DISTRIBUI

1
DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR

• linhas de vapor
• acessórios

2

• VAPOR DÁGUA
• APLICAÇÃO
• Transporte de energia térmica
• Trabalho mecânico
• Vapor Saturado
• Fluido de aquecimento
• Melhor controle de
  temperatura
• Velocidades usuais
• Ramais principais
  20 a 35 m/s
• Ramais secundários ou linhas
  curtas máximo 15 m/s.
• 
  erosão
• Vapor Superaquecido
• Trabalho mecânico ? turbinas (trabalho
  mecânico ou geração de
• 
  eletricidade
• Fluido de Processo ? Processos
  Petroquímicos

3

• EXEMPLOS DE APLICAÇÃO
• NA INDÚSTRIA
• bebidas limpeza, pasteurização,
  etc
• papel, celulose e laminados
  digestores, secagem (cilindros rotativos)
• prensas, etc Curtumes
  aquecimento, secagem (estufas), prensas, prensas
  a vácuo. laticínios pasteurização,
  esterilização, concentradores, produção de
• vácuo, etc. Frigoríficos
  estufas, digestores, nas prensas para extração de
  óleo. doces aquecimento de glicose, no
  cozimento sob pressão, em estufas.
  vulcanização e recauchutagem vulcanização,
  prensas.

4

• indústrias químicas nas autoclaves, tanques de
  armazenamento, reatores, vasos de pressão,
• trocadores de calor. têxtil
  alvejamento e tingimento, estufas para secagem.
  petróleo e derivados refervedores,
  trocadores de calor, torres de
• fracionamento, fornos de pirólise,
  vasos de pressão, nos reatores e
• turbinas. metalúrgica cubas
  galvânicas, preparo de soluções de produtos
• químicos, secagem e pintura.
• OUTROS USOS
• Hospitais, hotéis, Lavanderias,
  Refeições industriais, Calefação e
• Umidificação de ambientes, etc.

5
Exemplo de uso de vapor
6

• Porque usar vapor ?
• Benefícios
• Grande quantidade de energia acumulada,
• Elevado potencial de
  trabalho
• Eficiente transportador de energia
• Seguro ( usado as vezes na extinção de incêndio)
• Eficiente forma de transferência energia do
  combustível,
• Inclusive procedente de resíduo
• Centralização da fonte geradora de energia
• Disponibilidade a grande distância
• Facilidade de controle
• Na distribuição (Automação)
• Também de temperatura

7

• Vapor saturado ?
• Estabilidade no aquecimento
• Elevado U (cp)
• Reduzida Área necessária para
  troca térmica
• Temperatura constante (Uniforme)
• Vapor superaquecido?
• Reduzida capacidade de aquecimento
• Elevada energia mecânica

8
Resumo de algumas características relacionadas
ao vapor e sua aplicação

• Elevado coeficiente global, reduzida área
  necessária
• para transferência de calor.
• Água , baixo custo, exceto tratamento
• Elevado calor latente 540cal/g (1 atm)(2100kJ/kg)
• Ausência de bomba para transferência
• Fácil controle com válvula de duas vias
• Controle de temperatura com redutora de pressão
• Tubulação de pequeno diâmetro
• Utilização do vapor flash
• Reuso de condensado

9
Comparação de diversos sistemas de aquecimentos
Vantagens e desvantagens
10
continuação
11
Escolha quanto a pressão

• Vapor saturado a elevada pressão
• Vantagens
• Redução de custo
• Tubulação
• Isolamento
• Suportes
• Menor perda de carga
• Desvantagem
• Emprego de redutora de pressão no ponto
• de consumo

12

• Formas de aquecimento (vapor saturado)
• Injeção direta
• Tanques
• Estufas
• Umidificação
• Aquecimento Indireto
• Camisas,
• Serpentinas,
• Tracers

13
(No Transcript)
14
Tracer
15
Injetor de vapor
16
Aplicações para tracer (vapor de baixa pressão
(0,7 a 10 kg/cm2)

