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PROJETOS DE REDE DE VAPOR
INTRODUÇÃO
O vapor d’água é a água no estado gasoso proveniente do aquecimento a uma determinada pressão e
temperatura.
A pressão sob a qual a água se vaporiza a uma dada pressão chama-se pressão de vapor da água para tal
temperatura. Se o vapor for produzido sob pressão atmosférica normal, sua temperatura será 100°C sua
pressão será 1 atmosfera barométrica(atm) igual a 760 mm Hg ou 14,7 PSI
VAPOR
O vapor d’água pode se apresentar sob a forma de vapor saturado e de vapor superaquecido
VAPOR SATURADO designado simplesmente por vapor, é produzido em contato com a agua e por isso
contem sempre alguma quantidade de partículas de agua, se este vapor não tivesse nenhuma partícula
d’água seria denominado como vapor saturado seco. Esse vapor é ideal.
Na realidade o vapor contem certa quantidade de água não vaporizada e por isso é chamado de vapor
saturado úmido. Deve se preocupar sempre que possível o vapor seco, inclusive as tabelas de vapor se
referem como vapor seco.
TIPOS DE VAPOR
VAPOR SUPERAQUECIDO Resultante do superaquecimento do vapor saturado tornando-se seco e isto
ocorre a uma temperatura mais elevada do que a do vapor saturado.
Não existe uma relação entre vapor pressão e temperatura para vapores superaquecidos.
TIPOS DE VAPOR
O vapor empregado para fins de aquecimento é o vapor saturado que o designaremos simplesmente por
VAPOR
O vapor superaquecido é utilizado em turbinas de centrais de geradoras.
PRESSÃO: A pressão é utilizada quando se abordam líquidos e gases, já que para sólidos se utiliza o
termo tensão = FORÇA / ÁREA
PRESSÃO ABSOLUTA É a soma das pressões atmosférica e manométrica
É a pressão que lemos nos Manômetros
PRESSÃO MANOMÉTRICA OU RELATIVA
PRESSÃO
CALOR SENSÍVEL X LATENTE
Calor Sensível é a energia necessária para o aumento da temperatura a uma dada pressão sem modificar
o estado físico.
Calor Latente é a energia necessária para o modificar o estado físico a uma dada pressão sem alterar a
temperatura.
CONSTITUIÇÃO DE UM SISTEMA DE
PRODUÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DE
VAPOR
CONSTITUIÇÃO DE UM SISTEMA DE PRODUÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR
Podemos considerar um sistema de vapor como constituído das seguintes partes:
a) Tubulações de Vapor e Distribuição;
b) Purgadores, eliminadores de ar, válvulas de segurança, bombas de condensado, filtros e válvulas;
c) Estações de redução de pressão;
d) Elementos de aquecimento;
e) Caldeira e Equipamentos periféricos;
CONSTITUIÇÃO DE UM SISTEMA DE PRODUÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR
Esquema de uma instalação de Vapor
TUBULAÇÕES DE VAPOR
TUBULAÇÕES DE VAPOR
As tubulações de vapor devem ser consideradas segundo os aspectos seguintes
a) Capacidade de permitir o escoamento do vapor com perda de carga e velocidade aceitáveis
b) Possibilidade de expandir e retrair sob efeito da variação térmica, ou seja, flexibilidade de modo a não
ocorrer tensões inadmissíveis para os tubos, peças, válvulas, suporte e ancoragens.
c) Resistência aos esforços devidos à pressão interna, ao peso próprio do tubo e seu carregamento, às
tensões devidas às variações térmicas e ao traçado geométrico da linha.
TUBULAÇÕES DE VAPOR
DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS
Os diâmetros comerciais dos tubos de aço carbono e
aços-liga estão definidos pela norma americana ANSI
B36.10, e para tubos inoxidáveis pela norma ANSI
B36.19. Essas normas abrangem os tubos fabricados
por qualquer um dos processos usuais de fabricação.
Todos esses tubos são designados por um numero
chamado “Diâmetro nominal IPS”. A norma ANSI B
36.10 abrange tubos com diâmetros nominais de 1/8”
até 6” e a norma ANSI B 36.19 abrange tubos de 1/8”
até 12”. De 1/8” até 12” o diâmetro nominal não
corresponde a nenhuma dimensão física dos tubos. De
14” até 36” o diâmetro nominal coincide com o
diâmetro externo dos tubos.
Para cada diâmetro nominal fabricam-se tubos com
varias espessuras de parede denominada séries
(schedule). Entretanto, para cada diâmetro nominal, o
diâmetro externo é sempre o mesmo variando apenas
o diâmetro interno.
TUBO 1”
TUBULAÇÕES DE VAPOR
ESPESSURA PAREDE DE TUBOS
Pela norma ANSI.B.36.10, foram adotadas as
“séries” SCHEDULE NUMBER para designar a
espessura dos tubos. O numero de serie é obtido
aproximadamente pela expressão:
𝑆é𝑟𝑖𝑒 =
1000 ∗ 𝑃
𝑆
Em que P = pressão em Psig; S= tensão admissível
do material em Psi.
A norma padronizou as séries 10, 20, 30, 40, 60,
80, 100, 120, 140 e 160, sendo que, para a
maioria dos diâmetros nominais, apenas algumas
dessas espessuras são fabricadas. A série 40 é
comumente utilizada. TIPOS DE EXTREMIDADE DE TUBO
TUBULAÇÕES DE VAPOR
A Tabela a seguir mostra os materiais que podem ser recomendados de acordo com a temperatura máxima do vapor.
CARACTERISTICAS IMPORTANTES SOBRE TUBULAÇÕES DE VAPOR
TUBULAÇÕES DE VAPOR
CARACTERISTICAS IMPORTANTES SOBRE TUBULAÇÕES DE VAPOR
Em todos os tubos de aço (qualquer tipo), são ligados
com solda de topo para diâmetros de 2” ou maiores. As
válvulas de aço são de construção forjada com
extremidades para solda de encaixe para diâmetros até
1 ½”, e fundidas, com extremidades flangeadas ou
solda de topo, em diâmetros maiores.
Para pressões muito altas de vapor (acima de 40
kg/cm²), convém que sejam adotados limites de
temperatura mais baixos do que os mostrados na
tabela, devido à elevada solicitação mecânica sobre o
material.
Nas tubulações para vapor, as válvulas de bloqueio de
diâmetro até 8” costumam ser válvulas de globo; para
diâmetros maiores usam se válvulas de gaveta. É ideal
que todas as válvulas de gaveta sejam no tipo com
haste ascendente e rosca externa, embora esse
requisito seja exigido pela norma ASME B.31.1 para
válvulas de diâmetro de 3”, ou maior e de classe de
pressão 600#, ou acima.
Essa mesma norma exige também que as válvulas de
gaveta de classe de pressão 400#, ou acima, tenham
tubo de contorno (by-pass), integral com válvula.
Em quaisquer tubulação para vapor é muito
importante a perfeita e completa drenagem do
condensado formado, para isso utilize purgadores.
Todos os flanges devem ser sempre do mesmo
material dos tubos, e dois tipos “de pescoço”, ou de
“de anel”, com face de ressalto para as classes de
pressão 150# ou 400#, e com face para junta de anel,
para classes de pressão 600# ou acima. As conexões
de tubulação devem ser para solda de encaixe até 1
½” e para solda de topo, em diâmetros maiores; em
qualquer caso devem ser sempre do mesmo material
dos tubos.
Todas as tubulações de vapor devem ter isolamento
térmico.
CONCEITOS IMPORTANTES
1. DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR
2. NOÇÕES BÁSICAS DE SISTEMAS DE VAPOR
1. DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR
2. NOÇÕES BÁSICAS DE SISTEMAS DE VAPOR
2. NOÇÕES BÁSICAS DE SISTEMAS DE VAPOR
O vapor gerado na caldeira tem de ser transportado através da tubagem até ao ponto onde a sua energia
é necessária. Inicialmente existirão uma ou mais tubagens principais ou coletores de vapor que
transportam o vapor desde a caldeira na direção da instalação de utilização. Tubagens secundárias de
menor diâmetro levarão depois o vapor até aos equipamentos individualmente.
Quando a válvula de seccionamento da caldeira (da saída de vapor da caldeira) está aberta, o vapor
passa imediatamente da caldeira para as tubagens principais. No início a tubagem está fria e o calor é lhe
transferido pelo vapor. O ar que rodeia a tubagem está mais frio que o vapor, e por isso a tubagem
começará a perder calor para o ar.
À medida que o vapor vai fluindo num ambiente mais frio vai começar imediatamente a condensar. No
arranque do sistema a quantidade de condensado será maior pois o vapor será utilizado para aquecer a
tubagem fria - a isto chama-se “consumo de arranque”. Após a tubagem estar quente continuará a ocorrer
condensação pois a tubagem continua a perder calor para o ar circundante - a isto chama-se “consumo
em regime”.
2. NOÇÕES BÁSICAS DE SISTEMAS DE VAPOR
O condensado daí resultante cai por gravidade para a parte inferior da tubagem e é arrastado juntamente
com o vapor, até aos pontos mais baixos da instalação. As tubagens de distribuição devem ter uma
inclinação descendente no sentido do fluxo de vapor. O condensado terá então de ser drenado nos
pontos mais baixos da tubagem.
