Este curso está disponivél em CD, com todos os diagramas, fluxograma, graficos, tabelas, desenhos dos purgadores, tipos de caldeiras e fluxograma de casa de caldeira. O investimento, neste CD é de R$ 60,00 (sessenta reais). Para adquerir entre em contato: sobrinho.na@gmail.com
4.8 - GOLPE DE ARIETE
A maior parcela de formação de condensado ocorre na partida, no momento em que toda a instalação se encontra fria.
Após o aquecimento a formação de condensado nas linhas de vapor ocorre em função da troca térmica entre a tubulação e o meio ambiente, ocorrida mesmo estando essas linhas isoladas.
Caso esse condensado não seja eliminado, teremos um êmbolo hidráulico deslocando-se com uma velocidade de aproximadamente 30 m/s que, ao encontrar qualquer obstáculo à sua frente (curva, válvula de bloqueio, flanges, etc.), causará golpes de aríete extremamente destrutivo, com alto nível de ruído podendo danificar equipamentos e suportes de tubulação, causar erosão nas linhas e ainda produzir risco de acidentes pessoais pelo rompimento da tubulação. Além disso, a presença de condensado diminuirá sensivelmente a troca térmica e, conseqüentemente, a eficiência do processo.
Esses riscos serão tão altos quanto maior for a quantidade de pontos baixos que a tubulação possuir.
Com o objetivo de minimizar a ocorrência de golpes de aríete, as linhas de vapor devem ser drenadas a cada 30 metros e em TODOS os pontos baixos, e construídas com inclinação favorável ao fluxo.
Nas partidas, as válvulas de bloqueio devem ser abertas lentamente, para se evitar o arraste do condensado presente em altas velocidades.
Nos equipamentos serpentinados, as serpentinas também devem ser construídas com essa inclinação.
Nas drenagens de linha, recomenda-se a instalação de purgadores termodinâmicos, por serem muito resistentes a golpes de aríete. Em equipamentos sujeitos a esse efeito, deve-se optar pelo purgador de balde invertido em substituição ao de bóia.
4.9 - OCORRÊNCIA DE VAPOR PRESO
O bloqueio de purgadores pela presença de vapor preso é causa freqüente de má operação em equipamentos e, algumas vezes, ignorado.
O equipamento é drenado através de um purgador termostático e trabalha com 3,0 barg de pressão. Na partida, o purgador encontra-se totalmente aberto, por onde saem o ar e o condensado frio. Na iminência da chegada do vapor, o purgador se fecha, deixando o espaço da tubulação entre os pontos A e B preenchidos com vapor. Imaginemos porém, que por um momento, esse trecho esteja preenchido por ar. Mesmo que a pressão de trabalho seja de 3,0 barg, a diferença de pressão entre os pontos A e B é muito pequena, devido somente à pequena diferença de nível entre a saída do condensado do equipamento e a posição do purgador.
O condensado deve chegar ao purgador por gravidade, com a dificuldade criada pela presença do ar.
Na aplicação de purgadores mecânicos, a instalação deve ser feita logo após o ponto de drenagem dos equipamentos. Não sendo possível, o purgador deve possuir uma válvula complementar, que permita a eliminação desse vapor de forma contínua.
A drenagem do condensado é feita por um tubo pescador direcionado às partes baixas do cilindro. Porém, em função do movimento circular, poderá haver passagem de vapor pelo tubo, chegando ao purgador.
O único purgador capaz de eliminar o vapor preso é o de bóia com válvula agulha incorporada.
A posição de abertura da válvula se dá em função das condições de processo, ficando normalmente, entre 1/8 a 1/4 de volta.
4.10 - DRENAGENS COLETIVAS
A unidade a trabalha com 0,4 barg e a unidade B com 7,0 barg. As drenagens de cada unidade se comunicam entre si e ambas seguem por um tubo comum até o purgador.
A maior pressão da unidade B garante que o condensado alcance o purgador, por onde é descarregado. Na chegada do vapor, o purgador se fechará, antes que o condensado da unidade A possa chegar ao purgador, mantendo-a alagada. Uma instalação deste tipo torna-se totalmente inócua.
Porém, é comum observarmos a instalação de um único purgador para drenar dois ou mais equipamentos, todos submetidos à mesma pressão de trabalho.
