Melhores práticas no.23

Janeiro 2024

Número 23

MELHORES PRÁTICAS

Métodos adequados para dimensionar purgadores de vapor

O dimensionamento adequado do purgador de vapor é um fator crítico para obter uma operação eficiente e confiável do purgador de vapor. O tamanho incorreto do purgador de vapor pode prejudicar o projeto e a instalação adequados do purgador e pode causar acúmulo de condensado, perda de vapor ou ambos. Às vezes é confundido com a seleção do tamanho da conexão do purgador de vapor. Pelo contrário, é o tamanho adequado do orifício de descarga interno. (Para sistemas de aquecimento a vapor de baixa pressão, os fabricantes produzem purgadores de vapor com tamanhos de conexão que se relacionam diretamente com a capacidade e o tamanho do orifício.) Entretanto, um purgador de vapor industrial deve ser dimensionado selecionando o orifício de descarga adequado. Um purgador de duas polegadas pode ter a mesma capacidade de condensado que um purgador de meia polegada. Conexão. Uma vez determinada a capacidade de condensado e calculado o tamanho do orifício adequado, o tamanho da conexão do purgador de vapor pode ser determinado para atender aos requisitos de instalação. O tamanho da conexão do purgador de vapor é determinado pelos critérios de instalação; não tem efeito na capacidade de condensado. Para determinar o tamanho correto do furo, os seguintes dados são necessários:

• Pressão máxima de vapor (classificação do corpo do purgador).

• Temperatura máxima do vapor (classificação do corpo do purgador) .

• Pressão operacional (psig )

• Pressão de entrada de vapor para o purgador de vapo r

• Pressão diferencial mínima (delta P) (P1 – P2).

• Temperatura máxima do vapor (classificação do corpo do purgador)

• Capacidade máxima de condensado (lb/hora) .

• Capacidade mínima de condensado (lb/hora) .

• Pressão de descarga do purgador de vapor ou pressão da linha de retorno de condensado (P2). • Condição de fluxo de condensado = Fluxo de condensado modulado ou ligado/desligado versus operação contínua. A pressão máxima do vapor é determinada pelas especificações de projeto do sistema ou pelo ajuste de pressão da válvula de segurança que protege o sistema de vapor. A pressão operacional do vapor pode ser obtida pelo manômetro instalado.

Os requisitos de capacidade de condensado podem ser mais difíceis de obter. As capacidades de condensado podem ser documentadas nas especificações do projeto ou nas placas de identificação do equipamento. Se a capacidade de condensado não for mostrada, será necessário calculá-la utilizando uma fórmula de transferência de calor. Uma coisa básica a lembrar é que meio quilo de vapor se condensa em meio quilo de água. Se forem conhecidas libras/hora de vapor, a capacidade de condensado é a mesma. Se o equipamento for classificado em BTU/hora, a capacidade em libras/hora pode ser aproximada dividindo-se pela energia latente da pressão de vapor no equipamento. Os requisitos de capacidade de condensado podem ser mais difíceis de obter. As capacidades de condensado podem ser documentadas nas especificações do projeto ou nas placas de identificação do equipamento. Se a capacidade de condensado não for mostrada, será necessário calculá-la utilizando uma fórmula de transferência de calor. Uma coisa básica a lembrar é que meio quilo de vapor se condensa em meio quilo de água. Se forem conhecidas libras/hora de vapor, a capacidade de condensado é a mesma. Se o equipamento for classificado em BTU/hora, a capacidade em libras/hora pode ser aproximada dividindo-se pela energia latente da pressão de vapor no equipamento. Contrapressão - Capacidade do purgador de vapor Uma alta porcentagem de aplicações de purgadores de vapor terá contrapressões maiores que as atmosféricas no lado de descarga do purgador de vapor, causadas pelo sistema de retorno de condensado. A contrapressão pode ser produzida involuntariamente ou deliberadamente pelo projeto ou operação do sistema de retorno de condensado. Contrapressão involuntária A contrapressão não intencional é causada pela pressão estática criada por uma elevação vertical no tubo de condensado após o purgador de vapor. As principais linhas de retorno de condensado são normalmente instaladas em altitudes acima dos purgadores de vapor; portanto, é necessário canalizar o condensado do local do purgador de vapor para a linha principal de condensado localizada mais acima. Como regra geral, cada pé de elevação na linha de condensado após o purgador de vapor é igual a ½ psig de contrapressão na descarga do purgador de vapor. Linhas de condensado subdimensionadas também podem causar contrapressão no purgador de vapor, o que deve ser considerado ao dimensionar os purgadores de vapor. As linhas de condensado devem ser dimensionadas para fluxo bifásico (condensado e vapor flash). Contrapressão intencional A contrapressão deliberada resulta de um projeto de sistema de retorno de condensado que cria pressão intencionalmente na linha de condensado para aumentar a eficiência do ciclo térmico. Fator de tamanho As tabelas de purgadores de vapor fornecem a capacidade de condensado (libras/hora) de várias portas de descarga em diversas pressões operacionais (pressão diferencial máxima). As capacidades de condensado listadas indicam descarga contínua máxima.

