estudo da distribuiÇÃo de vapor em um complexo...
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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA
RENATA ROCHA NOGUEIRA
ESTUDO DA DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR EM UM COMPLEXO QUÍMICO
VISANDO SUA OTIMIZAÇÃO
Lorena - SP
2014
RENATA ROCHA NOGUEIRA
ESTUDO DA DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR EM UM COMPLEXO QUÍMICO
VISANDO SUA OTIMIZAÇÃO
Trabalho de Conclusão de Curso entregue como
parte do requisito para obtenção do título de
Engenheiro Industrial Químico pela Escola de
Engenharia de Lorena da Universidade de São
Paulo.
Orientador: Dr. Lucrécio Fábio dos Santos
Lorena - SP
2014
AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIOCONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA AFONTE
Ficha catalográfica elaborada pelo Sistema Automatizadoda Escola de Engenharia de Lorena,
com os dados fornecidos pelo(a) autor(a)
Nogueira, Renata Rocha ESTUDO DA DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR EM UM COMPLEXOQUÍMICO VISANDO SUA OTIMIZAÇÃO / Renata RochaNogueira; orientador Lucrécio Fábio dos Santos. -Lorena, 2014. 53 p.
Monografia apresentada como requisito parcialpara a conclusão de Graduação do Curso de EngenhariaIndustrial Química - Escola de Engenharia de Lorenada Universidade de São Paulo. 2014Orientador: Lucrécio Fábio dos Santos
1. Estudo do sistema de distribuição de vapor deum complexo químico.. 2. Análise dos medidores devazão das linhas de distribuição.. 3. Propostas demelhorias no sistema.. I. Título. II. dos Santos,Lucrécio Fábio, orient.
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, José Renato e Maria Aparecida, por acreditarem em mim e me darem amor
incondicional, possibilitando que esta graduação fosse repleta de conquistas.
Ao meu irmão, Rodrigo, que eu tanto amo e que me encorajou durante todos os obstáculos
da minha graduação.
À minha tia Laudelina, que com suas orações teve papel essencial no início da minha
faculdade.
Às minhas amigas que conheci durante os anos da graduação, Andressa Diniz, Beatriz
Freitas, Carolina Marinho, Laura Martins e Mariana Peres, que regaram meus dias com
risadas e intenso crescimento pessoal.
À minha mais nova amiga, Helena Ruiz, por me mostrar que uma grande amizade pode ser
construída em menos de um ano.
Ao time de basquete feminino da Escola de Engenharia de Lorena e à treinadora, Lisa
Antero, por me ensinarem diariamente o real significado da palavra “time” e ainda por me
fazerem acreditar sempre no meu potencial.
Ao professor Lucrécio, por sua orientação impecável, tornando nosso trabalho tranquilo e
repleto de aprendizados técnicos.
A todos meus colegas de trabalho, que acreditaram nas minhas habilidades e me auxiliarem
no meu desenvolvimento pessoal.
A todos que acreditaram em mim e ajudaram na elaboração deste trabalho.
“A vaidade enlouquece.
A revolta dificulta.
A dor regenera.
A facilidade perturba.
O trabalho educa.
A humildade eleva sempre.”
Chico Xavier
RESUMO
NOGUEIRA, Renata Rocha. Estudo da distribuição de vapor em um Complexo
Químico visando sua otimização. Lorena. 2014. 53 f. Monografia. Escola de Engenharia
de Lorena da Universidade de São Paulo. Lorena. 2014.
O setor de Energia e Utilidades é responsável por fornecer a energia e as utilidades necessárias para a produção ser efetiva e completa. Uma das utilidades mais requeridas pelas plantas produtivas é o vapor. Diante deste fato, é necessário que a produção de vapor seja monitorada por medidores de vazão. Esta medição além de verificar a quantidade de vapor produzida também controla o consumo das Unidades consumidoras. Monitorar o consumo de vapor é preciso, pois facilita o sistema de rateio dos custos para os processos produtivos da empresa. Foi realizado um levantamento no sistema de distribuição e geração de vapor em um Complexo Químico, localizado no estado de São Paulo, para verificar as possíveis irregularidades, em termos de projeto e manutenção dos medidores de vazão, com vistas a propor melhorias neste sistema. Com esse levantamento, foi possível constatar várias irregularidades, que aumentam o consumo de vapor e elevam o consumo de combustível. Deste modo, foram propostas várias melhorias, tais como: cobertura da caldeira, manutenção da linha de vapor, substituição de purgadores de vapor e instalação de by-pass nos medidores de vazão, a fim de minimizar os custos e dar confiabilidade ao processo.
Palavras-chave: Vapor. Medidor de Vazão. Rateio.
ABSTRACT
NOGUEIRA, Renata Rocha. Study of steam distribution in a Chemical Complex in
order to have its optimization. Lorena. 2014. 53 p. Monograph. Escola de Engenharia de
Lorena da Universidade de São Paulo. Lorena. 2014.
The Energy and Utilities area is responsible to guarantee the supply of all the energies and utilities to the production to be effective and complete. One of the most required utilities by the productive buildings is the steam. On this fact is needed to monitor the steam production by flow transmitters. This measurement not only presents the quantity of steam produced but also controls this utility consumption. Monitor the steam consumption is necessary, because become easer the apportionment process of the bills to the production processes of the company. It was done one study in the distribution and generation of steam system in a Chemical Complex, in the São Paulo state, to verify possible irregularities, in terms of project and maintenance of flow transmitters, to purpose improvements in this system. With this study, it was possible to find a lot of irregularities that increase the steam and combustible consumption. On this fact, it was suggested a lot of improvements, like: boiler cover, steam pipe maintenance, replacement of steam traps and by-pass installation in the flow transmitters, in order to minimize the costs and give reliability to the process.
Keywords: Steam, Flow Transmitter, Apportionment.