• Evitar solidificação/cristalização de material

Material em estado de fusão
Elevada concentração salina

• Manutenção de fluidez

Fluido que apresentam grande variação de
viscosidade com a temperatura

• Manter constante a temperatura de fluido de
  processo

• Evitar congelamento de válvulas

Alimentação de fluidos gasosos comprimidos -
Descompressão
Alternativas ao tracer convencional (externo)

• Tubo centrado, guiado, interno ao duto de
  processo
• Se grande diâmetro
  Emprego de anéis de expansão
• Camisa de vapor

.
17
Linhas de vapor Detalhes de montagem

• Quanto a disposição da linha
• Cuidados
• Evitar acúmulo de condensado
• Disposições adotadas
• Inclinada no sentido do fluxo de condensado,
  ou
• Reduzir velocidade do vapor evitando arraste

18
h2
h1
19
Quanto à acessórios

• Drenos de condensado
• Poços (dimensão)
• Filtros
• (posicionamento)
• Derivações
• Tomadas de vapor (posicionamento)
• Conexões redutores / expansores, curvas

20
Drenos de condensado (poços)
errado
certo
21
Filtros
22
(No Transcript)
23
Dimensionamento de Linhas de vapor

• Método da velocidade econômica
• Obs. somente trechos curtos, até 20m

24
Método da perda de carga

• Perda de carga adotada

• Fórmula geral da perda de carga - Fórmula de
  Unwin

25
Fórmula de Babcock
26
Material de tubulação

• Característica do vapor Pouco corrosivo
• Escolha dependente somente da
  temperatura
• Conexões
• solda Até 2 - Solda de encaixe
• gt 2 - Solda de topo
• Válvulas de bloqueio
• Globo forjadas até 2- solda de encaixe
• Gaveta acima de 8, fundidas, conexão por
  flange ou
• solda de topo.
• Obs. acima de 8 e pressão maior que 8 kgf/cm2
  
• Válvula com by-pass.

27
SUPERAQUECEDORES
28
(No Transcript)
29
(No Transcript)
30
(No Transcript)
31
Superaquecedores

• Quanto à localização na caldeira
• Convectivos
• Taxa de aquecimento de 7 a 10 BTU/ ft2. F
• Limitado, se grande demanda
• Grande área superficial
• Propenso a interferência no coeficiente global
  de troca térmica
• Raramente presente nas fogotubulares
• Superfície aletada ou não aletada

32
Radiativo
33
Superaquecedores radiativos

• Localização
• Na região da parede de água
• À frente ou ao fundo da fornalha
• No teto
• Suspenso no espaço da fornalha

• Pontos de Risco

Danos por superaquecimento

• Principais Causas
• Depósitos nas paredes, internas ou externa
• Chama direta
• Ausência de vapor durante início de operação

34
Medidas corretivas

• Adequado tratamento da água de alimentação
• Emprego de queimadores basculantes
• Preenchimento com água, para operação na
  ausência de vapor.
• Introdução de vapor de outra unidade

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Oscilação(elevação/redução) da temperaturanos
superaquecedores

• Causas
• Variação da demanda de vapor
• Mudança no combustível
• Regime /combustão
• Excesso de ar
• Temperatura da água
• Regime de purga
• Posição dos queimadores

36
Formas de controle da temperatura

• Medidas corretivas

• Limpeza de depósitos sistemas mecânicos, ou
  injeção de jatos de vapor
• Ajuste de chicanas baffles
• Recirculação - By-pass de parte da corrente de
  gases de combustão
• Controle do excesso de ar
• Monitoramento dos diversos queimadores
  distribuídos
• Reposicionamento da posição de queimadores
  basculantes
• Uso de desuperaquecedor

37
Material de construção de superaquecedores
radiativos

• Até 420º C, Aço carbono
• De 420 a 470º C, Carbono molibdênio
• De 470 a 510º C, Cromo-molibdênio, 5,0 - 0,5
• Temperaturas superiores, Inox Cr-Ni

38
Desuperaquecedores

• Tipos
• Condensadores injeção de uma corrente de
  vapor
• úmido
• Casco tubos - vapor no casco, fluido frio nos
  tubos
• Submerso - tubos imersos na água do tubulão
• superior
• Spray