Quando abrimos a válvula de uma tubagem que alimenta um setor da instalação, o fluxo de vapor
proveniente do sistema de distribuição entra na instalação e volta a estar em contato com superfícies
mais frias. O vapor utiliza então a sua energia para aquecer o equipamento (consumo de arranque) e
continua a transferir calor ao processo (consumo em regime) até se transformar em água (condensado).
A este consumo está associado um fluxo de vapor e para manter este fornecimento tem de ser produzido
mais vapor. É pois necessário mais combustível para alimentar a caldeira e mais água a ser bombeada
para repor a água que entretanto foi evaporada.
Tanto o condensado formado na tubagem de distribuição como nos equipamentos de processo são água
quente que deve ser reutilizada para alimentar a caldeira. Embora seja importante remover este
condensado do vapor seria um desperdício não o aproveitar. O circuito básico de vapor só está completo
quando se faz o retorno de todo o condensado ao tanque de alimentação da caldeira.
PRESSÃO DE OPERAÇÃO
1. DETERMINANDO PRESSÃO DE OPERAÇÃO
2. REDUÇÃO DE PRESSÃO
1. DETERMINANDO PRESSÃO DE OPERAÇÃO
A pressão à qual o vapor deve ser distribuído é parcialmente determinada pelo ponto de utilização que
necessita da pressão mais elevada na instalação. Lembre-se que à medida que o vapor passa pela
tubagem perderá alguma pressão devido à resistência para fluir e à condensação proveniente da perda
de calor pelo contato com a tubagem. Daí que deve considerar esta perda de carga quando determinar
inicialmente a pressão de distribuição.
A produção e distribuição de vapor a alta pressão tem as seguintes vantagens:
• É necessária tubulação de menor diâmetro. Superfícies menores representam menor perda de calor
(energia).
• Custos mais baixos no sistema de alimentação por exemplo, em material como a tubulação, flanges,
suportes e montagem.
• Menores custos em isolamento.
• Vapor mais seco no local de utilização devido ao efeito de secagem quando se reduz a pressão.
• A capacidade de armazenamento de calor da caldeira é maior, ajudando a enfrentar mais
eficientemente as variações de carga, reduzindo o risco de arrastamento de água nos picos de
consumo.
1. DETERMINANDO PRESSÃO DE OPERAÇÃO
O vapor a alta pressão ocupa menos volume por quilograma que o vapor a mais baixa pressão.
1. DETERMINANDO PRESSÃO DE OPERAÇÃO
Com uma distribuição a alta pressão, é necessário reduzir a pressão do vapor em cada zona ou local de utilização
para corresponder à pressão necessária pela aplicação.
Note que produzir vapor a pressões exageradamente altas significa custos de operação mais altos. É sempre
conveniente comparar os custos relativos do aumento da pressão até ao máximo necessário
Por exemplo, se apenas necessita de vapor a 4 bar m, o projetista deve comparar as várias vantagens de
distribuir o vapor a esta pressão e a uma mais elevada.
Se se verificar que, neste caso é perfeitamente viável distribuir o vapor a 4 bar m, deve ser esta a
pressão para a qual a caldeira deve ser fabricada. Infelizmente e em geral as caldeiras não são
fabricadas à medida. Neste caso, será necessário procurar uma caldeira que esteja na banda de pressão
imediatamente acima. Embora seja tentador operar a caldeira a uma pressão inferior, deve ter em conta
que ela não foi concebida para essas condições e quando precisar de toda a potência vai
necessariamente ter vapor de má qualidade
2. REDUÇÃO DE PRESSÃO
ALIMENTAÇÃO DE VAPOR E DRENAGEM
1. DRENAGEM
2. GOLPES DE ARIETE
3. TUBULAÇÕES SECUNDÁRIAS
4. SELEÇÃO SEPARADORES DE VAPOR
5. FILTROS
6. SELEÇÃO DO PURGADOR
7. FUGAS DE VAPOR
Em qualquer sistema de distribuição de vapor uma parte do vapor irá condensar devido às perdas por
radiação. Por exemplo, uma tubulação de DN100 com 30 m, bem isolada, transportando vapor a 7 bar, com
temperatura ambiente de 10ºC, condensará aproximadamente 16 kg de vapor por hora.
Isto é provavelmente menos de 1% da capacidade da tubulação, no entanto, significa que após uma hora a
tubulação terá não somente vapor, mas também 16 litros de água e aumentará progressivamente.
Daí que seja necessário tomar providências para retirar esse condensado da tubulação. Se isto não for
feito, ocorrerão problemas tais como corrosão e martelos de água os quais abordaremos mais adiante. Para
além disso, o vapor tornar-se-á úmido e arrastará gotas de água, reduzindo assim o seu potencial de
transferência de calor. Em condições extremas, se a água não for retirada, a área seccional total da
tubagem fica reduzida, aumentando assim a velocidade do vapor acima dos limites recomendados.
1. DRENAGEM
O papel das linhas de distribuições do vapor é fornecer de uma maneira confiável o vapor de mais alta
qualidade para os equipamentos que utilizam o vapor. Para atingir isto, o condensado deve ser removido
rapidamente e eficientemente através dos purgadores de vapor instalados em locais de descarga do
condensado
No entanto, os purgadores de vapor não podem simplesmente serem instalados de qualquer maneira e
serem esquecidos. Existem certas diretrizes a serem seguidas quando estiver instalando-os nas linhas de
vapor. Para certificar-se de que os purgadores de vapor operam adequadamente, os métodos de
instalações devem ser cuidadosamente respeitados e locais de instalações escolhidos com cuidado.
1. DRENAGEM
Normalmente, o fluxo de vapor é mais rápido nas tubulações de distribuição do que em máquinas e pode
alcançar velocidades acima de 30 m/s (100 pés/s). Nestas velocidades, quando a área da seção transversal
de um cano é completamente preenchido pela água, projéteis de condensado podem ser carregados através
da tubulação a alta velocidade causando o golpe de aríete, o qual pode causar danos às pessoas bem como
às tubulações, válvulas e equipamento. As altas velocidades do fluxo nas linhas de vapor devem portanto,
também serem levadas em conta durante as decisões referentes à localização e projeto das instalações do
purgador.
1. DRENAGEM
As quatro "Melhores Práticas" seguintes são orientações para auxiliar na garantia da descarga suave do
condensado em linhas de vapor para prevenir a ocorrência de problemas típicos de vapor, tais como golpe
de aríete e bloqueio por ar.
Melhor Prática 1: Escolha Cuidadosa das Localizações do Purgador
Mesmo nos casos onde a tubulação de distribuição do vapor corre em linha reta, os purgadores de vapor
devem sempre serem instalados ao menos a cada 30 a 50 metros (100 a 160 pés), e na parte inferior de
subidas ou descidas da tubulação. Cuidado especial deve também ser levado em conta para instalar
purgadores de vapor em locais onde há chance de formar poça do condensado, para que o condensado não
feche a área seccional de corte do tubo, podendo este, causar a propulsão do condensado à velocidade
altamente elevada.
Purgadores de vapor devem ser instalados nas seguintes situações:
1. DRENAGEM
Purgadores de vapor devem ser instalados nas seguintes situações:
1. DRENAGEM
Purgadores de vapor devem ser instalados nas seguintes situações:
Um purgador de vapor deve ser instalado imediatamente antes das válvulas redutoras de pressão/controle
para prevenir o acúmulo do condensado quando a válvula estiver fechada. O purgador também ajuda a
reduzir erosão do assento da válvula ocasionado pelo condensado. Da mesma maneira, purgadores
também são geralmente instalados entre duas válvulas redutoras de pressão, em forma de série, para
remover o condensado preso entre as válvulas durante a operação ou desligamento.
1. DRENAGEM
Purgadores de vapor devem ser instalados nas seguintes situações:
Um purgador de vapor deve ser instalado na frente das válvulas fechadas por longos períodos de tempo
para ajudar a eliminar a poça de condensado, que de outra maneira poderia ser propelida à alta
velocidade duto abaixo quando a válvula manual for aberta. Da mesma maneira, um purgador de vapor é
necessário no final da tubulação (fim da tubulação principal) para ajudar a drenar o sistema para uma
operação segura e efetiva.
1. DRENAGEM
Purgadores de vapor devem ser instalados nas seguintes situações:
Um purgador de vapor deve ser instalado na parte inferior das seções de tubulação vertical porque a
decolagem vertical pode ajudar o condensado não-arrastado e acumulado a mudar de sentido devido à
gravidade.
1. DRENAGEM
Melhor Prática 2: Fornecer Apoio Ideal e Tubulação de Vapor Inclinado
Se suportes para tubulações (e.g. ganchos para tubo) forem instalados de maneira muito distante, a
tubulação pode defletir devido ao seu próprio peso. Este tipo de problema pode causar alagamento do
condensado em locais não desejados, mesmo se a tubulação for instalada sob leve inclinação. Portanto, é
importante para ambos:
•Instalar suporte de tubulação em intervalos apropriados, e
•Instalar tubulação sob uma taxa de inclinação não inferior a 1/100.