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Dados da Caldeira Aquatubular Compacta ........................................................ 37
Tabela 2 - Levantamento dos medidores de vazão das linhas de vapor .............................. 47
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Purgadores de vapor ......................................................................................... 25
Quadro 2 - Medidores de vazão mais usados ..................................................................... 32
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Caldeira flamotubular de tubos horizontais ........................................................ 17
Figura 2 - Caldeira flamotubular de tubos verticais ............................................................ 17
Figura 3 - Caldeira aquatubular ........................................................................................... 18
Figura 4 - Estação Redutora de Pressão (ERP) .................................................................... 34
Figura 5 - Representação da distribuição de vapor no site estudado ................................... 36
Figura 6 - Vista parcial da caldeira ...................................................................................... 38
Figura 7 - Vista parcial da turbina ....................................................................................... 39
Figura 8 - Vista parcial do medidor de vazão ...................................................................... 41
Figura 9 - Vista parcial do medidor de vazão ...................................................................... 42
Figura 10 - Vista parcial da tubulação de vapor de 20 bar revestida com lã de rocha ........ 44
Figura 11 - Vista parcial da tubulação de vapor de 6 bar revestido com silicato de cálcio . 44
Figura 12 - Relação dos purgadores analisados ................................................................... 46
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 13
2. OBJETIVOS ............................................................................................................... 15
2.1. Objetivo Geral ....................................................................................................... 15
2.2. Objetivo Específico ............................................................................................... 15
3. REVISÃO BIBLIGRÁFICA ..................................................................................... 16
3.1. Caldeiras ................................................................................................................ 16
3.1.1. Tipos de Caldeiras ......................................................................................... 16
3.1.2. Conceitos termodinâmicos relacionados às caldeiras .................................... 18
3.1.3. Classificação de caldeiras .............................................................................. 19
3.1.4. Componentes básicos da caldeira .................................................................. 19
3.1.5. Inspeção e Manutenção .................................................................................. 20
3.2. Cogeração .............................................................................................................. 21
3.3. Turbina a vapor ..................................................................................................... 21
3.4. Características de uma tubulação de vapor ........................................................... 22
3.4.1. Materiais usados nas tubulações de vapor ..................................................... 22
3.4.2. Formação de Condensado .............................................................................. 23
3.4.3. Purgadores de vapor ....................................................................................... 23
3.4.4. Tipos de purgadores de vapor ........................................................................ 24
3.4.5. Isolamento térmico da tubulação de vapor .................................................... 27
3.4.6. Cobertura de alumínio do isolamento térmico ............................................... 28
3.5. Medidor de vazão .................................................................................................. 28
3.5.1. Medidores volumétricos ................................................................................ 29
3.5.2. Medidores de vazão instantânea .................................................................... 29
3.6. Seleção de um medidor de vazão .......................................................................... 31
3.7. Posição do medidor na tubulação .......................................................................... 32
3.8. Derivação na linha ................................................................................................. 33
4. METODOLOGIA ....................................................................................................... 35
4.1. Características do sistema de produção de vapor do Complexo Químico ............ 35
4.2. Vapor distribuído a trinta e cinco bar .................................................................... 37
4.3. Cogeração no sistema estudado ............................................................................ 39
4.4. Características das linhas de vapor seis e vinte bar ............................................... 40
4.5. Purgadores do sistema estudado ............................................................................ 40
4.6. Isolamento térmico das linhas de vapor ................................................................ 40
4.7. Medidores de vazão nas linhas de seis bar e vinte bar .......................................... 41
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................................. 43
5.1. Caldeira ................................................................................................................. 43
5.2. Linhas de 6 e 20 bar .............................................................................................. 43
5.2.1. Purgadores ..................................................................................................... 45
5.3. Levantamento dos medidores de vazão das linhas de 6 e 20 bar .......................... 46
6. CONCLUSÕES ........................................................................................................... 50
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................. 51
13
1. INTRODUÇÃO
Atualmente, os Complexos Industriais têm aumentado consideravelmente suas
produções, visando obter mais lucros com a venda de seus produtos e menos gastos no
momento da confecção destes. Com as indústrias químicas não é diferente. A busca
incessante por novas tecnologias ambientalmente corretas e que conferem ao processo uma
alta confiabilidade mostra que os industriários não estão mais preocupados somente com
resultados, mas também têm olhado a produção de um determinado produto como um
todo, desde o fornecimento de uma utilidade para funcionamento do equipamento, até o
consumo final do produto.
“Diminuir gastos” são as duas palavras mais usadas nas empresas. E como foi
mencionado, estas estudam os diversos setores que compõem um processo produtivo para
encontrar meios de gastar sempre menos e produzir mais. Dentro deste cenário, as atenções
também são direcionadas à área de Energias e Utilidades. Este setor é o responsável por
fornecer para todo o Complexo Industrial as energias e as utilidades (como exemplo:
energia elétrica, água desmineralizada, água industrial, água potável, vapor, ar comprimido
e gás nitrogênio) para garantir o correto funcionamento da produção. Apesar de esta área
não ter impacto direto na confecção de um material, ela é crucial para que o processo
ocorra satisfatoriamente.
Pensando na redução de gastos, a área de Energias e Utilidades também deve ter sua
participação neste tipo de economia. No entanto, ela encontra dificuldades para atuar,
principalmente pelo fato de ter que inovar constantemente em sua produção energética,
monitorando o fornecimento de utilidades e o consumo destas. Logo, neste trabalho, foi
estudado o processo de distribuição de vapor para propor melhorias neste sistema.
Segundo Gonçalves (2005), o vapor pode ser utilizado em diferentes processos dentro
de uma indústria, tais como: limpeza e aquecimento de equipamentos, aquecimento de
tubulações ou camisas de reatores e, ainda, para acionar uma turbina. Devido o vapor ter
um uso bem amplo, é preciso que ele seja devidamente monitorado, desde sua produção até
seu destino final. Na monografia em questão, foram estudadas as duas linhas principais de
vapor dentro de um Complexo Químico, localizado no interior do estado de São Paulo. As
pressões das linhas são distintas: vinte bar e seis bar. Cada planta produtiva dentro do
Complexo Químico é suprida por uma linha de vapor. Há casos em que as duas linhas de
14
vapor atendem uma única planta. Diante deste fato, é extremamente importante fazer o
controle do consumo de vapor. Faz-se necessário, então, a presença de medidores de vazão
nas tubulações.
Neste trabalho, ainda foi estudado o impacto que os medidores de vazão têm no
controle da distribuição do vapor. Foi avaliada a importância destes instrumentos para
realizar o processo de rateio, atividade desenvolvida pela área de Energias e Utilidades, na
qual é alocado a cada planta produtiva o custo equivalente ao seu consumo de vapor. Neste
ponto foi possível discutir oportunidades de contenção de gastos, aplicando um sistema
eficiente de monitoramento do consumo de vapor.
É importante salientar que este trabalho foi feito com o acompanhamento de um
instrumentista da área de Energias e Utilidades. Este colaborador é essencial neste
processo, pois ele tem os conhecimentos necessários para efetuar uma correta avaliação
dos medidores de vazão. Feito este levantamento, foi averiguado o impacto que uma
medição inadequada pode ter no processo de rateio.
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2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo Geral
Este trabalho visa realizar um estudo do sistema de distribuição de vapor de um
Complexo Químico, localizado na região do Vale do Paraíba.
2.2. Objetivo Específico
Avaliar o sistema de distribuição de vapor;
Explorar os locais onde estão instalados os medidores de vazão;
Avaliar as condições dos medidores;
Propor melhorias no sistema, para redução de custos.
