerado. A descarga
do condensado é imediata. O funcionamento do purgador não é afectado
pela temperatura do condensado, contrapressão e eventuais variações
da pressão (Fig. 5).
As versões UNA 2 «Duplex» (purga de ar térmica) realizam a purga automática da instalação. Em virtude do seu princípio de funcionamento, esta
série é adequada para todas as aplicações, sendo ideal para instalações
reguladas do lado do vapor: processos de aquecimento com variações
do caudal e da pressão muito grandes e pressões muito baixas até ao
vácuo e drenagem de secadores de vapor. Com vapor relativamente
húmido, é necessário, entre outros, realizar a drenagem de distribuidores
de vapor com purgadores de bóia.
Os purgadores de bóia são adequados para utilização como sistema
único para a descarga de condensado frio (p. ex., de sistemas de ar comprimido), destilados e outros produtos químicos, cujas curvas de vapor
saturado diferem das da água. Também podem ser utilizados em câmaras de expansão ou sistemas de regulação de descargas para manutenção de um nível de condensado específico (versão Simplex).
Características técnicas especiais:
- Sem acumulação de condensado.
- Funcionamento não afectado pela contrapressão.
- Purga de ar automática da instalação (versões Duplex).
- Relativamente pequeno para um purgador de bóia.
- Modelos para montagem vertical e horizontal.
- Os purgadores UNA 2 V com comando Duplex para montagem vertical
são resistentes ao congelamento.
1.2.7. Purgador de condensados termodinâmico tipo DK.
Os purgadores termodinâmicos têm um design simples e um pequeno
tamanho. Adicionalmente, são resistentes a golpes de aríete e congelamento. Durante o funcionamento, estes purgadores precisam de uma
pequena quantidade de vapor para fins de controlo.
Os purgadores termodinâmicos são feitos de aço inoxidável resistente e
estão disponíveis nas seguintes versões:
DK 57 L - para pequenos caudais de condensado
DK 57 H - para grandes caudais de condensado
DK 47 L - como acima, adicionalmente dispõe de um colector de impurezas
DK 47 H - como acima, adicionalmente dispõe de um colector de impurezas
Outros dados:
PN63, DN10/15/20/25 mm
Ligação roscada
3/8", 1/2", 3/4", 1" BSP ou NPT
Fig. 8b Purgadores termodinâmicos DK 47.
19
1.2.8. Purgador de condensados termodinâmico com bocal variável, série
GK, e com bocal variável radial, série ZK.
Fig. 9
Válvula de regulação com bocal variável radial ZK 29 GESTRA.
20
O estado do condensado prevalecente no sistema de bocais variáveis (frio
– apenas condensado, quente – condensado + vapor de expansão, em
ebulição – condensado mínimo + vapor de expansão máximo) controla o
caudal de condensado sem alterar a secção transversal. Por isso, os
purgadores podem ser utilizados sem qualquer reajuste mecânico,
mesmo que as condições de funcionamento variem um pouco, sendo
suficiente um único ajuste para adaptação ao estado de funcionamento.
Graças às suas excelentes características de controlo e elevada resistência ao desgaste, as válvulas ZK são ideais como actuador de baixo ruído
comprovado para circuitos de regulação com elevados gradientes de
pressão, p. ex., para regulação da injecção, regulação das quantidades
mínimas, regulação do nível.
Os purgadores de bocais variáveis não regulados GK são preferencialmente utilizados para a descarga de caudais de condensado muito elevados com uma carga de condensado relativamente constante (p. ex.,
evaporadores, aquecimento de tanques, cilindros de secagem).
Características técnicas especiais:
- Caudal especialmente grande, baixo peso e pequeno tamanho.
- Estrutura simples e fiável.
- Elevada resistência ao desgaste.
- Insensível à sujidade.
1.2.9. Sistemas de drenagem para utilização em centrais eléctricas.
Em centrais eléctricas modernas, as exigências colocadas às válvulas de
drenagem do tipo ZK estão a aumentar, paralelamente à eficiência. Estas
válvulas distinguem-se pela elevada resistência ao desgaste, fecho
estanque e baixos custos de manutenção, contribuindo significativamente para o funcionamento económico de uma central eléctrica. Além disso,
novos sensores capacitivos são capazes de detectar condensado de
baixa condutividade, independentemente da pressão e da temperatura.
Isto permite actualmente realizar drenagens dependentes do nível (controladas) em locais onde anteriormente as temperaturas tornavam isto
impossível. Os componentes das instalações podem ser protegidos contra danos causados por quantidades de condensado não detectadas. O
equipamento de drenagem controlado só é aberto quando existe efectivamente condensado. Na presença de vapor muito quente, as válvulas
são fechadas, impedindo perdas de vapor e uma maior segurança operacional.
Por exemplo, antes de a turbina de vapor de uma central eléctrica poder
se colocada em funcionamento, as tubagens condutoras de vapor têm de
ser libertadas do condensado e aquecidas até à sua temperatura de
arranque. A figura 10 a apresenta um exemplo de drenagem de um sistema de turbinas de uma central eléctrica convencional. Adicionalmente é
realizado o aquecimento direccionado da tubagem de vapor vivo através
de uma válvula de aquecimento separada.
Os pontos de drenagem identificados com o símbolo de purgador de
condensados têm dois purgadores independentes um do outro. A válvula
de drenagem ZK é utilizada para a saída de condensado durante o arranque e um eventual aquecimento, que possa ser necessário. Esta válvula
é fechada de forma temporizada ou quando é atingida uma determinada
temperatura na parte relevante da instalação. A abertura é realizada o
mais tardar quando bloco da central eléctrica é desligado. Paralelamente
a este procedimento, também é possível realizar uma drenagem controlada recorrendo a sensores de nível.
Devido a perdas de calor na conduta de drenagem são produzidas
pequenas quantidades de condensado, as quais são descarregadas através do purgador de condensados térmico. Esta drenagem contínua é
necessária para impedir a subida do condensado nas condutas de drenagem, que por vezes são bastante compridas (Fig. 10b).
21
BK 212
ZK 313
Válvula de
aquecimento
Turbina de alta pressão
Turbina de baixa pressão
ZK 313
KZ
KZ
Equipamento de drenagem
1) Drenagem contínua
das tomas
2) Drenagem durante
o arranque
BK 212
BK 29
BK 29
ZK 313
ZK 29
Válvula de fecho
Purgador
automático
tipo BK
Válvula de drenagem ZK
Fig. 10a Pontos de drenagem num sistema de turbinas.
22
BK 45
ZK 29
Fig. 10b Drenagem de uma conduta de vapor quente sob alta pressão.
23
NRG 211
NRG 211
Sinal de comando
Alarme, erro
Sinal de comando
Sinal de comando
Alarme, erro
Válvula de regulação ZK
NRS 2-4
(2x)
URN 2
Purgador de condensados BK (by-pass)
Conduta
de
vapor
NRS 2-4
(2x)
2. Página
Princípios básicos de descarga do condensado
com exemplos
2.1. – 2.6. Generalidades
27
2.7.
Drenagem individual
29
2.8.
Acumulação de condensado (vantagens e desvantagens)
31
2.9.
Medidas para evitar golpes de aríete
32
2.10.
Purga de ar
38
3. Escolha do purgador
(Para escolha do tamanho do purgador, ver ponto 12.2).
40
2. Princípios básicos de descarga do condensado com exemplos
2.1. O condensado tem de poder sair livremente do permutador de calor
(Fig. 11).
Fig. 11
2.2. O purgador de condensados precisa de um gradiente de pressão mínimo
(pressão diferencial) (Fig. 12).
pD
∆p = pD – pG [bar]
pG
Fig. 12
2.3. Se o condensado for conduzido para cima depois do purgador, a pressão
diferencial diminui cerca de 1 bar por cada 7 m de altura de elevação (Fig. 13).
pG
pD
7 m = 1 bar
Fig. 13
∆p = pD – pG + 1) [bar]
Compensador
27
2.4. Se condensado tiver de ser conduzido para cima antes do purgador, é necessário tomar medidas especiais (Fig. 14).
mau
melhor
óptimo
Fig. 14 Utilização de um compensador do tipo ED.
2.5. A conduta à frente do purgador de condensados tem de ser dimensionada de
forma a não existir uma contrapressão excessiva (causada pelo vapor de
expansão) (Fig. 15).
Vapor de expansão
Fig. 15
2.6. O condensado deve ser o mais possível recolhido e reutilizado (Fig. 16).
Recolha do vapor de expansão
Tubo de equilíbrio
Vapor de expansão
perde-se
mau
UNA 2
Fig. 16
28
Câmara de expansão
(recipiente fechado)
Colector aberto
2.7. Cada permutador de calor ou unidade de aquecimento tem de ser drenado
individualmente.
2.7.1. Drenagem de cada permutador de calor individualmente (drenagem
individual) (Fig. 17).
2 bar
1,8 bar
0 bar
0 bar
Fig. 17 A drenagem individual garante uma descarga do condensado sem acumulações. É possível realizar a regulação do lado do vapor. Evitam-se refluxos
do condensado e golpes de aríete nas superfícies de aquecimento. A válvula anti-retorno DISCO RK instalada adicionalmente impede que o condensado retorne do colector na presença de um forte estrangulamento ou
corte da entrada de vapor. O vaposcópio montado a jusante das superfícies de aquecimento permite o controlo visual. A acumulação de condensado é detectada de forma fiável.
2.7.2. Drenagem de vários permutadores de calor ligados em paralelo com
um único purgador (drenagem colectiva = um único depósito de condensado em vez de vários mais pequenos) (Fig. 18).
2 bar
1,8 bar
2 bar
1,8 bar
Válvula anti-retorno DISCO RK
Purgador de condensados
Fig. 18 A drenagem colectiva deve ser evitada. A descida de pressão na conduta
de vapor causa pressões variáveis. Isto faz com que os permutadores de
calor sejam curto-circuitados do lado do condensado. Isto, por sua vez,
provoca uma acumulação de condensado e golpes de aríete.
29
2.7.3. Drenagem de vários permutadores de calor ligados em série
(p. ex., drenagem de prensas de vários andares) (Fig. 19).
2 bar
1,8 bar
Fig. 19 Ligação sequencial - ligação em série.
Especialmente adequada para pequenos permutadores de calor do
mesmo tipo (por exemplo, placas de aquecimento de pequenas prensas de
vários andares). Uma condição essencial é a existência de uma inclinação
contínua até ao purgador de condensados. Para obter temperaturas superficiais absolutamente idênticas nas superfícies de aquecimento, não pode
ocorrer qualquer acumulação de condensado no espaço do vapor. Em
muitos casos, isto só pode ser evitado através de uma certa fuga de vapor
do purgador (BK regulado em conformidade). Como, neste caso, ocorrem
perdas de vapor, a drenagem individual pode ser a solução mais económica, mesmo para permutadores de calor muito pequenos.
30
2.8. Acumulação de condensado (vantagens e desvantagens).
2.8.1. A acumulação de condensado na superfície de aquecimento reduz a
potência de aquecimento (Fig. 20).
Vapor quente
Condensado
Q =
k =
A =
∆δm =
Condensação em
película
Vapor saturado
potência de aquecimento
coeficiente de transferência térmica
superfície de aquecimento
temperatura diferencial média
entre vector térmico e produto
Vapor sobreaquecido
Redução do
Calor de
sobreaquecimento condensação
Subarrefecimento
Fig. 20 Aquecimento com vapor quente e acumulação de condensado.
Troca de calor e padrão da temperatura num gerador de água quente aquecido a vapor (permutador de calor em contracorrente)
Exemplo: A superfície de aquecimento é aquecida, à vez, com vapor quente,
vapor saturado e condensado; o fluido a ser aquecido é água. Isto resulta nos
seguintes valores de transmitância térmica:
Para o vapor quente
k 92 W/m2K (335 kJ/m2hK)
Para o vapor saturado k 1160 W/m2K (4187 kJ/m2hK)
Para o condensado
k 400 W/m2K (1465 kJ/m2hK)
A potência de aquecimento com vapor saturado é cerca de 12 vezes superior
do que com vapor quente e cerca de 4 vezes superior do que com condensado.
2.8.2. A acumulação de condensado na superfície de aquecimento permite
um aproveitamento adicional do calor. No entanto, há que ter em atenção que a acumulação de condensado na superfície de aquecimento
pode provocar golpes de aríete.
31
2.9. Medidas para evitar golpes de aríete.
2.9.1. Superfícies de aquecimento livres de condensado através de instalação correcta (Fig. 21, 22 e 23).
a) Em instalações desligadas dá-se a geração de vácuo quando o resto do
vapor condensa. Isto pode fazer com que o condensado seja novamente
aspirado para a superfície de aquecimento ou não seja totalmente evacuado da superfície de aquecimento. Quando a instalação é reiniciada, o
vapor flúi acima do nível da água, condensa subitamente e provoca golpes
de aríete.
Quebra-vácuo
b) A montagem de uma válvula anti-retorno DISCO como quebra-vácuo
impede a formação de vácuo. O condensado não pode ser aspirado de
volta e o condensado residual será escoado. Isto impede os golpes de
aríete. Se existir sobrepressão na conduta de condensado, recomenda-se
igualmente a montagem de uma válvula anti-retorno DISCO a jusante do
purgador.
Fig. 21 Golpes de aríete em permutadores de calor.
32
Permutador de calor
horizontal
Bolhas de vapor
Vapor flúi acima do
nível da água
Formação de bolhas de
vapor no condensado,
conduzindo a golpes
de aríete
Golpes de aríete
devido a acumulação
Purgador de condensados
de bóia
Fig. 22 Golpes de aríete em permutadores de calor
horizontais, regulados do lado do vapor.
Os golpes de aríete são evitados se o condensado for completamente descarregado da superfície de aquecimento em todas as fases de operação
(prevenção de acumulação de condensado). Os golpes de aríete podem
ocorrer se parte das serpentinas de aquecimento estiveram alagadas (acumulação de condensado). O condensado arrefece, o vapor flúi acima do nível
de condensado frio, o que provoca a formação de bolhas de vapor, que condensam repentinamente.
Possíveis causas de acumulação de condensado.
Purgadores inadequados (p. ex., porque a descarga de vapor não é instantânea ou não têm um tamanho adequado).
Purgadores não funcionais (p. ex., não abrem ou abrem apenas com um
subarrefecimento do condensado demasiado alto).
Pressão diferencial insuficiente para o purgador, por exemplo, devido a descida de pressão excessiva no permutador de calor em condições de baixa
carga (p. ex., contrapressão na conduta de condensado a jusante do purgador >1 bar a, pressão no permutador de calor com carga parcial <1 bar a).
Medidas para evitar golpes de aríete.
Utilizar exclusivamente purgadores de bóia UNA Duplex, pois realizam a
descarga instantânea do condensado sem acumulação.
Assegurar que o purgador é suficientemente grande, pois com condições de
baixa carga, a pressão a montante do purgador pode ser extremamente
baixa (podendo verificar-se, inclusive, vácuo!).
Neste caso, a jusante do purgador não pode existir sobrepressão (contrapressão, condutas a subir) e o condensado deve fluir para o purgador com
máxima inclinação possível.
Se for possível a formação de vácuo no permutador de calor, deve ser previsto um quebra-vácuo (válvula anti-retorno RK) na conduta de vapor a jusante do regulador.
33
2.9.2. Condutas de condensado "secas" (inclinação suficiente, sem formação
de bolsas de águas).
Condensado
Fig. 23 Formação indesejada de bolsas de água.
2.9.3. Condutas de vapor secas e distribuidores de vapor (extracção de vapor
pelos distribuidores ou tubagens sempre por cima; drenagem adequada,
se necessário com a instalação de um secador de vapor) (Fig. 23, 23a,
23b, 24, 30).
Instalar pontos de drenagem numa conduta de vapor pelo menos a cada
100 m e antes de cada secção ascendente da tubagem.
Extracção do
vapor
sempre
por cima
Válvula de purga
Fig. 23a Drenagem do distribuidor de vapor.
34
Purgador de condensados
Extracção de
vapor
Conduta de vapor
Válvula de purga
Purgador de condensados
Fig. 23b Drenagem do distribuidor de vapor.
D1 mm 50 65 80 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600
D2 mm 50 65 80 80 80 100 150 150 200 200 200 250 250 250
35
Conduta de vapor
a)
Conduta de vapor
b)
Válvula de purga
Purgador de condensados
Fig. 24 Golpes de aríete em condutas de vapor.
a) Sempre que a válvula de fecho é fechada, o vapor residual que fica na
conduta condensa. O condensado acumula-se na parte inferior da conduta e arrefece. Quando a válvula de fecho é reaberta, o fluxo de vapor entra
em contacto com o condensado frio. Isto provoca um golpe de aríete.
b) Se não for possível alterar o encaminhamento da conduta, esta deve ser
drenada, mesmo que seja relativamente curta.
2.9.4. Purgador de condensados de funcionamento contínuo.
Frequentemente, os purgadores térmicos realizam a descarga do condensado de forma intermitente e, por isso, só são recomendados para
pequenos caudais de condensado. É aconselhável drenar os permutadores de calor, especialmente aqueles que são regulados do lado do vapor,
através de purgadores de condensados de bóia do tipo UNA.
2.9.5. Reservatórios acumuladores e "chaminés de equilíbrio" se o condensado for conduzido para um nível mais elevado (Fig. 25).
a)
b)
Fig. 25 Golpes de aríete no caso de elevação do condensado.
a) Se o condensado tiver de ser elevado, podem ocorrer golpes de aríete.
b) A solução é instalar um compensador que descarrega o condensado de
forma pouco ruidosa e amortece eventuais golpes de aríete.
36
2.9.6. Planeamento e disposição adequados dos vários ramais de condensado e do colector (Fig. 26 e 27).
Colector de condensado
Reservatório
colector
a) O condensado do consumidor na extremidade arrefece fortemente a
caminho do reservatório colector. O condensado com o vapor de expansão dos consumidores mais perto mistura-se com este condensado mais
frio. O vapor de expansão condensa subitamente e provoca golpes de
aríete.
Colector de condensado
Reservatório
colector
b) Os golpes de aríete são evitados, se o condensado for conduzido separadamente para o reservatório colector. O condensado de consumidores
com diferentes pressões de serviço também deve ser conduzido para o
reservatório através de colectores separados.
Fig. 26 Golpes de aríete em condutas de condensado.
Vindo do permutador de calor
Conduta de condensado
Para o reservatório de condensado
Colector de condensado
Fig. 27 O condensado dos vários pontos de drenagem é conduzido para o colector no sentido do fluxo.
37
2.10.A presença de ar ou outros gases não condensantes reduz a potência de
aquecimento e provoca temperaturas superficiais irregulares. Com uma percentagem de ar de 10%, a potência de aquecimento desce aprox. 50% (desvantajoso em prensas, cilindros de secagem) (Fig. 3, 28).
ts
P
Percentagem de ar no vapor em volume
TemperaturaSobrepressão
do vapor sem mistura
saturado
do ar
°C
120,23
133,54
143,62
158,84
184,05
201,36
214,84
1%
3%
9%
12%
15%
1,27
2,41
3,52
5,82
11,50
17,20
22,87
1,35
2,53
3,71
6,06
11,94
17,82
23,70
Sobrepressão necessária
do vapor contendo ar
bar
bar
1
2
3
5
10
15
20
6%
1,02
2,03
3,04
5,06
10,11
15,16
20,21
1,06
2,09
3,12
5,18
10,34
15,48
20,65
1,13
2,19
3,25
5,38
10,70
16,02
21,34
1,20
2,32
3,40
5,60
11,09
16,58
22,07
Fig. 28
2.10.2.Para câmaras de aquecimento maiores são necessários purgadores de ar
separados (Fig. 29, 29a).
a)
Vapor de expansão
para o terceiro
nível
Purgador
de ar
Condensado
c) Colector
com inclinação
lateral para o exterior
Recipiente de água ou circuito
Purga de ar de evaporadores aquecidos com vapor de expansão.
38
Colector
p. ex., acima do
telhado
Vaposcópio
Vapor de
expansão
do primeiro nível
Fig. 29
b)
As câmaras de aquecimento pequenas e médias são adequadamente
purgadas através de um purgador de condensados com purga de ar
automática.
Purgador de ar Vapor
Purgador de ar
Vapor
a) Permutador de calor de feixe tubular
Purgador de ar
Vapor
Purgador
de ar
Vapor
b) Aparelhos com revestimento aquecido
Purgador de ar
Purgador de ar
Vapor
Vapor
c) Autoclaves
No caso de reservatórios maiores, são necessários dois ou mais purgadores
de ar.
Fig. 29a
39
3. Escolha do purgador
(Para dimensionamento do purgador, v. ponto 12.2).
A escolha do purgador de condensados deve ser feita de forma criteriosa, tendo em
conta o caso de utilização específico.
3.1. O purgador de condensados deve ser dimensionado de forma a conseguir realizar
a descarga adequada, sem problemas, do condensado mesmo nos momentos de
pico de fluxo. Se a instalação for operada com uma pressão variável (por ex.,
instalações reguladas), deve comparar-se as curvas características de rendimento
dos permutadores de calor e dos purgadores entre si. A curva de rendimento do
purgador tem de ser pelo menos igual à do permutador de calor às pressões de
serviço possíveis (p. ex., instalações reguladas) e, se possível, superior. Um purgador demasiado pequeno provoca acumulação de condensado, o que, por sua
vez, provoca golpes de aríete e redução da potência de aquecimento.
3.2. Por outro lado, o purgador não deve ser excessivamente grande, pois terá tendência a realizar um controlo excessivo e operação intermitente, provocando
igualmente golpes de aríete. Isto deve ser tido em atenção especialmente no
caso de purgadores termodinâmicos de disco e purgadores de condensados
com copo invertido.
3.3. O purgador de condensados deve possuir purga de ar automática, incluindo
durante a operação. A presença de ar na câmara de aquecimento faz com que
durante o arranque o tempo de aquecimento seja demasiado longo e durante a
operação normal reduz a potência de aquecimento (Fig. 28).