• Água pulverizada sob pressão ou
• Arrastada por Venturi

39
Tipos de desuperaquecedores
(Casco e tubos)
40
Água sob pressão - aspersão axial
41
Aspersão em água
42
(No Transcript)
43
Aspersão radial
44
(No Transcript)
45
Tipo venturi
46
(No Transcript)
47
Associação de superaquecedores

• Justificativa
• Compensar variações na temperatura da
  corrente de vapor superaquecido
• Arranjo
• Disposição em série ou paralelo

48
Reaquecedores

• Função
• Reaquecer gases (vapor) oriundo/s de
  superaquecedores
• Justificativa
• Economia de
• Combustível
• Energia (Menor trabalho de bomba)
• Aquecedores,
• Recuperadores de calor.

49
Justificativas
Secagem do vapor

• Evitar danos em superaquecedores (material
  arrastado pelo vapor)
• Manutenção da pureza do vapor, independente da
  pureza da água, mesmo com elevada taxa de
  produção de vapor.
•   Reduzir vapor na parte descendente do circuito
• de circulação da água, (downcomer).

50
Purificação do vapor

• Principais tipos de impurezas
• Água,
• Sais (ST), sílica, espuma, lama, graxa...
• Minimizar incrustação
• ST 0,5 ppm, O2 0,007 ppm, pH 9,0
  2, máx. 12
• Problemas
• Redução do coeficiente global
• Abrasão
• Controle
• Purga, tratamento eficaz da água
• Pontos de remoção de impurezas
• Tubulão inferior purga (Blown down)
• Tubulão superior espuma, graxas (Blow pipe)

51
Tipos de blow pipe

• Tubo perfurado fixado um pouco abaixo (1/2) do
  nível do líquido do tubulão superior.
• Tubo flutuante com boia
• Blow pipe
• exemplos

52
Dry pipe
53
Purificação do vapor

• Remoção de água arrastada
• Problema - Transporta sais (incrustação)
• - Reduz eficiência do
  vapor
• Sílica Arraste térmico
• Pressão acima de 600 psi,
  (vaporização)
• (160 psi) Precipita
• Problema - Erosão em turbinas
• - Reduz eficiência de
  troca térmica
• em superaquecedores
• Concentração Ideal
• sílica lt 0,03 ppm

54
Mecanismos de arraste de água

• Arraste mecânico
• Ebulição violenta (turbilhão)
• Causas - Brusca elevação na chama
• - Nível elevado da
  água no tubulão
• - Falso aumento de
  nível (tensoativos)
• - Brusca redução
  de pressão elevada demanda
• Arraste mecânico de sais, outros sólidos
• (sulfatos, cloretos, etc)

55
Formas de redução de sílica

• Tratamento químico da água de alimentação.
• Purga intensiva e realimentação de água tratada.
• Lavagem do vapor (contato com água) Variação do
  equilíbrio da sílica, entre a fase líquida e
  vapor, em função da pressão.
• Contato com água pura.
• Formas de execução
• spray,
• placa perfurada,
• (scrubber, telas ou placas corrugadas).
• Condensação
• (superfície de um trocador, circulando a
  própria água de alimentação mais fria).

56
Forma alternativa de redução de sílica

• Duplo circuito de circulação,
• Tanque adicional seqüencial.). Por
  exemplo, no circuito primário 0,2 ppm, no
  secundário 5 a 10 ppm onde a purga é efetuada.
• Evaporação por estágio, cada uma tendo seu
  próprio circuito de circulação e consequentemente
  dois ambientes de separação. A saída do fluxo
  descendente da primeira seção, primeiro tubulão,
  tem maior seção que a saída de vapor da unidade.
  Assim, a taxa de evaporação é mantida reduzida no
  tubulão primário conduzindo a mais elevada taxa
  de evaporação no segundo tubulão, local onde é
  conduzida o maior volume de purga. O vapor
  gerado neste tubulão é lavado com água de
  alimentação na câmara de vapor do primeiro
  tubulão. Como o vapor em equilíbrio nesta seção
  tem menor concentração de sílica, o vapor lavado
  terá reduzido o teor de sílica.