Mesmo nessas condições ocorrerão problemas nas drenagens, pois os consumos de vapor nas unidades não são os mesmos, havendo conseqüentes variações de pressão.
O agravante é que as unidades que consomem a maior quantidade de vapor (e, conseqüentemente, maior formação de condensado) são as que sofrem alagamentos.
Assim que o equipamento D atinge a temperatura ideal de processo, o vapor tende a ocupar todo o espaço ocupado anteriormente pelo condensado, já descarregado pelo purgador.
Nessa condição, o purgador estará fechado, não permitindo que o condensado proveniente dos outros equipamentos possa ser descarregado.
Devemos lembrar que os equipamentos de processo, mesmo idênticos, não possuem consumos equivalentes, em função das muitas variáveis envolvidas (carga de produto, temperatura inicial, etc).
Os aspectos que levam à opção pela drenagem coletiva é meramente econômica. Porém, essa economia conseguida inicialmente torna-se prejuízo pela baixa eficiência e produtividade alcançadas.
CAPÍTULO 5- MÉTODOS DE AVALIAÇÃO EM PURGADORES
5.1 - PERDAS POR VAZAMENTO EM PURGADORES
De nada adianta ter-se projetado corretamente um sistema de vapor se não houver uma manutenção da eficiência ao longo do tempo. É comum observarmos a ocorrência de vazamentos tanto no sistema de vapor quanto no de condensado.
Para se ter uma idéia, um furo de 3 mm de diâmetro pode descarregar 30 kg/h a uma pressão de 7,0 barg, acarretando perdas de até 1660 kg de óleo por mês (considerando regime de 720 horas/mês).
Os valores demonstrados correspondem ao que pode ocorrer se um purgador estiver perdendo vapor continuamente.
5.2 - AVALIAÇÃO PELA DESCARGA PARA A ATMOSFERA
Sabemos que a função básica de um purgador é descarregar condensado impedindo a saída de vapor vivo. Se a descarga se dá para a atmosfera,
pode-se avaliar, através da observação pura e simples, as condições de operação de um purgador.
Por serem de drenagem contínua, torna-se difícil avaliar sua condição operacional. Nos purgadores que descarregam o condensado de forma intermitente, a observação de perdas para a atmosfera é mais bem definida.
No caso de purgadores instalados onde haja retorno de condensado, essa avaliação torna-se muito mais difícil. Pode-se ter uma idéia verificando-se a ocorrência de perdas de apor pelos “vents” dos tanques de condensado ou de alimentação da caldeira.
5.3 - VISORES DE FLUXO
Um dos métodos utilizados para detectar vazamentos em purgadores é a instalação de visores de fluxo na saída dos mesmos.
Através do visor, pode-se verificar se o purgador está descarregando condensado, porém, se estiver ocorrendo perdas de vapor, não há como ter certeza deste fato, pois, o mesmo é um fluído invisível, não permitindo sua visualização.
Além de atuar como visor, esse acessório funciona como válvula de retenção, onde a abertura e fechamento promovidos pela esfera indicam o funcionamento satisfatório do purgador.
O vidro fica menos suscetível à ocorrência de depósitos de impurezas que possam dificultar a visualização do fluxo, fato que ocorre com mais freqüência nos visores observados anteriormente.
A instalação de visores deve-se dar a uma distância aproximada de 1 metro após o purgador, para minimizar a ação da erosão que possa produzir-se no vidro, causando sua ruptura. Esse fenômeno ocorre, principalmente, na instalação de purgadores de descarga intermitente.
5.4 - MÉTODOS ULTRA-SÔNICOS
Um método mais preciso para detecção de vazamento é a verificação das condições sonoras (ultra-som) produzidas pela passagem do vapor pelo orifício de descarga de um purgador.
Esse método é ideal quando aplicado em purgadores que descarregam condensados de forma intermitente, já que as condições sonoras entre o funcionamento normal e a condição de falha são muito distintas.
No caso de purgadores com descarga contínua, há a necessidade de uma correta interpretação dos sinais captados pelo detector ultra-sônico, para não haver confusão entre a passagem de vapor vivo com o reevaporado formada na descarga. Isso requer experiência do operador.