Os cálculos assumem que o orifício de descarga nunca está fechado, mas permanece sempre aberto. Como os purgadores são projetados para serem abertos e fechados ou modulares, devemos aplicar um fator de tamanho a essas tabelas. a fim de obter um purgador de vapor com capacidade de condensado suficiente para a aplicação ou exigência do processo. Um fator de tamanho é adicionado à capacidade de condensado para determinar a seleção correta da capacidade do purgador de vapor para uma operação eficaz. Fatores de tamanho típicos

• Balde invertido: 3 para 1

• Flutuante e termostático: 2 para 1

• Termostática: 3 para 1

• Termodinâmica: 3 para 1

Se as cargas iniciais forem pesadas ou rápidas, será necessário um aquecimento. Um fator de tamanho de 4 para 1 é mais apropriado. A seleção dos fatores de dimensionamento é diferente para cada projeto operacional de purgador de vapor. Siga as instruções do fabricante ao selecionar os fatores de dimensionamento. Exemplo de tamanho:

1/2 PSI PARA CADA PÉ DE ELEVAÇÃO APLICAÇÃO DE UMA UNIDADE DE AQUECIMENTO CONTRAPRESSÃO

1. Pressão de entrega para o aquecedor da unidade = 15 psig

2. Queda de pressão no aquecedor da unidade = 5 psig

3. P1 = 10 psig (entrada do purgador de vapor)

4. Contrapressão na linha de condensado = 5 psig

5. Elevação da linha de condensado após o purgador de vapor (seis pés de distância) = 3 psig • ½ polegada psig por pé de elevaç ão

6. P2 = 5 psig + 3 psig

• Contrapressão na linha de condensado + aumento na tubulação após o purgador de vapor

7. Capacidade: 1000 libras por agora

8. Purgador termostático e flutuante – capacidade x 2 (fator de tamanho) = 2.000 lbs. por agora

9. O furo de vapor terá uma pressão máxima de 15 psig.

10. A capacidade do purgador de vapor será de 2.000 lb por hora a uma pressão diferencial de 2 psig através do orifício. A queda de pressão de dois psig é P1 – P2 = DP Exemplo de tamanho:

1. P1 = 150 psig

2. P2 = 25 psig (contrapressão na linha de retorno de condensado) + 2 psig (aumento do tubo de condensado)

3. Fluxo = 120 libras por hora

4. O purgador termostático está selecionado.

5. O fator de tamanho é 3 x a capacidade do purgador, ele terá que passar 360 libras por hora

6. Pressão diferencial (P1 – P2 = DP) o 123 psig

7. Purgador de vapor com orifício classificado para 150 psig com capacidade de 360 por hora a uma pressão diferencial de 123 psig. Exemplo de tamanho: Para um processo de modulação de vapor são necessárias as seguintes informações: 1. Determine a pressão máxima na linha de vapor que alimenta o processo. O projeto e o material do purgador de vapor devem ser classificados para pressão máxima de vapor. 2. Selecione o orifício do purgador de vapor, que deve ser classificado para a pressão máxima de vapor usada no processo. A pressão máxima é especialmente crítica em purgadores de vapor mecânicos. a. Algumas fábricas documentam a pressão do vapor na entrada da válvula de controle. Não presuma que a pressão operacional da linha de vapor será igual à pressão do vapor na válvula de controle. As quedas de pressão na linha de vapor devem ser consideradas. 4 . P2 (Pressão de saída da válvula de controle para o trocador de calor) = a. Há uma queda de pressão calculada na válvula de controle. Esta informação pode ser determinada a partir das informações de desempenho da válvula de controle de vapor. a. Todos os componentes de transferência de calor apresentam queda de pressão. Esta informação pode ser obtida nas folhas de desempenho de transferência. 6. P3 (Pressão de entrada do purgador de vapor) para. Subtrair a queda de pressão de transferência de calor de P2 resultará em P3. 3. P1 (Pressão de entrada para válvula de controle) = 5. Queda de pressão (trocador de calor).

