Condição de interrupção em trocadores de vapor de placas

Se a contrapressão imposta a um purgador for maior que a pressão disponível em sua entrada, diz-se que os trocadores de vapor de placas estão em "condição de interrupção". O condensado não pode passar pela armadilha e voltar, causando uma perda de controle efetivo sobre o trocador.

O ponto em que essa condição ocorrerá em uma determinada aplicação pode ser previsto, seja por cálculo, seja plotando as condições de operação conhecidas em um gráfico e lendo os pontos de interrupção. Ambos os métodos podem ser ilustrados nos exemplos.

Cálculo da condição de interrupção nos permutadores de vapor de placas

Leva um trocador de calor a placas para aquecer 4 kg / s de água de 30oC a 90oC. O vapor está disponível na barra 4 e inicialmente é assumido que haverá uma queda de pressão de 25% na válvula de controle de temperatura, fornecendo 3 bar r para o trocador. O condensado é descarregado para um sistema de retorno para a barra 0. Para obter o desempenho requerido e fornecer uma queda de pressão razoável de aproximadamente 35 kPa ao secundário, foi seleccionado um permutador de calor de placas de vapor com uma superfície de transferência de calor de 2,6 m2 e um coeficiente de transferência de calor (k) de 7.450 W / m2 oC. Primeiro, calcula-se a carga térmica total do projeto, usando a seguinte fórmula "A".

Com base nas informações agora disponíveis, podemos calcular a temperatura média aritmética real, para fornecer o desempenho desejado em carga máxima, conforme mostrado na fórmula "B".

Como a temperatura secundária média é ajustada, a temperatura média da carga total primária TH (in), necessária para fornecer essa diferença de temperatura média aritmética geral, pode ser calculada usando a fórmula "C".

Nas tabelas de vapor, pode ser visto que esta temperatura de 112oC é equivalente a uma pressão de vapor saturado de aproximadamente 0,5 bar r. Este exemplo mostra que, independentemente da pressão de vapor disponível antes do válvula de controle de temperatura, a pressão nos permutadores de vapor de placas dependerá do serviço real requerido e da área de transmissão de calor disponível no permutador.

Pode ser visto que neste exemplo, em carga total, não haverá condição de interrupção, uma vez que a pressão na entrada da armadilha será 0,5 bar r, fornecendo uma pressão diferencial de 0,5 bar na armadilha. Haverá uma condição de interrupção quando a pressão na entrada do purgador for igual ou menor que 0 bar r. A esta pressão a temperatura do vapor será 100oC.

Isso pode acontecer quando ocorre uma ou uma combinação das seguintes coisas:

As temperaturas de entrada e saída secundárias do permutador (DT no lado secundário) permanecem constantes, mas o caudal é reduzido.
O caudal permanece constante, mas o DT secundário é reduzido - A temperatura de entrada aumenta ou a temperatura de saída diminui ou ambos.

O ponto em que qualquer uma dessas coisas acontece pode ser previsto pelo cálculo. A diferença de temperatura média de log (lmtd) ou a diferença de temperatura média aritmética (amtd) pode ser usada nos cálculos. O uso de lmtd é tecnicamente correto, enquanto o amtd é mais fácil de usar.

Os cálculos feitos neste manual empregam o amtd e fornecem soluções suficientemente precisas para o uso prático no dia-a-dia. Os cálculos também assumem um valor constante de k sob todas as condições; Na prática, o valor de k varia quando as velocidades e temperaturas do meio são alteradas.

Um cálculo para prever a redução do fluxo que produz uma condição de interrupção é mostrado na fórmula localizada na primeira imagem deste artigo.

Uma vez calculada, essa fração pode ser aplicada ao fluxo em carga máxima para prever quando a interrupção ocorrerá. Em nosso exemplo, haverá interrupção quando a vazão cair abaixo de 3,1 kg / s (4 kg / sx 0,77). Esse cálculo está, de fato, expressando o valor do ponto de interrupção como uma fração da amtd em carga máxima.

No cálculo da fração a ser aplicada, para prever o quanto a DT secundária deve ser reduzida (a temperatura sobe no lado secundário) para interrupção, é utilizada a fórmula “D”, que expressa a diferença de temperatura entre a vapor e saída secundária, a plena carga, e com a interrupção expressa como uma fração.

Uma vez calculada, essa fração pode ser aplicada ao DT secundário em carga máxima para prever quando a interrupção ocorrerá.

Neste caso, será quando o DT secundário cair para 27oC (60oC x 0,45) ou menos. Portanto, se a temperatura de saída for mantida em 90oC, a interrupção ocorrerá se a temperatura de entrada subir para 63oC (90oC - 27oC).