1. DRENAGEM
Melhor Prática 2: Fornecer Apoio Ideal e Tubulação de Vapor Inclinado
1. DRENAGEM
Melhor Prática 2: Fornecer Apoio Ideal e Tubulação de Vapor Inclinado
1. DRENAGEM
Melhor Prática 2: Fornecer Apoio Ideal e Tubulação de Vapor Inclinado
1. DRENAGEM
Melhor Prática 3: Atenção para a Configuração da Perna de Dreno (Bota de condensado)
As dimensões das conexões em aplicações que não estejam voltadas para aquecimentos ou para
processos, geralmente variam entre 15 mm (1/2 polegada) e 25 mm (1 polegada). Em alguns casos,
tubulação com mesmo diâmetro do purgador de vapor é utilizado para conectar diretamente o purgador
na linha de vapor. No entanto, esta prática não é recomendável em maioria dos casos porque se a linha
de vapor for significativamente maior em diâmetro, então é possível que o condensado que flui
rapidamente, não consiga entrar facilmente em pequenas aberturas, ultrapassando as pernas de
coletas na maioria das vezes. Ao invés disso, uma tubulação maior, com dimensionamento adequado,
chamado perna de dreno (perna de dreno ou bota de condensado) é normalmente instalado para
auxiliar na realização da remoção eficiente e efetiva do condensado
1. DRENAGEM
Melhor Prática 3: Atenção para a Configuração da Perna de Dreno (Bota de condensado)
Indicações de amostras para dimensões da perna de dreno estão disponíveis na tabela abaixo.
Também, as conexões entre as tubulações e pernas de dreno devem ser instaladas em torno de 50 a
100 mm (2 a 4 polegadas) a partir da base da perna de dreno para ajudar na prevenção de entrada de
sujeiras e detritos no purgador de vapor a partir do condensado. Neste tipo de configuração, geralmente
uma válvula de sopro é instalada na tampa de proteção da perna, para permitir a remoção de sujeiras.
1. DRENAGEM
Melhor Prática 3: Atenção para a Configuração da Perna de Dreno (Bota de condensado)
Indicações de amostras para dimensões da perna de dreno estão disponíveis na tabela abaixo.
Também, as conexões entre as tubulações e pernas de dreno devem ser instaladas em torno de 50 a
100 mm (2 a 4 polegadas) a partir da base da perna de dreno para ajudar na prevenção de entrada de
sujeiras e detritos no purgador de vapor a partir do condensado. Neste tipo de configuração, geralmente
uma válvula de sopro é instalada na tampa de proteção da perna, para permitir a remoção de sujeiras.
1. DRENAGEM
Melhor Prática 3: Atenção para a Configuração da Perna de Dreno (Bota de condensado)
Ao dimensionar uma perna de dreno, deve-se dimensionar com volume suficiente para a porção de
acúmulo de sujeira, e também para a porção de suporte entre os ciclos. As pernas de dreno podem ser
especialmente importante em operações de início da operação onde a liberação de sujeiras vindas do
condensado formado pelo aquecimento das tubulações ou condensado liberado através das válvulas
previamente fechadas podem ser experimentados.
1. DRENAGEM
Melhor Prática 3: Atenção para a Configuração da Perna de Dreno (Bota de condensado)
Ao dimensionar uma perna de dreno, deve-se dimensionar com volume suficiente para a porção de
acúmulo de sujeira, e também para a porção de suporte entre os ciclos. As pernas de dreno podem ser
especialmente importante em operações de início da operação onde a liberação de sujeiras vindas do
condensado formado pelo aquecimento das tubulações ou condensado liberado através das válvulas
previamente fechadas podem ser experimentados.
1. DRENAGEM
Melhor Prática 4: Remoção Adequado de Ar e Condensado no Final da Linha de Vapor
No final das linhas de distribuição do vapor, é importante remover o ar que se encontra inicialmente
presente nas tubulações durante o início da operação.
1. DRENAGEM
Melhor Prática 4: Remoção Adequado de Ar e Condensado no Final da Linha de Vapor
Também, é extremamente importante instalar uma perna de dreno para a drenagem do condensado no
final das linhas de vapor , bem como no final de outras seções da linha principal de distribuição de
vapor.
1. DRENAGEM
1. DRENAGEM
Melhor Prática 4: Remoção Adequado de Ar e Condensado no Final da Linha de Vapor
Também, é extremamente importante instalar uma perna de dreno para a drenagem do condensado no
final das linhas de vapor , bem como no final de outras seções da linha principal de distribuição de
vapor.
2. GOLPES DE ARIETE
Podem ocorrer golpes de aríete quando o condensado é arrastado com o vapor pela tubulação em vez
de ser drenado os pontos baixos e é subitamente parado pelo impacto num obstáculo no sistema. A
formação de gotas de condensado ao longo da tubulação pode eventualmente formar uma bala
“compacta” que será arrastada à velocidade do vapor através da tubagem e pode atingir os 30 m/s ou
mais. Esta bala de água é densa e incompressível e ao movimentar- se a alta velocidade possui uma
quantidade considerável e energia cinética.
2. GOLPES DE ARIETE
Quando há um obstáculo, possivelmente uma curva ou “T” a energia cinética da água converte-se em
pressão e ocorre um choque de pressão no obstáculo. (As leis da termodinâmica estabelecem que a
energia não pode ser criada ou destruída, mas simplesmente convertida numa forma diferente).
Geralmente ocorre um golpe ruidoso e possível movimento da tubulação. Em muitos casos o acessório
ou válvula pode fratura-se com efeitos de explosão, com a consequente perda de vapor vivo através da
fratura, provocando uma situação perigosa.
Os golpes de aríete ocorrem geralmente nos pontos mais baixos da tubulação tais como:
• Pontos baixos.
• Utilização incorreta de reduções concêntricas e filtros. Por este motivo é preferível instalar filtros
com a rede na posição horizontal.
• Drenagem inadequada das linhas de vapor.
2. GOLPES DE ARIETE
Quando há um obstáculo, possivelmente uma curva ou “T” a energia cinética da água converte-se em
pressão e ocorre um choque de pressão no obstáculo. (As leis da termodinâmica estabelecem que a
energia não pode ser criada ou destruída, mas simplesmente convertida numa forma diferente).
Geralmente ocorre um golpe ruidoso e possível movimento da tubulação. Em muitos casos o acessório
ou válvula pode fratura-se com efeitos de explosão, com a consequente perda de vapor vivo através da
fratura, provocando uma situação perigosa.
Os golpes de aríete ocorrem geralmente nos pontos mais baixos da tubulação tais como:
• Pontos baixos.
• Utilização incorreta de reduções concêntricas e filtros. Por este motivo é preferível instalar filtros
com a rede na posição horizontal.
• Drenagem inadequada das linhas de vapor.
2. GOLPES DE ARIETE
Resumindo, para minimizar a possibilidade de golpe de aríete;
• As linhas de vapor devem ter uma inclinação progressiva na direção do fluxo com pontos de drenagem
instalados a intervalos regulares nos pontos mais baixos.
• Deve instalar válvulas de retenção a jusante de todos os purgadores, caso contrário o condensado
voltará para trás para a linha de vapor ou para a instalação quando o sistema estiver parado.
• As válvulas de seccionamento devem ser abertas lentamente de modo a permitir que o condensado que
possa existir no sistema circule lentamente para a frente até encontrar um ponto de drenagem, antes de
ser apanhado pelo vapor a alta velocidade. Isto é especialmente importante durante o arranque do
sistema.
3. TUBULAÇÕES SECUNDÁRIAS
4. SELEÇÃO DE SEPARADORES
As caldeiras atuais têm uma grande capacidade em relação ao tamanho e têm carência de uma reserva
na sua capacidade para obviar condições de sobrecarga. Tratamento químico da água incorreto, controle
de TDS e picos de carga momentâneos podem provocar sérios arrastamentos de água e da caldeira para
a tubulação de distribuição. Na figura a seguir mostramos a utilização de um separador para remover
esta água. A seleção não é difícil se utilizar um gráfico de dimensionamento.
4. SELEÇÃO DE SEPARADORES
Exemplo de utilização do gráfico
de dimensionamento do separador
Determinar separador para um caudal de
500 kg/h à pressão de 13 bar m.
5. FILTROS
Quando se instala uma nova tubulação, é natural que fragmentos de areia de fundição, empanque,
juntas, resíduos de solda e até mesmo porcas e parafusos fiquem dentro da tubagem. No caso de uma
tubulação antiga, existirá ferrugem e em locais onde a água é dura, acumulando calcário.
Os filtros podem provocar golpes de aríete e
para evitar este problema os filtros devem
ser instalados lateralmente.
6. SELEÇÃO DE PURGADORES
Devido à grande variedade de purgadores de vapor e suas características de operação, os usuários
podem encontrar alguma dificuldade ao tentarem selecionar o purgador correto para drenagem efetiva do
condensado a partir das suas aplicações de vapor.
Considerações chaves para seleção do purgador devem incluir os valores de pressão e temperatura,
capacidade de descarga, tipo de purgador, material do corpo e muitos outros fatores relevantes. Isto
pode parecer difícil no início, mas este processo pode ser separado em quatro passos simples:
Passo 1:
Determine requisitos de descarga da aplicação do purgador de vapor (i.e. descarga quente ou subresfriada),
e selecione o tipo de purgador correspondente.
