Curso de Vapor

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Spirax Sarco 
Apresenta
Filial Rio de Janeiro
Curso de Vapor
Fabiano Duarte – Técnico Especificação Sênior
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CONCEITOS BÁSICOS SOBRE VAPOR
O QUE É VAPOR?
ÁGUA + CALOR
Geração de Vapor
O QUE É VAPOR?
ÁGUA + CALOR
POR QUE SE UTILIZA VAPOR?
GERADO À PARTIR DA ÁGUA
PERMITE AJUSTE DA TEMPERATURA PELA PRESSÃO
FACILIDADES NO TRANSPORTE
TRANSPORTA MUITA ENERGIA COM POUCA MASSA 
Utilizações
VAPOR SATURADO
 Utilizado para processos de aquecimento.
 Motivos: - melhor aproveitamento térmico
 - menor custo de geração
VAPOR SUPERAQUECIDO
 Utilizado para movimentação de máquinas
 Motivo: necessidade de vapor isento de água
Geração de Energia
Aquecimento
Produção de Vapor
Produção de Vapor
Produção de Vapor
Produção de Vapor
Produção de Vapor
Produção de Vapor
Calor : Sensível, Latente e Total
Tabela de Vapor Saturado
Purgador
CONCEITO: Dispositivo que libera automaticamente
condensado, sem perder VAPOR
CONDIÇÃO BÁSICA DE FUNCIONAMENTO
P1 > P2
Pressão
Pressão
Pressão
Diferencial
Diferencial
Diferencial
Características do Bom Purgador
Eliminador de ar
Remoção de condensado
Eficiência térmica
Confiabilidade
Golpe de Aríete
Golpe de Aríete
Principal Deformação
Porção de condensado arrastado pelo fluxo de vapor
Vibração e ruído causados pelo golpe de aríete
Condensado
Golpe de Aríete - Martelo Hidráulico
Casos Reais
Ramificações
Construção Correta da Bota Coletora
Dimensionamento de Botas Coletoras
Influência do Ar em Sistemas de Vapor
Temos a mistura de: 20 % Ar - 80 % Vapor
A pressão absoluta de 3 kgf/cm2
Temperatura desejada 132,9oC
(em uma mistura cada elemento exerce a mesma pressão que exerceria se estivesse ocupando sozinho o mesmo volume)
PAbs = % Ar x PAbs + Vapor x PAbs
3 = 20 % X 3 + 80 % X 3
3 = 0,6 + 2,4
3 = 3
Pressão do ar = 0,6 kgf/cm2
Pressão do vapor = 2,4 kgf/cm2
Temperatura correspondente = 125,5 oC
Aplicando a LEI DE DALTON
Coletores de Vapor (Barrilhete)
Velocidade Ideal = 5 a 8 m/s
Coletores de Vapor (Barrilhete)
Filtros Y
Entrada de vapor
Filtros Y
Entrada de vapor
Filtros Y
Drenagem de Linhas de distribuição
Finais de Linha
Separador de Umidade
O princípio básico de funcionamento é determinado pela brusca redução da velocidade no seu interior, alterando também de forma brusca o valor da energia cinética; 
Para concretizar a eficiência do processo, existe no interior dos separadores placas defletoras formando chicanas, e assim, pela diferença de densidade aliada à redução da energia cinética, às partículas de água são retidas e purgadas.  
Funcionamento
Funcionamento
Instalações Típicas
Perdas por Vazamentos
Perdas de vapor por vazamentos tornam-se um grande prejuízo com o decorrer do tempo.
Um furo de 1/8” a uma pressão de 100 psi gera uma perda de 30 kg/h
Para um custo de vapor de R$ 70,00/ton teremos um prejuízo de:
R$ 1.512,00 / mês
Perdas por Vazamentos
Devido à característica erosiva do vapor (fluido bifásico), com o passar do tempo o furo aumenta exponencialmente, e junto com ele o 
PREJUÍZO!
 Não basta somente eliminar perdas, é preciso corrigi-las o mais rápido possível.
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CARACTERÍSTICAS DO BOM PURGADOR
Eliminador de ar;
Remoção de condensado;
Eficiência térmica;
Confiabilidade.
TIPOS DE ACIONAMENTO
1- Mecânicos:
a) De Bóia;
b) De Balde Invertido.
2 – Termodinâmicos:
a) De Fluxo Simples;
b) De Fluxo Distribuído.
3 – Termostáticos:
a) Bimetálico;
b) Expansão Líquida;
c) Pressão Balanceada.
PURGADOR MECÂNICO DE BÓIA
Purgador Mecânico Tipo Bóia
Purgador Mecânico Tipo Bóia
Purgador Mecânico Tipo Bóia
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PURGADOR TERMODINÂMICO
Início de Processo: Ar e Condensado chegando ao Purgador
Por diferença de Pressão o Condensado e o ar são retirados
Chega o Condensado junto com o Vapor. Por queda de pressão (diferença de Área) o Condensado sobre o disco reevapora.
Quando o Vapor chega ao Purgador, a pressão sobre o disco veda a passagem