3.4. Normalmente, o purgador de condensados deve drenar o condensado rapidamente para impedir a acumulação de condensado na superfície de aquecimento.
3.5. O design dos purgadores de condensados (superfície de aquecimento suficientemente grande e configuração adequado do permutador de calor e tubagens
para evitar golpes de aríete) deve permitir a descarga do condensado com um
certo grau de subarrefecimento (gama GESTRA: BK com maior subarrefecimento, MK com cápsula U, UBK). O grau de subarrefecimento possível depende da
temperatura nominal do produto a ser aquecido.
40
4.
Página
Os permutadores de calor mais comuns –
Escolher o purgador de condensados mais adequado
4.1.
Condutas de vapor
43
4.1.1.
Secadores de vapor (separadores de água)
43
4.1.2.
Tubagens de vapor saturado (sem secador de vapor)
44
4.1.3.
Condutas de vapor quente
45
4.1.4.
Reguladores de pressão – ver 13.1.
125
4.1.5.
Reguladores de temperatura – ver 13.2.
128
4.2.
Distribuidores de vapor – ver 4.1.
43
4.3.
Radiadores de vapor, radiadores de tubos com aletas,
painéis radiantes, convectores para aquecimento ambiente
46
Aquecedores de ar
47
4.4.
4.4.1.
Aquecedores de ar, regulados do lado do ar
47
4.4.2.
Aquecedores de ar, regulados – ver 4.6.1.
49
4.5.
Serpentinas de aquecimento, unidades de aquecimento horizontais 48
4.6.
Sistema de ar condicionado
49
4.6.1.
Unidades de aquecimento (aquecedores de ar)
49
4.6.2.
Humidificadores de ar
50
4.7.
Caldeiras, reguladas
50
4.8.
Aparelhos em contracorrente, regulados
51
4.8.1.
Aparelhos em contracorrente horizontais 51
4.8.2.
Aparelhos em contracorrente verticais
52
4.8.3.
Aparelhos em contracorrente verticais
com aproveitamento do calor do condensado
52
4.9.
Pré-aquecedores tubulares
53
4.10.
Digestores
55
4.10.1.
Digestores industriais (p. ex., refinarias de açúcar,
indústria química, indústria da celulose)
Caldeiras de cozedura com serpentina de aquecimento
55
56
4.10.2.
4.10.3.
Caldeiras de cozedura com camisa de vapor
57
4.10.4.
Caldeiras de cozedura inclináveis
58
4.11.
Caldeiras de fabrico de cerveja (caldeiras de fermentação,
caldeiras para mosto)
59
Página
4.12. Evaporadores de grande capacidade
60
4.13.
Destiladores, com aquecimento indirecto
61
4.14.
Cilindros de secagem, rolos de secagem
62
63
4.15.
Banhos (p. ex., limpeza, decapagem)
4.15.1.
Serpentinas de aquecimento com inclinação uniforme
e descarga do condensado na base
63
4.15.2.
Banhos de ácido
64
4.16.
Secadores de tapete
65
4.17.
Mesas aquecedoras, placas de secagem
66
4.18.
Prensas de vários andares
67
4.18.1.
Prensas de vários andares, placas de aquecimento ligadas
em paralelo
67
Prensas de vários andares, placas de aquecimento ligadas
em série
68
4.19.
Prensas de pneus (prensas de vulcanização)
69
4.20.
Tambores de vulcanização
70
4.21.
Autoclaves
71
4.22.
Prensas de engomar, máquinas de engomar
72
4.23.
Manequins a vapor – ver 4.22.
73
4.24.
Calandras a vapor (máquinas de secar e passar)
74
4.25.
Máquinas de limpeza a seco
75
4.26.
Fitas de aquecimento de tubagens
76
4.27.
Fitas de aquecimento isoladas
77
4.28.
Fitas de aquecimento de instrumentos
78
4.29.
Aquecimento de tanques
79
4.18.2.
4. Os permutadores de calor mais comuns –
Escolher o purgador de condensados mais adequado.
4.1. Condutas de vapor.
4.1.1. Secadores de vapor (separadores de água) (Fig. 30).
Fig. 30 Secador de vapor GESTRA com um purgador de condensados UNA 2.
Na prática, o vapor não sobreaquecido (vapor saturado) contem sempre
uma maior ou menor percentagem de gotículas de água (vapor húmido),
que provoca a redução da capacidade de aquecimento (redução da
potência de aquecimento). Adicionalmente, uma percentagem de água
demasiado elevada podem provocar golpes de aríete na conduta de
vapor. De igual forma, um teor de humidade demasiado elevado também
é indesejável, por exemplo, em prensas de engomar, sistemas de ar condicionado, etc.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador:
O condensado que esteja perto da temperatura de saturação deve ser
descarregado imediatamente. Adicionalmente, o ar da conduta de vapor
deve ser automaticamente purgado pelo purgador.
É necessário utilizar um purgador de condensados de bóia.
43
Equipamento recomendado:
Purgadores de condensados de bóia Duplex UNA e secadores de vapor
GESTRA tipo TD.
Frequentemente, a drenagem normal das condutas com um purgador
não é suficiente. Nesses casos, é recomendável a montagem de um
secador de vapor (p. ex., se forem utilizados geradores de vapor rápidos
ou se o vapor for injectado no produto) com funcionamento centrífugo,
que separe as gotículas de água e as encaminhe para o purgador.
4.1.2. Condutas de vapor saturado (sem secador de vapor).
O purgador de condensados utilizado sozinho para drenar as tubagens só
consegue remover o condensado formado na base da conduta de vapor,
mas não as gotículas de água em suspensão no vapor. Para tal, é necessário um secador de vapor (ver ponto 4.1.1.). Durante o aquecimento da tubagem (arranque), é formada uma grande quantidade de condensado, fazendo
com que as baixas pressões prevalentes no sistema tenham um efeito ainda
mais agravante. Durante todo o tempo de serviço, são continuamente formadas pequenas quantidades de condensado, em função da qualidade de
isolamento da tubagem. Devem ser previstos pontos de drenagem, p. ex.,
em pontos baixos, no fim da tubagem, antes de troços ascendentes, no
distribuidor de vapor e em troços horizontais, a intervalos máximos de 100
m (Fig. 23 e 24).
Para uma drenagem eficaz do condensado das condutas de vapor, deve
ser prevista uma bolsa de água (p. ex., uma peça em T) (Fig. 23). No caso
de tubagens maiores e mais compridas, recomenda-se a instalação de
uma válvula de purga do tipo AK 45 para descarga da carga inicial grande
e para soprar a sujidade directamente para o exterior.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Atendendo às condições específicas verificadas, durante o arranque, o
purgador deve realizar a purga de ar da instalação e descarregar simultaneamente a quantidade de água relativamente grande a uma pressão
diferencial baixa sem grandes atrasos.
- Durante a operação deve ter-se em conta que pequenas quantidades
de condensado estão continuamente a ser formadas quase à temperatura de saturação.
- Durante períodos de paragem previstos, o purgador deve drenar a
tubagem e a si próprio, pelo menos em instalações exteriores, para
evitar o perigo de congelamento.
Equipamento recomendado:
- UNA Duplex para montagem vertical: com uma carga de condensado
menor no funcionamento contínuo, também são adequados os tipos
BK e MK com cápsula de regulação N. Se o purgador realizar, excepcionalmente, a drenagem para o exterior, o vapor de expansão formado pode incomodar. Se o purgador não estiver instalado perto da
conduta de vapor, mas alguns metros afastado, pode ser utilizado o
MK com cápsula U ou o BK com subarrefecimento = 30 - 40 K.
44
4.1.3. Condutas de vapor quente.
Normalmente, não há formação de condensado durante o funcionamento. As
perdas de calor através da tubagens, regra geral, só provocam uma redução
da temperatura de sobreaquecimento. Só se forma condensado aquando do
arranque da instalação e quando não existir extracção de vapor ou esta for
muito reduzida, ou seja, quando o caudal de vapor é muito baixo. A quantidade de vapor formada durante o funcionamento depende, assim, exclusivamente das perdas de calor da conduta de condensado até ao purgador.
Se puder partir-se do princípio que durante o funcionamento não será formado condensado na conduta de vapor (extracção de vapor constantemente alta), basta a drenagem durante o arranque em instalações em espaços
onde não haja o risco de congelamento. Em instalações no exterior que
corram o risco de congelamento, basta drenar o condensado formado na
conduta a uma temperatura que impeça o congelamento. Isto é particularmente importante no caso de drenagem para o exterior, pois a baixa temperatura de descarga reduz a formação de vapor de expansão indesejado
para níveis mínimos (Fig. 31).
A quantidade de condensado formado e, consequentemente, a formação
de vapor de expansão são tanto menores quanto mais curta for a conduta
de condensado a montante da purgador. Por isso, o purgador deve ser
instalado o mais perto possível da conduta de vapor, com a conduta de
condensado e o purgador devidamente isolados.
Conduta de
vapor quente
Válvula de arranque
AK 45
Purgador automático
UNA/BK
Descarga para o
exterior
Fig. 31
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Caudal elevado durante o arranque (caudal de água fria) com pressões relativamente baixas e uma boa capacidade de purga de ar, fecho o mais possível estanque ao vapor e, se necessário, descarga do condensado com um
subarrefecimento superior e simultaneamente um caudal de água fria maior.
Equipamento recomendado:
- Se durante o funcionamento ocorrer a formação de condensado na conduta de vapor, mesmo que apenas por períodos curtos, escolher o tipo
UNA ou BK com ajustes de fábrica.
- Se a formação de condensado só ocorrer durante o arranque, usar o tipo
BK, ajustado para subarrefecimento. Com uma carga de condensado
relativamente grande e pressões muito baixas durante o arranque, é
recomendável usar a válvula de drenagem de arranque GESTRA do
tipo AK. Esta permanece aberta até ser atingida uma pressão diferen45
cial pré-definida e quando é atingida a pressão diferencial nominal
fecha. A drenagem e purga de ar restantes são realizadas pelo purgador de condensados normal.
- Em instalações no exterior que corram o risco de congelamento, a
conduta de condensado deve ser drenada directamente a montante do
AK e, adicionalmente, o AK e a conduta de condensado a montante do
AK devem ser isolados.
4.1.4. Reguladores de pressão ver ponto 13.1.
4.1.5. Reguladores de temperatura ver ponto 13.2.
4.2. Distribuidores de vapor ver ponto 4.1. Condutas de vapor.
MK 20 ou MK 35/32
UBK
Fig. 32
4.3. Radiadores de vapor, radiadores de tubos com aletas, painéis radiantes, convectores para aquecimento ambiente (Fig. 32).
Do ponto de vista higiénico e fisiológico, as temperaturas de aquecimento baixas
com pressões de vapor correspondentemente baixas (p. ex., vapor de expansão
reduzido de um intervalo de pressões mais alto) representam uma vantagem.
No caso de superfícies de aquecimento correspondentemente grandes (sobredimensionadas), as mesmas podem ser parcialmente alagadas com condensado, o
que conduz, pelo menos a pressões mais elevadas, a uma redução da temperatura de aquecimento e, logo, a uma poupança do vapor (redução dos custos).
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Em instalações de baixa pressão, um caudal suficiente mesmo com gradientes
de pressão extremamente baixos.
- Com pressões mais altas, descarga do condensado com um certo grau de
subarrefecimento.
- Relativamente insensível a sujidade (p. ex., partículas de ferrugem causadas pelo
funcionamento intermitente e períodos de paragem longos da instalação de
aquecimento).
- Componentes internos resistentes à corrosão.
Equipamento recomendado:
- Para instalações de baixa pressão, o MK 20. Para pressões mais elevadas, o MK
35/32 com cápsula U.
- BK com maior subarrefecimento.
- Se for possível um subarrefecimento do condensado para 85 °C (com superfície
de aquecimento suficientemente grande e sem perigo de golpes de aríete): UBK.
46
4.4. Aquecedores de ar.
4.4.1. Secadores de vapor, regulados do lado do ar (Fig. 33).
Para baixa pressão:
MK 20, UNA Duplex
Para pressões até 32 bar:
MK 45-5, BK 45
Fig. 33
De uma forma geral, os aquecedores independentes (não integrados em
sistemas de ar condicionado ou destinados a pré-aquecimento do ar em
instalações de fabrico e de secagem) só são regulados do lado do ar, p.
ex., ligando/desligando o ventilador.
Neste caso, são de esperar cargas de condensado muito altas ou muito
baixas. Em aquecedores do ar aquecidos com vapor a baixa pressão, a
pressão no espaço do vapor pode apresentar grandes oscilações (a pressão desce com a subida da quantidade de condensado).
Com pressões do vapor mais altas, é vantajosa uma utilização adicional do
calor do condensado directamente no aquecedor de ar através da acumulação
de condensado, se não for utilizado de outro modo durante o funcionamento.
No entanto, uma condição essencial para tal é que a potência de aquecimento do aquecedor de ar ainda seja suficiente e as aletas de aquecimento estejam dispostas (verticalmente) para prevenir golpes de aríete.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Em instalações de baixa pressão, um caudal relativamente grande,
mesmo com gradientes de pressão muito baixos.
- Em instalações com pressões de vapor quente médias, em que seja
possível aproveitar o calor do condensado através de acumulação, o
purgador tem de conseguir descarregar o condensado com subarrefecimento. Em ambos os casos, os purgadores têm de purgar o ar das
instalações de forma automática.
Equipamento recomendado:
- MK 45-2, UNA Duplex.
- MK com cápsula U.
47
4.4.2. Aquecedores de ar, regulados
Ver ponto 4.6.1. «Sistemas de ar condicionado».
4.5. Serpentinas de aquecimento, unidades de aquecimento horizontais (Fig. 34).
Fig. 34
Para evitar golpes de aríete, a tubagem entre a entrada de vapor e o purgador
de condensados tem de ter uma inclinação permanente. As várias unidades de
aquecimento de um grupo devem ser ligadas em paralelo e drenadas individualmente (ver ponto 2.7.).
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Descarga do condensado sem acumulação, mesmo com temperaturas ambientes altas (p. ex., no caso de instalação directa no grupo de aquecedores).
- Purga de ar automática.
Equipamento recomendado:
- MK com cápsula de regulação N (MK com cápsulas H para caudais maiores);
UNA Duplex.
48
4.6. Sistemas de ar condicionado (Fig. 35).
Contrapressão = 0 bar
Separador de água
Fig. 35
4.6.1. Unidades de aquecimento (aquecedores de ar).
No caso de unidades de aquecimento reguladas do lado do vapor, à
descarga do condensado (ver também o ponto 4.8 «Aparelhos em contracorrente regulados») aplica-se o seguinte:
A pressão no espaço do vapor e a quantidade de condensado pode apresentar grandes oscilações e em condições de baixa carga, a pressão
pode chegar a ser de vácuo. Nesse caso, entrará ar no espaço do vapor,
o qual tem terá de ser evacuado rapidamente quando for necessário
aumentar a potência de aquecimento. Para evitar uma estratificação térmica na corrente de ar aquecida, assim como golpes de aríete, em condições de baixa carga deve evitar-se a acumulação de condensado. Para
o efeito, é necessário garantir uma inclinação suficiente (sem contrapressão!), incluindo a jusante do purgador, para permitir a descarga do condensado mesmo com um funcionamento quase sem pressão.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- À semelhança do que se passa com todos os sistemas regulados, o
purgador tem de reagir imediatamente às condições de funcionamento
(pressão, quantidade) em permanente mudança para evitar a acumulação de condensado.
- Mesmo com gradientes de pressão muito baixos, tem de ser possível
a descarga de caudais elevados.
- O purgador tem de purgar o ar da instalação de forma automática
durante o funcionamento.
Equipamento recomendado:
- UNA Duplex, MK com cápsula de regulação N (MK com cápsulas H
para caudais maiores).
49
4.6.2. Humidificadores de ar.
Para obter uma humidificação do ar homogénea, o vapor deve ser o mais
possível seco. Por isso, este deve ser seco de forma mecânica antes de
ser conduzido para o tubo distribuidor de vapor (lança de vapor) (ver
ponto 4.1.1. «Secadores de vapor»).
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
O condensado que está quase à temperatura de saturação deve ser descarregado imediatamente (sem acumulação).
Equipamento recomendado:
- UNA Duplex.
- Se existir uma secção de arrefecimento, também pode ser utilizado o
MK com cápsula de regulação N.
4.7. Caldeiras, reguladas.
Por exemplo, para preparação de água quente (Fig. 36).
Contrapressão = 0 bar
Fig. 36
O consumo de água quente não é realizado de forma contínua, mas mais ou
menos de forma intermitente. Logo, o aquecimento também é intermitente. Períodos com uma carga de condensado muito baixa (apenas reposição das perdas
de calor) com gradientes de pressão muito baixos alternados com períodos com
cargas muito elevadas com gradientes de pressão o mais altos possível. Para
evitar golpes de aríete durante os períodos de baixa carga – em que a pressão
no espaço do vapor pode descer para valores de vácuo – o condensado deve
poder drenar por gravidade (sem contrapressão) também a jusante do purgador.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Reacção imediata a grandes oscilações da pressão e do caudal.
- Boas capacidades de purga de ar, porque pode ocorrer a entrada de ar durante períodos de baixa, que tem de ser purgado quando a carga é aumentada.
- Caudal relativamente grande, mesmo com gradientes de pressão muito baixos.
Equipamento recomendado:
- UNA Duplex, MK com cápsula de regulação N (MK com cápsulas H para caudais maiores).
50
4.8. Aparelhos em contracorrente, regulados.
4.8.1. Aparelhos em contracorrente horizontais (Fig. 37).
Fig. 37
Estes aparelhos trabalham com o intervalo de pressões completo, desde
pressões muito baixas (baixa carga) até ao vácuo, mesmo que por pouco
tempo, e até às pressões máximas admissíveis.
A carga de condensado varia em conformidade. As pressões de serviço
extremamente baixas possíveis aconselham a drenagem do condensado
por gravidade, não apenas a montante do purgador, como também a
jusante. Não é permitida contrapressão. Se isto não for observado,
durante períodos de baixa carga podem ocorrer golpes de aríete devido
à acumulação de condensado até à superfície de aquecimento, o que
pode causar problemas consideráveis (ver também Fig. 21, 22). A acumulação de condensado não admissível também pode ser causada por um
purgador demasiado pequeno.
Para escolher o tamanho, além de considerar a máxima carga de condensado possível à pressão máxima admissível, há também que comparar a
capacidade do permutador de calor no intervalo de baixa carga com o
caudal do purgador à pressão de vapor esperada na superfície de aquecimento. O purgador tem de conseguir lidar com as condições mais
desfavoráveis possíveis. Se não for possível obter os dados do intervalo
de baixa carga, para determinar o tamanho do purgador aplica-se a
seguinte fórmula empírica: a pressão diferencial eficaz (pressão efectiva)
é aprox. 50 % da pressão de serviço.
Caudal de condensado para dimensionamento = caudal máximo esperado com plena carga do permutador de calor.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
Acumulação de condensado imperceptível em todas as fases de funcionamento, caudal relativamente grande com pressões baixas, funcionamento perfeito mesmo no intervalo de vácuo, purga de ar automática,
incluindo durante o funcionamento.
Equipamento recomendado:
- UNA Duplex.
51
4.8.2. Aparelhos em contracorrente verticais.
Não são necessárias medidas especiais.
4.8.3. Aparelhos em contracorrente verticais com aproveitamento do calor do
condensado.
Nos aparelhos em contracorrente horizontais existe a tendência para ocor
rerem golpes de aríete devido ao alagamento até à superfície de aquecimento, pelo menos quando o vapor quente está a circular no feixe tubular.
Nos aparelhos verticais, normalmente não ocorrem golpes de aríete,
mesmo quando há acumulação de condensado. Estes aparelhos permitem o aproveitamento directo do calor do condensado, alagando parte da
superfície de aquecimento.
Muito frequentemente, a capacidade do permutador de calor é regulada através da alteração do tamanho da superfície de aquecimento onde ocorre a formação de vapor (maior ou menor acumulação de condensado) instalando uma
válvula de regulação da temperatura no lado de saída do condensado (Fig. 38).
Vapor
Purgador de ar
Produto
Purgador de condensados
Termóstato
Regulador de temperatura
Fig. 38 Pressão constante na superfície de aquecimento.
Acumulação de condensado variável de acordo com a carga.
52
Se a instalação for regulada do lado do vapor, pode ser mantido um nível
constante no permutador de calor através da instalação de um purgador
de bóia como regulador de nível (ver Fig. 16). No caso de regulação do
lado do condensado, é possível impedir a saída de vapor vivo, p. ex.,
durante o arranque, funcionamento com plena carga ou falha do regulador, através da montagem adicional de um purgador de condensados.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
Regulação do lado do vapor:
- Manutenção de um nível de condensado constante predefinido.
Regulação do lado do condensado:
- Com temperaturas do condensado baixas, fluxo livre, tanto quanto possível (pouca resistência do caudal), fecho o mais tardar quando a temperatura de vapor saturado for atingida.
Requisito adicional:
Como o nível de condensado tem de ser mantido constante, o ar presente no espaço do vapor não pode escapar através da conduta de condensado. Por isso, o espaço do vapor tem de ter uma purga de ar separada.
Equipamento recomendado:
- Com regulação no lado do vapor, o UNA Duplex.
- Com regulação no lado do condensado, o MK com cápsula de regulação N ou o BK.
- Para purga de ar, o MK ou, no caso de vapor sobreaquecido, o BK.
4.9. Pré-aquecedores tubulares
Os pré-aquecedores são utilizados para o aquecimento dos mais diversos produtos que flúem através deles. A pressões de serviço variam dependente da
temperatura do produto desejada. Os pré-aquecedores podem ser regulados em
função da temperatura de saída do produto ou operados de forma não regulada.