Passo 2:
Selecione o modelo de purgador de acordo com a pressão, temperatura, posição de operação e outras
condições relevantes.
Passo 3:
Calcule os requisitos de descarga da aplicação e aplique o fator de segurança recomendado pelo fabricante
do purgador.
Passo 4:
Selecione o purgador de vapor que apresenta o menor Custo do Ciclo de Vida (CCV)
6. SELEÇÃO DE PURGADORES
Aplicações do Purgador de Vapor
Purgadores de vapor são geralmente necessários para drenar o condensado a partir da tubulação de
vapor, processo que utiliza vapor, aquecedores para conforto, traços de vapor e equipamentos propulsores
tais como turbinas. Cada aplicação deste pode exigir um purgador de vapor com papel levemente diferente.
6. SELEÇÃO DE PURGADORES
Aplicações do Purgador de Vapor
Para Tubulações de Distribuição do Vapor
O papel da tubulação de distribuição do vapor é suprir de maneira confiável o vapor de alta qualidade para
equipamentos que utilizam vapor ou traços de vapor. Um dos papéis mais importantes dos purgadores de
vapor na tubulação de vapor está em auxiliar na prevenção de ocorrência do golpe de aríete. Isto é
realizado selecionando um purgador que é projetado para prevenir alagamento do condensado, o que
significa dizer que deve-se selecionar purgadores com pouco ou nenhum condensado de subresfriamento.
(i.e. rápida descarga do condensado à temperatura próxima do vapor).
6. SELEÇÃO DE PURGADORES
Aplicações do Purgador de Vapor
Para Equipamentos Aquecidos a Vapor
Como o desempenho do equipamento de processo que utiliza vapor e equipamentos de aquecimento para
conforto (i.e. aquecedores de ar) estão diretamente ligados à produtividade e qualidade do produto, é
importante selecionar um purgador que ajude a encurtar o tempo de partida e não permita alagamento do
condensado dentro do equipamento, que pode vir a causar aquecimento desigual, baixa transferência de calor
e outros problemas similares. Purgadores que drenam o condensado de maneira contínua são normalmente
recomendados para tais aplicações.
Tais aplicações podem também sofrer estagnação da partida inicial devido ao ar deixado a partir do vapor
condensado. Como resultado, uma função de eliminação do ar é também requerido normalmente no purgador
para remover o ar e outros gases não condensáveis que estejam presos no equipamento e tubulações
próximas.
Também, alguns equipamentos aquecidos a vapor podem apresentar problemas a partir da válvula modular
de fornecimento do vapor (i.e. válvula de controle) que ajusta de acordo com a demanda do calor e
subsequentemente reduz a pressão do vapor distribuído a um nível abaixo da contrapressão. Quando este
fenômeno ocorre, o fluxo do condensado é "cessado (estol)", e um dispositivo de drenagem diferente será
necessário. Sob as condições de estol, uma bomba e purgador alimentado com uma pressão secundária
maior serão necessários para fornecer energia ao condensado de descarga através do purgador.
6. SELEÇÃO DE PURGADORES
Aplicações do Purgador de Vapor
Uma condição que ocorre quando o diferencial de pressão em um dispositivo de drenagem, como um
purgador, torna-se negativo e não permite mais a descarga do condensado através do dispositivo de dreno,
causando o alagamento no interior de um trocador, ao invés de drená-lo.
Estol está muitas vezes ligado a seguintes problemas:
Aquecedores rompidos
Golpe de aríete
Temperaturas de aquecimento desigual
Portanto, se um sistema de vapor está tendo qualquer um desses problemas, há uma grande probabilidade
de o Estol estar ocorrendo.
O QUE É ESTOL
6. SELEÇÃO DE PURGADORES
Aplicações do Purgador de Vapor
Para Traços de Vapor
Purgadores para traços de vapor possuem diferentes exigências porque eles são normalmente utilizados com
tubos de cobre (por causa da sua alta condutividade térmica) para aquecer e manter o fluxo dos fluidos
viscosos à temperatura abaixo de 100 °C (212 °F). Neste caso, requer-se um purgador que tenha sido
projetado contra bloqueios de precipitação de cobre e que possam utilizar eficientemente o calor sensível do
vapor/condensado
6. SELEÇÃO DE PURGADORES
Aplicações do Purgador de Vapor
Para Equipamentos Propulsores
Equipamento propulsor inclui todas turbinas utilizadas em compressor, bomba ou aplicações para gerador,
mas pode também incluir martelos ou rodas de vapor. Em cada aplicação motora, condensado deve ser
removido rapidamente na medida do possível para uma operação efetiva e segura, e não deve gerar
alagamentos dentro do equipamento para prevenir danos.
6. SELEÇÃO DE PURGADORES
Aplicações do Purgador de Vapor
6. SELEÇÃO DE PURGADORES
Aplicações do Purgador de Vapor
6. SELEÇÃO DE PURGADORES
Efeito das Condições de Operação nas Especificações do Purgador
Tubulações instaladas influenciam no tipo de conexão e às vezes no material de corpo do purgador, portanto
é importante ter a certeza de que o purgador selecionado atende às exigências das tubulações. Por exemplo,
um purgador pode ter uma conexão padronizada.
Adicionalmente, outros requerimentos incluem que a capacidade de descarga deve ser adequada para carga
máxima à mínima pressão diferencial sob todas as condições ambientais.
6. SELEÇÃO DE PURGADORES
Efeito das Condições de Operação nas Especificações do Purgador
Material do Corpo
Material de corpo do purgador é um dos primeiros itens a ser visto quando estiver selecionando um purgador.
O material é selecionado baseado em máxima temperatura e pressão de operação do local de descarga do
condensado (LDC), ambiente ao redor e requisitos para mínima manutenção / longa vida. O material deve
também atender teste de pressão e às pressões e temperaturas máximas da especificação e projeto da
tubulação.
Os materiais utilizados para o corpo do purgador de vapor, tampa e outras partes resistentes à pressão não
são diferentes daqueles utilizados em outros tipos de válvulas. Alguns exemplos são:
• Ferro Fundido Cinzento / Ferro Fundido Dúctil
• Aço Carbono
• Aço Inox
Purgadores de vapor em aço inox tem sido mais e mais popular recentemente porque estes são tipicamente
mais fáceis de manter e oferecer uma vida útil mais longa.
6. SELEÇÃO DE PURGADORES
Efeito das Condições de Operação nas Especificações do Purgador
Dimensionamento
Um grande número de usuários do vapor selecionam o tamanho do purgador de maneira inapropriada,
baseado na dimensão da tubulação existente. No entanto, a dimensão do purgador deve ser precisamente
ajustada na dimensão da tubulação do lado de saída do equipamentos.
Normalmente, recomenda-se o dimensionamento da tubulação do condensado no lado de descarga do
equipamento que fornece condensado para o purgador de vapor, de acordo com a tabela seguinte:
6. SELEÇÃO DE PURGADORES
Efeito das Condições de Operação nas Especificações do Purgador
Tipo de Conexão
Maioria dos usuários de vapor, geralmente solicitam purgadores de vapor com conexões tipo rosca,
solda de encaixe ou flange dependendo do padrão nacional, indústria ou normas e especificações da
empresa.
As conexões roscadas custam muito menos para instalar , se comparada às conexões flangeadas, mas
precisam ser rosqueadas durante a instalação, significando dizer que há necessidade de manter
desconectado(livre) a tubulação de saída ou necessita do uso de união para permitir a fácil reposição
do purgador. Em purgadores de vapor roscados, é importante que as roscas sigam os padrões oficiais
para ajudar a minimizar a pobre vedação nas conexões dos tubos.
6. SELEÇÃO DE PURGADORES
Efeito das Condições de Operação nas Especificações do Purgador
Tipo de Conexão
Purgadores com conexões de solda de encaixe são geralmente preferidos em algumas plantas para
limitar a quantia de vazamentos dos vapores, mas as conexões de solda de encaixe podem ser mais
difíceis de serem removidos durante a reposição, e podem também apresentar maior custo de
instalação ou manutenção. E ainda, algumas áreas podem apresentar falta de soldadores qualificados,
o que pode vir a reduzir a eficiência da reposição ou até mesmo de toda a instalação.
Purgadores com conexões flangeadas podem ser facilmente removidos e substituídos somente se o
novo purgador tiver exatamente a mesma dimensão e distância entre as conexões. É melhor exigir um
rigoroso dimensionamento entre as conexões, de acordo com o padrão do fabricante de purgador
quando especificar purgadores flangeados em novos projetos de construção.
6. SELEÇÃO DE PURGADORES
Capacidade da descarga necessária com Fator de Segurança
O que é Fator de Segurança?
O fator de segurança é um coeficiente utilizado quando for selecionar a capacidade de descarga
requerida para o purgador. Ele auxilia no fornecimento de uma faixa de folga para as instâncias em que
o volume do condensado exceder os valores calculados/previstos. A carga estimada do condensado
deve ser multiplicada pelo fator de segurança recomendado para a seleção do purgador.
A seguir, uma tabela que resume como o tipo de purgador afeta no fator de segurança:
6. SELEÇÃO DE PURGADORES
Capacidade da descarga necessária com Fator de Segurança
Pico da Carga do Condensado
A carga pico (ou máximo) do condensado no equipamento pode ser maior que a carga média por
várias razões. Equipamento frio durante a partida, por exemplo, gera cargas de condensado muito
maiores que a operação normal. A carga do condensado pode também aumentar bastante também
quando encontrar o produto frio em processos descontínuos e por perdas térmicas.