Vale salientar que o parecer final da real condição operacional do purgador só deve ser dado após várias medições. Qualquer variação da posição do elemento sensor pode gerar leituras incorretas.
CAPÍTULO 6 - CIRCUITO DE VAPOR
A figura 65 mostra um fluxograma básico de um sistema onde se utiliza vapor para aquecimento.
(Este fluxograma, os gráficos, tabelas, tipos de instalações e desenhos dos tipos de purgadores, fazem parte do curso completo que é fornecido em CD).
CAPÍTULO 7 - GERAÇÃO DE VAPOR
7.1 - CALDEIRAS
O vapor é gerado através de equipamentos chamados CALDEIRAS, onde se efetua o aquecimento da água através da queima de um determinado combustível ou de resistências elétricas.
As caldeiras são classificadas de acordo com o seguinte critério:
A) FORMA DE OPERAÇÃO
- CALDEIRAS FLAMOTUBULARES
Os gases quentes provindos da queima circulam pelos tubos de troca, transferindo o calor para a água. Normalmente operam com baixas capacidades de produção e pressão.
B) COMBUSTÍVEL UTILIZADO
- Óleo BPF : combustível mais comum
- Lenha
- Gás natural / GLP: utilizado em caldeiras de hospitais e hotéis ou em instalações localizadas em regiões urbanas
- Cavaco de madeira : encontrado nas indústrias de celulose
- Licor negro : encontrado nas caldeiras de recuperação das fábricas de celulose
- Bagaço de cana : encontrado nas usinas de açúcar e álcool
- Biomassa
- Carvão mineral
Uma caldeira ideal deve possuir acessórios que permita um controle efetivo da produção de vapor, garantindo qualidade e eficiência no processo, aliado ao aspecto econômico.
7.2 - PERDAS IDENTIFICADAS EM CALDEIRAS
A seguir ressaltaremos alguns itens que devem ser observados buscando uma operação eficiente nas caldeiras:
- Ação de gases dissolvidos na água de alimentação: as presenças de gases tais como O2 e CO2 causam corrosão nas superfícies metálicas das caldeiras;
- Água de alimentação não modulada (Efeito On-Off) causando queda de pressão na caldeira e choques térmicos;
- Presença de sólidos suspensos na água de alimentação;
- Presença de sólidos dissolvidos na água de alimentação (sílica, cálcio, magnésio, etc.) causadores de incrustações nas áreas de troca;
- Perdas de calor motivadas por descargas excessivas;
- Comprometimento da segurança e rendimento da caldeira por descargas insuficientes.
7.3 - DESCARGA DE FUNDO
Na descarga de fundo são eliminadas as impurezas em suspensão existentes na água. Por serem mais pesadas, essas impurezas tendem a se depositar no fundo da caldeira, inibindo a transferência de calor e causando superaquecimento. Essa operação pode ser feita manual ou automaticamente.
O tempo de abertura da válvula de descarga não deve exceder a 5 segundos, sendo que a operação deve ser repetida de hora em hora
Tomemos como exemplo uma caldeira operando a 10 bar de pressão e válvula de descarga de fundo de 2”. Nessas condições a descarga será de 14 kg/s. Na descarga manual, é muito difícil manter a válvula aberta no tempo exato de 5 segundos. A cada segundo adicional serão desperdiçados 14 kg. Vejamos o que ocorre se esse tempo for de 7 segundos:
Excedente de descarga = 2 * 14 = 28 kg/descarga
Regime de trabalho = 8 horas/dia, 20 dias/mês
Desperdício = 28 * 8 * 20 = 4480 kg/mês
No acionamento automático, não ocorre desperdício, pois o tempo de abertura e os intervalos são registrados num controlador/temporizador, que mantém a operação uniforme. Além disso, deve-se ressaltar a segurança operacional.
CAPÍTULO 8 - DISTRIBUIÇÃO DO VAPOR
DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR
CIRCUITO BÁSICO DE VAPOR (faz parte do curso completo que é fornecido em CD).
CONSIDERAÇÕES SOBRE O “LAYOUT”.