Quando o Condensado forma-se novamente, o vapor reevaporado sobre o disco resfria, diminuindo seu volume específico e permitindo o escoamento
Durante a operação normal o Condensado preenche toda a câmara escoando livremente
Novamente o Condensado a mesma temperatura do Vapor reevapora a parte líquida sobre o disco
Com a passagem do Condensado mais quente sob o disco há um aumento de velocidade causando uma zona de baixa pressão, fazendo o purgador fechar.
Purgador de Pressão Balanceada
Cápsula
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POR QUE REDUZIR A PRESSÃO?
 Com a diminuição da pressão, pode-se conseguir uma maior vida útil das máquinas, equipamentos e acessórios do sistema de vapor;
 Observando as curvas características do vapor e a tabela de vapor saturado, notaremos que o calor latente aumenta com a diminuição da pressão, com isso consegue-se uma maior eficiência de troca térmica e uma redução no tempo de aquecimento do processo com pressão reduzida;
 Além disso, com a redução da pressão é possível conseguir uma considerável economia no consumo de vapor, conforme mostrado no exemplo a seguir:
POR QUE REDUZIR A PRESSÃO?
Dados:		Quantidade de Água:			1000 Kg
		Pressão de trabalho:			8 Kgf/cm2
		temperatura inicial:			20 ºC
		temperatura final:			90 ºC 
Qc = m . c . T
 CL . 
Onde:
m - massa (kg)
c - calor específico
T - diferencial de temperatura
CL - calor latente do vapor (kcal/kg)
 - título do vapor
Considerando uma pressão de trabalho de 8 Kgf/cm² (calor latente = 485,6 Kcal/Kg) e o título do vapor igual a 0,8 teremos:
Q = 
¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾
Þ
Q = 180,19 Kg/h de vapor
0,8 x 485,6
1000 x 1 x (90
-
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POR QUE REDUZIR A PRESSÃO?
Dados:		 Quantidade de Água:			1000 Kg
		Pressão de trabalho:			8 Kgf/cm2
		temperatura inicial:			20 ºC
		temperatura final:			90 ºC 
Se reduzíssemos a pressão de trabalho para 4 Kgf/cm² (calor latente = 503,7 Kcal/Kg), mantendo o título, teríamos: 
Q = 
¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾
Þ
Q = 173,71 Kg/h de vapor
0,8 x 503,7
1000 x 1 x (90
-
20)
Uma redução de 4,0% no consumo de vapor! 
VÁLVULAS AUTO OPERADAS
VÁLVULAS AUTO OPERADAS
TIPOS:
 AÇÃO DIRETA
CARACTERÍSTICA: Única sede (Principal)
 PILOTO OPERADA
CARACTERÍSTICA: Duas sedes (Principal e Piloto)
VÁLVULAS DE AÇÃO DIRETA
- Vapor, ar comprimido, líquidos e outros gases;
- Recomendadas para um só equipamento onde não haja variações de pressão montante da mesma ou grande variações de fluxo;
- Não podem trabalhar em condições de escoamento crítico onde P2 é igual ou menor que 1/2 P1;
- São compactas, o que permite maior aproximação do equipamento.
POR QUE RETORNAR O CONDENSADO?
 O condensado é um recurso extremamente valioso. A grande quantidade de calor contida no condensado justifica o seu retorno para o tanque de alimentação da Caldeira;
 Para cada 6 graus de aumento na temperatura da água de alimentação da caldeira tem-se aproximadamente 1% de economia de combustível. 
 O condensado é água destilada e já tratada, o que reduz os custos com tratamento da água tratada para a Caldeira. O alto custo do desperdício deste condensado para o meio ambiente é algo que não faz qualquer sentido financeiro, ecológico ou técnico.
POR QUE RETORNAR O CONDENSADO?
EXEMPLO:
Pressão de Vapor = 10 bar / Combustível Óleo BPF
Temperatura Inicial da água de reposição = 20ºC
Temperatura Final da água de reposição = 80ºC
Pela tabela de vapor saturado, temos:
Calor Latente @ 10 bar = 478,2 Kcal/Kg
Calor Sensível @ 10 bar = 185,6 Kcal/Kg
Calor Total @ 10 bar = 663,9 Kcal/Kg
 A 20ºC o Calor Total para gerar vapor: 663,9 – 20 = 643,9 Kcal/kg
 A 80ºC o Calor Total para gerar vapor: 663,9 – 80 = 583,9 Kcal/kg
 Então, a 20ºC 	P.C.I. = 9.600 = 14,9 Kg de vapor
			Ctotal	643,9
 Então, a 80ºC 	P.C.I. = 9.600 = 16,4 Kg de vapor
			Ctotal	583,9
ECONOMIA DE 10% COM O AUMENTO DE 60º DA ÁGUA
Custo do Vapor - GLP
DADOS:
Custo do Vapor
 