Para purgadores de vapor das linhas principais de vapor, sempre que um purgador entupir, o próximo
purgador da linha pode ter que drenar o condensado equivalente a duas localizações de descarga do
condensado (LDC).
6. SELEÇÃO DE PURGADORES
Capacidade da descarga necessária com Fator de Segurança
Valor Numérico do Fator de Segurança
Uma vez que a capacidade de descarga do condensado em folhas de especificação é calculada assumindo
descarga contínua, alguns tipos de purgadores que operam de maneira intermitente (liga/desliga), tais como
disco e balde invertido, podem necessitar do uso de fator de segurança maior para minimizar problemas entre
os dois ciclos.
Além disso, alguns fabricantes de purgadores possuem fator de segurança de recomendação maior que outros,
simplesmente para fornecer orifícios de tamanhos maiores para diminuir o bloqueio. Em comparação,
purgadores que descarregam o condensado continuamente, como os purgadores de boia livre, geralmente
requerem somente um fator de segurança de 1,5.
O fator de segurança pode também ajudar a compensar quando uma pressão diferencial insuficiente ao longo
do purgador estiver impedindo descarga do condensado, tais como quando há aumento da contrapressão.
É portanto, extremamente importante aplicar o fator de segurança recomendado pelo fabricante durante a
seleção do purgador de vapor e após o cálculo da carga da aplicação, tendo a certeza de que o tamanho do
purgador oferece a capacidade suficiente
6. SELEÇÃO DE PURGADORES
ANALISANDO UM DATASHEET DE UM PURGADOR
CATÁLOGO
7. FUGAS DE VAPOR
VAPOR VIVO X VAPOR FLASH
Vapor vivo é invisível, e quando um purgador estiver vazando, uma curta distância de espaço entre o tubo de
saída e o vapor visível tenderá a ser claro e relativamente mais veloz e forte. Se o vapor visto for de velocidade
menor e aparecer imediatamente após o tubo de saída, então é mais provável que seja o "vapor flash".
DIMENSIONAMENTO TUBULAÇÃO
1. EFEITOS DE SUB/SOBREDIMENSIONAMENTO
2. NORMAS E ESPESSURAS DE PAREDES
3. DIMENSIONAMENTO TUBOS PELO MÉTODO VELOCIDADE
4. DIMENSIONAMENTO TUBOS PELO MÉTODO PERDA DE CARGA
5. DIMENSIONAMENTO TUBOS EM LINHAS DE DISTRIBUIÇÃO LONGAS
Quando se escolhe o diâmetro da tubulação, existe uma tendência natural para nos guiarmos pelo diâmetro das
ligações do equipamento ao qual esta vai ser ligada. Se a tubulação for escolhida deste modo, o mais provável é não
conseguir atingir o caudal desejado. Podem ser utilizadas reduções concêntricas e excêntricas, dando assim à
tubulação a dimensão adequada. Em vapor é sempre recomendável o uso de reduções excêntricas.
As dimensões da tubulação podem ser escolhidas com base nos seguintes critérios:
• Velocidade do fluido
• Perda de carga
Em todo o caso devem sempre utilizar-se ambos os métodos, para assegurar que não são excedidos os
limites.
1. EFEITOS DE SUB/SOBREDIMENSIONAMENTO
Sobredimensionamento da tubulação significa:
• O custo da tubulação é superior ao necessário.
• Formar-se-á um maior volume de condensado devido à maior perda de calor.
• Vapor de qualidade inferior e menor transferência de calor devido ao grande volume de condensado
formado.
• Custo inicial da instalação mais elevado.
Num exemplo particular concluiu-se que o custo de instalar uma tubulação de 80 mm era 44% superior ao
custo de uma tubulação de 50 mm que tinha a dimensão adequada. A perda de calor com a tubulação
isolada era mais 21% na tubulação de 80 mm do que na de 50 mm. As partes sem isolamentos perderiam
mais 50% de calor na tubulação de 80 mm do que na de 50 mm. Isto é devido à área de superfície extra
existente.
1. EFEITOS DE SUB/SOBREDIMENSIONAMENTO
Subdimensionamento da tubulação significa:
• Velocidade excessiva do vapor e perda de carga, provocando pressão inferior à necessária no local de utilização.
• Quantidade de vapor inferior à necessária no local de utilização.
• Maior risco de erosão, golpe de aríete e ruído devido ao aumento da velocidade do vapor.
2. NORMAS E ESPESSURAS DE PAREDES
Uma das normas de tubulação, utilizada é a API e B.36.10, em que as tubagens são catalogadas em números
“schedule”.
Estes “schedules” traduzem gamas de pressão na tubagem e são onze, desde a mais ligeira de 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80,
100, 120, 140 a 160. Para tubos de diâmetro nominal inferior a 150 mm, a “schedule” 40 (chamado “schedule
standard”) é a mais ligeira especificada para linhas de vapor. Só as “schedules” 40 e 80 cobrem toda a gama de
diâmetro nominal 15 mm até 600 mm e são as mais usadas em instalações de vapor. Neste guia far-se-á referência à
schedule 80 (por vezes denominada “extra forte”).
Os tubos mais utilizados são de aço carbono de série reforçada (comprimento standard 6 m) para linhas de vapor e de
condensado.
3. DIMENSIONAMENTO TUBOS PELO MÉTODO VELOCIDADE
Se a tubulação for dimensionada com base na velocidade, então os cálculos são baseados no volume de vapor a ser
transportado em relação à área seccional da tubulação. Para a tubulação principal de vapor saturado seco, a
experiência mostra que a velocidade adequada se situa entre 25 - 40 m/s e deve ser tomada como velocidade máxima
acima da qual ocorrerá ruído e erosão, especialmente se o vapor é úmido.
Em linhas de alimentação mais longas é frequentemente necessário restringir a velocidade a 15m/s para evitar perdas
de carga.
3. DIMENSIONAMENTO TUBOS PELO MÉTODO VELOCIDADE
Utilizando a tabela abaixo como guia é possível selecionar o diâmetro da tubulação segundo a pressão, a velocidade e
o caudal de vapor.
3. DIMENSIONAMENTO TUBOS PELO MÉTODO VELOCIDADE
Em alternativa pode utilizar o método da tabela abaixo para calcular a dimensão da tubulação segundo a velocidade.
Este método funciona se dispuser dos seguintes elementos; Pressão, temperatura (se sobreaquecido), caudal e
velocidade do vapor. O exemplo abaixo ajuda a explicar como funciona este método.
Utilizando o exemplo dado acima, é necessário dimensionar uma tubagem para 5000 kg/h de vapor saturado a 7 bar
m e 170ºC. A velocidade máxima aceitável de vapor é 25 m/s.
4. DIMENSIONAMENTO TUBOS PELO MÉTODO PERDA DE CARGA
Por vezes é essencial que a pressão de vapor que alimenta um equipamento da instalação não caia abaixo de um
mínimo especificado, de modo a manter a temperatura, assegurando assim que os fatores de transferência de calor
da instalação são mantidos nas condições da vazão máxima. Neste caso deve-se dimensionar os tubos através do
método “ perda de carga”, partindo da pressão conhecida na origem e a pressão necessária no local de utilização.
Um método rápido de dimensionar a tubulação com base na perda de carga, é utilizar a tabela a seguir quando se
conhecem as seguintes variáveis: temperatura, pressão, caudal e perda de carga admissível
É necessário dimensionar uma
tubulação para 20000 kg/h de
vapor sobreaquecido, pressão a
15 bar m, a 300ºC e com perda
de carga de 1 bar/100m.
5. DIMENSIONAMENTO TUBOS EM LINHAS DE DISTRIBUIÇÃO MAIORES E LONGAS
Estas tubulações devem ser dimensionadas utilizando o método de perda de carga. Os cálculos geralmente
consideram altas pressões, grandes caudais e vapor sobreaquecido. O cálculo utiliza uma relação de pressão entre a
perda de carga total e as pressões de entrada, que são apresentados tabela a seguir:
É necessário dimensionar um tubo para 20
toneladas de vapor por hora a uma pressão de 14
bar m e 325ºC de temperatura. O comprimento
do tubo é de 300 metros e a queda de pressão
admissível para este comprimento é 0.675 bar.
Primeiro determine a relação de pressão:
R =
𝑄𝑢𝑒𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜
𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎
R =
0,675
15
R = 0,045
Ø = 200𝑚𝑚
3. DIMENSIONAMENTO TUBOS PELO MÉTODO VELOCIDADE
Em alternativa, o diâmetro da tubulação pode ser calculado através da fórmula matemática abaixo indicada. É
necessário definir as seguintes informações:
𝐶 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑚/𝑠
𝑣 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑚³/𝑘𝑔
Q= 𝑉𝑎𝑧ã𝑜 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑖𝑐𝑎 𝑘𝑔/𝑠
V= 𝑉𝑎𝑧ã𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 𝑚3
/𝑠 V= 𝑄 ∗ 𝑣
𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑎 𝑠𝑒çã𝑜 =
𝑉
𝐶
=
𝜋 ∗ 𝐷²
4
É necessário dimensionar uma tubagem para 5000
kg/h de vapor saturado seco a 7 bar m para uma
velocidade máxima de 25 m/s.