Por conseguinte, só podemos fazer recomendações básicas.
Os pré-aquecedores horizontais, em que o vapor de aquecimento flúi através do
feixe tubular, têm tendência a produzir golpes de aríete no caso de acumulação
de condensado. Neste caso, devem ser utilizados purgadores que não causem
acumulação de condensado. O feixe tubular em U tem menos tendência para
produzir golpes de aríete (Fig. 37 e 39).
Fig. 39
Pré-aquecedores verticais, em que o vapor de aquecimento flúi através do feixe
tubular, funcionam sem golpes de aríete mesmo com acumulação de condensado (p. ex., Fig. 38). Os pré-aquecedores, em que o produto a ser aquecido flúi
através do feixe tubular e o vapor de aquecimento a circular em volta dos tubos
individuais, normalmente também não têm tendência para golpes de aríete.
A capacidade nominal do pré-aquecedor baseia-se, de forma geral, no pressuposto de que a superfície de aquecimento está totalmente cheia de vapor. Isto
deve ser tomado em consideração aquando do dimensionamento e escolha do
purgador, independentemente do tipo de pré-aquecedor. A acumulação de condensado reduz a potência de aquecimento.
No que toca aos pré-aquecedores regulados, aplicam-se por analogia as recomendações para os aparelhos em contracorrente regulados (ver 4.8.).
53
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Dependem das condições de funcionamento individuais (pressão, quantidade,
acumulação de condensado admissível ou desejável, acumulação de condensado não admissível, pré-aquecedor regulado, pré-aquecedor não regulado).
- Em qualquer dos casos, o purgador deve ter purga de ar automática.
Purgadores recomendados:
Para pré-aquecedores regulados:
- UNA Duplex, MK com cápsula de regulação N (MK com cápsulas H para
caudais maiores).
Para pré-aquecedores não regulados, se a acumulação de condensado for indesejável:
- MK com cápsula de regulação N, UNA Duplex.
Para pré-aquecedores não regulados, se a acumulação de condensado for desejável:
- MK com cápsula U, BK com maior subarrefecimento.
54
4.10.Digestores.
4.10.1.Digestores industriais.
Purgador de ar
Fig. 40
(Por ex., refinarias de açúcar, indústria química, indústria da celulose) (Fig. 40).
Durante a fase de aquecimento, o consumo de vapor e, consequentemente,
a quantidade de condensado formada são, regra geral, várias vezes superiores aos verificados durante a fase de cozedura. Se a cozedura ocorrer simultaneamente com a evaporação do produto, o consumo de vapor e, logo, a
formação de condensação são bastantes altos (p. ex., cozedores de açúcar).
No caso de um processo de cozedura sem evaporação (p. ex., digestor
de celulose) apenas têm de ser substituídas as perdas de vapor causadas
por irradiação. Em comparação com o processo de aquecimento, frequentemente associado a temperaturas de utilização muito baixas do
produto de cozedura, a formação de condensado durante a cozedura é
extremamente baixa. Dependendo do tamanho do espaço do vapor de
aquecimento, frequentemente não é suficiente o purgador de condensados para realizar a purga de ar. O espaço do vapor tem de ser purgado
adicionalmente através de um purgador térmico. Isto é especialmente
importante, se o vapor de aquecimento contiver uma grande percentagem de gases não condensáveis (p. ex., cozedores de açúcar, aquecidos
com vapor de suco de beterraba com um elevado teor de amoníaco).
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Descarga sem problemas de caudais de condensados muito grandes,
sendo o caudal durante a fase de aquecimento bastante superior (nalguns casos, a pressões baixas) ao da fase de cozedura.
Requisitos adicionais:
- Purga de ar adicional do espaço do vapor de aquecimento.
Equipamento recomendado:
- Para cozedores de açúcar e permutadores de calor semelhantes com
gradientes de pressão muito baixos e pouca variação do caudal entre a
fase de aquecimento e a fase de cozedura, é suficiente o purgador automático de bocais variáveis não regulado GK, caso contrário o TK.
- Para pressões mais altas, o UNA Duplex.
- Como purgador de ar, o MK com cápsula de regulação N.
55
4.10.2.Caldeira de cozedura com serpentina de aquecimento (Fig. 41).
Fig. 41
56
Aplicam-se as mesmas considerações a todos os processos de cozedura: a quantidade de condensado formada durante a fase de aquecimento
é sempre várias vezes superior à da fase de cozedura. Este aspecto deve
ser tido em conta para o dimensionamento e a escolha do purgador,
especialmente porque a acumulação de condensado causado por um
baixo caudal pode provocar golpes de aríete. Além disso, o purgador
deve efectuar a purga de ar de forma automática. No caso de uma purga
de ar deficiente, o tempo de aquecimento é prolongado.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Potência de arranque grande.
- Boa capacidade de purga de ar.
Equipamento recomendado:
- Para pressões baixas e até caudais médios: MK 20, caso contrário MK
com cápsula de regulação N.
4.10.3.Caldeira de cozedura com camisa de vapor (Fig. 42).
Fig. 42
A quantidade de condensado atinge o valor mais alto durante a fase de
aquecimento e o valor mais baixo durante a fase de cozedura (ver também o ponto 4.10.1.). Por causa do grande tamanho do espaço do vapor
de aquecimento, durante o processo de arranque tem de ser feita a descarga de uma grande quantidade de ar; para pequenas caldeiras de
cozedura basta a purga de ar através do respectivo purgador. Em caldeiras maiores, é aconselhável realizar-se a purga de ar do espaço do vapor
com um purgador térmico.
Para prevenir o perigo de implosão da camisa de aquecimento se ocorrer
a formação de vácuo, deve ser prevista uma válvula anti-retorno RK GESTRA DISCO como quebra-vácuo.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Grande capacidade durante o arranque e de purga de ar.
Requisito adicional:
- Em caldeiras maiores, deve instalar-se um purgador de ar separado no
espaço do vapor, um quebra-vácuo se for possível a ocorrência de
vácuo.
Equipamento recomendado:
- MK com cápsula de regulação N.
- Com pressões de vapor quente extremamente baixas (<0,5 barg) UNA
Duplex.
- Como quebra-vácuo, RK.
Purga de ar:
- MK com cápsula de regulação H ou cápsula de regulação N.
57
4.10.4.Caldeiras de cozedura inclináveis (Fig. 43).
Mangueira de vapor
Se
necessário,
by-pass
Fig. 43
58
A descarga do condensado é feita com a ajuda de um sifão, que vai até
ao ponto mais fundo do espaço do vapor de aquecimento. O condensado
tem de ser subido até ao eixo de rotação da caldeira e de seguida fluir na
direcção do purgador. Este processo requer um purgador com gradientes
de pressão suficientemente grandes e constantes, os quais têm de ser
produzidos artificialmente, se necessário (p. ex., utilizando um by-pass
num purgador de bóia).
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Geração de um gradiente de pressão suficiente (o purgador deve ser
mantido um pouco aberto) e boa capacidade de purga de ar.
Requisito adicional:
- Pelo menos para digestores de grande dimensão, é necessária uma
purga de ar adicional através de um purgador térmico.
- Relativamente ao quebra-vácuo, ver ponto 4.10.3.
- Instalar purga de ar no lado do eixo oposto à entrada de vapor.
Equipamento recomendado:
- UNA 14/16 Simplex R com tubo de purga de ar.
- Como quebra-vácuo, RK.
Purga de ar:
- MK com cápsula de regulação H ou cápsula de regulação N.
4.11.Caldeiras de fabrico de cerveja (caldeiras de fermentação, caldeiras para mosto)
(Fig. 44).
Fig. 44
Trata-se sobretudo de camisas de aquecimento de grande dimensão, frequentemente com diferentes zonas de aquecimento e pressões de aquecimento.
Características do processo de esmagamento:
- Elevado consumo de vapor durante da fase de aquecimento,
- Alternado com consumo relativamente baixo durante os períodos de manutenção da temperatura.
Características do processo de fermentação:
- Elevado consumo de vapor durante a fase de aquecimento, podendo a pressão descer consideravelmente (p. ex., devido a sobrecarga da rede e, possivelmente, também do gerador de vapor).
Isto é seguido por um consumo de vapor uniforme a pressão constante durante
toda a fase de evaporação. Em ambos os casos, tem de ser feita a descarga de
uma grande quantidade de ar no arranque.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Descarga de quantidades de condensado muito elevadas, sem acumulações
para evitar golpes de aríete e para atingir a plena capacidade de aquecimento
em cada fase de funcionamento.
- Capacidade de purga de ar especialmente boa.
Requisitos adicionais:
- Purga de ar separada da superfície de aquecimento com purgadores térmicos
(tipo MK).
- Prevenção da formação de vácuo.
Equipamento recomendado:
- Para caldeiras pequenas e médias: UNA 14/16 Duplex.
- Para caldeiras grandes: UNA 2 Duplex, purgadores de grande capacidade
com controlo piloto termostático TK.
- Como quebra-vácuo, RK.
Purga de ar:
- MK com cápsula de regulação H.
59
4.12.Evaporadores de grande capacidade (Fig. 45).
Purgador de ar
Fig. 45
Além da destilação (ver ponto 4.13.) e do processo de fermentação (ver ponto
4.11.), existem muitos sectores em que os processos de evaporação são necessários para engrossar (ou seja, concentrar) o produto, evaporando parte do seu
teor líquido. Isto pode ser realizado através de um processo contínuo recorrendo
a várias estações de evaporação (refinarias de açúcar) ou descontinuado em
lotes individuais. Durante a evaporação contínua, tirando a fase de arranque, a
carga de condensado mantém-se estável com gradientes de pressão relativamente constantes. No caso da evaporação por lotes, a carga de condensado é
muito superior durante o processo de aquecimento (dependendo da temperatura inicial do produto a evaporar) do que na fase de evaporação, mantendo-se
relativamente constante depois.
Para atingir a máxima capacidade de evaporação é extremamente importante
uma boa purga de ar do espaço do vapor de aquecimento.
A este respeito, há que ter em atenção o seguinte:
a)No processo contínuo, os vapores do produto a ser evaporado, p. ex., fase de
evaporador a pressão mais alta, podem ser reutilizados como vapor de aquecimento com uma percentagem de gás correspondentemente elevada.
b)O espaço do vapor de aquecimento é relativamente grande, pelo que a purga
de ar, mesmo com o funcionamento por lotes, através dos purgadores é muito
difícil sem causar grandes fugas de vapor. Por isso, recomenda-se a instalação de purgadores térmicos para purga de ar adicional do espaço do vapor.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
Descarga de relativamente grandes caudais, frequentemente com gradientes
de pressão muito baixos. Boa capacidade de purga de ar.
Requisito adicional:
- Purga de ar separada do espaço do vapor de aquecimento.
60
Equipamento recomendado:
- Para o processo de evaporação contínua, é suficiente o GK (bocal variável
manual; simples e resistente).
- Para o processo de evaporação por lotes, o TK é melhor adequado (controlo
piloto termostático adapta-se automaticamente às diferentes condições de
funcionamento).
- Para pressões mais altas, o UNA Duplex.
- Como purgador de ar, o MK com cápsula de regulação H.
Fig. 46
4.13.Destiladores, com aquecimento indirecto (Fig. 46).
Para atingir a máxima capacidade de evaporação, a superfície de aquecimento
tem de ser mantida livre de condensado de forma permanente. Mesmo a mais
pequena acumulação de condensado pode afectar consideravelmente a capacidade de pequenos alambiques, p. ex., como os utilizados na indústria farmacêutica para fabricar essências e em laboratórios.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Sobretudo em pequenos alambiques, o purgador deve drenar o condensado
à medida que este é formado, algo que é dificultado pelo facto de o condensado estar relativamente quente (pouco subarrefecimento).
- A mudança frequente dos lotes requer uma purga de ar perfeita durante o
arranque.
Requisito adicional:
- Se necessário, purga de ar e quebra-vácuo adicionais.
Equipamento recomendado:
- MK com cápsula de regulação N, UNA 14/16, UNA 2 Duplex.
- Como quebra-vácuo, RK.
Purga de ar:
- MK com cápsula de regulação H ou cápsula de regulação N.
61
4.14.Cilindros de secagem, rolos de secagem.
(P. ex., para máquinas de fabricar papel, calandras, máquina de fabricar cartão
canelado) (Fig. 47).
Se necessário,
by-pass
Fig. 47
Para um processo de secagem e alisamento optimizado é condição essencial a
manutenção de temperaturas de aquecimento precisas e uniformes em toda a
superfície do cilindro. Isto só pode ser obtido através de uma drenagem do condensado do cilindro sem problemas. A concentração de ar no cilindro tem de ser
evitada, pois tal reduziria a temperatura de aquecimento local e conduziria a
temperaturas superficiais mais baixas.
O condensado é elevado do cilindro através de uma concha ou de um tubo de sifão.
Se for usada uma concha, para permitir uma drenagem sem problemas, o conteúdo da concha tem de poder ser recolhido pelo purgador e pela conduta de condensado que conduz ao purgador. Especialmente, durante a fase de arranque, tem de
ser realizada uma purga de ar eficiente do cilindro.
Se existir um sifão, tem de se garantir um gradiente de pressão suficientemente
grande até ao purgador, para que o condensado seja elevado do cilindro. No caso
de cilindros de funcionamento a baixa velocidade, normalmente é adequado um
purgador térmico padrão. No caso de máquinas de funcionamento a alta velocidade, é necessário assegurar uma certa fuga de vapor em função da velocidade de
rotação para evitar a formação de uma película de condensado. Isto pode ser conseguido com o BK, através do ajuste para uma certa fuga de vapor e com o UNA
através de by-pass interno ou externo.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Purga de ar automática durante o arranque e funcionamento contínuo.
- No caso de cilindros com sifão, o purgador tem de garantir gradientes de
pressão constantes (não pode fechar durante o funcionamento) e tem de permitir uma certa fuga de vapor a velocidades mais altas.
62
Requisitos adicionais:
- O purgador deve ser controlado através de um indicador de nível transparente (instalado a montante do purgador!) em relação a acumulação de condensado (ver Vaposcópio GESTRA). Nalguns casos, é exigido que purgadores
avariados não fechem.
Equipamento recomendado:
- UNA Duplex, se necessário, com by-pass interno ou externo, alavanca de
elevação e tampa do indicador de nível transparente.
4.15.Banhos.
(P. ex., de limpeza, decapagem).
Fig. 48
4.15.1.Serpentinas de aquecimento com inclinação uniforme e descarga do
condensado na base
(Fig. 48) praticamente excluem a ocorrência de golpes de aríete. No caso
de banhos com controlo da temperatura, é a única disposição possível
das serpentinas de aquecimento. De uma forma geral, aplica-se o seguinte a instalações reguladas:
Com baixa potência de aquecimento, com um forte estrangulamento da
válvula de regulação, a pressão na serpentina de aquecimento pode descer até valores de vácuo. Para evitar a acumulação de condensado, que
é a causa de golpes de aríete, o condensado deve ser drenado por gravidade (sem contrapressão!).
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
Estes dependem do funcionamento do permutador de calor (regulado ou
não).
Equipamento recomendado:
- Para processos de aquecimento simples de regulação manual: BK, MK
com cápsula de regulação N.
- Para processos de aquecimento regulados: UNA Duplex, MK com
cápsula de regulação N.
63
4.15.2.Banhos de ácido
a)
b)
Fig. 49
64
Por razões de segurança, a serpentina de aquecimento não pode ser
conduzida através da parede do recipiente. O condensado tem de ser
elevado (princípio de aquecedor de imersão). Para prevenir golpes de
aríete, o condensado deve ser conduzido com gradiente para um compensador (Fig. 49a). No caso de tubos de pequeno diâmetro, é suficiente
criar uma chaminé de equilíbrio com um sifão (Fig. 49b).
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Não pode haver funcionamento intermitente, que possa causar golpes
de aríete através de uma paragem ou início do fluxo abruptos.
Equipamento recomendado:
- BK (se a disposição da instalação for desfavorável, a tendência para
golpes de aríete pode ser eliminada através de um ajuste especial do
purgador).
- MK com cápsula de regulação N.
4.16.Secadores de tapete (Fig. 50).
Fig. 50
Para obter a capacidade de secagem nominal (desempenho garantido) é essencial que as unidades de aquecimento individuais atinjam a sua plena potência de
aquecimento. Isto implica que as superfícies de aquecimento estejam completamente cheias com vapor e seja realizada uma drenagem sem acumulação de
condensado e com uma boa purga de ar. A unidade de aquecimento carece de
drenagem individual através de um purgador adequado. Se o vapor de expansão
não puder ser utilizado pela instalação, pode ser vantajoso instalar uma unidade
de aquecimento adicional (p. ex., secção de entrada), que possa ser aquecido
com o vapor de expansão ou até mesmo com todo o condensado gerado globalmente.
Para a escolha do purgador de condensados, deve ter-se em conta o pouco
espaço disponível para instalação e que a montagem do purgador no grupo com
camisa, frequentemente solicitada, causa uma temperatura ambiente relativamente alta.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Descarga sem acumulação a temperaturas ambiente relativamente altas.
Purga de ar automática.
- Dimensões reduzidas.
Equipamento recomendado:
- MK com cápsula de regulação N.
- Se houver espaço suficiente, o UNA Duplex.
65
4.17.Mesas aquecedoras, placas de secagem (Fig. 51).
Fig. 51
São utilizadas nas mais diversas instalações de produção com processos de
aquecimento e secagem. A manutenção de uma temperatura superficial uniforme que, em certas circunstâncias, tem de poder ser variável, é de importância
fundamental.
A melhor forma de conseguir isto, é ligar as diferentes placas em paralelo e prever uma entrada de vapor e drenagem individuais, através de um purgador, para
cada uma delas. Isto impede uma interacção negativa entre as placas de aquecimento (p. ex., causada por diferentes descidas da pressão).
Se estiverem ligadas em série, que é frequentemente o caso, o condensado tem
tendência a acumular-se nas últimas placas de aquecimento, o que pode provocar uma redução da temperatura. Além disso, um único purgador não consegue
realizar uma purga de ar suficiente. Para se obter uma potência de aquecimento
equivalente à da ligação em paralelo, são necessários pelo menos purgadores
de condensados «com extracção».
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Descarga sem acumulação com uma temperatura do condensado relativamente alta.
- Boa capacidade de purga de ar.
Equipamento recomendado:
- MK com cápsula de regulação N.
- UNA Duplex.
66
4.18.Prensas de vários andares (Fig. 52).
4.18.1.Prensas de vários andares, placas de aquecimento ligadas em paralelo.
Fig. 52
Estas prensas exigem temperaturas uniformes na totalidade da superfície
das placas de aquecimento individuais, mas também em todas as placas de
aquecimento ao mesmo tempo, o que significa que a superfície de aquecimento completa tem de receber vapor com a mesma capacidade de aquecimento. Por isso, sempre que possível, o vapor deve ser seco (drenagem
do distribuidor de vapor!), a pressão do vapor deve ser igual em todas as
placas de aquecimento (sem bolsas de ar que reduzam a pressão parcial do
vapor), não deve haver acumulação de condensado no espaço do vapor
(transferência de calor deficiente, temperatura de aquecimento média mais
baixa do que a do vapor). Esta última condição exige um gradiente contínuo
suficiente na direcção do purgador.
Não há garantia de que a descida de pressão nas várias placas de aquecimento seja uniforme. Por isso, para evitar a acumulação de condensado, cada superfície de aquecimento ligada em paralelo deve ser drenada
por um purgador de condensados próprio.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- A descarga do condensado sem acumulações exige que seja utilizado
um purgador, que drene o condensado praticamente à temperatura de
saturação. Simultaneamente, tem de realizar uma purga de ar adequada da instalação. Quanto mais depressa isto for feito durante o arranque, mais curto será o tempo de aquecimento.
Equipamento recomendado:
- MK com cápsula de regulação N.
- UNA Duplex.
67
4.18.2.Prensas de vários andares, placas de aquecimento ligadas em série
(Fig. 53).
Fig. 53
68
Como já referimos no ponto 4.18.1., a drenagem de placas de aquecimento ligadas em paralelo através de um único purgador é problemática,
pois pode conduzir a acumulação de condensado nas placas de aquecimento individuais e, consequentemente, a uma certa redução da temperatura superficial (temperatura de aquecimento).
No caso das placas de aquecimento mais pequenas, pode ser suficiente
a ligação em série. Neste caso, deve garantir-se um gradiente contínuo
suficiente na direcção do purgador.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- O purgador tem de conseguir descarregar o condensado à medida que
este se forma, para evitar de forma fiável a acumulação de condensado
na superfície de aquecimento.
Equipamento recomendado:
- MK com cápsula de regulação N.
- UNA 14/16 Duplex.
4.19.Prensas de pneus (prensas de vulcanização) (Fig. 54).
Fig. 54
Para vulcanização, é essencial que as temperaturas superficiais sejam absolutamente uniformes. Condição essencial para tal é que a superfície de aquecimento
seja alimentada com vapor puro (sem acumulação do condensado no espaço do
vapor de aquecimento), que as pressões de vapor sejam iguais nos diferentes
segmentos de aquecimento (gradiente de temperatura igual) e que não se verifiquem concentrações de ar (causando uma transferência de calor irregular).
A configuração da prensa, a instalação da conduta de vapor e da conduta de
condensado até ao purgador têm de ser feitas de modo a existir um gradiente
contínuo.
A distribuição de vapor necessária para obter pressões de aquecimento iguais
só é possível com a ligação em paralelo dos diferentes segmentos de aquecimento. Para evitar a acumulação de condensado, cada segmento de aquecimento tem de ser drenado individualmente com um purgador próprio.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Descarga do condensado sem acumulação, mas também sem perda de vapor
vivo.
- Boa capacidade de purga de ar (para permitir um tempo de aquecimento
curto).
Equipamento recomendado:
- MK com cápsula de regulação N.