 
Combustível = Gás Natural
Densidade do Gás Natural = 0,62 kg/m3
Custo do Gás Natural = R$ 0,50 m3 
Pressão = 8 kgf/cm2
Vazão da Caldeira = 2.000 Kg/h
Rendimento da Caldeira = 85%
Temperatura da água de Alimentação = 80ºC
PCI – Poder Calorífico Inferior do Gás = 10.800 kcal/kg
Calor Sensível – Pressão de Geração – Cs = 176,4 kcal/kg
Calor Latente – Pressão de Geração – Ci = 485,6 kcal/kg
Calor Total – Pressão de Geração – Ct = 662 Kcal/Kg
 
Fórmula
 
Custo Ton Vapor = Ct – Cs Água x 1000 x Custo do Comb. x Fator de Rendimento da Caldeira
 PCI Densidade do Gás
 Cálculo
 
Custo da Tonelada de Vapor = 662-90 x 1000 x 0,80 x 1,18
 10.800 0,62
Custo da Tonelada de Vapor = R$ 80,64
 
Sabendo que 1 Ton de Vapor custa R$ 80,64
 
Perdas de Vapor: (18 kg/h x 8 x 5 x52) / 1000 = 37,44 Ton de vapor
R$ 80,64 x 37,44 = 3.019,16
Custo Mensal de Vazamento: R$ 251,60
 
