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

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  • ENGENHARIA DE PRODUO INSTALAES INDUSTRIAIS Prof. Jorge Marques Aula 17 INSTALAES DE VAPOR Fontes Consultadas MACINTYRE, A. J. Instalaes Hidrulicas
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  • Instalaes de Vapor Vapor uma forma de energia de grande aplicao industrial, devido s seguintes caractersticas: Escoamento de grandes quantidades de calor entre locais distantes. Reduo de riscos operacionais e insalubridades em relao gerao local de calor. Possibilidade de converso de energia trmica de combusto de slidos em energia mecnica e, depois, em eltrica.
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  • Instalaes de Vapor Principais aplicaes do vapor Produo de energia: Mquinas motrizes Mquinas operatrizes Trocadores de calor Autoclaves, pasteurizao Esterilizadores hospitalares Lavanderias Processos industriais de cozimento, tratamentos trmicos e outros.
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  • Introduo Processos de transferncia de calor e/ou da energia do vapor em energia mecnica Conduo Conveco Radiao O calor do vapor transferido aos itens de interesse pelos trs modos, numa sequncia de conveco no vapor at a superfcie da tubulao, conduo por meio da parede da tubulao e conveco mais radiao da superfcie externa da tubulao para a sua vizinhana. Mas as perdas para o ambiente tambm ocorrem da mesma forma.
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  • Isolao e conduo trmica No transporte do vapor at o ponto de consumo deseja-se perder o mnimo possvel de calor. A tubulao deve ser isolada termicamente. Material de baixa condutividade Superfcie lisa, espelhada, clara. No trocador de calor a tubulao deve ser tima condutora. Alta condutividade Acabamento superficial rugoso.
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  • Conduo Os metais so bons condutores. Dentre eles, comercialmente o alumnio e o cobre merecem destaque. Os cermicos e os plsticos so bons isolantes. Os gases so isolantes melhores ainda. O vcuo no conduz calor
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  • Conveco Transfere calor juntamente com transferncia de massa: s ocorre com fludos. Ocorre naturalmente por foras de empuxo agindo na variao de densidade ou pode ser forado, aumentando a eficincia da transferncia. Coibir a movimentao de massa fluida ou substitu- la por slido reduz a conveco. No vcuo no h transferncia. Lquidos transferem mais por conveco que gases, especialmente quando forados. tecnicamente o modo mais eficaz de se obter transferncia de calor.
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  • Por Radiao Transferido por ondas eletromagnticas. No depende da massa. Na realidade a tranferncia mais eficiente no vcuo. O calor absorvido (irradiado) ou emitido (radiado) segundo as caractersticas da superfcie. Superfcies polidas emitem e absorvem menos. Superfcies rugosas emitem e absorvem mais. Superfcies claras emitem e absorvem menos. Superfcies escuras emitem e absorvem mais.
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  • Gerao e formas de vapor A gua pressurizada aquecida numa caldeira at transformar-se em vapor. Diz-se vapor saturado ao estado final de vaporizao de toda a gua. Na realidade, por ser produzido em contato com a gua inevitvel a presena de partculas no estado lquido. Vapor superaquecido ocorre quando o vapor saturado passa por uma cmara de reaquecimento e este atinge temperaturas acima da saturao do vapor, passando a vapor seco
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  • Formas de vapor Para fins de transmisso de calor, usualmente, aplicado o vapor saturado. Na gerao de energia (fora motriz), prefere-se o vapor superaquecido, por garantir melhor rendimento e reduzidos problemas de cavitao nas turbinas.
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  • Calor Sensvel e Calor Latente Q = m c T Calor sensvel. Calor necessrio para ele a temperatura de T 1 a T 2 sem mudana de fase Q = m L Calor latente. Calor necessrio para promover a mudana de fase. Na mudana da gua temperatura ambiente para vapor, o calor latente de 3 a 4 vezes maior que o calor sensvel.
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  • Condensao do vapor O vapor conduzido pelas serpentinas de aquecimento cede calor latente s paredes da serpentina, e este transferido ao item que se deseja aquecer. Ao ceder calor latente, a temperatura continua a mesma, mas o vapor vai se transformando em lquido. A gua lquida chamada condensado. A gua continua a perder calor, agora na forma sensvel. importante procurar conservar o calor na gua de retorno ao tanque de abastecimento para, assim, poupar fornecimento de calor caldeira, na recirculao do fluido.