69
4.20.Tambores de vulcanização (Fig. 55).
Fig. 55
A camisa de aquecimento e a câmara de vulcanização aquecida directamente
precisam de drenagem separada. A drenagem da camisa de aquecimento não
representa um problema especial. De forma geral, qualquer purgador com uma
boa capacidade de purga de ar é adequado.
A câmara de vulcanização (ver também o ponto 4.21. Autoclaves) tem de ser
completamente drenada sem qualquer condensado residual. Além disso, aquando da escolha do purgador há que ter em conta que o condensado pode ser
ácido. Recomenda-se a purga de ar separada da câmara de grande capacidade
através de um purgador térmico para evitar a estratificação térmica.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Drenagem sem acumulação da câmara.
- Resistente a condensado ácido.
Requisito adicional:
- Boa purga de ar dos espaços do vapor, devendo a purga de ar da câmara de
vulcanização ser realizada separadamente.
Equipamento recomendado:
- Para camisa de aquecimento: MK, BK.
- Para câmara de vulcanização: MK com cápsula de regulação N, BK, UNA
Duplex.
Para condensado contaminado, UNA Duplex é a melhor opção.
Para condensado ácido, devem ser utilizados os dispositivos MK e UNA
Duplex, especialmente resistentes, totalmente executados em materiais austeníticos (aço ao crómio 18%).
- Para purga de ar: MK com cápsula de regulação N ou cápsula de regulação H.
70
4.21.Autoclaves (Fig. 56).
Fig. 56a
O vapor é alimentado directamente para a câmara contendo o produto a aquecer. Não deve verificar-se condensado nas autoclaves. Os salpicos de condensado em ebulição podem danificar o produto. A acumulação de condensado no
fundo da autoclave pode causar tensões térmicas inadmissivelmente altas. Frequentemente, as acumulações de ar no espaço do vapor relativamente grande,
que podem causar estratificações térmicas, não podem ser eliminadas só através do purgador. Normalmente, o condensado está fortemente contaminado, em
maior ou menor grau.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Drenagem sem acumulação, mesmo com as pressões de arranque baixas,
associada a uma grande formação de condensado, insensível à sujidade, a
maior capacidade de purga de ar possível durante o arranque.
Requisito adicional:
- Purgador de ar térmico automático.
- No caso de condensado fortemente contaminado, providenciar um recipiente
para recolher as partículas de sujidade grosseiras a montante do purgador (p.
ex., tanque de sedimentação com válvula de purga GESTRA (Fig. 56b)).
Equipamento recomendado:
- UNA Duplex.
- MK com cápsula de regulação N.
PA
Fig. 56b
71
4.22.Prensas de engomar, máquinas de engomar (Fig. 57).
Fig. 57
Temos de diferenciar entre prensas utilizadas exclusivamente para engomar e as
utilizadas para engomar e/ou vaporizar.
No primeiro caso, apenas as superfícies de aquecimento têm de ser drenadas, o
que não representa um problema de maior. O mais importante é garantir que o
condensado pode fluir desimpedido na direcção do purgador.
Regra básica: Cada unidade de engomar deve ter o seu próprio purgador.
Em condições desfavoráveis, pode acontecer que a parte superior e inferior de
uma prensa não sejam convenientemente drenadas através de um purgador
comum, a menos que este seja ajustado para gerar gradientes de pressão suficientemente grandes através de perdas de vapor. Neste caso, é mais económico
dotar as placas de aquecimento individuais com o seu próprio purgador, que não
cause perdas de vapor.
Para o processo de vaporização é necessário vapor seco (se necessário, deve
ser instalado um secador de vapor a montante). A abertura súbita da válvula de
vaporização não deve permitir a passagem de partículas de condensado, pois tal
sujaria as peças a serem engomadas. Isto pressupõe uma configuração da instalação em conformidade: Se houver dificuldades devido a uma má configuração da instalação, estas podem ser compensadas, em certos casos, através de
um purgador que deixe passar vapor vivo, o que, naturalmente, provoca perdas
de vapor.
Não é recomendável, substituir um purgador que funcione totalmente sem perda
de vapor vivo, p. ex., no caso de prensas de engomar húmidas, por um purgador que deixe passar vapor vivo para modificar uma prensa húmida em prensa
seca.
72
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Funcionamento sem perdas de vapor, tanto quanto possível sem acumulação
de condensado.
- Boa capacidade de purga de ar, que reduz o tempo de aquecimento durante
o arranque.
Requisito adicional:
- Para gerar vapor seco, deve ser previsto um secador de vapor.
Equipamento recomendado:
- MK com cápsula de regulação N.
4.23.Manequins a vapor.
(Ver ponto 4.22. «Processo de vaporização») (Fig. 58).
Fig. 58
73
4.24.Calandras a vapor.
(Máquinas de secar e passar) (Fig. 59).
Fig. 59
É muito importante haver temperaturas altas e uniformes em toda a superfície de
aquecimento e a maior capacidade de secagem possível (para que seja possível
engomar rapidamente). Uma condição essencial para tal é a utilização de purgadores de condensados sem acumulação de vapor e uma boa purga de ar da
cavidade. No caso de máquinas com várias cavidades, cada cavidade deve ser
drenada individualmente. Se a cavidade for muito larga, deve ser evitada a perda
de vapor vivo, nalguns casos, mesmo um purgador com uma boa purga de ar
pode não conseguir purgar correctamente a cavidade. Isto causa a descida da
temperatura superficial nalguns pontos (normalmente, nas extremidades da cavidade). Neste caso, cada cavidade deve ser purgada de ar separadamente em
ambas as extremidade por um purgador térmico.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Descarga do condensado sem acumulação. Isto tem de ser garantido mesmo
a temperaturas ambiente altas, pois os purgadores são normalmente instalados dentro da unidade com camisa.
- O purgador tem de ter uma boa capacidade de purga de ar, incluindo durante
o funcionamento.
Requisito adicional:
- A purga de ar das cavidades é especialmente importante. Com frequência,
temperaturas de aquecimento demasiado baixas devem-se à purga de ar
insuficiente. Uma boa solução é instalar purgadores térmicos MK em ambas
as extremidades da cavidade.
Equipamento recomendado:
- UNA Duplex.
- MK com cápsula de regulação N, MK com cápsulas H para caudais maiores
(se necessário, para a primeira cavidade).
74
4.25.Máquinas de limpeza a seco (Fig. 59a).
Destilação de
condensado
Secagem de
condensado
Fig. 59a
Têm de ser drenados um aquecedor de ar, um destilador e, se possível, a conduta de admissão de vapor no seu ponto mais baixo. O funcionamento por lotes
requer uma rápida descarga do ar que entra na máquina quando esta é desligada (redução dos tempos de aquecimento). Deve utilizar-se, preferencialmente,
purgadores com uma boa purga de ar.
Especialmente no destilador, a acumulação de condensado pode ser indesejável, pois prolonga o tempo de destilação necessário. Nas máquinas novas deve
contar-se com sujidade (p. ex., salpicos de soldadura, calamina, resíduos de
fundição) ainda dentro da máquina.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Descarga do condensado sem acumulação (especialmente importante para
os destiladores), purga de ar automática.
- Insensível à sujidade ou protegido contra partículas de sujidade.
- Dimensões reduzidas e instalação em qualquer posição, para ser possível
instalar os purgadores dentro da máquina sem dificuldade.
- Insensível a golpes de aríete, pois com frequência as válvulas electromagnéticas deixam entrar vapor.
Equipamento recomendado:
- MK com cápsula de regulação N
75
4.26.Fitas de aquecimento de tubagens (Fig. 60).
Em muitos casos, o vapor de aquecimento não transmite qualquer calor ao produto durante o funcionamento normal. Apenas no caso de avaria, as fitas de aquecimento de tubagens têm de assegurar que a temperatura do produto não desce
abaixo do valor mínimo admissível.
O caudal de condensado durante o funcionamento normal é essencialmente determinado pelas perdas de calor por radiação na conduta de condensado entre o
purgador e a fita de aquecimento de tubagem. Podem ser obtidas poupanças
energéticas significativas em termos de aquecimento através da redução das perdas de calor nas condutas de condensado. Além dos métodos clássicos de bom
isolamento e a distância mais curta possível entre a superfície de aquecimento útil
e o purgador, as perdas de calor podem ser adicionalmente limitadas através da
acumulação na conduta de condensado (redução do comprimento do tubo cheio
de vapor). Um ponto a ter em atenção, é o facto de que no caso de avaria, a carga
de condensado pode aumentar consideravelmente. Isto resulta numa maior acumulação de condensado com o correspondente subarrefecimento. O subarrefecimento admissível baseia-se na temperatura predefinida do produto a ser mantida.
Conduta do produto
Comprimento total admissível entre o
distribuidor de vapor e o colector de
condensado: L = 80 m
Colector de
condensado
Distribuidor de vapor
Fig. 60 Comprimento admissível das fitas de aquecimento de tubagens.
O comprimento admissível das fitas de aquecimento de tubagens depende da
quantidade de secções ascendentes e bolsas de água, bem como da quantidade
de secções curvas. As fitas de aquecimento relativamente rectas, incluindo tubagens de alimentação entre o distribuidor de vapor e as tubagens de descarga
para o colector de condensado, podem ter até 80 m no máximo. Em instalações
de processamento, as fitas de aquecimento devem ser consideravelmente mais
curtas devido às inúmeras secções ascendentes e mudanças de direcção. A
soma de todas as secções ascendentes não deve ser superior a 4 m.
76
Condensado
Purgador de
condensados
adicional
no caso de um
valor ∆t elevado
Condensado
Vapor
Vapor
Em produtos com pontos de congelação < 0°C é suficiente o aquecimento se
houver gelo. A quantidade de vapor necessária para aquecimento no Inverno
pode ser substancialmente reduzida, se o aquecimento do produto se limitar a
períodos quando houver gelo ou o risco de ocorrência de gelo.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Se o processo de aquecimento o permitir, é vantajosa uma certa acumulação
de condensado na conduta de condensado a montante do purgador, gerada
pelo purgador, permitindo poupar na energia de aquecimento.
Equipamento recomendado:
- Apenas purgadores térmicos como BK, se necessário com maior subarrefecimento.
- MK com cápsula U (t ≈ 30 K abaixo da temperatura de saturação).
- Para temperatura de descarga baixas ≥ 80 °C, p. ex., descarga livre do condensado: UBK.
Fig. 61
4.27.Fitas de aquecimento isoladas (Fig. 61).
As fitas de aquecimento isoladas são normalmente utilizadas para aquecer produtos pesados como enxofre e betume. A superfície de aquecimento inteira deve
receber exclusivamente vapor seco. Cada fita de aquecimento não deve exceder
30 m de comprimento. No caso de um valor ∆t elevado entre o vapor de aquecimento e o produto, a fita de aquecimento deve ser drenada em dois pontos.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Sem acumulação de condensado na superfície de aquecimento.
Equipamento recomendado:
- BK.
- MK com cápsula de regulação N.
77
4.28.Fitas de aquecimento de instrumentos (Fig. 62).
Diafragma de medição
Tubo do produto
Fitas de aquecimento pré-isoladas
Fita de
aquecimento
Tubagens de
impulso
do
distribuidor de
vapor
Caixa de protecção
com serpentina de aquecimento
Colector de condensado
Se desejar uniões de tubos amovíveis:
prever uniões roscadas de anel cortante
Fig. 62
78
Estes elementos de aquecimento utilizados em refinarias e instalações petroquímicas caracterizam-se por caudais de condensado muito baixos, em que os
instrumentos individuais têm de ser aquecidos a temperatura o mais baixas possível. Neste caso, é vantajoso o aquecimento da superfície de aquecimento eficaz apenas com condensado.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Descarga de quantidade muitas pequenas com o máximo subarrefecimento
possível.
Equipamento recomendado:
- MK com cápsula U (t aprox. 30 K abaixo da temperatura de saturação).
- UBK com temperatura de descarga ≥ 80 °C.
4.29.Aquecimento de tanques (Fig. 63).
Descarga de condensado em
tanques
e
qu
DN 20
uta
nd
ed
red
Pa
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ot
Co
co
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du
n
Co
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Descarga de condensado em tanques de
asfalto
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Co
Fig. 63 Descarga de condensado do aquecimento do tanque.
O aquecimento de tanques pode variar bastante, conforme o seu tamanho e fim.
Para a descarga do condensado é importante saber se o aquecimento é realizado de forma regulada ou não regulada. Adicionalmente, a descarga depende
também da configuração dos elementos de aquecimento individuais, p. ex., se
são horizontais, têm a forma de serpentina de aquecimento ou radiador de tubos
com aletas com pouca inclinação na direcção do purgador, se são verticais ou
concebidos como elemento de aquecimento de imersão.
79
O aquecimento não regulado é com frequência utilizado quando é necessário
pouco calor para manter a temperatura de armazenamento do produto. Por
causa da pequena quantidade de vapor (forte estrangulamento da válvula de
regulação) a pressão desce consideravelmente no elemento de aquecimento.
Isto pode fazer com que o purgador de condensados, devido ao baixo gradiente
de pressão existente, não consiga drenar o condensado completamente. Isto
provoca acumulação de condensado, que em certas condições pode ser desejável para aproveitar o calor do condensado, mas, por outro lado, pode provocar
golpes de aríete. Como regra básica para o aquecimento não regulado aplica-se:
Deve existir um gradiente contínuo o maior possível entre os elementos de aquecimento/condutas de condensado e o purgador. Para o aproveitamento do calor
do condensado através de acumulação a montante do purgador, deve utilizar-se
preferencialmente elementos de aquecimento verticais (não existe perigo de
golpes de aríete). Tamanho suficientemente grande do purgador de condensados.
Para um aquecimento do tanque regulado (por exemplo, com permutadores de
calor de imersão ) aplica-se por analogia os dados relativos às caldeiras reguladas (ver o ponto 4.7.).
Gradiente suficiente a montante do purgador, ausência de contrapressão a
jusante do purgador.
Requisitos especiais aplicáveis ao purgador de condensados:
- Descarga de quantidades relativamente grandes mesmo com gradientes de
pressão baixos: se se quiser e for necessário.
- Descarga do condensado com subarrefecimento.
- No caso de instalações reguladas, reacção rápida em caso de alterações da
pressão e do caudal.
- Purga de ar automática.
- Resistentes ao congelamento.
Equipamento recomendado:
- Para instalações não reguladas: BK, MK com cápsula U.
- Para grandes caudais: TK.
- Para instalações reguladas: UNA Duplex, MK com cápsula de regulação N.
- MK com cápsulas H para caudais maiores.
80
5.
Página
Controlo dos purgadores de condensados
5.1.
Controlo visual
83
5.1.1.
Avaliação do funcionamento do purgador durante a descarga
livre de condensado
com base no tamanho da «nuvem de vapor»
83
Verificação do funcionamento do purgador através de um
indicador de nível transparente instalado a jusante do
purgador
84
5.1.2.
5.1.3.
Verificação do funcionamento do purgador através de um
indicador de nível transparente instalado a montante do
purgador
84
5.1.4.
Controlo de purgadores de bóia
84
5.2.
Controlo através de comparação da temperatura
86
5.3.
Controlo através de comparação do ruído
86
5.4.
Controlo contínuo de purgadores de condensados
88
5. Controlo dos purgadores de condensados
O controlo eficaz dos purgadores de condensados relativamente ao seu funcionamento correcto, sem acumulação de condensado ou perdas de vapor vivo é um tema
muito debatido. Os vários métodos de controlo utilizados na prática têm uma eficácia
muito variável, podendo mesmo ser completamente inúteis.
5.1. Controlo visual.
5.1.1. Isto envolve avaliar o funcionamento do purgador durante a descarga livre
de condensado com base no tamanho da «nuvem de vapor». Este é o
método mais inseguro, dado que é impossível distinguir entre vapor de
expansão e vapor vivo. O tamanho da nuvem de vapor depende bastante
da pressão de serviço e da quantidade de condensado formada, estes
dois factores determinam a quantidade de vapor de expansão (Fig. 64).
V2 (m3)
V1 = 1 m3
Vapor saturado
Água fria
p1 (bar)
Fig. 64 Exemplo
Para uma expansão de p1 = 10 bar para p2 = 0 bar, o volume de água fria
praticamente não sofre alteração,
o do vapor saturado aumenta de V1 =1 m3 para V2 = 9,55 m3
o da água em ebulição aumenta de V1 =1 m3 para V2 = 245 m3
83
Especialmente com elevadas pressões de serviço, é impossível determinar se está a sair vapor vivo com o condensado ou não. Apenas com
purgadores de funcionamento intermitente (p. ex., purgadores termodinâmicos de disco) é possível detectar, através de observação durante um
longo período, uma eventual alteração do funcionamento (p. ex., maior
desgaste dos vedantes e consequente aumento da frequência de elevação).
5.1.2. Verificação do funcionamento do purgador através de um indicador de
nível transparente instalado a jusante do purgador. Em princípio, aplicase o mesmo que foi dito no ponto 5.1.1. No entanto, o valor informativo
obtido é ainda menor, pois no pequeno espaço do indicador de nível
transparente uma quantidade mínima de vapor de expansão é capaz de
produzir velocidades de fluxo relativamente altas com correspondente
turbulência. No caso de purgadores de funcionamento intermitente, só é
possível determinar se o purgador está aberto ou fechado, mas não se
está a sair também vapor vivo.
5.1.3. Verificação do funcionamento do purgador através de um indicador de
nível transparente instalado a montante do purgador ou de um equipamento de teste.
Um indicador de nível transparente de design adequado instalado a montante do purgador permite um controlo preciso do purgador. Não existe
uma adulteração causada pela formação de vapor de expansão. Ao contrário dos indicadores de nível transparente instalados a jusante do purgador, os instalados a montante têm de ser capazes de suportar pressões
e temperaturas mais elevadas. Logo, precisam de possuir um corpo resistente à pressão e vidro de alta qualidade, o que explica o seu preço mais
ou menos elevado.
Os vaposcópios disponíveis na gama de produtos GESTRA são perfeitamente adequados para o controlo visual de purgadores (Fig. 65). Os
vaposcópios instalados directamente a montante do purgador permitem
uma monitorização ideal do purgador. Além de indicarem a mínima perda
de vapor vivo, indicam também a mais pequena acumulação de condensado. A acumulação na conduta de condensado só não tem importância
no processo de aquecimento. Para controlar a superfície de aquecimento
em relação à presença de condensado, recomenda-se a instalação de um
segundo vaposcópio imediatamente junto da saída de condensado do
permutador de calor (Fig. 66) no caso de processos de aquecimento difíceis.
5.1.4. Controlo de purgadores de bóia.
O purgador UNA 23 está disponível com um tubo de nível que permite ver
se existe condensado no purgador ou se pode sair vapor vivo através do
respectivo órgão de fecho.
84
O condensado e o vapor (gases) na
direcção do fluxo têm de passar
através da válvula hidráulica no
deflector rígido. Como a gravidade
específica do vapor é mais baixa do
que a do condensado, o vapor passa
por cima do condensado e comprime o nível de condensado.
Direcção do fluxo
Deflector
Linha de visão
O deflector é imerso na água.
Funcionamento normal
O alagamento total do vaposcópio
indica acumulação do condensado.
Se o vaposcópio estiver montado
directamente a jusante da superfície
de aquecimento, deve contar-se
com refluxo até à superfície de aquecimento.
Refluxo do condensado
O nível de água está a ser significativamente comprimido pela passagem
de vapor vivo. O vapor, que é invisível, preenche o espaço entre o
deflector e o nível da água.
Perda de vapor vivo
Fig. 65
Modo de actuação do vaposcópio GESTRA.
85
5.2. Controlo através de comparação da temperatura.
Indicador de nível transparente
Controlo do processo de aquecimento
Fig. 66
Indicador de nível transparente
Controlo do purgador
A medição da temperatura na conduta de condensado a montante do purgador é
outro método muito utilizado, mas problemático, aplicado a permutadores de calor
que têm de funcionar sem acumulação de condensado.
Em certas condições, o funcionamento de um purgador pode ser avaliado medindo
a temperatura superficial em diferentes pontos da conduta, por exemplo, directamente a montante do purgador, directamente a jusante do permutador de calor ou
da entrada de vapor.
Deve contudo ter-se em atenção, ao efectuar a medição superficial, que a temperatura depende da pressão de serviço no ponto de medição, a percentagem de
gases no vapor (redução da pressão de vapor parcial e, logo, da temperatura) e das
características da superfície dos tubos. Ao seleccionar o ponto de medição, deve
ter também em conta que mesmo sem acumulação, a temperatura do condensado
pode estar abaixo da do vapor saturado.
A medição da temperatura a jusante do purgador só pode servir como indicação da
pressão na conduta de condensado. Não é possível controlar o purgador desta
forma.
5.3. Controlo através de comparação do ruído
O método muito utilizado de verificar o funcionamento do purgador através de
estetoscópio só é praticável com purgadores de funcionamento intermitente. Os
cursos de trabalho individuais podem ser claramente diferenciados. A frequência
de elevação permite tirar conclusões sobre o modo de funcionamento, mas não
sobre a perda de vapor vivo.
Muito mais importante é o controlo do purgador através da medição do ruído de
transmissão estrutural produzido pelo purgador na gama de ultra-sons. Este
método baseia-se no facto de que o vapor a fluir através de um órgão de estrangulamento produz vibrações ultrassónicas superiores às do fluxo da água (condensado). O aparelho de controlo GESTRA VAPOPHONE VKP tem mostrado um
excelente desempenho.
As vibrações ultrassónicas mecânicas geradas na sede ou órgão de fecho de um
purgador de condensados são convertidas pelo sensor acústico do VKP em
sinais eléctricos, os quais são amplificados e indicados no aparelho de medição.