Bombas de Condensado - Dimensionamento
TRABALHE COM O ORIGINAL!
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1.2 Selection of Working Pressure
The steam distribution system is the important link between the steam source and the steam user. It must supply good quality steam at the required rate and at the right pressure. It must do this with the minimum of heat loss, and be economical in capital cost.
We already know that dry saturated steam (not superheated) is to be used for process and heating applications and it is that with which we shall concern ourselves.
The pressure at which the steam is to be distributed is determined by the point of usage on the plant needing the highest pressure. We must remember however that as the steam passes through the distribution pipework, it will lose some of its pressure due to resistance to flow, and the fact that some of it will condense due to loss of heat from the pipes. Therefore allowance should be made for this pressure loss when deciding upon the initial distribution pressure.
Summarising, we need to consider when selecting our working pressure:
Pressure required at point of use
Pressure drop along pipe due to resistance of flow (friction)
Pipe heat losses
We also know that steam at a higher pressure occupies less volume per kg., than steam at a lower pressure. It therefore follows that if we generate steam in the boiler at a much higher pressure than that needed by its application, and we distribute it at this higher pressure the bore of the distribution mains will be smaller for any given mass flow rate.
Spirax Sarco Publication P37 Steam Distribution Table 9 Page 19
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2.2.1 Waterhammer
At any low points where water is allowed to collect (bottom of risers, badly fitted steam traps or pipe fittings), including where the mains has been allowed to sag perhaps due to inadequate pipe support or broken pipe hangers, these slugs of condensate may be picked up by the steam and hurled at downstream valves or pipe fittings, as shown above. Such slugs of water, moving at velocities of up to 30 m/s or even more, possess considerable amounts of kinetic energy which is released on impact causing noise and vibration called waterhammer. This causes considerable damage to the pipework and ancillaries.
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2.2.1 Waterhammer
At any low points where water is allowed to collect (bottom of risers, badly fitted steam traps or pipe fittings), including where the mains has been allowed to sag perhaps due to inadequate pipe support or broken pipe hangers, these slugs of condensate may be picked up by the steam and hurled at downstream valves or pipe fittings, as shown above. Such slugs of water, moving at velocities of up to 30 m/s or even more, possess considerable amounts of kinetic energy which is released on impact causing noise and vibration called waterhammer. This causes considerable damage to the pipework and ancillaries.
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2.2.5 Branch Connections
Branch connections taken from the top of the main carry the driest steam. If taken from the side, or even worse from the bottom, they can carry the condensate from the main and in effect become a drain pocket. The result is very wet steam reaching the equipment.
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2.2 Pipe Alignment and Drainage Points
It is necessary to give some consideration to the alignment of all service lines, and to the drainage or air venting of them as appropriate. Steam lines are no exception. Steam leaving a boiler, or other sources, is often much wetter than is appreciated and if this water is not removed, there will be poor heat transfer at the point of use this is why the steam needs to be dry. 
The use of a separator to remove this moisture is shown in the slide. Sizing one is not difficult as they are always sized to match the steam line (line size). This is one location where a correctly sized mechanical drain trap, such as a float trap, can be beneficial.
As soon as steam has left the boiler, some of it must condense, to replace the heat being lost through the pipe wall. Insulation will naturally reduce the heat loss, but the heat flow and the condensation rate remain as small but finite amounts and if appropriate action is not taken these amounts will accumulate. The condensate will form droplets on the inside of the pipe wall, and these can merge into a film as they are swept along by the steam flow.
The film will also gravitate towards the bottom of the pipe, and so the thickness of the water film will be greatest there. Steam flowing over this film can raise ripples which can build up into waves. If this build up continues, the tips of the waves will break off, throwing droplets of condensate into the steam flow. The result is that the heat exchange equipment receives very wet steam. 
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2.2 Pipe Alignment and Drainage Points
It is necessary to give some consideration to the alignment of all service lines, and to the drainage or air venting of them as appropriate. Steam lines are no exception. Steam leaving a boiler, or other sources, is often much wetter than is appreciated and if this water is not removed, there will be poor heat transfer at the point of use this is why the steam needs to be dry. 
The use of a separator to remove this moisture is shown in the slide. Sizing one is not difficult as they are always sized to match the steam line (line size). This is one location where a correctly sized mechanical drain trap, such as a float trap, can be beneficial.