𝐶 = 25 𝑚/𝑠
𝑣 = 0.24𝑚³/𝑘𝑔 TABELA
Q=
5000
3600
= 1.389 𝑘𝑔/𝑠
V= 1,389 ∗ 0,24 = 0,333𝑚3
/𝑠
𝐴 =
0,333
25
=
𝜋 ∗ 𝐷²
4
0,333
25
=
𝜋 ∗ 𝐷²
4
𝐷 =
4 ∗ 0,333
𝜋 ∗ 25
= 0.130𝑚 = 130𝑚𝑚
INICIANDO UM PROJETO PRÁTICO REAL
1° PASSO – COLETE OU DETERMINE A PRESSÃO MÁXIMA DE OPERAÇÃO
COLETE
• Pressão de Operação
Ex.: O cliente informou que o equipamento
que solicita maior pressão é 8Barg
𝑃𝑂𝑚𝑎𝑥
= 8𝑏𝑎𝑟𝑔
Quando a aplicação do vapor é destinada para
aquecimento, solicite a temperatura do processo, com ela
será possível encontrar a Pressão utilizando uma tabela
de Vapor Saturado
𝑇𝑂𝑚𝑎𝑥
= 174,5°𝐶
INICIANDO UM PROJETO PRÁTICO REAL
DETERMINE
• Pressão de Operação
Nota: Solicite ao Cliente a lista de equipamentos
que serão alimentados por vapor com seus
respectivos datasheet, é recomendável que um
responsável técnico visite o cliente quando o cliente
não se dispõe de dados técnicos do equipamento
como no caso de equipamentos usados/antigos.
Quando a aplicação do vapor é destinada para
aquecimento, solicite a temperatura do processo,
com ela será possível encontrar a Pressão. Utilize
uma tabela de Vapor Saturado
TABELA VAPOR
Exemplo: O cliente informou ou você identificou no datasheet
que a maior temperatura entre todos os processos é 174°C
Logo, a pressão que corresponde a
esta temperatura é 8barg
𝑃𝑂𝑚𝑎𝑥
= 8𝑏𝑎𝑟𝑔 𝑇𝑂𝑚𝑎𝑥
= 174,5°𝐶
1° PASSO – COLETE OU DETERMINE A PRESSÃO MÁXIMA DE OPERAÇÃO
EQUIPAMENTO
TEMPERATURA DE
PROCESSO ( °C)
Prensa 1 174,5
Prensa 2 174,5
Prensa 3 174,5
Prensa 4 174,5
Prensa 5 160
Prensa 6 160
Prensa 7 174,5
Prensa 8 174,5
Prensa 9 174,5
Prensa 10 174,5
PROJETO PRÁTICO REAL
COLETE
Nota: Solicite ao Cliente datasheet que informe os
consumos relativos a cada equipamento
2° PASSO – COLETE OU DETERMINE A DEMANDA DE VAPOR DE PARTIDA E REGIME
Exemplo: O cliente enviou a seguinte tabela.
EQUIPAMENTO
CONSUMO KG/HORA
(Partida)
CONSUMO KG/HORA
(Regime)
Prensa 1 120 50
Prensa 2 120 50
Prensa 3 120 50
Prensa 4 300 130
Prensa 5 75 40
Prensa 6 75 40
Prensa 7 144 60
Prensa 8 200 90
Prensa 9 200 90
Prensa 10 160 70
TOTAL 1514 670
Em alguns casos é aplicável o fator de simultaneidade, tome
cuidado ao defini-lo. O fator de simultaneidade é o
percentual de demanda máxima de vapor de um conjunto
de equipamentos demandada ao mesmo tempo.
A demanda de vapor do projeto deve sempre ser flexível
a expansões sempre que viável.
PROJETO PRÁTICO REAL
DETERMINE
Nota: Em alguns casos, o cliente pode não saber
informar a demanda de partida ou até mesmo a de
regime, nesses casos é necessário um
dimensionamento térmico de consumo para o processo.
Nesses casos é necessário calcular o consumo do
processo e de partida do equipamento.
Os procedimentos de cálculo para máquinas
térmicas são exibidos em nosso curso de
PROJETOS DE TERMODINÂMICA INDUSTRIAL.
2° PASSO – COLETE OU DETERMINE A DEMANDA DE VAPOR DE PARTIDA E REGIME
PROJETO PRÁTICO REAL
SOLICITE
Para definir o diâmetro da tubulação é necessário que
tenha em mãos dados de comprimento de tubulação,
perdas de cargas localizadas por válvulas, filtros e
separadores.
3° PASSO – SOLICITE PLANTA LAYOUT DOS EQUIPAMENTOS/FAÇA VISITA
Com base na planta recebida e visita técnica nas
instalações do cliente determine o comprimento da
linha principal
𝑙𝑚𝑎𝑥 = 200𝑚
PROJETO PRÁTICO REAL
SOLICITE
Desenvolva o Layout baseado no layout de
equipamentos e dados coletados na visita
4° PASSO – DESENVOLVA O LAYOUT DA TUBULAÇÃO
PROJETO PRÁTICO REAL
CALCULE
5° PASSO – CALCULE O DIAMETRO DA TUBULAÇÃO (Vel.)
𝑑 =
4 ∗ 𝑚𝑠 ∗ 𝑉
𝜋 ∗ 3600 ∗ 𝑣
• Ms=Vazão de Vapor = Kg/h
• d= diâmetro interno do tubo = m
• v= velocidade de escoamento (15,25,40) = m/s
• V = Volume específico = m³/kg
PROJETO PRÁTICO REAL
CALCULE
6° PASSO – PADRONIZAR DIAMETRO DA TUBULAÇÃO
𝑑 =
4 ∗ 𝑚𝑠 ∗ 𝑉
𝜋 ∗ 3600 ∗ 𝑣
• Ms=Vazão de Vapor = Kg/h
• d= diâmetro interno do tubo = m
• v= velocidade de escoamento (15,25,40) = m/s
• V = Volume específico = m³/kg
TABELA
PROJETO PRÁTICO REAL
CALCULE
7° PASSO – RECALCULE A VELOCIDADE
𝑣 =
4 ∗ 𝑚𝑠 ∗ 𝑉
𝜋 ∗ 3600 ∗ 𝑑²
• Ms=Vazão de Vapor = Kg/h
• d= diâmetro interno do tubo = m
• V = Volume específico = m³/kg
PROJETO PRÁTICO REAL
CALCULE
8° PASSO – CALCULE O NÚMERO DE REYNOLDS
Re=
𝑑∗𝑣
𝑢′
• d= diâmetro interno do tubo = m
• v= velocidade de escoamento = m/s
• U’ = Viscosidade Cinemática do vapor (Tx) = N.s/m²
PROJETO PRÁTICO REAL
9° PASSO – DETERMINE O GRAU DE RUGOSIDADE
TABELA
PROJETO PRÁTICO REAL
10° PASSO – DETERMINE O FATOR DE ATRITO
ÁBACO
UTILIZE O ÁBACO DE MOODY
PROJETO PRÁTICO REAL
CALCULE
11° PASSO – CALCULE A QUEDA DE PRESSÃO DA TUBULAÇÃO (∆P)
∆P =
𝑓 ∗ 𝑙 ∗ 𝑣²
2 ∗ 𝑑 ∗ 𝑉
• d= diâmetro interno do tubo = cm
• f=fator de atrito
• v= velocidade de = m/s
• ∆P = Queda de pressão = Pa
• V = Volume específico = m³/kg
• L= Comprimento = m
PROJETO PRÁTICO REAL
12° PASSO – SELECIONE O ISOLAMENTO PARA A TUBULAÇÃO
Selecione a espessura do Isolamento em função do diâmetro nominal.