O vapor gerado na caldeira, quando é distribuído pelas tubulações ao longo da instalação, mantém uma perda térmica contínua com o meio ambiente, promovendo a formação de condensado ao longo das linhas, o qual deverá ser retirado por meio de drenagens, a fim de manter a qualidade do vapor e evitar danos aos equipamentos, tanto por golpes de aríete, como por desenvolvimento de corrosão. Em operação normal, o vapor flui pelas tubulações de distribuições a velocidades de até 35 m/s (ou 126 km/h).
8.1 - PONTOS DE DRENAGEM
As vantagens resultantes de uma correta seleção do tipo de purgador adequado pode ser inútil se o condensado encontrar dificuldades no seu caminho até o purgador. Durante uma parada, o condensado presente numa tubulação de distribuição se acumula nos pontos baixos, sendo necessária à instalação de purgadores nesses pontos para promover sua eliminação. Além disso, o condensado se acumulará também ao longo da linha, justificando a instalação de pontos de drenagem a cada 30 metros lineares de tubulação.
Em operação normal, o vapor flui pelas tubulações de distribuições a velocidades de até 35 m/s (ou 126 km/h).
Somente uma parte da massa de condensado chegará ao purgador, pois o tubo de pequeno diâmetro conectado na parte inferior da tubulação de distribuição não possui área suficiente para a coleta de todo o condensado.
Na disposição correta, observamos a instalação de um tee, chamado de BOTA COLETORA, que visa garantir a coleta de todo o condensado formado para posterior eliminação através do purgador.
Deve-se evitar a montagem de reduções concêntricas, por ser fonte potencial de golpes de aríete.
A forma correta de montagem de reduções em tubulações é com a utilização de reduções excêntricas.
Na grande maioria das instalações de vapor, ocorrem picos de consumo que podem provocar o arraste de água da caldeira. Além disso, um tratamento incorreto da água de alimentação também provoca o arraste. O desejável, porém, é que o vapor seja utilizado o mais seco possível, isto é, com o melhor título possível, para garantir a otimização do processo relativo ao tempo e eficiência.
O método não é suficiente para a eliminação de todo o condensado, uma vez que as gotículas de água que são arrastadas juntamente com o vapor não são coletadas. A solução para se evitar o arraste dessas gotículas é a instalação de um SEPARADOR DE UMIDADE,
As aletas centrais obrigam o vapor a mudar de direção, adquirindo um movimento circular aliado à diminuição de sua velocidade. As gotículas, por serem mais pesadas, escoam para a parte inferior do separador, por onde são eliminadas através de um purgador, juntamente com o condensado formado no fundo da tubulação. Uma vez a linha bem dimensionada, consegue-se, após o separador, um vapor com título de ate 99 %.
É preferível que a montagem seja feita mantendo-se o filtro na horizontal, evitando-se assim a formação da bolsa de condensado.
A eliminação do ar nos sistemas de vapor deve ser feita, principalmente, nos seguintes pontos:
COLETOR DE VAPOR: preferencialmente no lado oposto à entrada do vapor.
EQUIPAMENTOS ENCAMISADOS: também no lado oposto à entrada do vapor.
FINAIS DE LINHA
A aplicação de elementos termostáticos para eliminação do ar traz os seguintes benefícios:
- a descarga do ar se dá de forma automática
- na partida, o elemento encontra-se retraído, mantendo o orifício de descarga
totalmente aberto
- o fechamento ocorre quando houver um aumento significativo da temperatura
(na iminência da chegada do vapor)
Qualquer tipo de purgador termostático pode ser aplicado para esta função, preferencialmente os de pressão balanceada ou bimetálicos.
CAPÍTULO 9 - UTILIZAÇÃO DO VAPOR.
9.1 - REDUÇÃO DE PRESSÃO
Todos os equipamentos que trabalham com vapor tem uma pressão máxima de operação, por razões de segurança, na maioria das vezes, menor que a pressão de produção. Neste caso, é necessária a instalação de uma válvula redutora.
Porém, este não é o único motivo pelo qual se utiliza este tipo de válvula.
A maioria das caldeiras é projetada para produzir vapor a altas pressões, pois, a pressões mais baixas, ocorre a diminuição da eficiência e a possibilidade de arrastes.
Além disso, gerando-se vapor a altas pressões pode-se utilizar tubulações de menor diâmetro, uma vez que o volume específico do vapor diminui à medida que se aumenta a pressão.