57
0,2 ppm
5 a 10 ppm
58
Vantagens do sistema

• Redução do arraste de sílica e ST
• Reduzido volume de água da seção de maior
  temperatura da caldeira - parede de água - melhor
  transferência de calor.
• Reduz purga remoção de menor quantidade de água
  com maior concentração, no segundo tubulão
• Conseqüente possibilidade de se trabalhar com
  água de maior índice de sólidos totais

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Processo de separação de umidade

• Separação por gravidade
• Decantação
• Para pressão abaixo de 300psi
  (ideal)
• Ex. 3 pés/s a 400 psi pouco arraste,
• 0,6 pés/s para 2400 psi.
• Obs. A 300 psi necessita-se de no mínimo
  24 de
• distância entre o nível da água e
  a saída do
• vapor.

60
Sistemas (acessórios)alternativos para separação
de água arrastada

• Sistemas centrífugos ciclones.
• Quebra espumas, separa sólidos, elimina
  spray.
• Barreira hidráulicas arranjo de obstáculos
  (barreiras) de forma a aumentar o percurso.
• Impacto frontal,
• Defletores,
• disposição vertical ou em forma de
  V.
• Demisters (telas, recheios)

61
Tubulão visto em corte transversal
62
VISTA DE SEÇÃO TRANSVERSAL DE UM TUBULÃO
63
(No Transcript)
64
Disposições esquemáticas de separadores em
tubulão
65
Detalhes de estação de purga
Filtro Purgador visor
66
(No Transcript)
67
(No Transcript)
68
(No Transcript)
69
Obs. Muito difícil ter vapor 100 seco, depende
inclusive da qualidade da água. Neste caso,
quanto maior o teor de sólidos dissolvidos,
maior o título do vapor - e consequentemente
maior o risco de arraste., ex. 2000ppm vapor
a 95, a 3000 ppm, o vapor pode chagar a
ser apenas 65 seco. O Arraste depende
Do nível da caldeira, Do pico de
carga, quanto da capacidade esta sendo usada.
Deve-se neste caso reduzir a
velocidade para expansão.....
Emprego de separadores .....demisters,.... Usar
vapor superaquecido? Não, é difícil o controle.
É menor e mais lenta a transferência de
calor Detalhes - filtro em Y, em linha de vapor
saturado O certo é a montagem na horizontal. O
condensado retido, além de diminuir a área do
filtro, também favorece o arraste de condensado.
70
Perda de carga em linhas de condensado Inclinação
da linha para compensar perda de carga 0,5 mCA
......0,05 cm/m 1,0......... .......0,1 3,0
................0,3 5,0 ................0,5 Perd
a de carga ideal para purga Linha de
condensado - até o purgador L lt 10 m , ?P
(fluxo máximo) , 2,0 mbar/m velocidade máx
1m/s L ? 10 m .................................
1,0 mbar/m velocidade máx lt 1m/s Velocidades
normais ideais para condensado 0,15 a 0,3 m/s.
Máxima 1,5 m/s Transferência de condensado por
bomba Se a 98º C, no mínimo 5,5 m de coluna
afogada, para inibir cavitação.
71

• Dimensionamento de linha de retorno de
  condensado.
• Obs. Composta de vapor e condensado.
• Linha tronco até o purgador (condensado)
• Ramais (vapor e condensado)
• Retorno de condensado- basicamente no estado
  líquido
• Observação quanto a formação de condensado em uma
  linha de transporte de vapor
• Mesmo que se tenha bom isolamento, cerca de 1 do
  vapor é condensado a cada 50 m de linha, devido a
  perda térmica.

