Dimensionamento de Tubulações de Vapor e Condensado

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Sistema de vapor e condensado
Dimensionamento de Tubulações de Vapor e Condensado
Tubulações Industriais
Bermo Válvula e Equipamentos Industriais Ltda
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Tubos comercializados pela Bermo são ASTM-106 Gr B
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Qual o tamanho da tubulação que devo utilizar no 
projeto do sistema de vapor?
11
Superdimensionada:
• Maior custo de montagem;
• Maior perda de calor;
• Maior volume de condensado.
Subdimensionada:
• Menor pressão no final da linha;
• Falta de vapor no final da linha;
• Golpes de aríete;
• Erosão.
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Tabela de vapor saturado
12
Pressão
relativa Temp. 
Calor 
sensível
Calor 
latente
Calor 
total
Volume
Específico
bar kgf/cm2 ºC kcal/kg kcal/kg kcal/kg m3/kg
0 1 99.1 99.1 539.4 638.5 1.725
1 2 119.6 119.9 525.9 645.8 0.902
2 3 132.9 133.4 516.9 650.3 0.616
3 4 142.9 143.6 509.8 653.4 0.470
4 5 151.1 152.1 503.7 655.8 0.381
5 6 158.1 159.3 498.5 657.8 0.321
6 7 164.2 165.6 493.8 659.4 0.277
7 8 169.6 171.3 489.5 660.8 0.244
8 9 174.5 176.4 485.6 662.0 0.218
9 10 179.0 181.2 481.8 663.0 0.198
10 11 183.2 185.6 478.3 663.9 0.180
11 12 187.1 189.7 475.0 664.7 0.166
12 13 190.7 193.5 471.9 665.4 0.154
13 14 194.1 197.1 468.9 666.0 0.143
14 15 197.4 200.6 466.0 666.6 0.134
Pressão
absoluta
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Volume específico do vapor saturado
13
0
0,5
1
1,5
2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Volume 
(m3/kg)
Pressão (barg)
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Como dimensionar corretamente a tubulação do 
sistema de vapor?
14
Linha principal – até 35 m/s
Linha secundária – até 25 m/s
Coletor / distribuidor – até 10 m/s
𝐷 =
𝑄 𝑥 δ 𝑥 354
𝑉
Q = Vazão (kg/h)
V = Velocidade (m/s)
δ = Volume específico (m³/kg)
D = Diâmetro (mm)
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Exemplo de dimensionamento 1
15
Caldeira de 20,0 t/h de vapor saturado na pressão de 21,0 barg
𝐷 =
20.000 𝑥 0,09065 𝑥 354
35
𝐷 = 135,4 𝑚𝑚
Como se utiliza no cálculo a velocidade máxima, o resultado é o diâmetro interno mínimo 
requerido para a rede de vapor.
Tubulação DN 150 SCH40 possui o diâmetro interno de 154,08 mm.
𝐷 =
𝑄 𝑥 δ 𝑥 354
𝑉
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Exemplo de dimensionamento 2
16
Caldeira de 20,0 t/h de vapor saturado na pressão de 21,0 barg
𝐷 =
20.000 𝑥 0,09065 𝑥 354
20
𝐷 = 179,1 𝑚𝑚
Como se utiliza no cálculo a velocidade máxima, o resultado é o diâmetro interno mínimo 
requerido para a rede de vapor.
Tubulação DN 200 SCH40 possui o diâmetro interno de 202,74 mm.
𝐷 =
𝑄 𝑥 δ 𝑥 354
𝑉
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Exemplo de dimensionamento 3
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Aquecedor de ar do secador de leite em pó. 9,5 t/h de vapor saturado na pressão de 18,0 barg
𝐷 =
9.500 𝑥 0,10470 𝑥 354
25
𝐷 = 118,7 𝑚𝑚
Como se utiliza no cálculo a velocidade máxima, o resultado é o diâmetro interno mínimo 
requerido para a rede de vapor.
Tubulação DN 125 SCH40 possui o diâmetro interno de 128,2 mm.
𝐷 =
𝑄 𝑥 δ 𝑥 354
𝑉
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Perda de carga na tubulação de vapor saturado
18
𝐽 = 0,028 𝑥
𝑄1,95 𝑥 δ0,95
𝐷5,1
J = Perda de carga para 100 metros de tubulação (kgf/cm²)
Q = Vazão (kg/h)
δ = Volume específico (m³/kg)
D = Diâmetro (cm)
Perda de carga de 0,3 bar para cada 100 metros de tubulação é aceitável.
