Para entender a interrupção do fluxo nas instalações de vapor, é necessário saber que o vapor saturado é um vapor de condensação que libera seu calor quando condensado na água. Essa condensação sempre ocorre a uma temperatura constante, quando a pressão no espaço de vapor permanece constante.
Por exemplo, o vapor saturado à pressão atmosférica tem uma temperatura de 100 ° C e condensará na água a 100 ° C, enquanto a uma pressão de 1 bar, o vapor saturado tem uma temperatura de 120 ° C e se condensará na água a 120 ° C.
O vapor também é encontrado em trocadores de calor a uma pressão menor que a atmosférica, por exemplo, o vapor nas barras 0,5 abaixo da pressão atmosférica tem uma temperatura de cerca de 82 ° C e condensará na água a 82 ° C. A relação entre a pressão e a temperatura do vapor saturado é completamente previsível e está documentada nas tabelas de vapor.
A teoria básica dos trocadores de calor indica que quanto maior a temperatura do vapor acima da temperatura na qual o fluido secundário é aquecido, maior a taxa possível de transferência de calor. Para variar a transferência de calor do vapor na condensação, a temperatura (e, portanto, também a pressão) do vapor no espaço de vapor é modificada.
Por exemplo, se um trocador de calor usa vapor a 160 ° C em carga máxima e a carga% de 50 é reduzida, será necessário vapor a uma temperatura mais baixa. Para isso, a pressão de vapor deve ser reduzida, em muitos casos abaixo da contrapressão.
Exemplo de interrupção de fluxo em instalações a vapor
Um exemplo de interrupção de fluxo nas instalações de vapor ocorre quando um trocador de calor funcionando com carga máxima usa vapor saturado na barra 1 r (120 ° C) para aquecer a água de 40 ° C a 60 ° C. Portanto, a carga máxima ocorre quando a temperatura da água aumenta 20 ° C e a temperatura média da água é:
A diferença entre a temperatura do vapor e a temperatura média da água é chamada de diferença de temperatura média aritmética ou DTMA e a taxa de transferência de calor é proporcional a ela. A carga total do DTMA neste exemplo é 120 ° C - 50 ° C = 70 ° C.
Considere a situação em que a carga do processo é reduzida para 2 / 3 da carga. Em plena carga, o aumento da temperatura da água é 20 ° C. Se a carga for reduzida para 2 / 3 da carga máxima e a temperatura da água de saída for mantida constante a 60 ° C, isso significa que o aumento da temperatura deve ser 2 / 3 de 20 ° C
Portanto:
Portanto, no carregamento do 2 / 3, a temperatura da água de retorno aumentará para 46,7 ° C, portanto a temperatura média da água será agora:
Na carga 2 / 3, a transferência de calor necessária será 2 / 3 da transferência de calor em carga máxima e, da mesma forma, o DTMA será 2 / 3 do DTMA em carga máxima, da seguinte maneira:
Portanto, a temperatura do vapor na carga 2 / 3 deve ser a temperatura média da água em 2 / 3 mais DTMA na carga 2 / 3, assim:
Como a temperatura do vapor saturado à pressão atmosférica é 100 ° C, isso significa que a pressão no espaço de vapor agora é atmosférica. Portanto, não há pressão de vapor disponível no espaço de vapor para expelir o condensado através de uma armadilha de vapor.
Mesmo se a linha de condensado descarregar em um purgador de vapor aberto, o condensado pode não sair do trocador. O condensado retornará à linha de drenagem e inundará o trocador de calor, a menos que sejam tomadas as devidas precauções.
Se o condensado retornar ao trocador, a área disponível para condensar o vapor é reduzida, o fluxo de calor diminui e a temperatura da água de saída começa a cair. Quando o sensor de temperatura detecta isso, o controlador abre a válvula de controle um pouco mais para aumentar o fluxo de vapor, o que aumenta a pressão no espaço de vapor acima da atmosfera (neste caso) e em breve será suficiente para expelir condensar através da armadilha.
O nível de condensado é reduzido, mas agora a pressão no espaço de vapor é maior que a pressão atmosférica necessária para aquecer a água a 60 ° C. Então, a temperatura da água aumenta. Quando o sensor o detecta, o controlador fecha a válvula de controle. A pressão no espaço de vapor é reduzida à pressão atmosférica e o alagamento ocorre novamente.
Isso causa um ciclo contínuo de temperatura da água acima e abaixo do 60 ° C. Se o fluido secundário não for água, isso poderá, em muitos casos, afetar sua qualidade.
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O que significa a interrupção do fluxo nos trocadores de vapor?
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