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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: [email protected] 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 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 Temperatura Sobrepressão 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 an ot Co co de ta du n Co o ad ns e nd or ap v de Descarga de condensado em tanques de asfalto DN 20 de re Pa d nd d uta uta o ad ns e nd o ec Co o sit pó e od or ap v de nd 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: Pressão Temperatura 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: [email protected] 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