PROJETO PRÁTICO REAL
12° PASSO – SELECIONE O ISOLAMENTO PARA A TUBULAÇÃO
Selecione a espessura do Isolamento em função do diâmetro nominal.
http://www.isar.com.br
PROJETO PRÁTICO REAL
12° PASSO – SELECIONE O ISOLAMENTO PARA A TUBULAÇÃO
Selecione a espessura do Isolamento em função do diâmetro nominal.
http://www.neotermica.com.br
PROJETO PRÁTICO REAL
13° PASSO – DEFINA A TAXA DE EMISSÃO DE CALOR (qe)
PROJETO PRÁTICO REAL
14° PASSO – DEFINA O FATOR DE ISOLAMENTO (f)
PROJETO PRÁTICO REAL
15° PASSO – DEFINA O FATOR DE ISOLAMENTO (fe)
PROJETO PRÁTICO REAL
16° PASSO – CALCULE O CONDENSADO GERADO POR PERDAS NO ISOLAMENTO
Qp =
3,6 ∗ 𝑞𝑒 ∗ 𝐿 ∗ 𝑓
𝐶𝐿
∗ 𝑓𝑒
• qe= taxa de emissão = W/m
• L = comprimento da tubulação = m
• F= Fator de isolamento
• Fe= fator de emissão
• Cl= calor latente = KJ/KG
• Qp= Vazão de Condensado= Kg/h
PROJETO PRÁTICO REAL
CALCULE
17° PASSO – CALCULE O PESO DA TUBULAÇÃO
Pt = 𝑃𝑙 ∗ 𝑙
• L= Comprimento = m
• PL= Peso linear= kg/m
• Pt= Peso = kg
TABELA
PROJETO PRÁTICO REAL
CALCULE
18° PASSO – CALCULE O CONDENSADO GERADO NA PARTIDA
Qp =
60 ∗ 𝑃𝑡 ∗ 𝑇𝑓 − 𝑇𝑖 ∗ 𝑐
𝐶𝐿 ∗ 𝑡
• Pt= peso do tubo = Kg
• Tf= Temperatura máxima do vapor = °C
• Ti= Temperatura inicial do tubo = °C
• C= calor específico do material do tubo = KJ/kg.°C
• Cl= calor latente em KJ/KG
• t= tempo desejado aquecimento de toda tubulação
• Qp= quantidade de condensado formado = Kg/h
Calor específico do aço 0,49 KJ/kg.°C
PROJETO PRÁTICO REAL
19° PASSO – REVISE OS DIMENSIONAMENTOS DE DIÂMETRO DA TUBULAÇÃO E ISOLAMENTO
Adicione a carga de condensado a demanda de vapor dos equipamentos
20° PASSO – REVISE O DIMENSIONAMENTO DA QUANTIDADE DE CONDENSADO TUBOS
Caso houver alteração no diâmetro do tubo no passo anterior, recalcule o descarga de condensado
gerado
PROJETO PRÁTICO REAL
21° PASSO – DEFINIR VAZÃO TOTAL DE CONDENSADO DE PARTIDA
Q = 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜 𝐺𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑒𝑙𝑜 𝐸𝑞𝑢𝑖𝑝𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 + 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜 𝐺𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝐴𝑞𝑢𝑒𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑇𝑢𝑏𝑢𝑙𝑎çã𝑜 𝑒 𝐴𝑐𝑒𝑠𝑠ó𝑟𝑖𝑜𝑠 + 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜 𝐺𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠 𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎𝑠
PROJETO PRÁTICO REAL
22° PASSO – DEFINIR INCLINAÇÃO DA TUBULAÇÃO
𝑯 =
1
100
∗ 𝐿
• H= Altura da inclinação = m
• L= Comprimento da tubulação = m
PROJETO PRÁTICO REAL
23° PASSO – DEFINIR DIAMETRO DAS BOTAS
PROJETO PRÁTICO REAL
24° PASSO – DIMENSIONAR SEPARADORES
CATÁLOGO
PROJETO PRÁTICO REAL
25° PASSO – DIMENSIONAR PURGADORES
CATÁLOGO
PROJETO PRÁTICO REAL
26° PASSO – SELECIONAR FILTROS
CATÁLOGO
PROJETO PRÁTICO REAL
27° PASSO – SELECIONAR JUNTAS DE EXPANSÃO
CATÁLOGO
http://www.dinatecnica.com.br
PROJETO PRÁTICO REAL
28° PASSO – SELECIONAR SUPORTES DE TUBULAÇÃO E DETERMINAR ESPAÇAMENTO
CATÁLOGO
http://www.dinatecnica.com.br

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  • 1. PROJETOS DE REDE DE VAPOR
  • 3. O vapor d’água é a água no estado gasoso proveniente do aquecimento a uma determinada pressão e temperatura. A pressão sob a qual a água se vaporiza a uma dada pressão chama-se pressão de vapor da água para tal temperatura. Se o vapor for produzido sob pressão atmosférica normal, sua temperatura será 100°C sua pressão será 1 atmosfera barométrica(atm) igual a 760 mm Hg ou 14,7 PSI VAPOR
  • 4. O vapor d’água pode se apresentar sob a forma de vapor saturado e de vapor superaquecido VAPOR SATURADO designado simplesmente por vapor, é produzido em contato com a agua e por isso contem sempre alguma quantidade de partículas de agua, se este vapor não tivesse nenhuma partícula d’água seria denominado como vapor saturado seco. Esse vapor é ideal. Na realidade o vapor contem certa quantidade de água não vaporizada e por isso é chamado de vapor saturado úmido. Deve se preocupar sempre que possível o vapor seco, inclusive as tabelas de vapor se referem como vapor seco. TIPOS DE VAPOR
  • 5. VAPOR SUPERAQUECIDO Resultante do superaquecimento do vapor saturado tornando-se seco e isto ocorre a uma temperatura mais elevada do que a do vapor saturado. Não existe uma relação entre vapor pressão e temperatura para vapores superaquecidos. TIPOS DE VAPOR O vapor empregado para fins de aquecimento é o vapor saturado que o designaremos simplesmente por VAPOR O vapor superaquecido é utilizado em turbinas de centrais de geradoras.
  • 6. PRESSÃO: A pressão é utilizada quando se abordam líquidos e gases, já que para sólidos se utiliza o termo tensão = FORÇA / ÁREA PRESSÃO ABSOLUTA É a soma das pressões atmosférica e manométrica É a pressão que lemos nos Manômetros PRESSÃO MANOMÉTRICA OU RELATIVA PRESSÃO
  • 7. CALOR SENSÍVEL X LATENTE Calor Sensível é a energia necessária para o aumento da temperatura a uma dada pressão sem modificar o estado físico. Calor Latente é a energia necessária para o modificar o estado físico a uma dada pressão sem alterar a temperatura.
  • 8. CONSTITUIÇÃO DE UM SISTEMA DE PRODUÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR
  • 9. CONSTITUIÇÃO DE UM SISTEMA DE PRODUÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR Podemos considerar um sistema de vapor como constituído das seguintes partes: a) Tubulações de Vapor e Distribuição; b) Purgadores, eliminadores de ar, válvulas de segurança, bombas de condensado, filtros e válvulas; c) Estações de redução de pressão; d) Elementos de aquecimento; e) Caldeira e Equipamentos periféricos;
  • 10. CONSTITUIÇÃO DE UM SISTEMA DE PRODUÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR Esquema de uma instalação de Vapor
  • 12. TUBULAÇÕES DE VAPOR As tubulações de vapor devem ser consideradas segundo os aspectos seguintes a) Capacidade de permitir o escoamento do vapor com perda de carga e velocidade aceitáveis b) Possibilidade de expandir e retrair sob efeito da variação térmica, ou seja, flexibilidade de modo a não ocorrer tensões inadmissíveis para os tubos, peças, válvulas, suporte e ancoragens. c) Resistência aos esforços devidos à pressão interna, ao peso próprio do tubo e seu carregamento, às tensões devidas às variações térmicas e ao traçado geométrico da linha.
  • 13. TUBULAÇÕES DE VAPOR DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS Os diâmetros comerciais dos tubos de aço carbono e aços-liga estão definidos pela norma americana ANSI B36.10, e para tubos inoxidáveis pela norma ANSI B36.19. Essas normas abrangem os tubos fabricados por qualquer um dos processos usuais de fabricação. Todos esses tubos são designados por um numero chamado “Diâmetro nominal IPS”. A norma ANSI B 36.10 abrange tubos com diâmetros nominais de 1/8” até 6” e a norma ANSI B 36.19 abrange tubos de 1/8” até 12”. De 1/8” até 12” o diâmetro nominal não corresponde a nenhuma dimensão física dos tubos. De 14” até 36” o diâmetro nominal coincide com o diâmetro externo dos tubos. Para cada diâmetro nominal fabricam-se tubos com varias espessuras de parede denominada séries (schedule). Entretanto, para cada diâmetro nominal, o diâmetro externo é sempre o mesmo variando apenas o diâmetro interno. TUBO 1”
  • 14. TUBULAÇÕES DE VAPOR ESPESSURA PAREDE DE TUBOS Pela norma ANSI.B.36.10, foram adotadas as “séries” SCHEDULE NUMBER para designar a espessura dos tubos. O numero de serie é obtido aproximadamente pela expressão: 𝑆é𝑟𝑖𝑒 = 1000 ∗ 𝑃 𝑆 Em que P = pressão em Psig; S= tensão admissível do material em Psi. A norma padronizou as séries 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 e 160, sendo que, para a maioria dos diâmetros nominais, apenas algumas dessas espessuras são fabricadas. A série 40 é comumente utilizada. TIPOS DE EXTREMIDADE DE TUBO
  • 15. TUBULAÇÕES DE VAPOR A Tabela a seguir mostra os materiais que podem ser recomendados de acordo com a temperatura máxima do vapor. CARACTERISTICAS IMPORTANTES SOBRE TUBULAÇÕES DE VAPOR
  • 16. TUBULAÇÕES DE VAPOR CARACTERISTICAS IMPORTANTES SOBRE TUBULAÇÕES DE VAPOR Em todos os tubos de aço (qualquer tipo), são ligados com solda de topo para diâmetros de 2” ou maiores. As válvulas de aço são de construção forjada com extremidades para solda de encaixe para diâmetros até 1 ½”, e fundidas, com extremidades flangeadas ou solda de topo, em diâmetros maiores. Para pressões muito altas de vapor (acima de 40 kg/cm²), convém que sejam adotados limites de temperatura mais baixos do que os mostrados na tabela, devido à elevada solicitação mecânica sobre o material. Nas tubulações para vapor, as válvulas de bloqueio de diâmetro até 8” costumam ser válvulas de globo; para diâmetros maiores usam se válvulas de gaveta. É ideal que todas as válvulas de gaveta sejam no tipo com haste ascendente e rosca externa, embora esse requisito seja exigido pela norma ASME B.31.1 para válvulas de diâmetro de 3”, ou maior e de classe de pressão 600#, ou acima. Essa mesma norma exige também que as válvulas de gaveta de classe de pressão 400#, ou acima, tenham tubo de contorno (by-pass), integral com válvula. Em quaisquer tubulação para vapor é muito importante a perfeita e completa drenagem do condensado formado, para isso utilize purgadores. Todos os flanges devem ser sempre do mesmo material dos tubos, e dois tipos “de pescoço”, ou de “de anel”, com face de ressalto para as classes de pressão 150# ou 400#, e com face para junta de anel, para classes de pressão 600# ou acima. As conexões de tubulação devem ser para solda de encaixe até 1 ½” e para solda de topo, em diâmetros maiores; em qualquer caso devem ser sempre do mesmo material dos tubos. Todas as tubulações de vapor devem ter isolamento térmico.