Tanque flash Disposição vertical, diferença
entre a entrada de condensado e saída do
condensado formado após a descompressão, 150 a
200mm. Importante, o diâmetro do vaso. A
altura não é normalmente grande , de 700 a
1000mm. É importante que a velocidade do vapor
gerado na descompressão seja baixa, para evitar
arraste Velocidade recomendada de 2,5m/s para
menos. O tanque de flash deve ficar localizado
mais próximo do ponto de maior produção de
condensado
72
(No Transcript)
73
(No Transcript)
74

• SUPERAQUECEDORES
• Temperatura acrescida ao vapor seco chama-se
  grau de superaquecimento
• Definição do título do vapor - temperatura real
  ou mais particularmente em grau de
  superaquecimento a uma dada pressão
• Podem ser aquecidos no circuito da própria
  caldeira ou independente desta por outra fonte de
  chama, neste caso quando se quer elevada
  temperatura sem necessariamente elevada pressão
  ou ainda quando a fonte consumidora está muito
  distante da caldeira, como também, quando se
  deseja um controle mais crítico de temperatura
• A transferência de calor pode se realizada por
  convecção, radiação ou associação de ambos os
  mecanismos

75
Justificativa para associação de
superaquecedores Compensar variações na
temperatura da corrente de vapor superaquecido a
custa de variações na demanda de vapor. Isto
porque, a temperatura da fornalha não aumenta na
razão do aumento da demanda instantânea de vapor
e sim de forma inversa. Em conseqüência há uma
brusca queda na temperatura no vapor
superaquecido, quando ocorre aumento da demanda.
O tempo morto retarda a recuperação do sistema na
retomada da temperatura a custa da resposta do
sistema de combustão. - Em outras palavras, o
aumento de absorção da região de radiação, reduz
bruscamente a temperatura dos gases, reduzindo a
capacidade dos superaquecedores radiativos. A
custa disto, uma redução na absorção no
superaquecedor radiativo favorece de imediato um
aumento da temperatura da gases da fornalha a
custa da retomada da temperatura dos gases de
combustão, pela rápida correção no sistema de
combustão aumentando assim a absorção na região
convectiva. Observar que a grande absorção de
calor pela parede de água (realimentação para
compensar aquela consumida na forma de vapor)
conduz a resfriamento dos gases. Não esquecer que
a temperatura a quarta potencia afeta muito mais
a parte radiativa. Arranjo Em série, primeira
passagem no radiativo, depois no convectivo, ou
de forma inversa.
76

• Determinação do diâmetro de tubulação para linha
  de vapor
• Com base na velocidade
• Método do fator de pressão ( dados constantes
  em tabela)
• 
  fator de pressão no ponto n
• 
  
• 
  Fator de pressão resultante
• Com o valor de F obtido da equação acima
  encontra-se na tabela um valor para os
  diâmetros, estes relacionados a vazões mássicas
  máximas.

77
Tabela fatores de pressão
78
(No Transcript)
79
(No Transcript)
80

• Formula empírica que leva a determinação do
  diâmetro da tubulação
• sem o emprego do fator de pressão

Para comprimento máximo de tubulação igual a 200m
81
(No Transcript)
82

• Emprego de ábacos

83
(No Transcript)
84
Vapor de água Para que haja fluxo, deve haver
variação de pressão. ? Fluxo ? atrito ?
(transformação de energia) ? ?P
? ?P ? ? T Velocidades usuais Obs.
Velocidade muito elevada, necessidade de elevada
?P.
?
problema adicional - erosão.
85
Bibliografia
http//www.spiraxsarco.com.br
http//www.scribd.com/doc/7082781/Livro-Vapor
Shields, Carl . D. Boilers, F.W Dodge
Corporation, 1961 Torreira, Raul Peragallo,
Geradores de Vapor, Ed. Libris, 1995. Pera,
Hildo, Gerador de Vapor dÁgua, USP, São Paulo,
Editora Fama 2º edição, 1990 Spring,
Harry,M.Jr., Boilers Operator Guide, Mc
Graw-Hill Company, Inc. New York, 1941. Gaffert,
G.A., Centrales de Vapor, Ed. Reverté. S.A.
Barcelona, 1954. Bazzo, Edson, Geração de Vapor,
Ed. UFSC, 1995. Franco Lucene, Centrales
Eléctricas a Vapor, Instalações
mecânicas, Libreria Editorial Alsina, Buenos
aires 1951. ver tópico- Tratamento de água
de alimentação Cap.IX, pag, 180 a 205. Evandro
Dantas, Geração de Vapor e Água de Refrigeração
- Falhas Tratamento e Limpeza Química,Editora
José Olympio, RJ, 1988.