Sistema de vapor da Vaporte

Curso de Sistema de Vapor: qualificação, drenagem e custo – Aula 03

Sistema de vapor, mais uma aula do nosso Curso.
Clique aqui para ver as aulas 01 e 02.

  • Qualificação, drenagem e custo do vapor
  • Qualificação de vapor
  • Drenagem, práticas e equipamentos
  • Custo do vapor

Otimização e eficiência de processos de vapor

Na primeira aula do nosso curso falamos então sobre os princípios básicos por trás do vapor.
Também sobre a importância do contexto ambiental e energético no sentido de evolução de um sistema de vapor.

Na segunda aula, nós falamos sobre as válvulas e controles.
Apresentamos assim alguns modelos usuais para controles de sistemas de vapor.
Nos pontos de consumo e distribuição deste fluído.

Hoje nós iremos falar sobre 3 pontos chave de qualquer sistema de vapor.
Então, estes pontos são:

  • Qualificação
  • Drenagem
  • Custo e eficiência energética

Importância dos controles e drenagem associados

O controle na geração de vapor na caldeira é extremamente importante como vimos antes.
Além disso, tanto o controle da água, quanto do combustível utilizado e todos os periféricos do sistema.

O controle nos equipamentos e pontos de consumo através de válvulas bem projetadas.
Dimensionadas e instaladas corretamente, é igualmente importante.

Dessa forma, hoje vamos falar sobre a eficiência real de um sistema.
Isto é, o ponto de convergência de qualquer sistema fechado.
Onde o fluído condutor de energia, neste caso a água, retorna então ao ponto de geração após ser utilizado.
Transferindo assim a sua energia para o processo em questão.

Em um sistema de vapor bem pensado, a geração, condução, controle, drenagem e retorno do sistema são estruturados.
Não como partes isoladas de um todo, afinal.
Mas, como uma base sólida que trabalha de maneira conjunta, continua e complementar.


Qualificação em sistema de vapor

O ponto de partida da nossa aula de hoje será a qualificação e distribuição do vapor gerado pela caldeira.
Por isso, nós utilizamos uma solução conhecida no mercado industrial como coletor distribuidor de vapor.

Um coletor distribuidor de vapor nada mais é do que um pulmão.
Então, onde a velocidade do vapor é reduzida, em geral entre 5 e 8 m/s.
Visando a sua qualificação, através de drenagem eficiente de condensado, ar e gases não condensáveis.
Também dessa forma, a distribuição otimizada pelos vários pontos de consumo de uma planta.

Em um frigorifico por exemplo, temos setores distintos que consomem vapor.
Assim como na produção em processos de escalda, esterilização, higienização.
Também em processamento de subprodutos, nos digestores, reservatórios e outros equipamentos.
Dessa forma o vapor é setorizado e dividido.


Coletor distribuidor em sistema de vapor

Os componentes de um coletor distribuidor de vapor são normalmente:

  • válvulas globo com vedação de gaxeta ou fole metálico,
  • purgador termostático para eliminação de ar e gases não condensáveis,
  • purgador termodinâmico ou mecânico de boia para condensado.
Vaportec e sistema de vapor

Isolamento térmico e a importância na qualificação do vapor

A tendência natural de um fluído quente é ceder sua caloria ao fluído ou ambiente frio.
Dessa forma a tendência natural do vapor em uma tubulação, coletor distribuidor ou equipamento sempre será a de ceder sua caloria ao ambiente externo.
Naturalmente mudando assim de estado físico. Se transformando em condensado, ou seja, água.

Vaportec e sistema de vapor 2
Vaportec e sistema de vapor 3

Além da perda de eficiência e dinheiro…

Qual é o resultado do acúmulo de condensado no sistema de vapor?

Golpes de aríete, choques térmicos, hidráulicos e aumento da insegurança com processos, equipamentos e pessoas.

Sistema de vapor, qualificação e drenagem
Sistema de vapor, qualificação e drenagem

Tabela de formação de condensado em kg/h a cada 30 metros de tubulação.
Considerando temperatura ambiente em torno de 22 graus Celsius e tubulação isolada.

Tabela pressão e diâmetro

Tomada em sistema de vapor

A tendência natural do vapor é permanecer então na parte superior da tubulação no seu melhor estado.
Ou seja, seco.
E o condensado/água, devido a seu peso e menor temperatura permanece assim na parte inferior dos tubos e equipamentos.
Sendo assim o modelo para tomadas de vapor deve seguir o padrão abaixo:

tomada em sistema de vapor

Qualificação de vapor e os separadores de umidade

Os separadores de umidade certamente são equipamentos indispensáveis antes de qualquer quadro de válvulas de vapor ou equipamento.
Este equipamento vai garantir então que o vapor chegue seco ao seu ponto de controle e sem a presença de ar.
Dessa forma, com a maior eficiência energética, segurança e confiabilidade.