16
3. REVISÃO BIBLIGRÁFICA
3.1. Caldeiras
Caldeiras são equipamentos que produzem vapor de água. O processo de geração de
vapor acontece basicamente pela alimentação da caldeira com água, tratada de acordo com
a especificação do equipamento, e no seu interior ocorre o processo de evaporação por
conta do aquecimento da caldeira (fornalha) com algum tipo de combustível.
Segundo Gonçalves (2005), o vapor gerado é aplicado em diversos processos dentro
das indústrias como: aquecimento de máquinas, tubulações ou camisas de reatores, para
fazer inertização ou limpeza de equipamentos e ainda para colocar em operação uma
turbina.
3.1.1. Tipos de Caldeiras
De acordo com Oddone (2001), existem dois tipos de caldeiras: as flamotubulares e as
aquatubulares.
Flamotubulares: nestas caldeiras a água que se transforma em vapor percorre a área ao
redor dos tubos e os gases de combustão circulam pelo interior destes. Os tubos podem ser
construídos de maneira horizontal ou vertical, conforme mostram as Figuras 1 e 2,
respectivamente.
17
Figura 1 - Caldeira flamotubular de tubos horizontais
Fonte: Google Imagens (2014a)
Figura 2 - Caldeira flamotubular de tubos verticais
Fonte: Google Imagens (2014b)
Tubos com gases de
combustão
18
Aquatubulares: nestas caldeiras a água percorre o interior dos tubos e os gases de
combustão, gerados na fornalha, passam pelo exterior dos tubos, conforme mostra a Figura
3. A capacidade produtiva das caldeiras aquatubulares é maior que das flamotubulares,
pois possuem maior área de troca térmica.
Figura 3 - Caldeira aquatubular
Fonte: Google Imagens (2014c)
3.1.2. Conceitos termodinâmicos relacionados às caldeiras
Segundo Altafini (2002), quando é iniciada a produção de vapor em uma dada caldeira,
através da queima do combustível e consequentemente pelos gases de combustão, todo o
calor fornecido para a água é usado para elevar sua temperatura. A este calor, usado para
modificar a temperatura da água é dado o nome de calor sensível.
Na caldeira, por ser um equipamento rígido, à medida que o calor é transferido à água,
a temperatura se eleva e paralelamente a pressão aumenta.
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Ainda segundo Altafini (2002), na temperatura de saturação, inicia-se a geração de
vapor com uma intensidade alta e o calor transferido a água é usado para mudança de
estado. Este fato ocorre à pressão e temperatura constantes. O calor que corresponde à
mudança de fase da água é chamado de calor latente.
Caso o vapor, resultante da vaporização, tiver qualidade 100%, seu título é um e este
fluido é chamado de vapor saturado seco. Se a este vapor for fornecido calor, ele terá sua
temperatura aumentada e ocasionará o seu superaquecimento (vapor superaquecido).
3.1.3. Classificação de caldeiras
Com base na NR 13 (Norma Regulamentadora 13: Caldeiras, Vasos de Pressão e
Tubulações - 2014), de acordo com a pressão as caldeiras podem ser classificadas de três
categorias:
- Caldeiras da categoria A: a pressão de operação do equipamento é igual ou superior a
1960 kPa (19,60 bar);
- Caldeiras da categoria C: a pressão de operação é igual ou inferior a 588 kPa (5,88
bar) e volume inferior a 100 litros;
- Caldeiras da categoria B: aquelas que não se enquadram nem na categoria A e nem na
C.
3.1.4. Componentes básicos da caldeira
Ainda segundo a NR 13 (2014), todas as caldeiras devem atender às seguintes
recomendações:
- A válvula de segurança deve ter uma pressão de abertura ajustada igual ou inferior a
pressão máxima de trabalho admissível (PMTA), levando-se em consideração os requisitos
do código de projeto e tolerâncias de calibração;
- Possuir um instrumento que indique a pressão do vapor acumulado;
20
- Conter um injetor ou outro sistema de alimentação de água, independente do
principal, para evitar o superaquecimento da caldeira;
- Possuir sistema de dreno rápido de água em caldeiras de recuperação de álcalis;
- Controle de nível automatizado que intertrave o sistema, caso haja superaquecimento.
- Toda e qualquer caldeira deve conter, em seu corpo, de maneira visível e de fácil
acesso, placa de identificação com: nome do fabricante, número de ordem dado pelo
fabricante da caldeira, ano de fabricação, pressão máxima de trabalho admissível, pressão
de teste hidrostático de fabricação, capacidade de produção de vapor, área de superfície de
aquecimento, código de projeto e ano de edição.
3.1.5. Inspeção e Manutenção
Conforme se encontra na NR 13 (2014), as caldeiras devem ser inspecionadas de três
formas: inicialmente, periódica e extraordinária.
A inspeção de segurança inicial deve ser realizada em caldeiras novas, antes de sua
partida (start up). Este procedimento normalmente é realizado no fabricante.
No caso da inspeção de segurança periódica, a qual compreende avaliações interna e
externa, tem alguns prazos a serem seguidos, a saber:
- Doze meses para as caldeiras A, B e C;
- Quinze meses para caldeiras de recuperação de álcalis e;
- Vinte quatro meses para caldeiras da categoria A, tendo sido testadas as pressões de
abertura das válvulas de segurança aos doze meses.
Por fim, a inspeção de segurança extraordinária precisa ser feita conforme a seguir:
- Quando a caldeira for danificada por acidente ou por outro motivo, que coloque em
risco a segurança do equipamento;
- Sempre que a caldeira sofrer alguma manutenção relevante e que, portanto possa
comprometer suas condições de segurança;
21
- Antes de a caldeira ser colocada em funcionamento novamente, se tiver permanecido
inativa por mais de seis meses e;
- Quando acontecer modificação no local de instalação da caldeira.
3.2. Cogeração
Conforme Silva (2003), cogeração é uma tecnologia energética que tem como base
sistemas térmicos; caldeira é um exemplo. Estes sistemas irão produzir o vapor e a energia
térmica resultante será transformada em eletricidade, utilizada posteriormente pela
empresa.
Silva (2003) ainda afirma que este processo proporciona uma redução significativa nos
custos de energia, pois a energia elétrica consumida de uma fornecedora externa é mais
cara que a produzida pela cogeração.
3.3. Turbina a vapor
Um dos equipamentos usados na cogeração é a turbina a vapor. Alcântara (2012)
reporta que este equipamento pode ser configurado das seguintes maneiras:
Contrapressão: esta configuração possibilita a obtenção de vapor que terá diversas
utilidades. Neste caso, a pressão atmosférica é menor do que a pressão do vapor de saída
da turbina
Extração/Condensação: a pressão atmosférica, neste caso, é maior que a pressão do
vapor que sai da turbina.
