Antes de dimensionar uma válvula de controle em sistemas de vapor,Informação mínima para determinar o tamanho correto da válvula:
- A pressão de vapor da fonte deve ser conhecida.
- A pressão de vapor no permutador de calor deve ser conhecida para satisfazer a carga térmica máxima.
A diferença entre esses dois critérios define a pressão diferencial através de uma válvula em sua condição de carga total.
- A carga térmica do equipamento deve ser conhecida, juntamente com a entalpia de evaporação (hfg) na pressão de trabalho no permutador de calor. Esses fatores são necessários para determinar a taxa de fluxo de massa do vapor.
Exemplo do dimensionamento de uma válvula de controle em sistemas de vapor
De uma maneira gráfica, vamos ver o seguinte exemplo: Uma válvula de controle é necessária para o aplicativo mostrado na imagem a seguir:
O fabricante de trocadores de calor de tubo Especifica que uma pressão de vapor da barra absoluta 5 no conjunto de tubos é necessária para satisfazer uma demanda de processo de 500 kW. Vapor úmido está disponível, com um título de 0,96 e 10 bar a, a montante da válvula de controle. A entalpia de evaporação (hfg) para 5 bar a é 2108,23 kJ / kg.
Dimensionamento de uma válvula de controle em sistemas de vapor: Determine a taxa de fluxo de vapor
Primeiro, você tem que determinar o estado do vapor para a condição a jusante da barra 5 a. Introduzindo o vapor úmido na barra 10 para e com um título 0,96 no mesas a vapor do site da Spirax Sarco, pode-se observar que o calor total (hg) contido no vapor úmido na barra 10 é 2697,15 kJ / kg.
A pressão de projeto do trocador de calor é 5 bar e o calor total em vapor saturado seco a esta pressão é 2748,65 kJ / kg (das tabelas de vapor). O calor total no vapor em barra 10 (devido à sua "humidade") é inferior ao calor total em vapor saturado para a barra 5, pelo que o vapor a baixa pressão não conterá calor suficiente para ficar totalmente seco.
O título do vapor de pressão mais baixa é o quociente das duas calorias totais.
Título do vapor para a barra 5 a = 2697,15 / 2748,65 = 0,98
A energia disponível para a transferência de calor para a barra 5 é de 0,98 x hfg para 5 bar a
= 0,98 x 2108,23 kJ / kg
= 2066 kJ / kg
Agora, você pode determinar a taxa de fluxo de vapor a partir da seguinte equação, onde hfg é a entalpia de evaporação disponível após considerar o vapor úmido:
Dimensionamento de uma válvula de controle em sistemas de vapor: Determine a taxa de queda de pressão (x) com carga total
Dimensionamento de uma válvula de controle em sistemas de vapor: Determine o Kvr necessário
A relação de queda de pressão em carga máxima é maior que 0,42, então condições críticas são aplicadas e a seguinte equação pode ser usada para determinar o Kvr obrigatório:
Para o dimensionamento de uma válvula de controle, um DN25 foi inicialmente selecionado com um 10 Kvs. Agora, um cálculo pode ser feito para determinar se o ruído pode ser um problema com uma válvula deste tamanho através da qual o vapor úmido passa através da saída da válvula. A velocidade do vapor na saída da válvula:
Como essa velocidade de saída é maior que 40 m / s, a válvula de controle DN25 poderia:
- Crie um ruído inaceitável
- Causa uma erosão na saída da válvula, como explicado no fatores a serem levados em consideração ao dimensionar válvulas de controle em sistemas de vapor.
Portanto, a válvula de controle DN25 não é apropriada para esta aplicação na qual o vapor úmido passa pela saída da válvula. Uma solução para este problema é prosseguir para o instalação de válvulas de controle em sistemas de vapor com um corpo maior com o mesmo 10 Kvs para reduzir a velocidade de saída do vapor húmido.
A tabela a seguir pode ser usada para determinar o tamanho da válvula de controle com uma área de salinidade maior que 0,00222 m2.
Nesta tabela pode ser visto que o menor tamanho de válvula necessário para satisfazer a máxima velocidade de saída de 40 m / s para vapor úmido é uma válvula DN65, com uma área de saída de 0,00332 m2.
Portanto, como o vapor úmido passa pela saída da válvula, o tamanho da válvula de controle aumentará, neste caso, de DN25 (1 ") para DN65 (21 / 2").
Uma solução melhor poderia ser instalar um separador de gotas antes da válvula de controle. Isso permitirá o uso de uma válvula de controle menor, DN25, e é preferível porque:
- Ele fornecerá melhor regulamentação, pois é mais apropriado lidar com mudanças na carga de vapor.
- Isso garantirá que o vapor seco passe através da válvula de controle, reduzindo assim a propensão à erosão no assento da válvula e na saída da válvula.
- O custo de uma válvula menor e seu atuador mais o separador provavelmente será o mesmo que uma válvula maior com um atuador maior.
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Equações para o dimensionamento de válvulas de controle em sistemas de vapor
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