ENGENHARIA DE PRODUÇÃO INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS Prof. Jorge Marques

Apresentação em tema: "ENGENHARIA DE PRODUÇÃO INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS Prof. Jorge Marques"— Transcrição da apresentação:

1 ENGENHARIA DE PRODUÇÃO INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS Prof. Jorge Marques
Aula 17 INSTALAÇÕES DE VAPOR Fontes Consultadas MACINTYRE, A. J. Instalações Hidráulicas

2 Instalações de Vapor Escoamento de grandes quantidades de calor entre locais distantes Máquinas motrizes Máquinas operatrizes Autoclaves Esterilizadores hospitalares Processos industriais

3 Transferência do calor
Condução Convecção Radiação O calor do vapor é transferido aos itens de interesse pelos três modos, geralmente com predominância de um deles. Mas as perdas para o ambiente também ocorrem da mesma forma.

4 Isolação e condução térmica
No transporte do vapor até o ponto de consumo deseja-se perder o mínimo possível de calor. No aquecimento do item de interesse (consumo) objetiva-se a forma mais eficiente de transferência.

5 Por condução Os metais são bons condutores. Dentre eles, comercialmente o alumínio e o cobre merecem destaque. Os cerâmicos e os plásticos são bons isolantes. Os gases são isolantes melhores ainda. O vácuo não conduz calor

6 Por Convecção Transfere calor juntamente com transferência de massa: só ocorre com fluídos. Ocorre naturalmente por forças de empuxo agindo na variação de densidade ou pode ser forçado, aumentando a eficiência da transferência. Coibir a movimentação de massa fluida ou substituí-la por sólido reduz a convecção. No vácuo não há transferência. Líquidos transferem mais por convecção que gases, especialmente quando forçados.

7 Por Radiação Transferido por ondas eletromagnéticas. Não depende da massa. Na realidade a tranferência é mais eficiente no vácuo. O calor é absorvido (irradiado) ou emitido (radiado) segundo as características da superfície. Superfícies polidas emitem e absorvem menos. Superfícies rugosas emitem e absorvem mais. Superfícies claras emitem e absorvem menos. Superfícies escuras emitem e absorvem mais.

8 Geração e formas de vapor
A água pressurizada é aquecida numa caldeira até transformar-se em vapor. Diz-se vapor saturado ao estado final de vaporização de toda a água. Na realidade, por ser produzido em contato com a água é inevitável a presença de partículas no estado líquido. Vapor superaquecido ocorre quando o vapor saturado passa por uma câmara de reaquecimento e este atinge temperaturas acima da saturação do vapor, passando a vapor seco

9 Formas de vapor Para fins de transmissão de calor, usualmente, é aplicado o vapor saturado, considerando-o seco. Na geração de energia (força motriz), prefere-se o vapor superaquecido, por garantir melhor rendimento e reduzidos problemas de desgastes nas turbinas.

10 Calor Sensível e Calor Latente
Q = m c ΔT Calor sensível. Calor necessário para ele a temperatura de T1 a T2 sem mudança de fase Q = m L Calor latente. Calor necessário para promover a mudança de fase. Na mudança da água à temperatura ambiente para vapor, o calor latente é de 3 a 4 vezes maior que o calor sensível.

11 Condensação do vapor O vapor conduzido a serpentinas de aquecimento cede calor latente às paredes da serpentina, e este é transferido ao item que se deseja aquecer. Ao ceder calor latente, a temperatura continua a mesma, mas o vapor vai se transformando em líquido. A água líquida é chamada condensado. A água continua a perder calor, agora na forma sensível. É importante procurar conservar o calor na água de retorno ao tanque de abastecimento para, assim, poupar fornecimento de calor à caldeira, na recirculação do fluido.

12 Condensação do vapor Mas o condensado que se forma na região de trabalho é prejudicial ao funcionamento do sistema: Reduz o rendimento da transferência de calor, devido à capacidade do calor sensível ser 1/3 a 1/4 do calor latente. Reduz a área de atuação e escoamento do vapor Gotículas arrastadas pelo vapor produz erosões, vibrações e golpes de aríete. Por isso, o condensado nas linhas de vapor deve ser retirado. Posteriormente falaremos sobre a drenagem do condensado.

13 Esquema ilustrativo de um sistema de produção e distribuição de vapor
A figura do próximo slide, extraída de Macintyre, representa uma instalação típica de vapor: Das caldeiras (1), o vapor vai para o barrilete de distribuição (2) a alimenta as linhas principais. A linha (3) representa a alimentação de geração de força motriz, com perda de vapor para o ambiente. A linha (3a) alimenta uma serpentina de aquecimento. A linha (3b) aquece alguns equipamentos em uma cozinha. A linha (3c) alimenta trocadores de calor em processos industriais.

14 Esquema ilustrativo de um sistema de produção e distribuição de vapor (cont.)
Nestas últimas linhas de alimentação (3a a 3c), o condensado é conduzido de volta ao tanque pelas linhas (5a a 5c). Alem da água quente do condensado, o tanque (6) recebe água fria de reposição. A água é bombeada para a caldeira pela bomba (7), refazendo o ciclo. O equipamento (8) representa dispositivo de expansão livre do vapor, ou seja, sem reaproveitamento do condensado.

15

16 Tubulações de Vapor Linha de vapor é composta de:
Barrilete, que alimenta as linhas alimentadoras principais. Alimentadoras, conduzem o vapor até o ramal de entrada de cada consumidor. Ramais para máquinas e dispositivos consumidores de vapor

17 Tubulações de Vapor Aspectos a considerar nas tubulações de vapor:
Capacidade de escoamento na velocidade e quantidade (vazão) necessária. Flexibilidade para aceitar as dilatações térmicas sem a ocorrência de tensões inadmissíveis. Resistência aos esforços de pressão interna e peso.

18 Tubulações de Vapor Considerações
Material das tubulações: barriletes, alimentadoras e ramais são de aço, em composição adequada a cada projeto. Devem receber isolamento térmico. As uniões são por solda de responsabilidade ou rosca. Serpentinas (para a transferência de calor) de cobre são mais eficientes, mas, por vezes, o processo requer aço inoxidável.

19 Dimensionamento das linhas de vapor
Velocidade do vapor nos barriletes e alimentadores: 15 a 30 m/s Velocidade do vapor nos ramais: 10 a 15 m/s = diâmetro do tubo = volume específico do vapor = vazão mássica do vapor = velocidade do vapor

20 Valores de vapor saturado
Tabelas termodinâmicas fornecem estes dados. Abaixo, uma pequena amostra. Pressão (KPa) Temp. (°C) Vol. Esp. (m³/kg) Entalpia (kJ/kg) Liq. Sat. Evapor. Vap. Sat. 150 111,4 1,159 467,11 2226,5 2693,6 200 120,2 0,8857 504,70 2201,9 2706,7 250 127,4 0,7187 535,37 2181,5 2716,9 300 133,6 0,6058 561,47 2163,8 2725,3 350 138,9 0,5243 584,33 2148,1 2732,4