22
3.4. Características de uma tubulação de vapor
Baseado nas ideias de Daumichen (1975), citado por Pederiva e Mattioni (2013), uma
linha que transporta vapor precisa ser dimensionada conforme a perda de carga e a vazão
do fluido. Deve-se levar em consideração também o diâmetro da tubulação, pois este terá
impacto direto na velocidade de escoamento do fluido.
Para Makarenko (1975), citado por Pederiva e Mattioni (2013), o vapor que percorre a
tubulação sofre condensação. Isto acontece por perdas de calor por radiação. Diante deste
fato, é necessário que este condensado seja extraído da tubulação, o que se consegue com
um bom dimensionamento da linha de distribuição. Uma maneira simples de remover este
fluido condensado é garantir que a tubulação de vapor esteja no mínimo 0,5% inclinada no
sentido do fluxo de vapor.
A drenagem do condensado formado na linha de vapor pode ser realizada pela
instalação de purgadores de vapor na tubulação. Para Sarco (2005), escolher um purgador
de maneira correta não é garantia de que o condensado será drenado de forma eficaz da
linha. Para tanto, deve-se combinar vários quesitos para se obter um bom dimensionamento
de uma tubulação de vapor.
Uma forma de diminuir a condensação em uma linha de vapor é a presença de
isolamento térmico. Para Zattoni (2008), citado por Pederiva e Mattioni (2013), além deste
benefício de não haver tanta perda de calor para o meio externo, o isolamento térmico
ainda contribui para a segurança em termos de proteção pessoal.
3.4.1. Materiais usados nas tubulações de vapor
Pederiva e Mattioni (2013) explicam que o aço-carbono é o material mais usado para
confeccionar tubulações industriais, excetuando-se situações específicas. Este material
oferece baixo custo, é de fácil conformação e tem boas qualidades mecânicas. Os tubos de
aço-carbono podem ser utilizados para transporte de água, vapor, condensado, ar
comprimido, óleo, gases e fluidos pouco corrosivos, desde temperaturas baixíssimas (-
45ºC) e sob quaisquer pressões.
23
Makarenko (1975) explica que as tubulações feitas de aço, usadas para transporte de
vapor, são fabricadas em diâmetros nominais e a unidade de medida é normalmente em
polegadas.
3.4.2. Formação de Condensado
De acordo com Serra (2006), a tubulação de vapor tende a perde energia para o
ambiente, e esta situação favorece a formação de condensado na linha. Este condensado
formado necessita ser drenado, fato que se consegue com inclinação da linha de
distribuição de vapor e instalação de purgadores de vapor.
É sabido que o condensado é água desmineralizada que alimentou a caldeira,
transformou-se em vapor e se liquefez. Portanto, a presença de uma linha de retorno de
condensado para a caldeira confere ao sistema maior eficiência energética.
Como Costa (2006) deixa claro, há diferença entra a qualidade da água que alimenta a
caldeira e a água presente na linha de retorno de condensado. No entanto, mesmo que seja
preciso tratar este condensado, é mais viável do que produzir água desmineralizada.
3.4.3. Purgadores de vapor
Segundo Marques (2012), purgadores de vapor são dispositivos responsáveis por
separar o vapor do condensado formado na tubulação. Estes dispositivos têm ainda a
finalidade de eliminar o condensado da linha para que este não se acumule no sistema e
não comprometa a vazão de vapor e a própria linha de distribuição.
Marques (2012) ainda explica que um purgador que funciona de maneira certa
permanece fechado enquanto o vapor passa por ele, no entanto, na presença de
condensado, o equipamento é aberto para fazer a drenagem de forma correta.
24
3.4.4. Tipos de purgadores de vapor
Segundo Ferreira (2009), explica que os purgadores de vapor podem ser classificados
em três grupos diferentes:
- Purgadores mecânicos: este tipo de purgador age por diferença de densidade.
Exemplos: Purgadores de bóia, de panela invertida, de panela aberta;
- Purgadores termostáticos: são aqueles que agem por diferença de temperatura.
Exemplos: Purgadores de expansão metálica, de expansão líquida e de expansão
balanceada;
- Purgadores especiais: purgadores termodinâmicos e de impulso.
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Os purgadores citados estão no Quadro 1 a seguir:
Quadro 1 - Purgadores de vapor
Tipo de purgador Figura
Mecânico
Termostático
Termodinâmico
Fonte: TLV, 2014
Ainda segundo Ferreira (2009), existem alguns tipos de purgadores que são mais
utilizados. O purgador de bóia é um destes, e ele é formado por uma entrada de vapor e
uma saída de condensado. Na saída do condensado há uma bóia, quando o purgador está
repleto de condensado, a bóia flutua e faz a válvula se abrir para drenar o fluido. Este tipo
de purgador não é muito sensível as variações de pressão e vazão de vapor. E ainda,
dependendo da quantidade de condensado drenada, pode-se fazer uma descarga contínua e
uma descontínua.
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Já o purgador de panela invertida, frequentemente usado em tubulações de vapor,
dentro do local onde entra o vapor e sai o condensado há uma panela com o fundo para
cima, a qual comanda a válvula de dreno de condensado. Este purgador tem a necessidade
de estar escorvado para iniciar sua operação.
O purgador de expansão metálica é composto por um conjunto de lâminas bimetálicas,
as quais por terem coeficientes de dilatação diferentes, curvam-se com o aquecimento.
Já no purgador termostático existe uma caixa que contém em seu interior um fole que
comanda a válvula de saída do condensado. No fole há um líquido com ponto de ebulição
menor que o da água. Este tipo de purgador não deve ser empregado para dreno de vapor
superaquecido.
Por último, o purgador termodinâmico. Neste equipamento há apenas uma peça móvel
(disco) que abre ou fecha, sincronizada com a entrada e saída de vapor no aparelho. Este
tipo de purgador é empregado de maneira significativa em linhas de vapor, pois é simples e
demanda pouca manutenção.
Diante destes tipos de purgadores, Ferreira (2009) diz que é importante saber quais os
pontos deve-se atentar para a escolha adequada de um purgador:
- Finalidade do purgador de vapor e natureza da instalação;
- Pressão e temperatura do vapor em contato com o purgador;
- Descarga do condensado: para uma linha de retorno de condensado ou para a atmosfera;
- Quantidade de condensado eliminada;
- Deve haver ou não descarga contínua e rápida;
- Perda de vapor vivo;
- Quantidade de outros gases e ar no vapor;
- Golpes de aríete na tubulação;
- Corrosão ou erosão realizada pelo vapor ou condensada;
- Facilidades de manutenção;
- Custo.
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3.4.5. Isolamento térmico da tubulação de vapor
Para Zattoni (2008), citado por Pederiva e Mattioni (2013), o isolamento térmico de
uma dada tubulação tem como objetivo primordial conservar a energia nas linhas que
trabalham em baixa ou alta temperatura.