86
No entanto, aquando da avaliação dos resultados de medição é necessário ter em
conta que a intensidade acústica só depende em parte da quantidade de fluxo do
vapor. Adicionalmente, é influenciada pela quantidade de condensado, os gradientes
de pressão e o tipo de fonte sonora, ou seja, o tipo de purgador. Se quem realizar a
medição for experiente, é possível obter bons resultados ao verificar os purgadores
com caudais de condensado até aprox. 30 kg/h e pressões até 20 bar, podendo
detectar-se perdas de vapor na ordem de grandezas a partir de aprox. 2 – 4 kg/h.
Fig. 66a Instrumento de medição ultrassónico para controlo do funcionamento de
purgadores – Vapophone VKP 10.
Fig. 66b Instrumento de medição ultrassónico para controlo do funcionamento de
purgadores – TRAPtest VKP 40.
O VKP 10 detecta o ruído de transmissão estrutural na superfície do corpo de purgadores de condensados. A avaliação dos valores no mostrador é feita manualmente pelo operador.
Graças ao instrumento de medição ultrassónico GESTRA VKP 40, o controlo de
purgadores foi automatizado. O sistema pode ser utilizado individualmente em
purgadores de todos os tipos e marcas. Um registador de dados pré-programado
é utilizado na instalação para registar os valores de medição. As definições de
software específicas do purgador são tomadas em consideração na medição!
A avaliação é feita depois de os dados terem sido transmitidos e guardados num
PC. A comparação com os dados históricos no software é a base de um sistemas
de gestão de purgadores de condensado.
87
5.4 Controlo contínuo de purgadores de condensados
Sistema VKE
O equipamento de teste VKE é utilizado para monitorizar os purgadores de condensados em relação a perdas de vapor e acumulação de condensado. A montante do purgador de condensados a ser monitorizado é instalada uma câmara de
teste separada com eléctrodo de medição, ao qual é ligada a estação de teste. O
sistema VKE com câmara de teste pode ser utilizado em purgadores de condensados de todos os sistemas e marcas.
Modo de actuação
O eléctrodo comunica os estados do condensado ou vapor à estação de teste NRA
1-3 (para monitorização remota automática). Com um funcionamento correcto do
purgador de condensados, o eléctrodo está rodeado de condensado. Quando ocorre perda de vapor no purgador de condensados, o condensado é expulso até o
eléctrodo ficar rodeado de vapor. O respectivo estado é indicado.
A estação de teste NRA 1-3 tem capacidade para monitorizar até 16 purgadores de
condensados. Cada purgador de condensados ligado pode ser monitorizado em
relação a perdas de vapor e acumulação de condensado. Os valores-limite são automaticamente ajustados e os erros detectados de forma imediata através de diferentes modos de operação e tomada em consideração da temperatura do sistema. A
sinalização do intervalo de manutenção é feita na parte da frente da estação de teste
e um contacto livre de potencial indica erros presentes. A estação de teste está disponível com duas versões de corpo: para montagem em parede e para montagem
em quadro eléctrico. A câmara de teste VKE 26 é utilizada para a monitorização
segura de instalações em relação à acumulação de condensado.
Temperatura da
instalação (opcional)
Estação de teste NRA 1-3
Cabo blindado com
100 m, no máx
No máx., 16
purgadores de
condensados, do
tipo Rhombusline,
p. ex., MK 45-1 e
BK 45
Monitorização remota
com Rhombusline *)
Alarme
Eléctrodo NRG 16-28
Monitorização remota com
câmara de teste Universal *)
Cabo blindado
com 100 m,
no máx.
Estação de teste NRA 1-3
No máx. 16
câmaras de teste
VKE 16-1/16A
Fig. 67 Sistema VKE 88
Eléctrodo
NRG 16-19
ou NRG 16-27
Alarme
* É possível a combinação
6.
Aproveitamento do calor do condensado
6.1.
Considerações básicas
Página
91
6.2.
Exemplos de possível utilização do calor do condensado
91
6.2.1.
Acumulação de condensado no permutador de calor
91
6.2.2.
Recuperação do vapor de expansão
(circuito de condensado fechado)
93
7.
Purga de ar de permutadores de calor
94
8.
Sistemas de retorno do condensado
95
6. Aproveitamento do calor do condensado.
6.1. Considerações básicas.
Normalmente, num permutador de calor aquecido a vapor apenas o calor de
condensação é transmitido ao produto a ser aquecido. Para obter a potência de
aquecimento ideal, o condensado tem de ser imediatamente descarregado após
a sua formação pelo purgador de condensados. O calor contido no condensado
é descarregado junto com este. Forma uma percentagem considerável do teor
de calor total do vapor e aumenta com a pressão. Por exemplo, com uma pressão de serviço de 1 bar, a proporção de calor sensível é 19% do teor de calor
total do vapor, enquanto que a 10 bar é 28% e a 18 bar é 32% (ver tabelas de
vapor de água Fig. 83).
Se o condensado for livremente descarregado sem reutilização, uma grande parte
da energia térmica necessária para geração de vapor é perdida. Além disso,
incorre-se em custos adicionais porque a água de alimentação tem de ser obtida
e preparada totalmente de novo.
Por isso, em geral costuma-se acumular o condensado tanto quanto possível e
reutilizá-lo para geração de vapor ou pelo menos como água industrial.
Mais difícil é o aproveitamento do vapor de expansão formado em resultado da
descida de pressão do condensado, da pressão de trabalho no permutador de
calor para a pressão na conduta de condensado. Se o condensado for descarregado para a atmosfera (reservatório de condensado aberto), isto além de
representar poluição ambiental, pode conduzir a perdas de calor consideráveis,
mesmo com aproveitamento do condensado. Assim, por exemplo, com uma
pressão de trabalho de 1 bar, as perdas de calor, em relação à energia térmica
total produzida, são de 3,2%, a 10 bar são de 13% e a 18 bar são de 17%. A
quantidade de vapor de expansão formada a diferentes pressões a montante e
contrapressões pode ser consultada no diagrama da Fig. 68.
6.2. Exemplos de possível utilização do calor do condensado.
6.2.1. Acumulação de condensado no permutador de calor.
Através da acumulação de condensado, parte do calor contido no condensado é aproveitado directamente no processo de aquecimento. Em
casos extremos, as quantidades de calor extraídas do condensado
podem ser tão altas que, aquando da descarga, já não é gerado qualquer
vapor de expansão. No entanto, para que isto aconteça, é necessário
garantir que apesar da acumulação de condensado, a potência de aquecimento, assim como temperatura de aquecimento desejadas são atingidas e que o permutador de calor trabalha sem golpes de aríete (p. ex.,
aparelhos em contracorrente verticais ou pré-aquecedores em conformidade com a Fig. 38).
Para permutadores de calor não regulados são suficientes purgadores
térmicos, que realizem a descarga do condensado com um subarrefecimento predefinido (BK, com a regulação correspondente; MK com cápsula U; UBK).
No caso de permutadores de calor regulados, o actuador deve ser instalado no lado do condensado e não no lado do vapor.
91
Expansão do vapor em kg/kg de condensado
bar g a montante do purgador de condensados
Fig. 68 Quantidade de vapor de expansão.
Expansão do vapor aquando da expansão do condensado em ebulição.
92
6.2.2. Recuperação do vapor de expansão (circuito de condensado fechado). O
vapor de expansão é utilizado para o aquecimento de permutadores de
calor instalados a jusante e o condensado é reconduzido para a caldeira.
Isto exige uma rede de vapor com, pelo menos, dois níveis de pressão
(Fig. 69).
Utilização de vapor de expansão
Válvula redutora
Câmara de expansão
Fig. 69 Se as necessidades de vapor da superfície de aquecimento a jusante
forem muito grandes, é alimentado vapor vivo através da válvula redutora.
Em instalações mais pequenas, em certos casos basta um único permutador de calor, que funciona com o vapor de expansão, por exemplo, uma
caldeira de água quente.
Aparelhos em contracorrente para aquecimento de água, entre outros
(Fig. 70).
MK
como purgador de ar
Tubo vertical
de segurança
Bomba
Câmara de expansão
Fig. 70 Recuperação de vapor de expansão simples com circulação dotada de
sifão térmico. A quantidade de vapor de expansão depende do caudal de
condensado e não pode ser ajustada à necessidade variável.
93
7. Purga de ar de permutadores de calor
A entrada de ar ou outros gases não condensantes na instalação acontece essencialmente durante os períodos de paragem. Outras causas são a ausência ou insuficiência
de desgasificação da água de alimentação e a utilização de vapores de processos de
evaporação como vapor de aquecimento (por exemplo, em refinarias de açúcar).
O ar e outros gases prejudicam bastante a transferência de calor, reduzindo também
a pressão parcial do vapor e, logo, a temperatura do vapor. Se existir uma mistura de
vapor e ar, embora o manómetro indique a pressão total no espaço do vapor, a temperatura aí medida corresponde apenas à pressão parcial do vapor, sendo, por isso,
inferior à temperatura do vapor saturado à pressão total medida. A capacidade de
aquecimento é reduzida de acordo com a redução da diferença de temperatura entre
o vapor de aquecimento e o produto a ser aquecido (Fig. 28).
Por exemplo, com uma pressão total de 11 bar, sem gases presentes, a temperatura é
de 183 °C. Com um teor de gases de 10% é de 180°C e com um teor de 35% é 170°C.
Este exemplo permite concluir que a concentração do ar é mais alta no ponto mais frio
da superfície de aquecimento. Este facto tem de ser tomado em consideração aquando
da instalação dos purgadores de ar.
Na maioria dos pequenos e médios permutadores de calor é garantida de uma purga
de ar suficiente com purgadores de condensados com purga de ar automática (todos
os purgadores de condensados GESTRA para instalações de vapor têm purga de ar
automática).
No caso de permutadores de calor de grande capacidade como, p. ex., digestores,
evaporadores e autoclaves, os gases têm tendência para se concentrarem em certos
pontos, devido à configuração do espaço do vapor e às condições de fluxo daí resultantes. Nestes casos, os espaços do vapor devem ser purgados de ar separadamente num ou vários pontos. Como purgadores de ar são adequados os purgadores térmicos GESTRA, assim como a série BK e, em especial, a série MK para sistemas de
vapor saturado.
Para acelerar a purga de ar nos espaços do vapor, recomenda-se a instalação de um
tubo não isolado com pelo menos 1 m de comprimento a montante do purgador de
ar. Uma maior condensação do vapor neste ponto provoca a concentração local do ar
e a correspondente redução da temperatura, o que provoca uma abertura mais rápida
e ampla do purgador. A figura 29 ilustra uma disposição eficaz de purgadores de ar
em permutadores de calor de grande capacidade.
94
8. Sistema de retorno do condensado
A recondução do condensado, por exemplo, para a instalação de geração de vapor,
pressupõe um gradiente suficientemente grande. Não importa se se trata exclusivamente de gravidade, de um gradiente de pressão ou de uma combinação de ambos.
Em instalações de grande dimensão (com caudal de condensado grande) e/ou quando
o condensado tem de ser elevado para um nível mais alto, pode ocorrer uma contrapressão inadmissivelmente alta (p. ex., em instalações com regulação, ver o ponto
4.8.1, entre outros). Neste caso, a melhor solução é recolher o condensado separadamente das várias secções ou partes da instalação.
O condensado do colector de condensado é transportado para o recipiente de água
de alimentação através de bombas controlados pelo nível (Fig. 71).
Condensado
Vapor de expansão
Estrutura
1. Reservatório de condensado com
equipamento
1.1 Reservatório colector GESTRA
1.2 Conjunto de manómetro
1.3 Indicador do nível da água
1.4 Válvula de segurança
1.5 Válvula de descarga
2. Controlador do nível
2.1 Eléctrodo de controlo do nível
GESTRA
2.2. Frasco graduado GESTRA
2.3.
2.4
3.
3.1
3.2
3.3
3.4
Válvula de corrediça
Armário de comando GESTRA
Unidade da bomba
Bomba de condensado
Válvula anti-retorno GESTRA DISCO
Válvula de fecho GESTRA
Válvula de fecho com cone de
estrangulamento GESTRA
3.5 Conjunto de manómetro para
conduta sob pressão
Fig. 71 Sistema de recolha e de retorno de condensado GESTRA.
95
Para o transporte de pequenas a médias quantidades de condensado de partes distantes da instalação, a utilização do sistema de retorno de condensado sem bomba
GESTRA é uma solução económica. Neste sistema, é utilizado vapor como propulsor
do condensado. O condensado flúi para o reservatório colector não pressurizado.
Assim que o nível de condensado superior for atingido, um eléctrodo de controlo do
nível transmite um impulso de fecho da válvula electromagnética instalada na conduta
de purga e, simultaneamente, um impulso de abertura da válvula electromagnética na
conduta de vapor propulsor. Assim que o nível de condensado mínimo predefinido for
atingido no recipiente, um segundo eléctrodo transmite um impulso de fecho da válvula de vapor e um impulso de abertura da válvula de purga de ar (Fig. 72).
Purga de ar
Vapor propulsor
Conduta de
transporte do condensado
Drenagem
da conduta de
vapor propulsor
Estrutura
1 Reservatório colector
GESTRA
2 Manómetro
Condensado vindo
dos consumidores
3 Eléctrodo de controlo
do nível GESTRA
4 Válvula electromagnética
5 Válvula de fecho
6 Válvula anti-retorno
GESTRA DISCO
7 Purgador de condensados
GESTRA
Fig. 72 Sistema de retorno de condensado sem bomba do tipo KH GESTRA
Os sistemas de retorno de condensado sem bomba do tipo FPS GESTRA também
estão disponíveis com controlo de bóia sem necessidade de energia eléctrica auxiliar.
96
9.
Drenagem de sistemas de ar comprimido
Página
99
9. Drenagem de sistemas de ar comprimido
O ar atmosférico contém mais ou menos humidade, isto é, contém uma pequena
quantidade de vapor de água. Esta quantidade pode ser igual ao teor de saturação,
mas não superior. O teor de saturação é a massa de vapor de água máxima, em gramas, contida num metro cúbico de ar e depende exclusivamente da temperatura do
ar (Fig. 73).
O teor de saturação – também designado de humidade absoluta do ar – é igual à
massa específica do vapor saturado a esta temperatura. O limite de saturação aumenta quando a temperatura sobe e diminui quando a temperatura desce. A quantidade
de vapor que ultrapassa o limite de saturação condensa.
A massa de vapor de água contida efectivamente em 1 m3 de ar, expressa como percentagem do teor de saturação possível, é a humidade relativa (100% humidade
relativa = teor de saturação = humidade absoluta).
Exemplo: (Fig. 73)
1 m3 de ar saturado a 23 °C contém 20,5 g de vapor (humidade absoluta). Se este ar
for comprimido de 1 bar a para 5 bar a e a temperatura for mantida constante a 23 °C
através de arrefecimento, o volume de ar desce para 1/5 m3. Este volume de ar já não
consegue conter os 20,5 g de vapor contidos no 1 m3 de ar original, mas apenas 1/5,
ou seja, 4,1 g. O resto de 20,5 - 4,1 = 16,4 g é condensado sob a forma de água.
Na Fig. 74 podem ver-se as quantidades máximas possíveis de condensado com uma
pressão de admissão de 0 bar g, a diferentes temperaturas de admissão e uma temperatura do ar comprimido de 20 °C. Os valores indicados nesta tabela têm de ser
multiplicados pelo volume de ar efectivamente aspirado em m3, que pode ter de ser
apurado a partir da unidade do caudal, p. ex., m3/h ou rpm (rotações por minuto).
Exemplo: (Fig. 74)
Por hora são comprimidos 1000 m3 de ar a 12 bar (g). A temperatura de admissão é
10 °C, a temperatura do ar comprimido é 20 °C. De acordo com a tabela, o caudal de
condensado máximo é 8,0 g/m3, logo 1000 m3/h = 8000 g/h = 8,0 kg/h.
A água separada do ar comprimido tem de ser removida da instalação, caso contrário
causaria erosão e corrosão, entre outros. O sistema de ar comprimido deve ser drenado completamente, pois a água está continuamente a ser separada do ar, até o ar
ter arrefecido para a temperatura ambiente.
Têm de ser drenados os radiadores dos compressores, os recipientes de ar comprimido, as condutas de ar comprimido a intervalos regulares e nos pontos mais baixos
da conduta e a montante de secções ascendentes se a conduta mudar de direcção
(Fig. 75).
Em todos os casos em que seja necessário ar seco (nalguns casos também isento de
óleo), devem ser usados separadores de água com funcionamento centrífugo (separador de água de tipo TP GESTRA) ou, no caso de requisitos mais rigorosos em termos
de secura, um absorvedor de água. Se for necessário, ar isento de óleo, um absorvedor de óleo ou separador de óleo. Para a drenagem automática, estão disponíveis
purgadores de bóia GESTRA com combinações de equipamento especiais.
99
Temperatura do ar em °C
Humidade relativa do ar em %
Humidade em g/m3
Fig. 73 Teor de humidade do ar.
100
Teor de
Tempera-
humidade
tura
a 100%/
de
teor de saturação
admissão
(ver Fig. 74)
-10 C
12,14 g/m3
0 C
14,84 g/m3
+10 C
19,4 g/m3
+20 C
17,3 g/m3
+30 C
30,4 g/m3
+40 C
51
g/m3
Caudal de condensado máximo em g por 1 m3
de ar de admissão à pressão de trabalho
4 bar
0
1
5,8
13,7
26,9
47,7
8 bar
0
2,7
7,3
15,3
28,5
49,1
12 bar
0,6
3,4
8,0
16,0
29,1
49,7
16 bar
1
3,7
8,3
16,2
29,4
50
22 bar
1,3
4
8,6
16,5
29,6
53
32 bar
1,5
4,2
8,8
16,8
29,9
50,5
Fig. 74 Caudal de condensado máximo por m3/h de ar de admissão, p = 0 bar g,
temperatura de admissão ver tabela, temperatura de ar comprimido
20 °C, teor de humidade do ar na admissão = 100%.
101
Depósito de ar
comprimido
Separador de água
Compressor
Arrefecedor
Fig. 75
Para a drenagem correcta das condutas, há que ter em conta os pontos a seguir
aquando da instalação das tubagens e dos purgadores de condensados:
a)O condensado deve drenar por gravidade com uma gradiente contínuo entre o
ponto de drenagem e o purgador;
b)A tubagem tem de ser instalada com um gradiente suficientemente grande. Em
condutas horizontais, pode formar-se uma bolsa de água até mesmo numa válvula
de fecho. Como a montante e a jusante da bolsa de água existe a mesma pressão,
a água não é expelida e transforma-se numa «vedação» de água. Isto faz com que
o condensado não possa fluir na direcção do purgador;
c)Para abrirem, os purgadores de bóia precisam de um certo nível de condensado no
corpo, o que só se verifica se a bolsa de ar no condensador puder escapar.
No caso de caudais de condensado muito pequenos e uma conduta relativamente
grande (em relação ao caudal) com um gradiente contínuo (vertical, se possível), os
purgadores GESTRA asseguram que o ar pode escapar. À medida que o nível da
água sobe no purgador, o ar pode fluir pela conduta na direcção oposta à do condensado.
Se o caudal de condensado for bastante grande, p. ex., se a conduta de condensado for completamente cheia aquando do arranque da instalação ou por uma vaga
de água, o ar fica preso no corpo do purgador. O nível de condensado necessário
para a abertura do purgador é formado muito lentamente ou não o é de todo. A
descarga do condensado é insuficiente. Neste caso, recomenda-se uma ligação
entre o purgador e a conduta de ar comprido através de um «tubo de equilíbrio».
Isto permite que o ar escape e o condensado seja conduzido para o purgador de
forma imediata (Fig. 76).
102
Conduta de ar ou recipiente
Tubo de equilíbrio
Tubeira
colectora
P. ex.,
separador de água
arrefecedor
recipiente
Com ou sem válvula
Tubo de
Purgador de bóia para
Haste da válvula horizontal
equilíbrio
instalação horizontal
Conduta de ar ou
recipiente
Tubo de equilíbrio
Tubeira
colectora
Válvula
Purgador de bóia para
instalação vertical
Com ou
sem válvula
Fig. 76
d)Pequenas quantidades de óleo, como as normalmente contidas no ar de compressores lubrificados a óleo, não prejudicam o funcionamento dos purgadores GESTRA. Se o condensado estiver fortemente contaminado com óleo, é recomendável
a instalação de um tanque de decantação a montante do purgador. Isto permite a
descarga da espuma de óleo a intervalos regulares, p. ex., através de uma válvula
manual (Fig. 77).
P. ex.,
separador
arrefecedor
Tubo de equilíbrio
recipiente
conduta
Altura de admissão
suficiente
Secção de tubagem curta
Purgador de bóia para
instalação horizontal
Óleo Água
Fig. 77
Escoamento
do óleo
Purgador de bóia para
instalação vertical
Em vez de um purgador, também é possível utilizar uma válvula electromagnética
com relé temporizado. Esta válvula é aberta durante alguns segundos a intervalos
predefinidos; o ar comprimido de saída limpa, simultaneamente, os vedantes da
válvula. Atenção: Perdas de ar!
e)Instalações no exterior: A conduta e o purgador precisam de ser aquecidos, caso
contrário correm o risco de congelarem.
Antes da primeira colocação em serviço de uma instalação nova, o purgador de
bóia deve ser enchido com água!
103
Página
10.
Determinação do tamanho das condutas de condensado
10.1.
Considerações básicas
107
10.2.
Exemplos
113
10.Determinação do tamanho das condutas de condensado
10.1.Considerações básicas
10.1.1.Normalmente, o diâmetro da tubagem entre o permutador de calor e o
purgador de condensados é o diâmetro nominal do purgador necessário.
10.1.2.Para a escolha do diâmetro da conduta de condensado a jusante do
purgador, deve ter-se em conta a expansão do vapor. Mesmo com gradientes de pressão muito baixos, quando o condensado está praticamente à temperatura de saturação, o volume de vapor de expansão é muitas
vezes o do líquido (p. ex., durante a expansão de 1‚2 bar a para 1,0 bar
a, aproximadamente 17 vezes).
