engenharia de produÇÃo instalaÇÕes industriais prof. jorge marques aula 17 instalaÇÕes de...

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

Post on 18-Apr-2015

122 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Slide 1
  • ENGENHARIA DE PRODUO INSTALAES INDUSTRIAIS Prof. Jorge Marques Aula 17 INSTALAES DE VAPOR Fontes Consultadas MACINTYRE, A. J. Instalaes Hidrulicas
  • Slide 2
  • 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.
  • Slide 3
  • 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.
  • Slide 4
  • 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.
  • Slide 5
  • 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.
  • Slide 6
  • 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
  • Slide 7
  • 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.
  • Slide 8
  • 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.
  • Slide 9
  • 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
  • Slide 10
  • 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.
  • Slide 11
  • 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.
  • Slide 12
  • 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.
  • Slide 13
  • 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.
  • Slide 14
  • 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.
  • Slide 15
  • 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.
  • Slide 16
  • Slide 17
  • 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
  • Slide 18
  • 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.
  • Slide 19
  • 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.
  • Slide 20
  • 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
  • Slide 21
  • 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
  • Slide 22
  • 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.
  • Slide 23
  • 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,...
  • Slide 24
  • 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.

Recommended

View more >