Método gráfico de interrupção de fluxo em sistemas de vapor

O gráfico de interrupção de fluxo em sistemas a vapor é um método que oferece resultados um pouco menos precisos do que a abordagem matemática. De fato, aqueles que não desejam usar o procedimento matemático, podem usar essa maneira mais simples com a qual é possível obter um resultado prático, mas perfeitamente adequado para a maioria dos usos.

Por definição, interrupção de fluxo em trocadores de vapor ocorrerá quando a pressão de vapor no trocador for menor ou igual à contrapressão do condensado. Uma redução na carga de calor geralmente ocorre devido a um aumento na temperatura de entrada ou uma redução no fluxo do fluido secundário e requer redução da pressão de vapor para manter o controle.

As vezes interrupção de fluxo em instalações a vapor Pode ser devido a uma combinação deles ou talvez a uma diminuição na temperatura de saída devido a uma alteração no ponto de ajuste.

Gráfico de interrupção de fluxo em sistemas de vapor: fluxo constante no secundário com temperatura de entrada variável

Nesse tipo de trocador de calor, o fluxo na temperatura secundária e de saída permanece constante enquanto a temperatura de entrada varia com as alterações na carga de calor.

Em carga máxima, a temperatura de entrada estará no seu ponto mais baixo. Com um fluxo secundário constante através do trocador de calor, qualquer redução na carga de calor causará um aumento na temperatura de entrada.

O gráfico de interrupção do fluxo nos sistemas de vapor pode mostrar como a temperatura do vapor e a temperatura da entrada mudam conforme a carga de calor muda e prediz a temperatura da entrada no condição de interrupção em trocadores de vapor de placas e carga mínima.

Sob condições de carga total, a diferença de temperatura entre o vapor e o fluido secundário será grande. Pelo contrário, sob condições de carga não há troca de calor, de modo que o vapor e o fluido secundário estejam na mesma temperatura e a diferença de temperatura entre eles seja zero. Por proporcionalidade, a uma carga de 50%, essa diferença de temperatura será 50% do seu valor máximo.

Por esse princípio básico de proporcionalidade, é possível desenhar duas linhas retas em um gráfico para representar todas essas condições. Em carga máxima, as linhas serão separadas ao máximo, o que mostra que a diferença de temperatura está no seu valor máximo. Sem carga, as linhas convergem em um único ponto, indicando que a diferença de temperatura é zero.

A figura anterior mostra um gráfico típico de interrupção de fluxo em sistemas de vapor. Considere uma temperatura de vapor de 120 ° C que aquece um fluxo constante de água no secundário de 20 ° C a 80 ° C. Note-se que a temperatura do vapor de 120 ° C é atingida por um destes dois meios:

• Foi calculado a partir das figuras de projeto do LMTD, de acordo com os cálculos do módulo 13.4, que levam em consideração a superfície de troca de calor.
• A pressão do espaço de vapor foi observada durante a operação e a temperatura foi calculada.

Primeiro, o temperatura em permutadores de calor de placas para vapor, em condições de carga total (ponto A) no eixo vertical esquerdo da tabela de interrupção de fluxo em sistemas de vapor mostrados no início deste artigo. Em seguida, a temperatura de saída desejada do fluido secundário é marcada no eixo vertical direito (ponto B). A temperatura de entrada do fluido secundário (ponto C) em carga máxima é marcada no eixo vertical esquerdo.

Se os pontos A e B forem unidos por uma linha reta, a linha AB representará como a temperatura do vapor é alterada com base nas mudanças na carga de calor. Da mesma forma, se os pontos B e C forem unidos com uma linha reta, a linha BC representará a temperatura de entrada variável do fluido secundário conforme a carga de calor varia.

Então é necessário adicionar uma linha horizontal para representar a temperatura de saturação de vapor equivalente à contrapressão do condensado. Esta temperatura deve ser marcada no eixo vertical direito, como mostra a figura anterior (ponto D). Em seguida, uma linha reta deve ser desenhada para conectar esse ponto à mesma temperatura no eixo vertical esquerdo no ponto E.

