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Avaliação da Performance de Purgadores de VaporBase Física

Monitorando as Condições de Fluxo em Linhas de CondensadoVapor flash ou perda de vapor vivo?

Muito frequentemente a eficiência de um purgadorde vapor descarregando condensado para a at-mosfera é julgada pela nuvem de vapor na saídado condensado. Se grandes nuvens forem visí-veis, os purgadores são descartados como de-feituosos. Entretanto, esta avaliação deperformance do purgador que é devida ao des-conhecimento do fenômeno físico é fundamen-talmente errada pela seguinte razão: Durante adespressurização do condensado quente, a trans-formação (flash) de parte do condensado em va-por é inevitável e não deve ser confundida comperda de vapor vivo. É impossível a distinção entrevapor flash e vapor vivo.

Figura 1 - Pressão absoluta à montante do purgador

p [bar]

Vapo

r fla

sh -

porc

enta

gem

em

mas

sa

Figura 2 - Arranjo para teste

(A)(B)(C)

Quanto maior a pressão em uma planta de va-por, maior é ponto de ebulição da água econsequentemente maior é o conteúdo do calortotal. Se a pressão cai, a temperatura de satura-ção (ponto de ebulição) e o conteúdo de calor daágua caem na mesma proporção, assim, ao sereduzir a pressão do condensado quente em ebu-lição - como acontece durante a descarga docondensado - uma fração do calor total é liberadae esta energia leva à evaporação de parte docondensado. O vapor formado é chamado devapor flash e o processo é conhecido comoreevaporação (ou flashing).

A quantidade de condensado que se transformaem vapor flash (porcentagem em massa) em di-ferentes pressões pode ser visto no gráfico daFigura 1.

Se, por exemplo, a pressão à montante de umpurgador é de 10 bar(a) e a pressão a jusante dopurgador de apenas 1 bar(a), isto é, a pressão docondensado é reduzida de 10 bar(a) para 1 bar(a),evapora-se 15% do condensado.

O seguinte experimento evidencia de forma con-clusiva a formação do vapor flash (Figura 2).

Um vaso pressurizado cheio de condensadoquente em ponto de ebulição, acima do qual é oespaço ocupado por vapor, é dotado de umpurgador GESTRA (A), um Vaposcópio (B)GESTRA (visor de fluxo) e uma válvula de blo-queio (C).

Quando a válvula de bloqueio (C) é aberta, umforte jato de vapor mesclado com partículas deágua é eliminado pelo purgador. Entretanto, ovaposcópio (B) à montante do purgador claramen-te indica que apenas água está fluindo atravésdo purgador. Isto comprova que o vapor saindo étotalmente flash, produzido pela diminuição dapressão e consequente reevaporação docondensado quente.

O que é o vapor flash?

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Aumento de volume durante areevaporação (flashing)

Exemplo 1: Água fria (Figura 3)Somente água fria é admitida no purgador A (videFigura 2). A água entra e sai do purgador namesma condição. Não ocorre variação no volu-me (Figura 6).Isto é confirmado pelo gráfico (Figura 9).

Figura 3

Figura 5

Figura 4

Exemplo 2: Água quente (Figura 4)Condensado quente em ebulição em uma pres-são de 5 bar(g) é enviado ao purgador. Conformeconfirmado pelo Vaposcópio nenhum vapor vemjunto com a água. Na saída do purgador, entre-tanto, somente vapor, isto é, vapor flash é visível.O gráfico (Figura 7), claramente monstra o gran-de aumento de volume causado pela expansãodo condensado quente em ebulição.

O aumento de volume para uma série de pres-sões é mostrado no gráfico (Figura 9)

Exemplo 3: Vapor saturado (Figura 5)Vapor saturado em uma pressão de 5 bar(g) éenviado ao purgador. Ao contrário do exemplo 2,a área da seção transversal do purgador foi ajus-tada para permitir o escape de vapor vivo. Nasaída do purgador apenas uma nuvem modera-da de vapor é visível.

O relativo pequeno aumento de volume do vaporé mostrado na Figura 8.

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Água Vapor flash Vapor vivo

Legenda

Antes da expansão1 m³

Após expansão1 m³

Figura 6 - Ao se reduzir a pressão da água fria, o volume permanece inalterado

Figura 7 - Ao se reduzir a pressão do condensado quente em ebulição de 5 bar(g)para 0 bar(g), o volume (vapor flash e água residual) aumenta 178 vezes.

Volume inalterado

Aumento de volume causado pela expansão do condensado

Antes da expansão1 m³

Após expansão178 m³

Antes da expansão1 m³

Após expansão5,4 m³

Figura 8 - Ao se reduzir a pressão do vapor saturado de 5 bar(g) para 0 bar(g), ovolume aumenta 5,4 vezes.

Aumento de volume causado pela expansão do vapor saturado

(1)(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(1) = água fria(2) = vapor saturado(3) = com 50K de subresfriamento(4) = com 30K de subresfriamento(5) = com 20K de subresfriamento(6) = com 10K de subresfriamento(7) = condensado sem subresfriamento

Figura 9 - A tabela mostra o aumento devolume de 1 m³ de água para uma expan-são de 10 bar(g) para pressão atmosféri-ca.

Exemplo: em uma expansão de 10 bar(g)para 0 bar(g), o volume da água fria per-manece praticamente inalterado; o do va-por saturado aumenta de 1 m³ para 9,55m³; o do condensado quente em ebuliçãode 1 m³ para 245 m³; o condensado em20K abaixo da temperatura de saturaçãoaumenta de 1 m³ para 189 m³.

V2 [m³]

V1 [m³] Pressão p1 bar(g)

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Monitoramento visual

O Vaposcópio GESTRA permite a obser-vação das condições de fluxo em linhasde de condensado à montante depurgadores de vapor. O Vaposcópio é umvisor de fluxo de janela dupla para verifi-cação eficiente. Além das Figuras 3, 4 e 5na página 2, as representaçõesesquemáticas a seguir demonstram o prin-cípio de operação do Vaposcópio.

Defletor

Figura 10 - Representação esquemáticado Vaposcópio GESTRA.

As condições na linha de condensado sãoreveladas pelos diferentes níveis de águano selo d’água do Vaposcópio.

Figura 11a

Figura 11 - Como vapor vivo e vapor flash não podem ser distinguidos é impossíveldeterminar qual tipo de vapor está escapando pela saída do purgador, isto é, um purgadordefeituoso não pode ser detectado por um visor de fluxo montado à jusante do purgador.A verificação somente é possível à montante do purgador com um dispositivo quepossa identificar a passagem de vapor vivo. Uma demonstração é dada pelo diagramaesquemático acima: em ambos os casos a e b, o dispositivo de verificação montado àjusante do purgador mostram aproximadamente a mesma imagem embora as codiçõesno purgador sejam totalmente diferentes. Tais erros acontecem com todos os visoresde fluxo montados à jusante do purgador, não permitindo detectar perdas de vapor vivo.

Figura 11a - O Vaposcópio mostra que o purgador opera sem perda de vapor vivo. Aponta do defletor encontra-se ligeiramente imersa no nível da água.

Figura 11b - O Vaposcópio claramente indica perdas de vapor vivo. A passagem dovapor vivo empurra o nível da água para baixo forçando seu caminho por baixo dodefletor.

Figura 11b