Nestes casos, é suficiente escolher o tamanho da conduta de condensado exclusivamente com base na quantidade de vapor de expansão formada. A velocidade de fluxo do vapor de expansão não deve ser muito
alta para evitar golpes de aríete (p. ex., pela formação de ondas), ruídos
ou erosão.
Uma velocidade de fluxo de 15 m/s no fim da tubagem à entrada do
reservatório colector ou redutor de pressão é um valor empírico útil.
O diâmetro interior da tubagem pode ser consultada na Fig. 78.
No caso de tubagens mais compridas (>100 m) e caudais de condensado
elevados, devem ser calculadas as perdas de pressão para evitar contrapressões demasiado elevadas, devendo utilizar-se a velocidade do vapor
de expansão como base para o cálculo (Fig. 79 e 80).
10.1.3.Nos casos em que o condensado se encontra maioritariamente no estado
líquido (p. ex., elevado grau de subarrefecimento, gradientes de pressão
extremamente baixos), para determinar o diâmetro da tubagem deve utilizar-se uma velocidade de fluxo do condensado de ≤ 0,5 m/s, se possível.
O diâmetro nominal da tubagem em função da velocidade de fluxo seleccionada pode ser determinado a partir da Fig. 81. Se o condensado for
bombado, o condensado na linha de descarga da bomba só pode estar
no estado líquido. Para determinar o tamanho da tubagem, pode contarse com uma velocidade média de 1,5 m/s. A Fig. 81 pode ser utilizada
para obter o diâmetro nominal da tubagem.
107
108
0,5
16,0
18,0
20,6
23,5
25,5
27,1
28,4
29,6
30,5
31,5
32,3
33,0
35,5
36,4
37,2
38,7
40,5
42,0
42,9
44,8
46,3
47,5
48,7
49,7
50,7
0,8
7,4
10,0
12,9
15,8
17,7
19,2
20,4
21,5
22,3
23,1
23,9
24,5
26,7
27,5
28,2
29,5
31,0
32,3
33,0
34,7
36,0
37,0
38,0
38,8
39,6
1,2
6,8
10,3
12,3
13,9
15,0
18,0
16,9
17,7
18,4
18,9
20,9
21,7
22,3
23,5
24,8
26,0
26,6
28,1
29,2
30,1
31,0
31,7
32,5
1,0
6,1
9,5
12,6
14,5
16,0
17,1
18,2
19,0
19,8
20,5
21,1
23,1
23,9
24,6
25,7
27,2
28,4
29,0
30,6
31,8
32,7
33,6
34,4
35,2
7,6
9,2
10,7
11,9
12,9
13,7
14,4
15,2
15,7
17,6
18,3
18,9
19,9
21,5
22,3
22,9
24,2
25,3
26,1
26,9
27,5
28,2
1,5
5,3
7,3
8,5
9,7
10,5
11,2
11,9
12,4
14,2
14,9
15,5
16,5
17,7
18,7
19,2
20,4
21,4
22,1
22,9
23,5
24,1
2,0
4,5
6,0
7,3
8,1
8,9
9,6
10,1
11,9
12,6
13,1
14,1
15,2
16,2
16,7
17,9
18,8
19,5
20,1
20,7
21,2
2,5
3,8
5,3
6,3
7,1
7,9
8,4
10,2
10,9
11,4
12,3
13,4
14,3
14,8
15,9
16,8
17,5
18,1
18,6
19,1
3,0
3,5
4,7
5,6
6,5
7,0
8,9
9,5
10,0
11,0
12,0
12,9
13,4
14,5
15,3
15,9
16,5
17,0
17,5
3,5
3,0
4,2
5,1
5,7
7,7
8,4
8,9
9,8
10,8
11,7
12,2
13,2
14,0
14,6
15,2
15,7
16,2
4,0
2,8
4,0
4,6
6,7
7,4
7,9
8,9
9,9
10,8
11,2
12,2
13,0
13,6
14,1
14,6
15,1
4,5
2,7
3,5
5,8
6,6
7,1
8,0
9,1
9,9
10,4
11,4
12,1
12,7
13,2
13,7
14,2
5,0
2,1
4,8
5,5
6,0
7,0
8,0
8,8
9,2
10,2
10,9
11,4
12,0
12,4
12,8
6
100
1,0
200
1,4
300
1,7
400
2,0
500
2,2
600
2,4
700
2,6
800
2,8
900
3,0
1.000
3,2
1.500
3,9
2.000
4,5
3.000
5,5
5.000
7,1
2,1
3,6
4,8
5,7
6,2
7,1
7,8
8,4
8,6
9,3
9,6
9
2,9
3,9
4,4
5,4
6,1
6,7
7,1
7,5
7,9
12
2,5
3,1
4,2
4,9
5,5
6,0
6,3
6,7
15
1,7
3,1
4,0
4,5
5,0
5,4
5,7
18
2,5
3,4
4,0
4,5
4,9
5,2
20
8.000 10.000 15.000 20.000
8,9
10,0
12,2
14,1
2,8
4,2
5,1
5,6
6,5
7,2
7,8
8,2
8,6
9,0
10
Fig. 78 Determinação do tamanho das condutas de condensado (exemplos de cálculo a partir da página 107)
Bases para determinar o diâmetro interno da tubagem:
1.Só é considerada a quantidade de vapor de expansão
2.Assume-se uma velocidade do vapor de expansão de 15 m/s
g/h
k
Factor
8
4,0
4,8 2,4
5,3 3,3
6,2 4,5
7,2 5,6
8,0 6,5
8,4 7,0
9,3 7,9
10,0 8,6
10,5 9,2
11,0 9,7
11,4 10,1
11,8 10,5
7
Pressão na extremidade da conduta de condensado (bar a)
Para determinar o diâmetro efectivo (mm), os valores indicados têm de ser multiplicados pelos seguintes factores:
PressãoTemperatura
bar
de saturação
a
°C
0,2
1,0
99
35,7
1,2
104
37,9
1,5
111
40,1
2,0
120
44,2
2,5
127
46,8
3,0
133
48,8
3,5
138
50,4
4,0
143
52,0
4,5
147
53,3
5,0
151
54,3
6,0
155
55,7
7,0
158
56,5
8,0
170
59,9
9,0
175
61,3
10,0
179
62,3
12,0
187
64,4
15,0
197
66,9
18,0
206
69,0
20,0
211
70,2
25,0
223
72,9
30,0
233
75,1
35,0
241
76,8
40,0
249
78,5
45,0
256
80,0
50,0
263
81,4
Estado do condensado
antes da expansão
Coeficiente de resistência C
Diâmetro nominal
Fig. 79 Descida de pressão em condutas de vapor
Os coeficientes de resistência C para todos os componentes das tubagens
com o mesmo diâmetro nominal podem ser consultados na Fig. 80. A descida
de pressão ∆p em bar pode ser determinada a partir da soma de todos os
valores individuais ∑C e os dados operacionais, ver a Fig. 81.
109
Exemplo
Componentes da tubagem DN 50:
tubagem de 20 m C = 8,11
1 válvula em ângulo C = 3,32
2 válvulas especiais C = 5,60
1 peça em T
C = 3,10
2 cotovelos 90
C = 1,00
Dados operacionais:
Temperatura
t =300 °C
Pressão do vapor abs. p =16 bar
Velocidade w=40 m/s
∑C = 21,10
Resultado ∆p =1,1 bar
Pressão
absoluta p
Velocidade w
10
/s
m
Temperatura δ em °C
Descida de pressão ∆p em bar
Coeficiente de
resistência C
Fig. 80
110
Caudal volúmico V em m3
Velocidade de fluxo w em m/s
.
Fig. 81 Caudal em tubagens.
111
or s
Temperatura do vapor δ em °C
Vap
atura
do
Densidade p em kg/m3
al
ud
Ca
o
sic
de
/h
rt
po
va
ás
m
Di
âm
etr
o
no
mi
na
l
Velocidade de fluxo w em m/s
Fig. 82 Velocidade de fluxo em condutas de vapor
Exemplo: Temperatura do vapor 300 °C, pressão do vapor 16 bar,
quantidade de vapor 30 t/h, diâmetro nominal 200.
Resultado: Velocidade de fluxo = 43 m/s
112
10.2.Exemplos.
10.2.1.Determinação do diâmetro nominal da tubagem em função da quantidade
de vapor de expansão.
10.2.1.1.Pressão antes da expansão (pressão de serviço) 5 bar a, pressão
na extremidade da conduta de condensado 1,5 bar a, temperatura do condensado perto da temperatura de saturação 151 °C
Caudal de condensado 1200 kg/h
Tabela 1 na Fig. 78, coeficiente de gradiente de pressão = 14,4.
Tabela 2 na Fig. 78, o factor de caudal para 1200 kg = 3,5.
Logo
diâmetro = 14,4 x 3,5 = 50,4 mm
Escolher DN 50.
10.2.1.2.As mesmas condições do ponto 10.2.1.1., mas condensado
com 20 K de subarrefecimento (20 K abaixo de ts).
De acordo com a tabela 1, a temperatura de saturação a 5 bar é
151 °C, logo
a temperatura do condensado efectiva é 151 – 20 = 131 °C;
coeficiente de gradiente de pressão a 131°C ≈ 10,2
(Através de interpolação do coeficiente de diâmetro a 127 °C
com uma contrapressão de 1,5 bar = 9,2 e a 133°C com uma
contrapressão de 1,5 bar = 10,7) multiplicado pelo factor 3,5
(da tabela 2 para 1200 kg/h) obtém-se um diâmetro de
10,2 x 3,5 = 35,7 mm.
Escolher DN 40.
10.2.2.Determinação do diâmetro nominal da tubagem em função do caudal de
líquido, ou seja, quando não existe ou existe muito pouco vapor de
expansão.
Mesmas condições do ponto 10.2.1.1., ou seja, caudal de condensado
1200 kg/h ≈ 1200 l/h ≈ 1,2 m3/h,
Pressão a montante 5 bar a; contrapressão 1,5 bar a.
mas condensado com 40 K de subarrefecimento (40 K abaixo de ts).
De acordo com a Fig. 78, Tabela 1, a temperatura de saturação a 5 bar
é 151 °C, logo a temperatura do condensado efectiva é 151 – 40 = 111 °C
Temperatura de saturação a 1,5 bar = 111°C, logo não é gerado vapor de
expansão.
Determinação do diâmetro da conduta de condensado a partir da Fig. 81,
com base numa velocidade de fluxo de 0,5 – 0,6 m/s.
Escolher DN 25.
113
Entalpia
da água
h', kJ/kg
Entalpia
do vapor
h", kJ/kg
Calor
latente
r, kJ/kg
14,670000
10,020000
7,650000
6,204000
5,229000
3,993000
3,240000
2,730000
2,365000
2,087000
1,869000
1,694000
1,1590v0
0,885400
0,718400
0,605600
0,524000
0,462000
0,413800
0,374700
0,339000
0,315500
0,272700
0,240300
0,214800
0,194300
0,177400
0,163200
0,151100
0,140700
0,131700
0,123700
0,116600
0,110300
0,104700
0,099500
0,094890
0,090650
0,079910
0,066630
0,049750
0,039430
0,032440
0,027370
0,023530
0,020500
0,018040
0,014280
0,011500
0,009308
0,007498
0,005877
0,003728
0,003170
Densidade do vapor
p" kg/m3
Temperatura
ts, °C
45,84
54,00
60,08
64,99
69,12
75,88
81,35
85,95
89,97
93,52
96,72
99,64
111,38
120,23
127,43
133,54
138,87
143,62
147,92
151,84
155,46
158,84
164,96
170,42
175,35
179,88
184,05
187,95
191,60
195,04
198,28
201,36
204,30
207,10
209,78
212,37
214,84
217,24
223,93
233,83
250,33
263,91
275,56
285,80
294,98
303,32
310,96
324,63
336,36
347,32
356,96
365,70
373,69
374,15
Volume de vapor
v" m3/kg
Pressão absoluta
p, bar a
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
5,50
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
11,00
12,00
13,00
14,00
15,00
16,00
17,00
18,00
19,00
20,00
21,00
22,00
25,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
120,00
140,00
160,00
180,00
200,00
220,00
221,20
0,0680
0,1000
0,1310
0,1610
0,1910
0,2500
0,3090
0,3660
0,4230
0,4790
0,5350
0,5900
0,8630
1,1290
1,3920
1,6510
1,9080
2,1650
2,4170
2,6690
2,9200
3,1700
3,6670
4,1610
4,6550
5,1470
5,6370
6,1270
6,6180
7,1070
7,5930
8,0840
8,5760
9,0660
9,5510
10,0500
10,5390
11,0310
12,5140
15,0080
20,1010
25,3610
30,8260
36,5360
42,4990
48,7800
55,4320
70,0280
86,9570
107,4340
133,3690
170,1550
268,2400
315,4570
191,83
225,97
251,45
271,99
289,30
317,65
340,56
359,93
376,77
391,72
405,21
417,51
467,13
504,70
535,34
561,43
584,27
604,67
623,16
640,12
655,78
670,42
697,06
720,94
742,64
762,61
781,13
798,43
814,70
830,08
844,67
858,56
871,84
884,58
896,81
908,59
919,96
930,95
961,96
1008,40
1087,40
1154,50
1213,70
1267,40
1317,10
1363,70
1408,00
1491,80
1571,60
1650,50
1734,80
1826,50
2011,10
2107,40
2584,8
2599,2
2609,9
2618,3
2625,4
2636,9
2646,0
2653,6
2660,1
2665,8
2670,9
2675,4
2693,4
2706,3
2716,4
2724,7
2731,6
2737,6
2742,9
2747,5
2751,7
2755,5
2762,0
2767,5
2772,1
2776,2
2779,7
2782,7
2785,4
2787,8
2789,9
2791,7
2793,4
2794,8
2796,1
2797,2
2798,2
2799,1
2800,9
2802,3
2800,3
2794,2
2785,0
2773,5
2759,9
2744,6
2727,7
2689,2
2642,4
2584,9
2513,9
2418,4
2195,6
2107,4
2392,9
2373,2
2358,4
2346,3
2336,1
2319,2
2305,4
2293,6
2283,3
2274,0
2265,6
2257,9
2226,2
2201,6
2181,0
2163,2
2147,4
2133,0
2119,7
2107,4
2095,9
2085,0
2064,9
2046,5
2029,5
2013,6
1998,5
1984,3
1970,7
1957,7
1945,2
1933,2
1921,5
1910,3
1899,3
1888,6
1878,2
1868,1
1839,0
1793,9
1712,9
1639,7
1571,3
1506,0
1442,8
1380,9
1319,7
1197,4
1070,7
934,3
779,1
591,9
184,5
0
Fig. 83 Tabela de vapor de água.
(As tabelas de vapor de água podem ser adquiridas no comércio especializado).
114
Página
11.
Determinação do tamanho de condutas de vapor
12.
Determinação do caudal de condensado
12.1.
Fórmulas básicas gerais (unidades Sl)
118
12.2.
Determinação do tamanho de purgadores de condensados
121
117
11.Determinação do tamanho de condutas de vapor
Ao escolher o tamanho de condutas de vapor deve partir-se do princípio que a descida de pressão entre a caldeira e os consumidores de vapor é limitada. Esta depende
essencialmente da velocidade de fluxo do vapor.
Os seguintes valores empíricos para a velocidade de fluxo provaram ser satisfatórios:
Condutas de vapor saturado
20 – 40 m/s
Condutas de vapor quente dependendo do caudal 35 – 65 m/s
Os valores mais baixos são aplicáveis aos caudais mais baixos.
Com uma velocidade do vapor predefinida, o diâmetro nominal necessário da tubagem pode ser determinado com base na Fig. 82.
A descida de pressão prevista pode ser calculada com base nas Fig. 79 e 80.
117
12.Determinação do caudal de condensado.
12.1.Fórmulas básicas gerais com base em: unidades Sl [J, W].
12.1.1.Se a quantidade de calor necessária for conhecida (p. ex., indicada na
placa de características do permutador de calor), então o caudal de con· por hora pode ser calculado
densado M
a partir de
kW é a quantidade de calor necessária em kJ/s (kilojoule/segundo), o
quociente 2100 é o calor latente em kJ/kg para pressões médias; o factor
1,2 é adicionado para compensar as perdas de calor.
·
12.1.2.Se a quantidade de calor Q necessária por hora não for conhecida, pode
· do produto a ser aquecido numa hora, o
ser calculada a partir do peso M
calor específico
e a diferença entre a temperatura inicial t1 e a temperatura final t2 (∆t = t2 – t1)
como se segue:
Exemplo.
É necessário aquecer 50 kg de água em 1 hora de 20 °C para 100 °C. A
quantidade de calor necessária é
água
118
Então, o caudal de condensado é
Agora se os 50 kg de água devem ser evaporados em 1 hora, têm de ser
adicionados 2100 kJ/kg de calor latente, ou seja
A quantidade total de vapor necessária e, consequentemente, a quantidade total de condensado formada pode ser calculada como se segue:
· ≈ 2,1 (4656 + 29.167) ≈ 71,0 kg/h
M
É necessário ter em atenção que cada produto tem um calor específico
próprio.
Calor específico c
Água
Leite
Mosto
Doce
Cera
Gelo
Gordura
Borracha
Soro fisiológico, saturado
Enxofre
Álcool
Ar
Óleo para máquinas
Gasolina
4,190
3,936
3,894
1,256
2,931
0,502
0,670
1,424
3,266
0,754
2,428
1,005
1,675
2,093
Pode encontrar valores de outros produtos no guia da GESTRA ou na
literatura técnica aplicável.
119
12.1.3.Se forem conhecidos o tamanho da superfície de aquecimento e a diferença de temperatura (temperatura inicial e final) do produto a aquecer, o
caudal de condensado· M pode ser calculado com precisão suficiente a
partir de
Em que
· caudal de condensado em kg/h
M=
F = superfície de aquecimento em m2
k = coeficiente de transmissão térmica em
tD= temperatura do vapor
t1 = temperatura inicial do produto a aquecer
t2 = temperatura final do produto a aquecer (frequentemente basta
conhecer a temperatura média, p. ex., temperatura ambiente)
r = calor latente em kJ/kg (pode assumir-se como sendo 2100 para
pressões médias)
Alguns valores empíricos para a transmissão térmica k.
Os valores mais baixos são aplicáveis com condições operacionais desfavoráveis como, p. ex., velocidade de fluxo baixa, produtos viscosos,
superfícies de aquecimento contaminadas e oxidadas. Enquanto que os
valores mais altos aplicam-se a condições bastante favoráveis, p. ex.,
velocidades de fluxo altas, produtos muito fluidos e superfícies de aquecimento limpas.
Conduta de vapor isolada
0,6 – 2,4
Conduta de vapor não isolada
8 – 12
Unidade de aquecimento com circulação natural
5 – 12
Unidade de aquecimento com circulação forçada
12 – 46
Caldeira de aquecimento com camisa e agitador
460 – 1500
Idem, com líquido em ebulição
700 – 1750
Caldeira de aquecimento com agitador e
serpentina de aquecimento
700 – 2450
Idem, com líquido em ebulição
1200 – 3500
Permutador de calor tubular
300 – 1200
Evaporador
580 – 1750
Idem, com circulação forçada
900 – 3000
120
12.2.Determinação do tamanho de purgadores de condensados.
(Ver também os pontos 3.1. e 3.2.)
As fórmulas de cálculo indicadas no ponto 12.1. acima permitem calcular o caudal de condensado médio durante todo o processo de aquecimento. No entanto,
estas fórmulas mostram claramente que, mantendo-se as outras condições de
funcionamento iguais, o caudal de condensado aumenta com a diferença entre
a temperatura do vapor e a temperatura do produto. Isto significa que o caudal
de condensado é maior quando o produto a ser aquecido regista a temperatura
mais baixa, ou seja, no início do processo de aquecimento.
Outro aspecto a considerar é o facto de que a perda de pressão na conduta de
vapor e no permutador de calor atinge o ponto mais alto com maior consumo de
vapor. Isto significa que a pressão de serviço e, logo, a pressão efectiva (diferença entre a pressão de serviço a montante do purgador e a pressão a jusante do
purgador), que determina a capacidade do purgador, atinge o ponto mais baixo
durante o arranque.
Pode-se encontrar condições extremas, por exemplo, no caso da drenagem de
condutas de vapor. Se for usado vapor saturado, a quantidade de condensado
formada no arranque pode ser vinte vezes a formada durante o funcionamento
contínuo. Se for usado vapor super-aquecido, praticamente não é formado condensado durante o funcionamento contínuo.
Variações extremas de caudal e pressão também ocorrem em instalações reguladas e em muitos processos de ebulição.
Se só for conhecido o consumo de vapor médio (caudal de condensado), tem de
ser adicionado um factor de segurança para purgadores de bóia. Pode partir-se
do princípio que a sua capacidade máxima com pressões médias (a uma temperatura do condensado de 100 °C) é 1,4 vezes superior à capacidade de água
quente indicada no diagrama de capacidades.
Por outro lado, a capacidade máxima dos purgadores térmicos (capacidade de
água fria) é várias vezes superior à capacidade de água quente e está indicada no
diagrama de capacidades.
121
13.
Regulação da pressão e da temperatura
13.1.
Regulação da pressão
Página
125
13.2.
Regulação da temperatura nos permutadores de calor
128
13.2.1.
Regulação do lado do vapor
128
13.2.2.
Regulação do lado do condensado
129
13.Regulação da pressão e da temperatura
13.1.Regulação da pressão.
A pressão predefinida da caldeira é frequentemente superior à pressão necessária para o processo de aquecimento. Nestes casos, é geralmente mais económico reduzir a pressão do vapor. Os custos de aquisição dos permutadores de
calor concebidos para pressões mais baixas é inferior, a quantidade de calor
latente que pode ser aproveitado é maior e a quantidade de vapor de expansão
é menor.