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Exemplo de cálculo da perda de carga de uma rede 
linear de vapor saturado
19
Caldeira de 20,0 t/h de vapor saturado na pressão de 21,0 barg
𝐽 = 0,028 𝑥
𝑄1,95 𝑥 δ0,95
𝐷5,1
𝐽 = 0,028 𝑥
20.0001,95 𝑥 0,090650,95
15,4085,1
𝐽 = 0,61 𝑏𝑎𝑟 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑑𝑎 100 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑡𝑢𝑏𝑢𝑙𝑎çã𝑜 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑟
Perda de carga está maior que o valor aceitável!
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Exemplo de cálculo da perda de carga de uma rede 
linear de vapor saturado
20
Aquecedor de ar do secador de leite em pó. 9,5 t/h de vapor saturado na pressão de 18,0 barg
𝐽 = 0,028 𝑥
𝑄1,95 𝑥 δ0,95
𝐷5,1
𝐽 = 0,028 𝑥
9.5001,95 𝑥 0,104700,95
12,825,1
𝐽 = 0,42 𝑏𝑎𝑟 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑑𝑎 100 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑡𝑢𝑏𝑢𝑙𝑎çã𝑜 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑟
Perda de carga está maior que o valor aceitável!
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Como dimensionar corretamente a tubulação de 
retorno de condensado?
Fase líquida, velocidade antes do purgador = 0,5 à 2,0 m/s
𝐷 =
𝑄 𝑥 354
𝑉
Q = Vazão (m³/h)
V = Velocidade (m/s)
D = Diâmetro (mm)
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Como dimensionar corretamente a tubulação de 
retorno de condensado?
𝐷 =
𝑄 𝑥 354
𝑉
𝐷 =
9,5 𝑥 354
2
22
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Aquecedor de ar do secador de leite em pó 9,5 t/h. Velocidade 2,0 m/s.
𝐷 = 41 𝑚𝑚
Tubulação DN 40 SCH40 possui o diâmetro interno de 40,94 mm.
Tubulação DN 50 SCH40 possui o diâmetro interno de 52,48 mm.
Como dimensionar corretamente a tubulação de 
retorno de condensado?
𝐷 =
𝑄 𝑥 354
𝑉
𝐷 =
9,5 𝑥 354
0,5
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Aquecedor de ar do secador de leite em pó 9,5 t/h. Velocidade 0,5 m/s.
𝐷 = 82 𝑚𝑚
Tubulação DN 80 SCH40 possui o diâmetro interno de 77,92 mm.
Tubulação DN 100 SCH40 possui o diâmetro interno de 102,26 mm.
Volume do vapor flash na tubulação de condensado
100 kg Vapor Flash
99.48% do Volume Total
900 kg Condensado
0.52 % Volume Total
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Como calcular a quantidade de vapor flash formado na 
rede de condensado
%𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 𝐹𝑙𝑎𝑠ℎ =
𝐸. 𝐿. 𝑆. 𝐴. 𝑃. −𝐸. 𝐿. 𝑆. 𝐵. 𝑃. × 100
𝐸. 𝐸. 𝐵. 𝑃.
E.L.S.A.P. = Entalpia do líquido saturado de alta pressão 
(Calor Sensível – kcal/kg)
E.L.S.B.P = Entalpia do líquido saturado de baixa pressão 
(Calor Sensível – kcal/kg)
E.E.B.P = Entalpia de evaporação de baixa pressão
(Calor Latente – kcal/kg)
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Como calcular a quantidade de vapor flash formado na 
rede de condensado
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%𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 𝐹𝑙𝑎𝑠ℎ =
𝐸. 𝐿. 𝑆. 𝐴. 𝑃. −𝐸. 𝐿. 𝑆. 𝐵. 𝑃. × 100
𝐸. 𝐸. 𝐵. 𝑃.
Radiador para 7,0 t/h de vapor saturado na pressão de 21,0 barg.
O purgador descarrega para dentro de um tanque “flash” pressurizado a 3,0 barg.
%𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 𝐹𝑙𝑎𝑠ℎ =
221,2 − 143,6 × 100
509,8
% 𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 𝐹𝑙𝑎𝑠ℎ = 15,2%
𝑄𝑡𝑑𝑒. 𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 𝐹𝑙𝑎𝑠ℎ = 15,2% × 7.000 𝑘𝑔/ℎ
𝑄𝑡𝑑𝑒. 𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 𝐹𝑙𝑎𝑠ℎ = 1.065,5 𝑘𝑔/ℎ
26
Exemplo de dimensionamento 4
27
Radiador 7,0 t/h de vapor saturado na pressão de 21,0 barg e flash 3,0 bar
𝐷 =
1.065,5 𝑥 0,470 𝑥 354
20
𝐷 = 94 𝑚𝑚
Como se utiliza no cálculo a velocidade máxima, o resultado é o diâmetro interno mínimo 
requerido para a rede de vapor.
Tubulação DN 100 SCH40 possui o diâmetro interno de 102 mm.
𝐷 =
𝑄 𝑥 δ 𝑥 354
𝑉
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Gráfico para determinar quantidade de vapor flash 
formado na rede de condensado
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P
re
s
s
ã
o
a
n
te
s
 d
o
 p
u
rg
a
d
o
r
e
m
b
a
r 
g
kg vapor flash / kg condensado
Pressão de vapor flash bar g
Pressão
atmosférica
28
Tubulação de vapor x Tubulação de condensado
Água
Caldeira Condensado
Vapor
Condensado + vapor 
flash
1.000 kg/h
Trocador 
de Calor
133 kg/h vapor flash
1,5 bar a
Tanque 
Condensado
10 bar a
1,11 m3 / h
1.000 kg/h
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Tubulação de vapor x Tubulação de condensado
Água
Caldeira Condensado
Vapor
Condensado + vapor 
flash
1.000 kg/h
DN 50 – 27,5 m/s
Trocador 
de Calor
133 kg/h vapor flash
DN 50 – 21,8 m/s
1,5 bar a
Tanque 
Condensado
10 bar a
1,11 m3 / h
1.000 kg/h
DN 32 – 0,4 m/s
30
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Layout de uma rede de vapor saturado
31
Vapor
Retorno ao 
Nível 
Superior
Ponto de Drenagem
30 - 50m
Inclinação 1/200
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Bota coletora de condensado de uma drenagem de 
meio de rede de vapor
32
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Bota coletora de condensado de uma drenagem de 
meio de rede de vapor
33
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Bota coletora de condensado de uma drenagem de fim 
de rede de vapor
34
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Bota coletora de condensado de uma drenagem de fim 
de rede de vapor
35
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Derivações de rede de vapor
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Reduções de diâmetro em redes de vapor
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Vapor de Processo
Respiro
Óleo
Válvula
de Descarga
Resfriador da Água da
Água de Resfriamento
Água de Resfriamento
Válvula de Descarga Contínua (Sais)
Desaerador
Trocador de Calor
Água de
Controle de
Condutividade
Trocador
de Calor
Controle de
Temperatura
Auto-Operado
Controle de
Temperatura
Eletrônico
Controle
de Turbidez
Tanque de
Retorno de
Condensado
Medidor
de Vazão
Caldeira
Automatizada
Conforme Norma
DIN TRD 604
Economizador
Tanque de
Reevaporação
Tanque de
Reevaporação
Chaminé
Dados da
Caldeira
Dados de Processo
CLP
Medidor de Vazão
Separador de Umidade
Complementação
Periódica
(Lado)
Descarga da Caldeira
Visor de Fluxo
Purgador
Válvula de Retenção
Válvula Redutora
de Pressão Auto
Operada
Válvula
de Retenção
Separador
de Umidade
Medidor
de Vazão
Válvula
Termostática
Visor
de Fluxo
Detector
de Turbidez
Válvulas de
Controle
Purgador
Válvula de
Bloqueio com FoleCondutivímetro
Bomba de
Condensado
Válvulas
de Controle
Tanque de
Reevaporação
Válvula
de Descarga
Periódica
Válvula de
Descarga Contínua
Eletrodo
de Nível
Válvula de
Segurança
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energia produzida é perdida...
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Anthony S. da Silva
Engenharia de Aplicação
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Telefone: (47) 2123-4444
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