Seu princípio de funcionamento se dá principalmente através da brusca redução de velocidade.
Proporcionada pelo aumento do volume, alterando assim de forma brusca o valor da energia cinética do fluído.
Permitindo assim a sua qualificação.

qualificação de vapor

Instalação típica de separador anterior a equipamento

instalação típica de separador anterior

Após entender a qualificação do vapor, vamos avançar então para a distribuição.
Por isso, basicamente vamos compartilhar informações gerais.
Visto que a tubulação não faz parte do foco do nosso conteúdo.

  • Tipo de tubo utilizado: Aço carbono, normalmente SCH40 sem costura.
  • Velocidade em coletores: 5 a 8 m/s
  • Velocidades nas tubulações: 20 a 30 m/s
  • Velocidade na entrada de trocadores de calor: 60 m/s
  • Botas de drenagem: A cada 30 metros
  • Final de rede: Com purgador termostático para eliminação de ar e purgador termodinâmico para drenagem de condensado
  • Dimensionamento: Vazão e pressão.

Tipos de purgadores em sistema de vapor

Nós falaremos então sobre os três tipos de purgadores mais usuais no mercado industrial:
termodinâmico, mecânico de boia e termostático.

Termodinâmico: Purgador intermitente, usado em drenagem de linhas, baixadas e finais de rede.

Mecânico de boia: Purgador continuo, usado principalmente em equipamentos, coletores e separadores de grande porte.

Termostático: Purgador de ar e gases não condensáveis, usado em coletores, separadores, finais de rede e em pontos altos.

O que acontece com ar e água no sistema de vapor?

  • Película térmica
  • Aumento de pressão
  • Golpes de aríete
  • Choque térmico
  • Choque hidráulico

Manter o vapor seco na distribuição e consumo permitirá um processo mais rápido e fluido.
Com menor índice de quebra e manutenção e com menor gasto de combustível.

Nos purgadores está o grande segredo dos bons sistemas de vapor.
Daqueles com a melhor eficiência e menor custo de operação e manutenção.

Purgador mecânico de boia
Purgador mecânico de boia
Purgador mecânico de boia

Instalação típica:

Purgador mêcanico de boia

Purgador termodinâmico

Princípio de funcionamento intermitente:

Purgador termodinâmico
Vista explodida de purgador termodinâmico:
Purgador mêcanico de boia
Purgador termostático:

O purgador termostático é tipicamente utilizado na função de eliminador de ar em processos e equipamentos.

Purgador termoestático
Exemplo de termografia de purgador termodinâmico:
Termografia de purgador termodinâmico:
Termografia de purgador mecânico de boia:
Termografia de purgador termodinâmico:
Exemplo de termografia de purgador termostático:
Termografia de purgador termodinâmico:

Por que retornar o condensado para caldeira?

O condensado é um recurso valioso.
A grande quantidade de energia/temperatura contida neste fluído justifica o seu retorno para o tanque de alimentação da caldeira por si só.

O condensado é água tratada, ou seja, o custo de tratamento também deve ser observado.

O condensado por si só é agua.
Sendo assim e considerando um desenvolvimento sustentável a falta de retorno por si só já é uma péssima prática.
No sentido ambiental e também de sustentabilidade da instalação de vapor.

economia de combustível

economia de combustível  2

economia de combustível  3

Exemplo do cálculo do custo de vapor:

Custo tonelada do vapor

Cálculo do custo de vapor:

Cálculo do custo de vapor:

Mais um exemplo do cálculo do custo de vapor:

Cálculo do custo de vapor:

Cálculo do custo de vapor:

Cálculo do custo de vapor:

Cálculo do custo de vapor:

Cálculo do custo de sistema de vapor:

Quanto custa um vazamento de vapor na prática?

Os vazamentos de vapor infelizmente são muito comuns na indústria.
Vamos te dar um exemplo de grandeza agora sobre o custo de vazamentos de vapor.
Por mais que sejam muito pequenos.

Um furo de diâmetro 1/8”, considerando uma pressão 100psi, gera uma perda estimada de 30 kg/h, com um custo de R$ 70,00 em um mês teremos um gasto aproximado de: R$1.512,00

Concluímos assim, que:

  • Purgadores são um investimento inteligente
  • Além de possui-los fazer o acompanhamento de funcionamento e manutenção periódica é importante
  • O vapor custa caro e se trata de um bem natural muito precioso, que é a água.
  • Ter um processo eficiente diminui consideravelmente e manutenção.
  • Ter um processo eficiente aumenta a velocidade do mesmo e permite maior produção em menor tempo.