13.1.1.Na grande maioria dos casos, a precisão de regulação de um regulador
proporcional, ilustrado na Fig. 84, é suficiente. Trata-se de uma válvula de
sede única equilibrada que funciona sem energia auxiliar. A pressão mínima a manter actua através do reservatório de expansão e da linha piloto
no lado inferior do diafragma.
A força da mola actua na oposição oposta. A força da mola pode ser
ajustada com a roda manual, alterando assim a pressão mínima.
Fig. 84 Redutor de pressão GESTRA
125
13.1.2.A instalação correcta é importante para o modo de funcionamento do regulador de pressão (Fig. 85). O regulador de pressão funciona maioritariamente na posição de estrangulamento. Mesmo pequenas partículas de sujidade
podem causar problemas. Por isso, recomenda-se a instalação de um colector de impurezas a montante de cada regulador de pressão, não importa o
modelo. As partículas de água presentes no vapor que passa a alta velocidade através da válvula fortemente estrangulada, causam a destruição
precoce da válvula e da sede devido a cavitação e erosão.
Quando a instalação está parada, o vapor residual condensa na tubagem.
O condensado residual acumula-se no ponto mais baixo a montante da
válvula. Quando a instalação é novamente colocada em funcionamento, o
vapor flúi contra o condensado frio. Isto pode ter como consequência golpes de aríete. As pressões de choque verificadas podem destruir precocemente as cápsulas de regulação e os foles de equilíbrio da pressão. Por
estas razões, a conduta de vapor deve ser drenada a montante de cada
regulador de pressão. Se a conduta de vapor a jusante do regulador subir,
deve ser previsto um ponto de drenagem também a jusante do regulador.
Pode prescindir-se de uma drenagem directamente a montante do regulador, se for instalado um tubo vertical com fluxo ascendente.
< 1m
1.
2.
3.
4.
Ponto colector de condensado
Purgador de condensados
Válvula de fecho
Colector de impurezas
5.
6.
7.
8.
Redutor de pressão
Reservatório
Conduta de impulso
Registo de impulsos
Fig. 85 Exemplos de montagem de redutores da pressão do vapor.
126
A Fig. 85 apresenta exemplos de instalação correcta, sendo que para o
regulador de pressão de acordo com a Fig. 84 recomenda-se uma secção
de estabilização de aprox. 1 m de comprimento.
13.1.3.Com gradientes de pressão relativamente altos (P2 < P1/2) é preferencialmente utilizada uma válvula de sede cónica perfurada eléctrica ou pneumática. Se isto não for possível, devem ser instaladas válvulas redutoras da
pressão em série (Fig. 86). A secção de estabilização a montante da primeira válvula redutora da pressão deve ser prevista com um comprimento 8 x
DN. A secção de amortecimento deve ter um comprimento de 5 m.
Secção de estabilização
1.
2.
3.
4.
Secção de amortecimento
Ponto colector de condensado 5. Regulador de pressão
Purgador de condensados
6. Reservatório
Válvula de fecho
7. Conduta de impulso
Colector de impurezas
Fig. 86 Reguladores de pressão ligados em série para redução gradual de pressões do vapor elevadas.
As condições de redução mais favoráveis para ambos os reguladores são
obtidas quando o segundo tem um diâmetro nominal duas vezes superior
ao primeiro.
O mesmo se aplica à tubagem a jusante.
13.1.4.Se a pressão do vapor apresentar grandes flutuações entre os valores
mínimo e máximo e desejar-se uma regulação precisa da pressão mesma
para as necessidades mínimas, tem de se ligar em paralelo dois reguladores de tamanhos diferentes (Fig. 87).
Secção de
estabilização
1.
2.
3.
4.
Ponto colector de condensado 5. Regulador de pressão
Purgador de condensados
6. Reservatório
Válvula de fecho
7. Conduta de impulso
Colector de impurezas
Fig. 87 Reguladores de pressão em paralelo para consumo de vapor com fortes
flutuações.
127
O regulador maior deve ser ajustado para fechar a uma pressão mínima
ligeiramente superior à do mais pequeno. Isto garante que com plena
carga, ambos os reguladores são abertos. Com baixa carga, a pressão
mínima sobe ligeiramente, o que faz com que o regulador maior feche e
apenas o mais pequeno regule a pressão.
13.2.Regulação da temperatura nos permutadores de calor.
13.2.1.É principalmente aplicada a regulação do lado do vapor. A Fig. 88 apresenta um regulador de temperatura comum, sem energia auxiliar, da
gama da GESTRA. Um termóstato a medir a temperatura do produto
transfere os seus impulsos para um cilindro de posicionamento, que controla a válvula de estrangulamento, a qual é fechada quando a temperatura nominal é atingida.
Para a descarga do condensado deve ter-se em conta que devido à abertura e estrangulamento do regulador, a pressão do vapor no permutador de
calor flutua constantemente dentro de um amplo intervalo (ver também o
ponto 4.7.).
Válvula
Sensor
Termóstato
Mola de segurança
(protecção contra
temperatura excessiva)
Caixa de empanque
Escala de valores
nominais (impressa)
Êmbolo de
posicionamento
Anel de
afinação
Cilindro de
posicionamento
Tubo capilar
Ajustador do
valor nominal
Fig. 88 Regulador da temperatura mecânico. Termóstato com sensor de haste e
válvula de fecho bidireccional (válvula de sede única, fecha com o aumento
da temperatura).
128
13.2.2.A regulação no lado do condensado (ver ponto 4. 8. 3 e Fig. 38) apresenta a vantagem de ser mantida uma pressão constante no permutador de
calor. Simultaneamente, é possível aproveitar o calor do condensado. No
entanto, em comparação com a regulação do lado do vapor, deve ter-se
em conta o funcionamento bastante mais lento (devido a controlo excessivo). Além disso, têm de ser previstas superfícies de aquecimento que
não sejam afectadas por golpes de aríete (p. ex., pré-aquecedores verticais).
Para a regulação do lado do condensado também pode ser utilizado o
regulador ilustrado na Fig. 88, sendo a válvula instalada no lado do condensado. Entre o permutador de calor e a válvula tem de ser instalado um
purgador de condensados. Este destina-se e evitar a saída de vapor vivo
quando a válvula está totalmente aberta (p. ex., durante o arranque da
instalação).
Regulação do lado do vapor
Regulação do lado do condensado
Vapor
Vapor
Regulador da
temperatura
termostático
Produto
Produto
Purgador de
condensados
Purgador de
condensados
Válvula anti-retorno
Conforme a carga, a pressão na
superfície de aquecimento varia.
Sem acumulação de condensado.
Regulador da
temperatura
termostático
Pressão constante na superfície de
aquecimento. Acumulação de condensado variável de acordo com a carga
Fig. 89 Regulação de permutadores de calor.
129
Página
14.
Utilização vantajosa de
Válvulas anti-retorno GESTRA DISCO
133
15.
Válvulas de retenção GESTRA DISCO
137
14.Utilização vantajosa de válvulas anti-retorno
As válvulas anti-retorno desempenham um papel importante em sistemas de vapor e
condensado. Contribuem para a automatização do processo de aquecimento, aumentam a segurança operacional e, nalguns casos, substituem válvulas mais complexas.
O design compacto da válvula anti-retorno RK GESTRA DISCO simplifica a instalação
graças ao seu comprimento de montagem extremamente curto. A válvula é instalada
entre duas flanges. As Fig. 90 a e b ilustram o funcionamento e a montagem.
aberta
fechada
Fig. 90a As válvulas são abertas através da pressão do fluido e fechadas pela
mola assim que o fluxo do fluido parar, antes de ocorrer qualquer
refluxo. A mola da válvula também impede a circulação por gravidade.
Fig. 90b DISCO-RK, PN 6 - 40, DN 15 - 100 com anel de centragem em espiral ou
centragem externa cabem entre as flanges da tubagem em conformidade
com DIN, BSI e ASME 150/300 RF.
133
14.1.Em permutadores de calor instalados em paralelo, as válvulas anti-retorno impedem o aquecimento e enchimento por refluxo de um consumidor desligado do lado
do condensado (evitam golpes de aríete durante o arranque seguinte) (Fig. 91).
Vaposcópio
Purgador
automático
RK
Fig. 91
14.2.A formação de vácuo no espaço do vapor é impedida:
a)Através da instalação de uma válvula RK em paralelo com o purgador. A RK
abre-se assim que a pressão no espaço do vapor descer abaixo da da conduta de condensado (Fig. 92). Atenção: Só faz sentido em permutadores de
calor verticais.
Vaposcópio
Purgador
automático
Fig. 92
134
RK
b)Através da montagem da válvula RK em paralelo com um purgador de ar térmico ou sozinha, em conformidade com a Fig. 93. A RK abre-se assim que a
pressão no espaço do vapor descer abaixo da pressão atmosférica.
RK como quebra-vácuo
Purga de ar
térmica
RK para impedir
aquecimento por refluxo
Fig. 93
c)Através da montagem de uma válvula RK numa câmara de expansão (Fig. 94).
Vapor de expansão
Para sala das caldeiras
RK I
Condensado
dos consumidores
Câmara de expansão
RK II
Fig. 94 RKI: Quebra-vácuo
RK II Válvula de pé
135
14.3.Se uma serpentina de aquecimento for utilizada para aquecimento e arrefecimento, a instalação de uma válvula RK protege o sistema contra danos causados por erros de operação (Fig. 95). O vapor é impedido de entrar na conduta de
água de arrefecimento e a água de arrefecimento de entrada na conduta de
vapor.
Vapor
Água de arrefecimento
RK
Água de arrefecimento
RK
Condensado
Fig. 95
136
15.Duplas válvulas de retenção BB® GESTRA DISCOCHECK.
As duplas válvulas de retenção BB GESTRA DISCOCHECK são um complemento lógico às
válvulas anti-retorno GESTRA DISCO, p. ex., no intervalo de diâmetros nominais maiores.
As suas vantagens especiais prendem-se com as suas resistências ao fluxo extremamente
baixas, os comprimentos de montagem curtos, p. ex., em conformidade com DIN API, ISO,
EN até «versões extremamente curtas» e a gama completa para quase todos os fluidos. As
duplas válvulas de retenção BB GESTRA DISCOCHECK foram concebidas para uma vida útil
especialmente longa e perdas de pressão extremamente baixas.
Posição de fecho
Os pratos da válvula – com vedante
metálico ou junta tórica – estão assentes
na sede.
Posição de fecho
Início de abertura
Antes de os pratos da válvula abrirem,
levantam-se primeiro do pino central do
corpo. Este efeito cinemático reduz o
desgaste das superfícies da sede.
Início de abertura
Abertura total
O ângulo de abertura é limitado a 80°
através dos cames de batente nos pratos. Cames adicionais na charneira
asseguram uma posição estável na
posição de abertura.
Abertura total
Fig. 96 Princípio de funcionamento das
duplas válvulas de retenção BB GESTRA DISCOCHECK
137
Página
16.
Diagramas de selecção de
purgadores de condensados GESTRA
16.1. 16.3.
Purgadores de condensados térmicos/termodinâmicos,
até PN 40, Série BK
Purgadores de condensados térmicos/termodinâmicos,
PN 63-630, Série BK
Purgadores de condensados térmicos com controlo piloto por
Cápsulas de regulação simples, até PN 40, série MK
143
16.4.
Purgadores de condensados térmicos com controlo piloto por
Cápsulas de regulação simples, até PN 25, série TK
144
16.5.
Purgadores térmicos para temperaturas do condensado
constantes, até PN 40, série UBK 46
145
16.6.
Purgadores de bóia, até PN 16
146
16.7.
Purgadores de bóia, PN 25 e PN 40
147
16.8.
Purgadores de bóia, PN 63
148
16.9.
Purgadores de bóia, PN 100
149
16.10.
Purgadores de bóia, PN 160
150
16.11.
Purgadores de bóia PN 16/25
151
16.12.
Purgadores termodinâmicos com bocal variável PN 16
152
16.2.
141
142
16.Diagramas de selecção de purgadores de condensados GESTRA
16.1.Purgadores de condensados térmicos/termodinâmicos, até PN 40, série BK.
As capacidades indicadas no gráfico são as obtidas com aprox. 10 K abaixo da
temperatura de saturação.
Os purgadores de maior capacidade necessitam de um subarrefecimento maior.
Com condensado frio (durante o arranque), os purgadores automáticos descarregam várias vezes as quantidades aqui indicadas. Ver as folhas de dados individuais.
BK45 PN40 DN 15, 20, 25 até 22 bar de pressão diferencial
BK15 PN40 DN 40, 50 até 22 bar de pressão diferencial
BK46 PN40 DN 15, 20, 25 até 32 bar de pressão diferencial
[kg/h]
Capacidade
[lb/h]
[bar]
[psi]
∆PMX
141
16.2.Purgadores de condensados térmicos/termodinâmicos, PN 63-630, série BK.
As capacidades indicadas no gráfico são as obtidas com aprox. 10 K abaixo da
temperatura de saturação.
Os purgadores de maior capacidade necessitam de um subarrefecimento maior.
Com condensado frio (durante o arranque), os purgadores automáticos descarregam várias vezes as quantidades aqui indicadas. Ver as folhas de dados individuais.
BK27N PN63 DN 40, 50, ΔPMX. 45 bar
BK37 PN63 DN 15, 20, 25, ΔPMX. 45 bar
BK28 PN100 DN 15, 20, 25, ΔPMX. 85 bar
BK29 PN160 DN 15, 20, 25, ΔPMX. 110 bar
BK212 PN630 DN 15, 20, 25, ΔPMX. 250 bar
Capacidade
[lb/h] [kg/h]
[bar]
[psi]
∆PMX
142
16.3.Purgadores de condensados térmicos com cápsula de regulação simples, até
PN 40, série MK.
As capacidades indicadas no gráfico são as obtidas com aprox. 10 K abaixo da
temperatura de saturação. Com condensado frio (durante o arranque), os caudais aumentam.
Outros dados, especialmente com a utilização da cápsula U (cápsula de subarrefecimento), devem ser consultados nas respectivas folhas de dados.
MK 45-1, MK 45-2, MK 35/2S, MK 35/2S3, PN40 DN 15, 20, 25
MK 35/31; MK 35/32 PN25 DN 3/8", 1/2"; MK 36/51; PN40 DN 1/4", 3/8", 1/2", 3/4";
MK 25/2; PN40 DN 40, 50
MK 25/2S; PN40 DN 40, 50
MK 36
MK 45
MK 20
Capacidade
[lb/h] [kg/h]
[bar]
[psi]
∆PMX
143
16.4.Purgadores de condensados térmicos com controlo piloto por cápsulas de
regulação simples, até PN 25, série TK.
As capacidades indicadas no gráfico são as obtidas com aprox. 5 K abaixo da
temperatura de saturação. Com condensado frio (durante o arranque), os caudais aumentam (ver folha de dados correspondente).
TK 23 PN16 DN 50, 65, 80, 100
TK 24 PN25 DN 50, 65, 80, 100
TK 24
[t/h]
Capacidade
[lb/h]
TK 23
[bar]
[psi]
∆PMX
144
16.5.Purgadores térmicos para temperaturas do condensado constantes, PN 40,
série UBK 46.
O purgador abre-se com o ajuste de fábrica até 19 bar g com temperaturas do
condensado <100 °C (p. ex., a 4 bar com 80 °C, a 8 bar com 85 °C), a pressões
>20 bar com temperatura do condensado >100 °C (p. ex., a 32 bar com 116 °C).
Os caudais indicados no diagrama são descarregados com temperatura do condensado ligeiramente abaixo da respectiva temperatura de abertura. Com condensado frio (durante o arranque), os purgadores descarregam várias vezes as
quantidades aqui indicadas (ver folhas de dados correspondentes).
UBK 46 PN 40 DN 15, 20, 25
Capacidade
[lb/h] [kg/h]
[bar]
[psi]
∆PMX
145
16.6.Purgadores de bóia até PN 16, UNA 23 DN 15-50;
UNA Especial tipo 62 DN 65-100.
Caudal máximo de condensado em ebulição para os respectivos diâmetros
nominais e órgãos de fecho (AO). A pressão diferencial máxima admissível (pressão efectiva) depende da secção do órgão de fecho (AO).
Capacidade
[lb/h] [t/h]
AO 2
[bar]
[psi]
∆PMX
146
AO 16
AO 13
AO 10
AO 8
AO 5
AO 4
AO 3,5
16.7.Purgadores de bóia, PN 25 e PN 40, UNA 25/26 DN 15-50;
UNA Especial DN 65-100.
Caudal máximo de condensado em ebulição para os respectivos diâmetros
nominais e órgãos de fecho (AO). A pressão diferencial máxima admissível (pressão efectiva) depende da secção do órgão de fecho (AO).
AO 32
AO 22
AO 16
AO 13
AO 12
AO 10
AO 8
[t/h]
Capacidade
[lb/h]
AO 5
AO 4
AO 3,5
AO 2
[bar]
[psi]
∆PMX
147
16.8.Purgadores de bóia, PN 63.
Caudal máximo de condensado em ebulição para os respectivos diâmetros
nominais e órgãos de fecho (AO). A pressão diferencial máxima admissível (pressão efectiva) depende da secção do órgão de fecho (AO).
UNA 27 DN 25, 40, 50
UNA Especial DN 65, 80, 100
AO 45
AO 32
AO 28
AO 22
[lb/h] [t/h]
Capacidade
AO 16
[bar]
[psi]
∆PMX
148
16.9.Purgadores de bóia, PN 100.
Capacidade máxima de condensado em ebulição.
A pressão diferencial máxima admissível (pressão efectiva) depende da secção
do órgão de fecho (AO).
UNA 38 PN100 DN 15, 20, 25, 40, 50
AO 80
AO 64
[kg/h]
Capacidade
[lb/h]
AO 50
[bar]
∆PMX
[psi]
149
16.10.Purgadores de bóia PN 160, UNA 39.
Capacidade máxima de condensado em ebulição.
A pressão diferencial máxima admissível (pressão efectiva) depende da secção
do órgão de fecho (AO).
UNA 39 PN160 DN 15, 25, 50
AO 140
AO 110
[kg/h]
Capacidade
[lb/h]
AO 80
[bar]
[psi]
∆PMX
150
16.11.Purgadores de bóia PN 16/25 DN 15, 20, 25.
UNA 14/16
Caudal máximo de condensado em ebulição.
A pressão diferencial máxima admissível (pressão efectiva) depende da secção
do órgão de fecho (AO).
AO 22
AO 13
[kg/h]
Capacidade
[lb/h]
AO 4
[bar]
[psi]
∆PMX
151
16.12.Purgadores termodinâmicos com bocal variável, PN 16, DN 50 – 150.
Caudal máximo de condensado quente no funcionamento contínuo com 3/4 de
elevação do bocal variável;
capacidade de água fria cerca de 70% superior.
GK21 DN 50
GK11 DN 65, 80, 100, 150
[t/h]
Capacidade
[lb/h]
[bar]
[psi]
∆PMX
152
Página
17.
Válvulas para fins especiais
17.1. Válvula de drenagem durante o arranque AK 45
155
17.2.
Purgadores de condensados para aplicações estéreis
SMK 22 para a indústria farmacêutica
159
17.3.
Purgador de condensados com bomba UNA 25-PK
161
17.4.
Bomba de elevação de condensados compacta UNA 25-PS
163
17.Válvulas para fins especiais
17.1.Válvula de drenagem durante o arranque AK 45.
Quando instalações aquecidas a vapor são colocadas em funcionamento, o
vapor de entrada condensa muito rapidamente, mas a pressão é estabelecida
lentamente. Isto significa que inicialmente é produzida uma quantidade relativamente grande de condensado, mas o purgador de condensados ainda não está
em condições de descarregar este condensado de arranque sem acumulações.
Isto faz com que o tempo de arranque seja prolongado. Podem ocorrer golpes
de aríete térmicos perigosos.
Quando uma instalação é desligada, o vapor residual condensa. A pressão
desce, eventualmente pode ocorrer vácuo. Podem ocorrer consequências negativas:
- Deformação das superfícies de aquecimento pelo vácuo.
- Maior corrosão durante a paragem e perigo de congelamento decido a condensado residual.
- Golpes de aríete durante a colocação em funcionamento.
Solução:
Além do purgador de condensados, devem ser previstos uma drenagem durante
o arranque, esvaziamento e ventilação. Isto pode ser feito com válvulas manuais,
mas é mais eficiente se for realizado de modo automático com a válvula de drenagem GESTRA AK 45 (Fig. 97).
Fig. 97 AK 45, DN 15, 20, 25
155
A drenagem automática apresenta as seguintes vantagens em relação à drenagem manual:
- Poupa mão-de-obra.
- Exclui erro humano.
- Impede perdas de vapor através de válvulas abertas.
- Impede golpes de aríete e danos por congelamento.
- Reduz o risco de acidentes em pontos de acesso difícil.
- Evita a necessidade uma válvula de ventilação.
O princípio de funcionamento da GESTRA AK 45 baseia-se num cone de válvula
controlado por pressão. Quando não há pressão, a AK 45 é aberta por uma mola.
Quando a instalação é colocada em funcionamento, o condensado pode ser descarregado livremente da instalação. Apenas quando é atingida uma certa pressão
do vapor, a válvula fecha automaticamente (pressão de fecho). Se a instalação for
desligada, causando uma descida da pressão, a AK 45 abre sensivelmente ao
mesmo valor de pressão da pressão de fecho na fase de arranque (pressão de
abertura = pressão de fecho). Um dispositivo de purga de ar manual é previsto
para abrir a AK 45 para eliminar as partículas de sujidade na sede da válvula.
[kg/h]
Capacidade
[lb/h]
[bar]
[psi]
∆PMX
Fig. 98 Capacidade de água fria da AK 45
156
Aquando da colocação em funcionamento de uma conduta de vapor (p. ex.,
conduta de vapor remota), com secções ascendentes, o purgador de condensados não consegue descarregar o condensado formado durante o arranque.