Pagy (1975), citado por Pederiva e Mattioni (2013), explica que o condensado,
formado na tubulação de vapor, está intimamente ligado com o isolamento térmico e ainda
impacta diretamente na eficiência do sistema. Isto porque a presença de isolamento térmico
na linha de vapor garante uma diminuição da perda de energia ao longo da tubulação,
evitando uma alta condensação de vapor.
Telles (1987), citado por Pederiva e Mattioni (2013) comenta quais os fatores que se
deve levar em consideração para escolha de um isolamento térmico adequado para uma
tubulação de vapor: diâmetro da linha e temperatura do fluido.
Nogueira (2005), citado por Mattioni (2013) diz quais os isolantes mais utilizados:
- Refletivos: possuem grande poder refletor de ondas de calor;
- Fibrosos: lãs de rocha, de escória e de vidro, abesto, feltro e madeira. Estes não
proporcionam condução e convecção;
- Granulares: silicato de cálcio, magnésia, diatomita, e a cortiça. Prendem o ar,
dificultando seu movimento;
- Celulares: espumas de borracha, de vidro, plásticas e o aerogel de sílica. Constituídos
por poros impermeáveis.
Independente da escolha do isolante térmico este deve ser protegido contra intempéries
por uma cobertura de alumínio, que pode ser corrugado ou liso.
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3.4.6. Cobertura de alumínio do isolamento térmico
De acordo com Associação Brasileira do Alumínio (ABAL), o alumínio é um material
amplamente usado pela sociedade atualmente por possuir características químicas e físicas
que lhe conferem versatilidade.
Na aplicação de cobertura do isolante térmico de uma tubulação de vapor, aproveitam-
se duas propriedades do alumínio: característica de barreira e baixa emissividade
(capacidade de emitir radiação eletromagnética).
Em relação à primeira característica, o alumínio consegue barrar a luz, é impermeável à
ação da umidade e do oxigênio.
Quanto a baixa emissividade do alumínio, torna-se possível utilizar este material em
tubulações de vapor fazendo com que a energia que está dentro da linha seja conservada.
Além destas características o alumínio é um material de baixo custo e de fácil
conformação.
3.5. Medidor de vazão
A Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR 10396: Medidores de vazão de
fluidos (ABNT 1988), define medidor de vazão como um “Instrumento usado para medir a
quantidade de fluido que escoa em um determinado elemento condutor na unidade de
tempo.”.
29
3.5.1. Medidores volumétricos
Ainda conforme a NBR 10396: Medidores de vazão de fluidos (ABNT 1988),
medidores volumétricos são instrumentos que medem a quantidade de fluido que passa por
eles, ao encher e esvaziar uma câmara de volume pré-estabelecido.
Medidor de diafragma: este tipo de medidor move a parede da câmara a partir
de quantidades específicas de fluido;
Medidor de palheta: a mobilidade das palhetas do rotor move a porção
determinada de fluido;
Medidor de pistão rotativo: o fluido que passa por este medidor é movido de
maneira excêntrica por um cilindro;
Medidor de pistão recíproco: em uma câmara de capacidade pré-estabelecida
um ou mais pistões se movem;
Medidor de multirrotor: movendo quantidade pré-estabelecida de volume dois
ou mais rotores deslocam-se de forma sincronizada;
Medidor de disco de nutação: um volume de fluido pré-estabelecido é movido
por um disco com movimento mutante;
Medidor semi-submerso: as câmaras do rotor movem porções definidas de
volume de gás, estando semi-submerso em líquido selante.
3.5.2. Medidores de vazão instantânea
A NBR 10396: Medidores de vazão de fluidos (ABNT 1988),determina também que
medidores de vazão instantânea são aqueles que geram uma indicação instantânea que
equivale proporcionalmente à variação de vazão. Neste medidor, o fluido passa de maneira
contínua.
30
Medidor de pressão diferencial: a vazão neste caso é calculada a partir de uma
diferença de pressão criada dentro da tubulação, levando-se em consideração as
características da linha e do fluido que nela percorre;
Medidor de área variável: uma peça que possui mobilidade, instalada em algum
local da tubulação de seção variável, fornece a vazão quando está em sua
posição de equilíbrio;
Medidor de velocidade: o elemento primário está imerso em um fluido, e a
vazão é medida devido a rotação que este elemento sofre por causa do
escoamento do material dentro da tubulação;
Medidor de canal aberto: a vazão é medida baseada na variação de nível de
fluido dentro da tubulação;
Medidor de força: a força exercida pelo fluido em um dispositivo dentro da
linha é comparada a vazão;
Medidor de vórtice: os vórtices formados dentro do fluido são relacionados à
vazão;
Medidor térmico: os princípios da transferência de calor são usados para
fornecer a vazão do fluido;
Medidor ultra-sônico: a quantidade de ondas ultra-sônicas é comparada à vazão
do fluido;
Medidor eletromagnético: um fluido condutor se desloca de forma
perpendicular por um campo magnético. Uma força eletromotriz é induzida e
esta é proporcional à velocidade com que o fluido percorre a linha;
Medidor coriolis: o fluido sofre, ao mesmo tempo, movimentos de translação e
rotação. Estes conferem ao fluido uma aceleração adicional, gerando uma força
dependente da vazão em massa.
31
3.6. Seleção de um medidor de vazão
De acordo com Ribeiro (2003), para realizar uma escolha adequada de qual medidor de
vazão se usar em uma tubulação, deve-se atentar para vários aspectos que envolvem o
sistema, o que torna esta tarefa bem difícil e complexa.
Segundo Ribeiro (2003), os parâmetros que devem ser levados em conta no momento
da seleção do melhor medidor para uma dada tubulação são:
- Vazão da linha: tamanho da tubulação, a faixa de medição de vazão mínima, máxima
e nominal, a precisão que se necessita, função do instrumento, responsabilidade e
integridade do medidor, o tipo de vazão, as características e qual o fluido medido e efeitos
de corrosão do fluido;
- Custo: Dimensionamento, instalação do medidor, transmissor pneumático, eletrônico,
convencional ou inteligente, tomada do transmissor à tubulação, escala do medidor
receptor, trecho retificado na linha;
- Função: qual a finalidade da medição, indicação instantânea, registro para consulta
posterior ou para verificação, controle contínuo ou descontínuo, no local ou por meio de
remotas;
- Desempenho: precisão (exemplo: rangeabilidade) e exatidão (exemplo: calibração) do
medidor;
- Geometria: projeto da tubulação na qual será instalado o medidor, se esta é fechada,
esteira, canal aberto ou retilíneo;
- Instalação: análise da linha para verificar as condições de instalação do medidor;
- Faixa de medição: faixa máxima e mínima de medição, largura da faixa, condições de
pressão estática e a temperatura do fluido na linha;
- Fluido: propriedades químicas e físicas do fluido medido;
- Perda de carga: queda na pressão provocada pelo medidor na pressão estática da
tubulação;
32
- Tecnologia: relacionada à manutenção, tradição e quantidade de peças para serem
repostas.
