Fluxo de vapor saturado através de uma válvula de controle em sistemas de vapor

Neste artigo vamos ver o fluxo de vapor saturado através de uma válvula de controle em sistemas de vapor, como parte do tema central sobre a dimensionamento de válvulas de controle para sistemas de vapor.

Um fabricante de trocadores de calor projetará equipamentos para fornecer uma determinada saída de calor. Para atingir esta potência, será necessária uma certa temperatura do vapor saturado na superfície de transferência de calor, tal como no interior da bobina de um permutador de calor de tubo.

Com vapor saturado, a temperatura e a pressão estão estritamente relacionadas, portanto, controlando a pressão de vapor, a temperatura é facilmente regulada. Considere uma aplicação onde o vapor é fornecido à barra 10 com uma válvula de controle em sistemas de vapor, e um determinado fluxo de massa de vapor passa através da válvula para um trocador de calor. A válvula é mantida completamente aberta, conforme mostrado na imagem a seguir:

• Se uma válvula DN50 estiver instalada e a válvula estiver totalmente aberta, a queda de pressão é relativamente pequena através da válvula e o vapor fornecido ao permutador de calor está a uma pressão e temperatura bastante elevadas. Por causa disso, a bobina necessária para atingir a carga de projeto será relativamente pequena.
• Considere, agora, uma válvula DN40 totalmente aberta na linha de fornecimento de vapor através da qual o mesmo fluxo passa como na válvula DN50. Como o orifício da válvula é menor, a queda de pressão através da válvula deve ser maior, resultando em menor pressão e temperatura no trocador de calor. Devido a isso, a área de transferência de calor necessária para atingir a mesma carga térmica deve ser aumentada. Em outras palavras, uma bobina maior ou trocador de calor será necessária.
• Se reduzirmos ainda mais o tamanho da válvula, uma maior queda de pressão na válvula de controle será necessária para o mesmo fluxo de massa e precisaremos aumentar a área da superfície de transferência de calor para manter a mesma saída de calor.

Seja qual for o tamanho da válvula de controle nos sistemas de vapor, se a demanda no processo for reduzida, a válvula deve ser modulada da posição totalmente aberta para a posição fechada. No entanto, a primeira parte da corrida tem apenas um pequeno efeito sobre a regulação, uma mudança percentual no curso da válvula produz uma mudança percentual menor no fluxo.

Geralmente, uma alteração de 10% na corrida poderia produzir apenas uma alteração de 5% no fluxo. Aumentando o curso, quando o obturador da válvula se aproxima do assento, este efeito é invertido, de modo que uma mudança de 5% no curso poderia produzir uma mudança de 10% no fluxo e uma melhor regulagem é alcançada.

A parte inicial do curso da válvula de controle em sistemas de vapor, na qual esse efeito de controle reduzido é observado, é maior que selecionar válvulas de controle para sistemas de vapor maior, acompanhada de uma pequena queda de pressão a plena carga. Quando a válvula de controle escolhida é pequena o suficiente para exigir uma queda crítica de pressão nos sistemas de vapor em carga máxima, o efeito desaparece.

Além disso, se eles forem selecionados válvulas de controle grande, o tamanho maior do orifício da válvula significa que uma mudança no fluxo é obtida com uma mudança percentual menor no curso do que seria necessário com uma válvula de controle menor. Muitas vezes, isso pode tornar o controle instável, aumentando a possibilidade de ele flutuar constantemente ("caça"), especialmente com cargas reduzidas.

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