A contrapressão de condensado leva em consideração a pressão no sistema de condensação e qualquer pressão estática que possa ser devida a uma altura na linha de descarga de condensado a partir da parte inferior do trocador de calor. Uma coluna de líquido exercerá pressão sobre sua base devido à sua própria massa. Muitas vezes, é chamado de "altura estática" quando exercido na saída da armadilha.

Uma coluna de medidor de água 1 à pressão atmosférica exercerá uma pressão na base da coluna de aproximadamente 10 kPa ou 0,1 bar r (na realidade, 9,806 65 kPa ou barra 0,098 066 5). Qualquer elevação na linha de descarga de condensado exercerá uma elevação estática devido à coluna de condensado que contém a linha, além da possível pressão no sistema de condensado.

A linha horizontal DE cortará a linha AB ou estará acima do ponto A no gráfico. O ponto de interseção entre as linhas AB e DE representa o "ponto de interrupção do fluxo", onde a pressão do vapor e a contrapressão são as mesmas. Se a linha DE estiver no ponto A ou acima, o sistema operará continuamente na condição de interrupção do fluxo. (Em sistemas com condensado a vácuo ou quando B é maior que 100 ° C, o ponto D também pode estar abaixo do ponto B, caso em que o sistema não apresentará interrupção de fluxo em nenhuma carga de calor).

Em seguida, uma linha vertical deve ser desenhada para baixo a partir do ponto de interrupção do fluxo. O ponto em que esta linha vertical corta o eixo horizontal inferior (ponto F) marca a porcentagem de carga de interrupção do fluxo em relação à carga máxima de calor. A porcentagem de carga de interrupção de fluxo pode ser facilmente calculada usando a seguinte equação:

A linha vertical que conecta o ponto de interrupção do fluxo com o ponto F também cortará a linha BC. Se uma linha horizontal for traçada desse ponto de interseção para o eixo vertical esquerdo, ela marcará a temperatura de entrada secundária na qual a interrupção do fluxo ocorre (ponto G). 

Exemplo de gráfico de interrupção de fluxo em sistemas de vapor

A pressão de vapor observada em um trocador de calor a plena carga é 7 bar r. A pressão do condensado é 1 bar r e há uma elevação após o coletor 10 m. Em carga máxima, o fluido secundário entra no trocador de calor a 25 ° C e sai do trocador de calor a 80 ° C.

• Qual é a porcentagem de carga de calor no momento da interrupção do fluxo?
• Qual é a temperatura da entrada secundária no momento da interrupção do fluxo? 

A temperatura de saturação do vapor saturado na 7 bar r é 170 ° C. Portanto, a temperatura do vapor no trocador de calor a plena carga é 170 ° C. Isso pode ser representado como ponto A na figura a seguir:

Solução: Exemplo de gráfico de interrupção de fluxo em sistemas de vapor

• Qual é a porcentagem de carga de calor no momento da interrupção do fluxo? 

A temperatura de saída do fluido secundário de 80 ° C deve ser representada como ponto B na figura anterior, enquanto a temperatura de entrada de fluido do secundário de 25 ° C em carga máxima deve ser representada como ponto C.

A elevação na linha de condensado do 10 m cria uma contrapressão de 1 bar, além de uma pressão de 1 bar r no sistema de condensado. Portanto, a contrapressão total do sistema é 2 bar r. Como a temperatura de saturação do vapor na 2 bar r é 135 ° C, a linha horizontal DE representando a contrapressão é adicionada a essa temperatura. 

O gráfico de interrupção de fluxo nos sistemas de vapor da figura anterior mostra que a porcentagem de carga de calor na interrupção do fluxo (ponto F) é de aproximadamente 61%. O cálculo matemático pode ser verificado pela seguinte equação:

• Qual é a temperatura da entrada secundária no momento da interrupção do fluxo? 

O gráfico de interrupção do fluxo nos sistemas de vapor da figura anterior também indica que a temperatura de entrada na interrupção do fluxo (ponto G) é de aproximadamente 46 ° C ou 47 ° C. O cálculo matemático pode ser verificado pela seguinte equação:

Por exemplo, a carga térmica mínima de 61% é equivalente a um fator de carga de 0,61.

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