Diante destes quesitos, conclui-se que não há um medidor ideal, isto é, um medidor que
pode ser aplicado em quaisquer situações. A combinação de mais de um parâmetro, levará
à seleção do instrumento mais apropriado.
Dentre os medidores de vazão mais usados atualmente estão o gerador de vórtices de
Von Karmann e o mássico Coriolis, os quais podem ser vistos no Quadro 2. Este último
possui custo muito mais elevado do que os outros medidores em geral, no entanto, dependo
de sua aplicação, conferirá uma medição mais precisa.
Quadro 2 - Medidores de vazão mais usados
Medidor Figura
Mássico
Vórtex
Fonte: ECR, 1993
3.7. Posição do medidor na tubulação
Ribeiro (2003) afirma que se devem levar em conta algumas recomendações para
instalação do medidor de vazão de vapor em qualquer ponto da tubulação, como
manipulação futura do instrumento.
33
De acordo com o Manual de Operação e Instalação da Incontrol® Intelligent control
(2010), deve-se seguir as orientações abaixo para uma correta instalação de medidor de
vazão:
- O instrumento deve ser instalado em um ponto da linha na qual fique preenchido
constantemente com o fluido medido;
- Deve haver um trecho reto de tubo em ambos os lados do medidor;
- Instalar o instrumento distante de qualquer bomba ou fluxo pulsante;
- Não colocá-lo exposto a intempéries;
- Não instalá-lo onde há interferência eletromagnética ou atmosfera corrosiva.
3.8. Derivação na linha
Como mostrado no site da empresa especializada em vapor (TLV), em ramais
principais de distribuição de vapor, usualmente são instaladas estações redutoras de
pressão (ERP). Isso normalmente ocorre para reduzir a pressão de acordo com a demanda
da Unidade consumidora. Um esquema de uma ERP é apresentado na Figura 4.
34
Figura 4 - Estação Redutora de Pressão (ERP)
Fonte: TLV, 2014
Sistema semelhante ao que foi representado na Figura 4 é recomendável no momento
da instalação de medidores de vazão. Isso possibilita a remoção do instrumento para
efetuar calibrações periódicas, necessárias para manter a eficiência nas medições.
By-pass Tubulação principal de
vapor
35
4. METODOLOGIA
O método de pesquisa adotado no presente trabalho foi um estudo de caso, realizado
em um Complexo Químico, localizado na região do Vale do Paraíba. O foco foi o sistema
de geração de vapor, com ênfase nas linhas de distribuição e nos medidores de vazão de
vapor.
4.1. Características do sistema de produção de vapor do Complexo Químico
A caldeira responsável pela produção de vapor do Complexo Químico em questão é do
tipo aquatubular e produz vapor superaquecido a trinta e cinco bar de pressão (R1). A linha
principal de vapor possui dois ramais:
R2 (Tubulação de vapor a vinte bar de pressão);
R3 (Tubulação de vapor a seis bar de pressão).
R2 e R3 derivam de R1 e atendem às demandas das plantas produtivas. Dependendo da
demanda do processo do prédio, a ele é fornecido vapor apenas por um ramal, ou pelos
dois. Isto ocorre, pois no site estudado, existem mais de dez prédios produtivos e, portanto
há uma grande variedade de produções (exemplo: dispersões plásticas, tintas, defensivos
agrícolas, entre outros). A Figura 5 apresenta o esquema de distribuição de vapor do
Complexo Químico avaliado.
36
Figura 5 - Representação da distribuição de vapor no site estudado
Legenda: R1 (Tubulação de vapor com vapor a 35 bar); R2 (vapor a 20 bar); R3 (vapor
a 6 bar); A (turbina); B (estação redutora de pressão de 6 bar); C e D (estações redutoras de
pressão de 20 bar; B101, B141, B255, C141, E121, E150, F145, F250, F265, G60, G200,
H220, J350 e J375 (identificação dos prédios do site).
37
4.2. Vapor distribuído a trinta e cinco bar
Como mencionado, a caldeira aquatubular produz vapor a trinta e cinco bar de pressão.
O vapor nesta pressão está no estado superaquecido, ou seja, não possui nem um resquício
de umidade. Este requisito é necessário porque o vapor supre uma turbina após a caldeira.
A Tabela 1 apresenta os dados da caldeira em questão.
Tabela 1 - Dados da Caldeira Aquatubular Compacta
Parâmetros Valores Unidade
Capacidade
47
t/h
Pressão de operação (vapor principal) 35,0
35,7
bar
kgf/cm²
Temperatura de operação (vapor principal) 350 °C
Pressão de projeto 42
42,8
bar
kgf/cm²
Pressão máxima admissível de trabalho 42 bar
Pressão de teste hidrostático 63 bar
Temperatura de projeto (caldeira) 448 °C
Temperatura da água de combustão 105 °C
Fonte: Manual interno de operação da caldeira
A caldeira estudada foi fabricada pela empresa CBC (Figura 6) e o tipo de combustível
utilizado é o gás natural. Atualmente, as linhas de distribuição de vapor operam com as
pressões de 6 e 20 bar e vazão de vapor de 21t/h e 8t/h, respectivamente.
38
Figura 6 - Vista parcial da caldeira
Fonte: Do Autor
A turbina faz parte do projeto de cogeração de energia. Este equipamento funciona
como uma estação redutora de pressão, paralela a outra estação redutora da linha de vapor
de seis bar.
Para garantir o correto funcionamento da turbina, o vapor deve ser superaquecido. De
acordo com Júnior (2007), o vapor superaquecido, aliado com a água desmineralizada que
alimenta a caldeira, garantem as características essenciais para o bom desempenho da
turbina, pois estes dois fatores irão garantir isenção de umidade e incrustações nas palhetas
do equipamento, minimizando os efeitos de corrosão.
39
4.3. Cogeração no sistema estudado
Barja (2006) reporta que o processo de cogeração consiste em se produzir simultânea e
sequencialmente energia térmica e eletromecânica. No caso do sistema estudado, o vapor
produzido a trinta e cinco bar de pressão expande-se no interior da turbina e a energia
térmica é transformada em energia cinética, a qual fará as palhetas do equipamento saírem
da inércia. Ao sair da turbina, neste caso, o vapor terá seis bar de pressão e o restante da
energia será convertida em energia elétrica.
No caso deste Complexo Químico, a turbina (Figura 7) não funciona de maneira
contínua. Isto ocorre, porque este equipamento necessita de uma vazão mínima para
operar. Se houver alguma oscilação na demanda de vapor da fábrica pela linha de seis bar,
a turbina sofrerá este efeito e desarmará por baixa pressão.