Através de fricção entre as duas fases, o vapor arrasta o condensado e transporta-o ao longo da secção ascendente da conduta. Isto pode causar impulsos e
golpes de aríete térmicos. Também neste caso, a GESTRA AK 45 pode ser a
solução (Fig. 99).
Condensado
Purgador de
condensados
Vapor
AK
Fig. 99 Exemplo de montagem da AK 45
157
No caso dos permutadores de calor com funcionamento intermitente (por lotes)
(p. ex., digestores, autoclaves ou evaporadores) são necessários arranques e
paragens rápidos com mudança frequente de lote. A GESTRA AK 45 permite um
arranque mais rápido, pois permite a descarga livre do condensado formado
durante o arranque. Isto impede a ocorrência de golpes de aríete. Quando a
instalação é desligada, a GESTRA AK 45 permite a drenagem do condensado
residual, impedindo danos por congelamento, assim como deformações causadas por formação de vácuo, evitando também a corrosão durante a paragem
(Fig. 100).
Purgador de condensados
Válvula anti-retorno
AK
Fig. 100 Exemplo de montagem da AK 45
158
Colector de condensado
com pressão efectiva
17.2. Purgadores de condensados para aplicações estéreis SMK, indústria farmacêutica
SMK 22
SMK 22-81
SMK 22-51
Fig. 101
Este purgador de condensado térmico possui um espaço morto mínimo e uma
cápsula de regulação simples resistente à corrosão e insensível aos golpes de
aríete e é utilizada para descarga do condensado e purga de ar do vapor em
aplicações estéreis e assépticas (SIP).
A esterilização fiável é garantida através de um aquecimento rápido e uma drenagem absolutamente isenta de acumulação durante a esterilização. O sistema
Tryclamp (união de aperto) da SMK facilita a manutenção.
A cápsula de regulação possui um um perno esférico autocentrante de movimento livre para garantir um fecho estanque ao vapor e insensível à sujidade.
Possui uma elevada sensibilidade graças às reduzidas dimensões do regulador
(termóstato de evaporação). O purgador de condensados efectua a descarga do
condensado em toda a gama de funcionamento de forma imediata e realiza a
purga de ar automática. A temperatura de abertura situa-se 5 K abaixo da temperatura de saturação. Pressão diferencial máxima ∆p = 6 bar.
Todos os componentes em contacto com o fluido são de aço inoxidável. A junta
do corpo é de EPDM (junta tórica) em conformidade com as disposições da FDA
(Food and Drug Administration).
A rugosidade da superfície Ra das superfícies em contacto com o fluido é: 0,8 µm.
159
QC [kg/h]
QH [lb/h]
[lb/h]
[kg/h]
,
,
,
,
,
,
[bar]
[psi]
∆PMX
Fig. 102 Diagrama de caudais para SMK 22 e SMK 22-51
1 Quantidade de água quente
2 Água fria
160
17.3 Purgador de condensados com bomba UNA 25-PK
Descrição do sistema
Purgador de condensados de bóia esférica com função de bomba. O aparelho
funciona essencialmente como purgador de condensados. Uma função de
bomba de vapor propulsor integrada garante que o condensado é transportado
ou descarregado com valores de pressão do vapor reduzidos ou contrapressões
elevadas.
O mecanismo de regulação é constituído por um regulador com bóia esférica e
fecho de esfera rolante, um órgão de fecho, um mecanismo de comutação e um
bloco de válvulas para controlo do vapor propulsor e purga de ar. O aparelho
possui um dispositivo anti-refluxo integrado na área de entrada e saída, uma
ligação para o vapor propulsor, assim como uma ligação para uma conduta de
purga de ar ou tubo de equilíbrio.
Funcionamento
O condensado flui através do dispositivo anti-refluxo integrado para o corpo do
purgador. A bóia esférica move o fecho de esfera rolante de acordo com o nível
de condensado no corpo e abre/fecha o órgão de fecho. Se existir uma pressão
diferencial suficientemente alta, é realizada a descarga do condensado através do
órgão de fecho e do dispositivo anti-refluxo. O aparelho funciona como um purgador de condensados de bóia normal.
Se a pressão diferencial não for suficientemente alta, o nível de condensado continuará a subir no corpo do purgador.
Quando for atingido um ponto de comutação superior definido, a bóia esférica liga
um bloco de válvulas. Neste bloco de válvulas é fechada uma válvula de purga de
ar e aberta uma válvula de vapor propulsor. O vapor propulsor injectado expulsa
o condensado do corpo do purgador. Se o ponto de comutação inferior definido
for atingido, o bloco de válvulas é comutado através da posição da bóia de modo
a provocar a abertura da válvula de purga de ar e o fecho da válvula de vapor
propulsor. Agora o condensado flui novamente através do dispositivo anti-refluxo
para o corpo do purgador. É através deste processo cíclico que o aparelho funciona como purgador de condensados combinado com bomba. Durante o funcionamento da bomba, é acumulado condensado de entrada na conduta de admissão
do purgador de condensados combinado com bomba.
Caudal (funcionamento como purgador de
condensados) Água fria
Condensado (água quente)
Caudal 1)
[kg/h]
2000
∆PMX (pressão diferencial máx.) [bar]
6
Caudal 1)
[kg/h]
2500
∆PMX (pressão diferencial máx.) [bar]
6
1) Quando o caudal é excedido, o aparelho comuta
para funcionamento da bomba.
Caudal (purgador de condensados combinado com bomba)
Condensado (água quente) Caudal com pressão do
vapor propulsor de 6 bar e altura de admissão de 1 metro
Caudal PMOB (contrapressão de serviço máx.)
[kg/h]
460
[bar]
1
161
H mín =0,5 m
50
Fig. 103 UNA 25-PK
L mín =2,5m, DN40
Ligação UNA 25-PK ao permutador de calor ou ligação
UNA 25-PS ao permutador de calor ou conduta de
­condensado com retorno da conduta de purga de ar
(condensado quente, admissão sob pressão).
Fig. 104 Descarga de condensado a baixas pressões diferenciais
162
17.4 Bomba de elevação de condensados compacta UNA 25-PS
Descrição do sistema
Bomba de elevação de condensados com bóia esférica. O aparelho funciona
como um recuperador de condensado. O condensado é expulso de modo cíclico
do corpo do purgador com a ajuda de vapor propulsor.
O mecanismo de regulação é constituído por um regulador com bóia esférica,
um mecanismo de comutação e um bloco de válvulas para controlo do vapor
propulsor e purga de ar. O aparelho possui um dispositivo anti-refluxo integrado
na área de entrada e saída, uma ligação para o vapor propulsor, assim como
uma ligação para uma conduta de purga de ar ou tubo de equilíbrio.
Funcionamento
O condensado flui através do dispositivo anti-refluxo integrado para o corpo do
purgador.
Quando for atingido um ponto de comutação superior definido, a bóia esférica
liga um bloco de válvulas. Neste bloco de válvulas é fechada uma válvula de
purga de ar e aberta uma válvula de vapor propulsor. O vapor propulsor injectado expulsa o condensado do corpo do purgador. Se o ponto de comutação
inferior definido for atingido, o bloco de válvulas é comutado através da posição
da bóia de modo a provocar a abertura da válvula de purga de ar e o fecho da
válvula de vapor propulsor. Agora o condensado flui novamente através do dispositivo anti-refluxo para o corpo do purgador. É através deste processo cíclico
que o aparelho funciona como bomba de elevação de condensados. Durante o
funcionamento da bomba, é acumulado condensado de entrada na conduta de
admissão da bomba de elevação de condensados.
Caudal (funcionamento como bomba de elevação de
condensados) Condensado (água quente) Caudal com
pressão do vapor propulsor de 13 bar e altura
de admissão de 1 metro
Caudal PMOB (contrapressão de serviço máx.)
[kg/h]
600
[bar]
1
[kg/h]
800
[bar]
1
Água fria Caudal com pressão do vapor
propulsor de 6 bar e altura de admissão
de 1 metro
Caudal PMOB (contrapressão de serviço máx.)
163
Fig. 105 UNA 25-PS
Ligação UNA 25-PS
(Purga de ar para a atmosfera, admissão
sem pressão, retorno de condensado
fortemente subarrefecido).
Fig. 106 Drenagem de um permutador de calor com condensado subarrefecido
164
Símbolos gráficos para centrais térmicas em conformidade com DIN 2481
Produtos, condutas
Vapor
Água em circulação
p. ex., condensado,
água de alimentação
Conduta de impulso
Ar
Permutadores de calor, caldeiras,
aparelhos
Caldeira de vapor de
água
Caldeira de vapor de
água
com sobreaquecedor
Arrefecedor de vapor
com
injecção de água
Tubagem
com aquecimento
ou arrefecimento
Conversor de vapor
Intersecção de
condutas com
pontos de união
Permutador de calor
com intersecção dos
fluxos dos produtos
Ponto de ramificação
Separador
Intersecção de
condutas sem
pontos de união
Câmara de expansão
Funil
Consumidores de calor
sem superfície de
aquecimento
Descarga para a
atmosfera
Consumidores de calor
com superfície de
aquecimento
165
Permutadores de calor, caldeiras,
aparelhos
Máquinas
Aquecimento ambiente
Turbina de vapor
Cuba
(recipiente aberto)
Recipiente,
geral
Motor eléctrico,
geral
Bomba de líquidos,
geral
Compressor geral,
(bomba de vácuo)
Recipiente com
chão curvo
Órgãos de fecho
Recipiente com
desgasificação
Válvula de fecho,
geral
Válvula de fecho
com accionamento
manual
Acumulador térmico
de pressão variável
Válvula de fecho
com accionamento por
motor eléctrico
Purgador de
condensados
Vaposcópio
Válvula de fecho
com accionamento por
válvula electromagnética
Válvula de fecho
com accionamento por
êmbolo
166
Órgãos de fecho
Válvula de fecho
com accionamento por
diafragma
Torneira de três vias
Válvula de fecho
com controlo
por bóia
Válvula anti-retorno
Válvula de retenção
Válvula
Válvula em ângulo
Válvula de segurança
accionada por retorno
de mola
Válvula anti-retorno
DISCO RK
Válvula de fecho
Válvula redutora da
pressão
Válvula de corrediça
Torneira
167
Medição
Regulação
Medição da pressão
Regulador
Medição da temperatura
Regulação da descarga
Medição do caudal
Medição do nível
Arrefecimento do vapor
com injecção de água
e regulação da
temperatura
Medição da
condutividade
A válvula redutora da
pressão abre com
a descida da pressão
na conduta b
Mediação do valor pH
A válvula redutora
da pressão abre com
a descida da pressão
na conduta a
168
Símbolos e abreviaturas internacionais
Símbolos
Condutas de processamento
Vapor
Água
Ar
Instrumentação
Conduta básica
Sistema capilar
Linha de sinalização pneumática
Linha de sinalização eléctrica
Símbolos circulares para aparelhos
Montagem local
Montagem em painel
Montagem em bastidor
Significado de algumas letras usadas em abreviaturas
como primeira letra
como letras sucessivas
C
D
F
H
L
M
P
S
T
1
2
Condutividade
Densidade
Quantidade, caudal
Manual (operação manual)
Nível
Humidade
Pressão
Velocidade, rotação,
frequência
Temperatura
A
C
D
G
I
R
S
T
V
Alarme
Controlo, regulação
Diferença1
Indicador de nível transparente
Indicação
Registo
Comutação2
Transmissor
Válvula
PD = diferença de pressão. TD = diferença de temperatura, etc.
S = Switch (comutador, comutação) também pode significar Safety (segurança,
protecção em caso de emergência).
Exemplo de composição e significado de uma abreviatura
A grandeza de medição pressão (P) deve ser indicada (I) e regulada (C).
PIC 110 significa: Pressure lndicating Controler = regulador de pressão com indicação
para o circuito de controlo 110.
169
Designações dos materiais
Designação de material antiga (DIN)
Designação EN
Nome abreviado
Número
Nome abreviado
GG-25
0.6025
EN-GJL-250
GGG-40
0.7043
EN-GJS-400-15
GGG-40.3
0.7043
EN-GJS-400-18-LT
GTW-40
0.8040
EN-GJMW-400-5
RSt 37-2
1.0038
S235JRG2
C22.8
1.0460
P250GH
GS-C 25
1.0619
GP240GH
15 Mo 3
1.5415
16Mo3
GS-22 Mo 4
1.5419
G20Mo5
13 CrMo 4 4
1.7335
13CrMo4-5
GS-17 CrMo 5 5
1.7357
G17CrMo5-5
G-X 8 CrNi 13
1.4008
GX7CrNiMo12-1
G-X 6CrNi 18 9
1.4308
GX5CrNi19-10
G-X 6CrNiMo 18 10
1.4408
GX5CrNiMo19-11-2
X 6 CrNiTi 18 10
1.4541
X6CrNiTi18-10
X 6 CrNiNb 18 10
1.4550
X6CrNiNb18-10
G-X 5 CrNiNb 18 9
1.4552
GX5CrNiNb19-11
X 6 CrNiMoTi 17 12 2
1.4571
X6CrNiMoTi17-12-2
G-X 5 CrNiMoNb 18 10
1.4581
GX5CrNiMoNb19-11-2
CuZn 39 Pb 3
2.0401
CuZn38Pb2
CuZn 35 Ni 2
2.0540
CuZn35Ni3Mn2AlPb
G-CuAl 9 Ni
2.0970.01
CuAl10Ni3Fe2-C
G-CuSn 10
2.1050.01
CuSn10-Cu
GC-CuSn 12
2.1052.04
CuSn12-C
1)
Ter em atenção as características físico-químicas!
170
Designação EN
ASTM
Número
Material equivalente1)
EN-JL 1040
A 126-B
EN-JS 1030
A 536 60-40-18
Grafite esferoidal
EN-JS 1025
–
Grafite esferoidal
EN-JM 1030
–
Ferro fundido maleável, branco
1.0038
A 283-C
1.0460
A 105
1.0619
A 216-WCB
1.5415
A 182-F1
Aço forjado, resistente ao calor
1.5419
A 217-WC1
Aço vazado, resistente ao calor
1.7335
A 182-F12-2
Aço forjado, resistente ao calor
1.7357
A 217-WC6
Aço vazado, resistente ao calor
1.4008
–
1.4308
A 351-CF8
Aço inoxidável (fundido), austenítico
1.4408
A 351-CF8M
Aço inoxidável (fundido), austenítico
1.4541
–
Aço inoxidável (forjado), austenítico
1.4550
A 182-F347
Aço inoxidável (forjado), austenítico
1.4552
A 351-CF8C
Aço inoxidável (fundido), austenítico
1.4571
–
Aço inoxidável (forjado), austenítico
1.4581
–
Aço inoxidável (fundido), austenítico
CW608N
–
Latão estampado a quente
CW710R
–
Latão
CC332G
–
Bronze
CC480K
–
Bronze
CC483K
–
Bronze
Categoria
Ferro fundido
Aço de construção
Aço forjado, não ligado (aço ao carbono)
Aço vazado (aço ao carbono)
Aço vazado, inoxidável
171
Índice remissivo
A
Acumulação de condensado
Aparelhos em contracorrente
Aproveitamento do calor do
condensado
Aquecimento de tanques
Aquecedores de ar
Autoclaves
Avaliação dos sistemas de
purgadores de condensados
B
Banhos de ácido
Banhos (limpeza, decapagem)
Bomba de elevação de
condensados compacta
Página
31
51
91
79
47
71
9
64
63
163
C
Calandras
62, 74
Calandras a vapor
74
Caldeira
50
Caldeiras de fabrico de cerveja
59
Caldeira de fermentação
59
Caldeiras de cozedura
56
Caldeiras para mosto 59
Caudais de condensado
- Determinação para
instalações de vapor
118
- Determinação para instalações
de ar comprimido
101
Cilindros de secagem
62
Condutas de condensado
- Determinação do tamanho
107
Condutas de vapor
- Drenagem
35, 43
- Determinação do tamanho
117
Condutas de vapor quente
45
Condutas de vapor saturado
- Drenagem
44
Controlo dos purgadores de
condensados
83
Convectores para aquecimento
ambiente
46
Caudal em tubagens
111
D
Descarga do condensado
- Exemplos
- Princípios básicos
172
27
27
Página
Descida de pressão em
condutas de vapor
Destiladores
Determinação do tamanho
- dos purgadores de condensados
- das condutas de condensado
- das tubagens
107,
Diagrama de capacidades
Diagramas de caudais
Diagramas de selecção de
purgadores de condensados
Diâmetro das tubagens
Diâmetro nominal das tubagens
Digestores
Digestores industriais
Distribuidores de vapor
Do lado do condensado Drenagem colectiva
Drenagem de cilindros
Drenagem de sistemas de ar
comprimido
Drenagem de tubagens
Drenagem individual
109
61
121
107
117
141
141
141
108
107
55
55
34
129
29
62
99
43
29
E
Escolha do purgador de condensados 40
Evaporador
60
Exemplos de montagem
27
F
Fitas de aquecimento
Fitas de aquecimento de instrumentos
Fitas de aquecimento isoladas
Fitas de aquecimento de tubagens
G
Golpes de aríete
H
Humidificadores de ar
M
Manequins a vapor
Máquina de engomar
Máquinas de limpeza a seco
Máquinas de limpeza
- Limpeza a seco
Máquinas de secar e passar
Mesas aquecedoras
Mesas de remoção de nódoas
75
78
77
76
32, 36
50
73
72
75
75
74
66
72
Página
P
Painéis radiantes
46
Permutador de calor
43
Placas de secagem
66
Pré-aquecedor
53
Pré-aquecedores tubulares
53
Prensa de engomar
72
Prensas de pneus
69
Prensas de vários andares
67
Prensas de vulcanização
69
Prensas
67-69, 72
Princípios básicos de
descarga do condensado
27
Purga de ar
38, 94
Purgadores de condensados
- Avaliação
9
- Com bomba
161
- Controlo
83
- Determinação do tamanho
121
- Escolha
10, 40
- Sistemas
12
- Vapor estéril
159
Q
Quantidade de vapor de expansão
Quebra-vácuos (válvulas
anti-retorno RK DISCO)
R
Radiadores de tubos com aletas
Radiadores de vapor
Recuperação de vapor de expansão
Refluxo do condensado
Regulação da pressão
Regulação da temperatura
Regulação da temperatura
do lado do vapor
Regulador de pressão
Rollos de secagem
92
133
S
Secadores
Secadores de tapete
Secadores de vapor
Separador de água
Serpentinas de aquecimento
Símbolos gráficos para
centrais térmicas
Sistema de ar condicionado
Sistemas de purgadores
Página
43, 62, 65
65
43
43
48, 63
165-168
49
12
T
Tabela de vapor
Tabela de vapor de água
Tambores de vulcanização
U
Unidade de aquecimento
Unidade de aquecimento –
aquecedor de ar
V
Válvulas anti-retorno
Válvulas de drenagem durante
o arranque
Velocidade de fluxo em condutas
de vapor
114
114
70
48
49
133
155
112
46
46
93
95
125
128
128
125
62
173
Apresentação geral da gama GESTRA
Purgadores de condensados
-
-
-
-
-
Purgadores de condensados térmicos
com cápsula bi-metálica ou regulador de cápsula
Purgadores de condensados de bóia
Purgadores de condensados termodinâmicos
Purgadores de condensados para ligações
universais (conectores)
Aparelhos de controlo de purgadores de condensados
Dispositivos anti-refluxo
Dispositivos de bloqueio da circulação natural
por gravidade
- Válvulas anti-retorno ®DISCO
- Válvulas de retenção ®DISCO
- Duplas válvulas de retenção ®DISCOCHECK
Limitadores de água de arrefecimento
Reguladores proporcionais sem energia auxiliar,
que regulam as quantidades de água de arrefecimento em função da temperatura de refluxo
Limitadores da temperatura de refluxo
Limitação da temperatura de refluxo de controlo
directo para manutenção da temperatura de
refluxo desejada
174
Apresentação geral da gama GESTRA
Reguladores de pressão mecânicos
Redução da pressão ou pressão primária constante de vapor, gases e líquidos neutros, não
inflamáveis, em todos os sistemas de processos
e energia
Regulador da temperatura mecânico
Para regular processos de aquecimento e arrefecimento para fluidos líquidos, gasosos e vapor
Válvulas de regulação
-
-
Válvulas de regulação de sede única com
accionamento eléctrico ou pneumático
Válvulas de regulação com bocal variável
radial
Válvulas de segurança
Colectores de impurezas
Válvulas de fecho
Aparelhos e recipientes técnicos de aquecimento
- Sistemas de recolha e retorno
de condensado
- Arrefecedores de vapor quente
- Geradores de vapor puro
- Desgaseificadores de água de
alimentação
- Câmaras de expansão de
condensado
- Arrefecedores mistos
- Compensadores de
condensado
- Secadores de vapor e ar
175
Apresentação geral da gama GESTRA
Equipamento de caldeiras de vapor
Todos os componentes de segurança e controlo da qualidade em sistemas de
vapor e água quente segundo TRD 701 / 601 / 602 / 604 24h / 604 72h
-
-
-
-
-
-
-
-
176
Regular, limitar e registar o nível
Regular e limitar a temperatura
Medir a condutividade
Válvulas de purga (dessalinização, sedimentação)
Controlo por software de sedimentação
Controlar líquidos
Medição da quantidade de vapor
Tecnologia Bus
Manual sobre Condensados
GESTRA AG
Münchener Str. 77, D-28215 Bremen
P.O.Box 10 54 60, D-28054 Bremen
Tel.
0049 (0) 421-35 03-0
Fax
0049 (0) 421-35 03-393
E-Mail:
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Página Web www.gestra.de
819152-00/10-2011 (808082-06) · GESTRA AG · Bremen · Printed in Germany
Energia a pensar no futuro
GESTRA
Manual sobre Condensados