As soon as steam has left the boiler, some of it must condense, to replace the heat being lost through the pipe wall. Insulation will naturally reduce the heat loss, but the heat flow and the condensation rate remain as small but finite amounts and if appropriate action is not taken these amounts will accumulate. The condensate will form droplets on the inside of the pipe wall, and these can merge into a film as they are swept along by the steam flow.
The film will also gravitate towards the bottom of the pipe, and so the thickness of the water film will be greatest there. Steam flowing over this film can raise ripples which can build up into waves. If this build up continues, the tips of the waves
will break off, throwing droplets of condensate into the steam flow. The result is that the heat exchange equipment receives very wet steam. 
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2.2 Pipe Alignment and Drainage Points
It is necessary to give some consideration to the alignment of all service lines, and to the drainage or air venting of them as appropriate. Steam lines are no exception. Steam leaving a boiler, or other sources, is often much wetter than is appreciated and if this water is not removed, there will be poor heat transfer at the point of use this is why the steam needs to be dry. 
The use of a separator to remove this moisture is shown in the slide. Sizing one is not difficult as they are always sized to match the steam line (line size). This is one location where a correctly sized mechanical drain trap, such as a float trap, can be beneficial.
As soon as steam has left the boiler, some of it must condense, to replace the heat being lost through the pipe wall. Insulation will naturally reduce the heat loss, but the heat flow and the condensation rate remain as small but finite amounts and if appropriate action is not taken these amounts will accumulate. The condensate will form droplets on the inside of the pipe wall, and these can merge into a film as they are swept along by the steam flow.
The film will also gravitate towards the bottom of the pipe, and so the thickness of the water film will be greatest there. Steam flowing over this film can raise ripples which can build up into waves. If this build up continues, the tips of the waves will break off, throwing droplets of condensate into the steam flow. The result is that the heat exchange equipment receives very wet steam. 
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2.2 Pipe Alignment and Drainage Points
It is necessary to give some consideration to the alignment of all service lines, and to the drainage or air venting of them as appropriate. Steam lines are no exception. Steam leaving a boiler, or other sources, is often much wetter than is appreciated and if this water is not removed, there will be poor heat transfer at the point of use this is why the steam needs to be dry. 
The use of a separator to remove this moisture is shown in the slide. Sizing one is not difficult as they are always sized to match the steam line (line size). This is one location where a correctly sized mechanical drain trap, such as a float trap, can be beneficial.
As soon as steam has left the boiler, some of it must condense, to replace the heat being lost through the pipe wall. Insulation will naturally reduce the heat loss, but the heat flow and the condensation rate remain as small but finite amounts and if appropriate action is not taken these amounts will accumulate. The condensate will form droplets on the inside of the pipe wall, and these can merge into a film as they are swept along by the steam flow.
The film will also gravitate towards the bottom of the pipe, and so the thickness of the water film will be greatest there. Steam flowing over this film can raise ripples which can build up into waves. If this build up continues, the tips of the waves will break off, throwing droplets of condensate into the steam flow. The result is that the heat exchange equipment receives very wet steam. 
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2.2 Pipe Alignment and Drainage Points
It is necessary to give some consideration to the alignment of all service lines, and to the drainage or air venting of them as appropriate. Steam lines are no exception. Steam leaving a boiler, or other sources, is often much wetter than is appreciated and if this water is not removed, there will be poor heat transfer at the point of use this is why the steam needs to be dry. 
The use of a separator to remove this moisture is shown in the slide. Sizing one is not difficult as they are always sized to match the steam line (line size). This is one location where a correctly sized mechanical drain trap, such as a float trap, can be beneficial.
As soon as steam has left the boiler, some of it must condense, to replace the heat being lost through the pipe wall. Insulation will naturally reduce the heat loss, but the heat flow and the condensation rate remain as small but finite amounts and if appropriate action is not taken these amounts will accumulate. The condensate will form droplets on the inside of the pipe wall, and these can merge into a film as they are swept along by the steam flow.
The film will also gravitate towards the bottom of the pipe, and so the thickness of the water film will be greatest there. Steam flowing over this film can raise ripples which can build up into waves. If this build up continues, the tips of the waves will break off, throwing droplets of condensate into the steam flow. The result is that the heat exchange equipment receives very wet steam. 
Spirax Sarco has a one-hundred-year history of working in partnership with steam users around the world, and with the people who advise them, such as consultants and contractors. 
 
Steam is primarily a heat carrying medium used throughout industry for process and space heating.
 
Our aim throughout our long history has been to help our customers manage their use of steam in a way that helps them improve the performance they get out of their plant and manufacturing processes.