LINHA DE RETORNO DE CONDENSADO DE PRESSÃO = 25 PSIG

LINHA DE CONDENSADO

LINHA DE VAPOR DE PRESSÃO 150 PSIG

CARGA DE CONDENSADO 120 LB POR HORA

P2 = 25 PSIG + ALTURA DO TUBO

APLICAÇÃO DA PERNA DO MANIFOLD DA LINHA DE VAPOR

CONTROLADOR

7. P4 = Pressão de saída na descarga do purgador

P2 = 60 PSIG

P1 = 75 PSIG

8. Fluxo de condensado

LINHA DE CONDENSADO

TRANSMISSOR DE TEMPERATURA

9. Fator de tamanho = dependendo do projeto do purgador.

Para um processo de modulação de vapor são necessárias as seguintes informações. 1. Determine a pressão máxima na alimentação da linha de vapor. O processo = 100 psig para.

TRANSMISSOR DE PRESSÃO

 P = 10 PSIG

TROCADOR DE CALOR

P3 = 50 PSIG

a. O purgador de vapor é avaliado em 250 psig a 450°F.

P4 = 0 PSIG

LINHA DE CONDENSADO

b. b. O orifício do purgador de vapor deve ser classificado para uma pressão igual ou superior a 100 psig.

2 . P1 (Pressão de entrada para válvula de controle) = 75 psig

3 .P2 (Pressão de saída da válvula de controle para o trocador de calor) = 60 psig 4. Queda de pressão (trocador de calor) = folhas TEMA de 10 psig

5 .P3 (Pressão de entrada do purgador de vapor) = 50 psig

6 . P4 = Pressão de saída do purgador de vapor = 0 psig (sistema de tanque atmosférico – dreno por gravidade)

7. Taxa de fluxo = 3.624 lb por hora

8. Fator de tamanho = mínimo de 1,5 para 1, preferido de 2 para 1 = 7.248 libras por hora. Conclusão: O purgador de vapor deve ter capacidade de 7.248 libras. por hora a uma pressão diferencial de 50 psig e classificação de orifício de 100 psig ou mais. O dimensionamento de purgadores de vapor requer experiência nas características operacionais de diversos equipamentos. O resultado final depende da qualidade dos dados. O tamanho do tubo do purgador de vapor pode ser selecionado após dimensionar o orifício. Purgadores de vapor de alta capacidade de condensado estarão disponíveis apenas em tamanhos de tubos maiores. Se o equipamento de transferência de calor tiver uma saída de tubo de duas polegadas, não selecione um purgador de vapor de meia polegada, pois isso restringiria o fluxo de condensado. Sempre selecione um purgador com conexão igual ou maior que a conexão de saída do processo. Saída de processo de 1,5 polegadas = purgador de vapor de 1,5 polegadas. Muitas indústrias usam tubo coletor de vapor de ¾ polegada como tamanho mínimo para fornecer rigidez ao tubo e, o mais importante, padronização. Tipos de armadilhas Armadilha termostática . (operado por mudanças na temperatura do fluido). A temperatura do vapor saturado é determinada pela sua pressão. Quando o condensado e o vapor saturado alcançam o purgador, o condensado esfria. Um purgador termostático permite a passagem do condensado quando esta temperatura mais baixa é detectada. À medida que o vapor chega ao purgador, a temperatura aumenta e o purgador fecha. Balde invertido e armadilhas flutuantes . Mecânico (operado por mudanças na densidade do fluido). Esta linha de purgadores de vapor funciona detectando a diferença de densidade entre o vapor e o condensado. Esses purgadores de vapor incluem purgadores de flutuação e purgadores de balde invertido. No purgador de bóia, a bóia sobe na presença de condensado, abrindo uma válvula e permitindo a passagem do condensado mais denso. Com o purgador de balde invertido, o balde invertido flutua quando o vapor atinge o purgador e sobe para fechar a válvula. Ambos são essencialmente mecânicos em seu método de operação.

Armadilha Termodinâmica . (operado por mudanças na dinâmica dos fluidos). Os purgadores de vapor termodinâmicos dependem em parte da formação de vapor flash a partir do condensado. Este grupo inclui armadilhas termodinâmicas, de disco, de impulso e de labirinto. • Estágio dinâmico . A pressão do condensado levanta o disco interno do purgador termodinâmico, permitindo o fluxo para o orifício de saída radial. A descarga de condensado continua até que o vapor chegue ao purgador. O vapor com maior volume específico adquire maior velocidade ao passar pelo orifício e gera uma zona de baixa pressão sob o disco, fazendo-o cair sobre sua sede e fechando o purgador. • Estágio térmico . O purgador permanece fechado até que o vapor de alta pressão que ficou preso no disco se transforme em condensado. Assim que o vapor esfria e condensa, ele perde pressão e o disco se levanta permitindo um novo ciclo de descarga.