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  • Condensao do vapor Mas o condensado que se forma na regio de trabalho prejudicial ao funcionamento do sistema: Reduz o rendimento da transferncia de calor, devido capacidade do calor sensvel ser 1/3 a 1/4 do calor latente. Reduz a rea de atuao e escoamento do vapor Gotculas arrastadas pelo vapor produz eroses, vibraes e golpes de arete. Por isso, o condensado nas linhas de vapor deve ser retirado. Posteriormente falaremos sobre a drenagem do condensado.
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  • Esquema ilustrativo de um sistema de produo e distribuio de vapor A figura do prximo slide, extrada de Macintyre, representa uma instalao tpica de vapor: Das caldeiras (1), o vapor vai para o barrilete de distribuio (2) a alimenta as linhas principais. A linha (3) representa a alimentao de gerao de fora 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.
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  • Esquema ilustrativo de um sistema de produo e distribuio de vapor (cont.) Nestas ltimas linhas de alimentao (3a a 3c), o condensado conduzido de volta ao tanque pelas linhas (5a a 5c). Alem da gua quente do condensado, o tanque (6) recebe gua fria de reposio. A gua bombeada para a caldeira pela bomba (7), refazendo o ciclo. O equipamento (8) representa dispositivo de expanso livre do vapor, ou seja, sem reaproveitamento do condensado.
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  • Tubulaes de Vapor Linha de vapor composta de: Barrilete, que alimenta as linhas alimentadoras principais. Alimentadoras, conduzem o vapor at o ramal de entrada de cada consumidor. Ramais para mquinas e dispositivos consumidores da energia do vapor
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  • Tubulaes de Vapor Aspectos a considerar nas tubulaes de vapor: Capacidade de escoamento na velocidade e quantidade (vazo) necessria. Flexibilidade mecnica para aceitar as dilataes trmicas sem a ocorrncia de tenses inadmissveis. Resistncia aos esforos de presso interna e peso.
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  • Tubulaes de Vapor Consideraes Material das tubulaes: barriletes, alimentadoras e ramais so de ao, em composio adequada a cada projeto. Devem receber isolamento trmico. As unies so por solda de responsabilidade ou rosca. Serpentinas (para a transferncia de calor) de cobre so mais eficientes, mas, por vezes, o processo requer ao inoxidvel.
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  • 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 = dimetro do tubo = volume especfico do vapor = vazo mssica do vapor = velocidade do vapor
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  • Valores de vapor saturado Tabelas termodinmicas fornecem estes dados. Abaixo, uma pequena amostra nos estados saturados. Presso (KPa) Temp. Satur. (C) V. Esp. Lq. (m/kg) V. Esp. Vapor (m/kg) Entalpia (kJ/kg) Liq. Sat. Evapor.Vap. Sat. 150111,4 0,001053 1,159467,112226,52693,6 200120,2 0,001061 0,8857504,702201,92706,7 250127,4 0,001067 0,7187535,372181,52716,9 300133,6 0,001073 0,6058561,472163,82725,3 350138,9 0,001079 0,5243584,332148,12732,4
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  • Exerccio a)A bomba fornece caldeira, 1 m dgua por hora. Determine os dimetros (tericos) mnimo e mximo da tubulao do barrilete para uma presso de trabalho a 300 kPa (3 bar), e velocidade de 10 m/s, no estado vapor saturado. b)Dados os dimetros comerciais de tubos, em mm: 20, 25, 32, 40, 50, 60, 75, 100, 150,... Escolha o tubo adequado instalao.
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  • Exerccio c)Um ramal de vapor saturado a 3,5 bar (350 kPa ) necessita de 0,012 kg de vapor por segundo velocidade de 10 m/s. Determine um dimetro de tubulao adequado para este ramal. Dados os dimetros comerciais de tubos, em mm: 20, 25, 32, 40, 50, 60, 75,...
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  • Exerccio d)150 gramas por segundo de vapor saturado a 250 MPa entram num trocador de calor. Se na sada deste trocador de calor h apenas lquido saturado, qual a taxa calor absorvida no processo, se as perdas (transferncia de calor para a vizinhana) so de 20%? e)Reconsidere o exerccio d), Determine a taxa de calor absorvido se a sada do trocador for de 40% de vapor e 60% de condensado.