Figura 7 - Vista parcial da turbina
Fonte: Acervo
40
4.4. Características das linhas de vapor seis e vinte bar
A linha de trinta e cinco bar de pressão, que sai da caldeira é reduzida para seis bar e
vinte bar de pressão. A linha de vinte bar conta com duas estações redutoras de pressão,
isto é, o vapor passa por estas estações e tem sua pressão diminuída de trinta e cinco para
vinte bar. Apenas uma delas permanece em operação, a outra funciona como reserva da
primeira. Caso a redutora que está operando precise passar por manutenção ou por algum
motivo ela esteja com seu funcionamento comprometido, a outra estação entra em
operação. No caso da linha de seis bar, tem-se uma estação redutora de pressão e a turbina.
Nesta situação, a linha que possui a redutora permanece em operação e caso haja condições
adequadas, a turbina pode entrar em funcionamento, transformando o vapor de trinta e
cinco bar para seis bar, assim como opera a estação redutora.
4.5. Purgadores do sistema estudado
O sistema de distribuição estudado conta com um total de 89 purgadores de vapor do
tipo termostático. Destes somente 43% operam de maneira eficiente na descarga do
condensado. Os dados em relação aos purgadores de vapor foram obtidos a partir de um
relatório emitido por uma empresa especializada nestes dispositivos. A empresa foi
contratada para fazer uma análise minuciosa em todos os purgadores de vapor das linhas de
distribuição do Complexo Químico a fim de explicitar pontos de melhorias.
4.6. Isolamento térmico das linhas de vapor
As tubulações de vapor de 6 e 20 bar possuem dois tipos de isolamento térmico:
silicato de cálcio e lã de rocha. O primeiro é o material que está presente em 70% das
linhas de distribuição.
A caldeira estudada foi implantada no Complexo Químico em questão no ano de 2011
e as linhas de vapor foram construídas com isolamento térmico de silicato de cálcio. Após
a instalação da caldeira CBC, houve necessidade de interligação do local da caldeira até o
41
trecho existente de tubulação. Este trecho adicional foi construído com isolamento de lã de
rocha.
É importante ressaltar que estes dois isolamentos foram utilizados por serem os
mesmos que compõem o isolamento interno das caldeiras.
4.7. Medidores de vazão nas linhas de seis bar e vinte bar
Atualmente, no Complexo Químico em questão, existem vinte e três medidores de
vazão instalados na linha de vapor, assim distribuídos: onze medidores na linha de vinte
bar e doze na de seis. O levantamento foi baseado nestes instrumentos e na possibilidade
de novos pontos de medição. É importante frisar que os medidores das linhas de vapor
analisadas são todos do tipo vórtice.
A Figura 8 apresenta um medidor de vazão do tipo Vórtex, de 6 polegadas, instalado na
linha de 20 bar.
Figura 8 - Vista parcial do medidor de vazão
Fonte: Acervo
42
A Figura 9 apresenta um medidor de vazão do tipo Vórtex, de 4 polegadas, instalado na
linha de 6 bar.
Figura 9 - Vista parcial do medidor de vazão
Fonte: Acervo
Durante o levantamento sobre as condições dos medidores de vazão das linhas de
vapor foram observados os seguintes quesitos:
- Tipo de medidor;
- Posição do medidor na linha, de acordo com a recomendação dos fabricantes;
- Presença ou não de válvula by-pass.
43
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1. Caldeira
Conforme apresentado no item 4.2., a caldeira, objeto de estudo, não apresenta
cobertura, o que é bastante prejudicial para o equipamento. Segundo o fabricante, a vida
útil deste tipo de equipamento é em torno de 30 anos. Porém, na situação em que se
encontra a caldeira do Complexo Químico sua vida útil poderá ser reduzida por conta das
intempéries.
Também, a falta de cobertura do equipamento proporciona uma maior dissipação de
calor para o meio ambiente, fazendo que haja perda de energia do vapor produzido.
5.2. Linhas de 6 e 20 bar
As duas linhas de distribuição de vapor têm aproximadamente 2 quilômetros de
comprimento cada uma, incluindo linhas principais e ramais. Não existem registros
precisos no setor de Projetos da empresa, pois parte dos fluxogramas estão em fase de
atualização, devido à instalação recente da caldeira CBC. A linha de 6 bar possui 8
polegadas de diâmetro e a de 20 bar 6 polegadas. As tubulações são de aço carbono e,
como dito anteriormente, são usados silicato de cálcio e lã de rocha como isolantes
térmicos.
Ao inspecionar a linha, foram verificados vários pontos sem isolamentos e outros com
isolamentos defeituosos, bem como pontos sem a cobertura de proteção de alumínio, o que
aumenta o desperdício de vapor e, consequentemente provoca o aumento no consumo de
combustível. Pelas Figuras (10 e 11) é possível observar porque há esta perda considerável
de energia. Em alguns trechos o isolamento está totalmente exposto. Este cenário favorece
ainda mais o desgaste do isolante, acarretando a perda de vapor vivo pelo sistema.
44
Figura 10 - Vista parcial da tubulação de vapor de 20 bar revestida com lã de rocha
Fonte: Acervo
Figura 11 - Vista parcial da tubulação de vapor de 6 bar revestido com silicato de cálcio
Fonte: Acervo
45
O fato de ter isolamentos diferentes nas tubulações não compromete o fluxo de vapor
pelo sistema, no entanto, cada material isolante possui algumas características que valem
ser ressaltadas.
Silicato de cálcio: altas propriedades mecânicas, excelente desempenho térmico, isento
de amianto (exigência de segurança), inércia química, resistência ao fogo e facilidade nas
instalações.
Lã de rocha: ampla faixa de temperatura de operação (-200C a 750C),
incombustibilidade, não queima, redução sonora de ruídos e quimicamente inerte.
Porém, se não forem seguidas as recomendações de projeto e não forem realizadas
manutenções preventivas, não se obterá o resultado esperado do isolante.
5.2.1. Purgadores
Para análise das condições dos purgadores presentes nas linhas de distribuição de vapor
foram analisadas fichas de manutenção dos dispositivos. Posteriormente um levantamento
detalhado sobre os purgadores foi realizado por uma empresa contratada e este trabalho foi
acompanhado.
Dos 89 purgadores apenas 71 foram avaliados. Isto porque 12 encontram-se
desativados e os outros 6 estavam passando por manutenção. Ainda foram identificados
purgadores com baixa temperatura (9), isto é, temperatura abaixo da temperatura de
trabalho do equipamento e purgadores bloqueados (11), os quais bloqueiam a descarga de
condensado. Dentre os 71, 13 estão com vazamento de vapor vivo.