A temperatura do vapor saturado varia com a pressão, sendo que o controle dessa última é um método preciso e eficaz de controle do processo.
O uso de pressões baixas nos equipamentos, é conveniente, pois, além do aspecto segurança, a parcela de calor latente a ser aproveitada é maior quanto menor for a pressão, sendo também menor a taxa de reevaporação provocada pela descarga.
As válvulas redutoras de pressão encontradas no mercado podem ser divididas em três grandes grupos:
- auto-operadas de ação direta
- auto-operadas de ação indireta
- válvulas de controle com atuação externa.
9.2 - VÁLVULAS REDUTORAS DE PRESSÃO DE AÇÃO DIRETA
A pressão reduzida na saída da válvula atua na parte inferior do diafragma, opondo-se à pressão aplicada pela mola de controle. Essa diferença de pressão determina a maior ou menor abertura do conjunto sede/obturador e, portanto, o fluxo através da válvula.
Para que a válvula passe da posição aberta para fechada, deverá haver um aumento da pressão na parte inferior do diafragma. Isso produz uma variação inevitável na pressão de saída. Essa variação será maior quando a válvula estiver fechada ou quase fechada e diminuirá à medida que ocorrer o aumento da vazão. A pressão de saída atuando na face inferior do diafragma tende a fechar a válvula, esse mesmo efeito se produz pela ação da pressão de entrada na parte inferior do obturador. Uma vez calibrada a válvula na pressão desejada, a mola de controle deve ser capaz de equilibrar tanto o efeito da pressão de entrada como de saída. Qualquer variação na pressão de entrada alterará a força que se produz no obturador e isso provocará uma variação na pressão de saída.
Esse tipo de válvula possui características que permitem pequenas flutuações da pressão de saída e tem uma capacidade pequena em relação ao seu tamanho. Se adequa perfeitamente para aplicações onde a pressão não é requisito essencial nos casos onde o consumo de vapor é pequeno e suficientemente constante.
9.3 - VÁLVULAS REDUTORAS DE PRESSÃO COM PILOTO
Quando se requer um controle de pressão preciso ou com maior capacidade, deve-se utilizar uma válvula redutora de pressão de ação indireta ou auto-operada por piloto.
A pressão reduzida atua na parte inferior do diafragma do piloto ou através do tubo de equilíbrio, quando instalado, ou através do canal, compensando a pressão exercida pela mola de ajuste. Quando a pressão reduzida diminui, atua a pressão da mola, fazendo com que o obturador se desloque para baixo, admitindo vapor através do tubo de comando até a parte inferior do diafragma. A pressão do vapor tende a deslocar o obturador, contra a ação da mola, permitindo que haja passagem de vapor vivo, restabelecendo a pressão desejada no processo. Havendo aumento da pressão de saída, esta atuará no sentido de bloquear a passagem de vapor pelo piloto. O fluído retido na parte inferior do diafragma fluirá no sentido da saída da válvula através do tubo de alívio e do orifício, com o que o obturador principal, pela ação da mola, bloqueia a passagem do vapor.
O piloto assumirá uma posição que permite a compensação do fluxo e mantenha a pressão necessária sob o diafragma para que o obturador principal permaneça na posição requerida em função da pressão que se dispõe na entrada e a que se deseja na saída.
Qualquer variação de pressão ou de carga será detectada imediatamente pelo diafragma do piloto que atuará para ajustar a posição do obturador principal.
A pressão reduzida se fixa mediante o parafuso, que faz variar a compressão da mola.
Esse tipo de válvula oferece muitas vantagens em relação às de ação direta. Basta um pequeno fluxo de vapor através do piloto para pressurizar a câmara inferior do diafragma principal e abrir a válvula. Portanto, somente são necessários pequenos ajustes na pressão de saída para provocar grandes alterações na vazão.
Ademais, a perda de carga provocada por essas válvulas não é significativa. Um aumento de pressão na entrada se traduz numa maior força de fechamento sobre o obturador principal, sendo que isto se compensa com a ação da pressão de entrada na câmara do diafragma.
O contrário sucede numa suposta diminuição de pressão. Trata-se, portanto, de uma válvula que controla perfeitamente a pressão de saída, mesmo que ocorram variações na pressão de entrada.
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