A Figura 12 apresenta a relação dos purgadores analisados.
46
Figura 12 - Relação dos purgadores analisados
Fonte: Manual Interno de Operações
Para saber a quantidade de vapor perdida por estes purgadores com vazamento,
analisaram-se as quantidades de vapor produzidas durante os quatro anos anteriores ao
levantamento, quando os purgadores haviam passado por outra análise e encontravam-se
operando dentro da normalidade. Encontrou-se então um total de 1130,02 toneladas de
vapor perdidas em um ano. Sabendo que o custo para gerar uma tonelada de vapor é R$
130,00 (dado fornecido pelo setor responsável pelos custos de Energias e Utilidades),
perde-se por ano um total de R$ 146902,60 (1130,02.R$130,00).
Criou-se então um Plano de Manutenção Corretiva para avaliar a troca destes
purgadores. A empresa contratada fez um orçamento de R$ 27709, 09 para executar a
substituição dos purgadores, e sabendo que em um mês perde-se R$ 12241,88 (R$
146902,69/12), calculou-se um Payback de 2,26 meses (R$ 27709, 09/R$ 12241,88).
5.3. Levantamento dos medidores de vazão das linhas de 6 e 20 bar
Na Tabela 2 foram relacionadas as condições dos medidores de vazão, observadas
durante o levantamento executado.
47
Tabela 2 - Levantamento dos medidores de vazão das linhas de vapor
Medidores de vazão
Prédio TAG Tipo de Instrumento Vapor
(bar)
Situação do medidor
B101 F 1000 Vortex 6 Ok
B141 F 1901 Vortex 6 Ok
B255 F 1000 Vortex 6 Ok
C141 F 0701 Vortex 6 Sem by pass
E121 F 1014 Vortex 20 Ok
E121 F 1010 Vortex 6 Ok
E150 F 0107 Vortex 20 Ok
E150 F 0120 Vortex 20 Ok
E150 F 0130 Vortex 20 Ok
E150 F 0131 Vortex 6 Ok
F145 F 0801 Vortex 20 Produção não iniciada
F250 F 1001 Vortex 20 Prédio desativado
F250 F 1000 Vortex 6 Prédio desativado
F265 F 90107 Vortex 20 Ok
F265 F 90106 Vortex 6 Ok
G200 F 39251 Vortex 20 Manutenção (Sem by
pass)
G200 F 8420 Vortex 6 Ok
G060 F11001 Vortex 6 Ok
H220 F 33001 Vortex 20 Ok
H220 F 33002 Vortex 6 Ok
J350 F 0176 Vortex 20 Ok
J375 F7105 Vortex 20 Ok
J375 F7106 Vortex 6 Ok
Fonte: Levantamento de dados pela autora
48
Para discutir as situações dos medidores, retomam-se os quesitos analisados durante o
levantamento:
- Tipo de medidor;
- Posição do medidor na linha, de acordo com a recomendação dos fabricantes;
- Presença ou não de válvula by-pass.
Tipo de medidor
Durante o estudo constatou-se que todos os medidores, tanto os da linha de 6 bar
quanto os da de 20 bar, são do tipo vórtex. Este tipo de instrumento atende as
características da linha e do fluido. Outros tipos de medidores, como o mássico, também
poderiam ser usados para fazer a medição de vapor, mas nos casos estudados o vórtex foi
adotado por ser um dos medidores mais encontrados no mercado e de menor custo.
Do total de medidores avaliados, um estava em processo de manutenção. Os demais
estavam funcionando normalmente, conforme o esperado.
Posição do medidor na linha, de acordo com a recomendação dos fabricantes
No manual de operação e instalação de medidores de vazão é recomendado que estes
sejam instalados virados para baixo na tubulação de vapor. A instalação feita desta forma
garante um aumento de vida útil para a parte eletrônica do instrumento, mas não há ganho
ou perda na qualidade da medição.
No presente trabalho, não foi constatado nenhum instrumento instalado em desacordo
com as recomendações.
Presença ou não de válvula by-pass.
A presença da válvula by-pass na linha derivada da tubulação de fornecimento de vapor
é de suma importância. Esta válvula permite que o medidor de vazão seja retirado e o fluxo
49
de vapor desviado para a linha derivada. A retirada do instrumento é feita para que sejam
executadas calibrações periódicas no medidor e assim garantir a excelência na medição.
No presente estudo, foram encontrados dois medidores que não possuíam o by-pass.
Quando a planta produtiva consome o vapor de maneira descontínua consegue-se executar
calibrações nos instrumentos, mesmo não havendo uma derivação da linha de vapor. No
entanto, este cenário não ocorre com as Unidades produtivas para as quais o fornecimento
de vapor é ininterrupto. Os dois instrumentos sem a derivação estão instalados exatamente
em linhas como estas, fazendo com que suas calibrações fiquem comprometidas.
50
6. CONCLUSÕES
Diante dos pontos abordados, conclui-se que o sistema de distribuição de vapor do
Complexo Químico estudado pode ser melhorado, para aumentar a eficiência no processo
de geração e distribuição de vapor.
Sobre o equipamento caldeira verificou-se que ela está exposta a intempéries e há uma
maior dissipação de calor para o meio ambiente, pois não está em local coberto.
Recomenda-se, então, que seja feita uma estrutura para cobrir a caldeira, a fim de
conservá-la.
Sobre a inclinação de 0,5% da linha de vapor no sentido do fluxo de vapor, foi
verificado que as linhas atendem a esta recomendação.
Na questão dos purgadores de vapor, foi discutido anteriormente que 18,31% dos
analisados estão com vazamento de vapor vivo e com isso contribuem com uma perda
significativa de vapor e de dinheiro investido (R$ 146902,60 por ano). Portanto, é de
fundamental importância que estes equipamentos sejam substituídos por novos. Com um
investimento de R$ 27709, 09, o Payback será de 2,26 meses. Desta maneira, a distribuição
de vapor ganhará confiabilidade. Ainda como continuidade deste trabalho, recomenda-se
realizar um estudo para implementação de linhas de retorno de condensado, para garantir
eficiência energética ao processo.
No levantamento dos medidores de vazão constatou-se que o tipo de medidor ideal
para tubulações de vapor depende, entre tantos fatores apresentados durante o trabalho, da
especificação do processo e da linha. O tipo do medidor usado no Complexo Químico é
adequado, pois atende as necessidades de controle.
O caso da falta de válvulas by-pass em dois medidores deve ser levado em
consideração. Como os prédios que recebem o vapor medido por estes instrumentos têm
operações contínuas, será preciso planejar uma parada de produção para instalar estas
válvulas, fato que proporcionará a retirada dos medidores para efetuar calibrações
periódicas, de acordo com a recomendação do fornecedor. Esta prática também garantirá
confiabilidade ao processo.
51
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