  • 17. CONCEITOS IMPORTANTES 1. DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR 2. NOÇÕES BÁSICAS DE SISTEMAS DE VAPOR
  • 19. 2. NOÇÕES BÁSICAS DE SISTEMAS DE VAPOR
  • 20. 2. NOÇÕES BÁSICAS DE SISTEMAS DE VAPOR O vapor gerado na caldeira tem de ser transportado através da tubagem até ao ponto onde a sua energia é necessária. Inicialmente existirão uma ou mais tubagens principais ou coletores de vapor que transportam o vapor desde a caldeira na direção da instalação de utilização. Tubagens secundárias de menor diâmetro levarão depois o vapor até aos equipamentos individualmente. Quando a válvula de seccionamento da caldeira (da saída de vapor da caldeira) está aberta, o vapor passa imediatamente da caldeira para as tubagens principais. No início a tubagem está fria e o calor é lhe transferido pelo vapor. O ar que rodeia a tubagem está mais frio que o vapor, e por isso a tubagem começará a perder calor para o ar. À medida que o vapor vai fluindo num ambiente mais frio vai começar imediatamente a condensar. No arranque do sistema a quantidade de condensado será maior pois o vapor será utilizado para aquecer a tubagem fria - a isto chama-se “consumo de arranque”. Após a tubagem estar quente continuará a ocorrer condensação pois a tubagem continua a perder calor para o ar circundante - a isto chama-se “consumo em regime”.
  • 21. 2. NOÇÕES BÁSICAS DE SISTEMAS DE VAPOR O condensado daí resultante cai por gravidade para a parte inferior da tubagem e é arrastado juntamente com o vapor, até aos pontos mais baixos da instalação. As tubagens de distribuição devem ter uma inclinação descendente no sentido do fluxo de vapor. O condensado terá então de ser drenado nos pontos mais baixos da tubagem. Quando abrimos a válvula de uma tubagem que alimenta um setor da instalação, o fluxo de vapor proveniente do sistema de distribuição entra na instalação e volta a estar em contato com superfícies mais frias. O vapor utiliza então a sua energia para aquecer o equipamento (consumo de arranque) e continua a transferir calor ao processo (consumo em regime) até se transformar em água (condensado). A este consumo está associado um fluxo de vapor e para manter este fornecimento tem de ser produzido mais vapor. É pois necessário mais combustível para alimentar a caldeira e mais água a ser bombeada para repor a água que entretanto foi evaporada. Tanto o condensado formado na tubagem de distribuição como nos equipamentos de processo são água quente que deve ser reutilizada para alimentar a caldeira. Embora seja importante remover este condensado do vapor seria um desperdício não o aproveitar. O circuito básico de vapor só está completo quando se faz o retorno de todo o condensado ao tanque de alimentação da caldeira.
  • 22. PRESSÃO DE OPERAÇÃO 1. DETERMINANDO PRESSÃO DE OPERAÇÃO 2. REDUÇÃO DE PRESSÃO
  • 23. 1. DETERMINANDO PRESSÃO DE OPERAÇÃO A pressão à qual o vapor deve ser distribuído é parcialmente determinada pelo ponto de utilização que necessita da pressão mais elevada na instalação. Lembre-se que à medida que o vapor passa pela tubagem perderá alguma pressão devido à resistência para fluir e à condensação proveniente da perda de calor pelo contato com a tubagem. Daí que deve considerar esta perda de carga quando determinar inicialmente a pressão de distribuição. A produção e distribuição de vapor a alta pressão tem as seguintes vantagens: • É necessária tubulação de menor diâmetro. Superfícies menores representam menor perda de calor (energia). • Custos mais baixos no sistema de alimentação por exemplo, em material como a tubulação, flanges, suportes e montagem. • Menores custos em isolamento. • Vapor mais seco no local de utilização devido ao efeito de secagem quando se reduz a pressão. • A capacidade de armazenamento de calor da caldeira é maior, ajudando a enfrentar mais eficientemente as variações de carga, reduzindo o risco de arrastamento de água nos picos de consumo.
  • 24. 1. DETERMINANDO PRESSÃO DE OPERAÇÃO O vapor a alta pressão ocupa menos volume por quilograma que o vapor a mais baixa pressão.
  • 25. 1. DETERMINANDO PRESSÃO DE OPERAÇÃO Com uma distribuição a alta pressão, é necessário reduzir a pressão do vapor em cada zona ou local de utilização para corresponder à pressão necessária pela aplicação. Note que produzir vapor a pressões exageradamente altas significa custos de operação mais altos. É sempre conveniente comparar os custos relativos do aumento da pressão até ao máximo necessário Por exemplo, se apenas necessita de vapor a 4 bar m, o projetista deve comparar as várias vantagens de distribuir o vapor a esta pressão e a uma mais elevada. Se se verificar que, neste caso é perfeitamente viável distribuir o vapor a 4 bar m, deve ser esta a pressão para a qual a caldeira deve ser fabricada. Infelizmente e em geral as caldeiras não são fabricadas à medida. Neste caso, será necessário procurar uma caldeira que esteja na banda de pressão imediatamente acima. Embora seja tentador operar a caldeira a uma pressão inferior, deve ter em conta que ela não foi concebida para essas condições e quando precisar de toda a potência vai necessariamente ter vapor de má qualidade
  • 26. 2. REDUÇÃO DE PRESSÃO
  • 27. ALIMENTAÇÃO DE VAPOR E DRENAGEM 1. DRENAGEM 2. GOLPES DE ARIETE 3. TUBULAÇÕES SECUNDÁRIAS 4. SELEÇÃO SEPARADORES DE VAPOR 5. FILTROS 6. SELEÇÃO DO PURGADOR 7. FUGAS DE VAPOR
  • 28. Em qualquer sistema de distribuição de vapor uma parte do vapor irá condensar devido às perdas por radiação. Por exemplo, uma tubulação de DN100 com 30 m, bem isolada, transportando vapor a 7 bar, com temperatura ambiente de 10ºC, condensará aproximadamente 16 kg de vapor por hora. Isto é provavelmente menos de 1% da capacidade da tubulação, no entanto, significa que após uma hora a tubulação terá não somente vapor, mas também 16 litros de água e aumentará progressivamente. Daí que seja necessário tomar providências para retirar esse condensado da tubulação. Se isto não for feito, ocorrerão problemas tais como corrosão e martelos de água os quais abordaremos mais adiante. Para além disso, o vapor tornar-se-á úmido e arrastará gotas de água, reduzindo assim o seu potencial de transferência de calor. Em condições extremas, se a água não for retirada, a área seccional total da tubagem fica reduzida, aumentando assim a velocidade do vapor acima dos limites recomendados. 1. DRENAGEM
  • 29. O papel das linhas de distribuições do vapor é fornecer de uma maneira confiável o vapor de mais alta qualidade para os equipamentos que utilizam o vapor. Para atingir isto, o condensado deve ser removido rapidamente e eficientemente através dos purgadores de vapor instalados em locais de descarga do condensado No entanto, os purgadores de vapor não podem simplesmente serem instalados de qualquer maneira e serem esquecidos. Existem certas diretrizes a serem seguidas quando estiver instalando-os nas linhas de vapor. Para certificar-se de que os purgadores de vapor operam adequadamente, os métodos de instalações devem ser cuidadosamente respeitados e locais de instalações escolhidos com cuidado. 1. DRENAGEM
  • 30. Normalmente, o fluxo de vapor é mais rápido nas tubulações de distribuição do que em máquinas e pode alcançar velocidades acima de 30 m/s (100 pés/s). Nestas velocidades, quando a área da seção transversal de um cano é completamente preenchido pela água, projéteis de condensado podem ser carregados através da tubulação a alta velocidade causando o golpe de aríete, o qual pode causar danos às pessoas bem como às tubulações, válvulas e equipamento. As altas velocidades do fluxo nas linhas de vapor devem portanto, também serem levadas em conta durante as decisões referentes à localização e projeto das instalações do purgador. 1. DRENAGEM
  • 31. As quatro "Melhores Práticas" seguintes são orientações para auxiliar na garantia da descarga suave do condensado em linhas de vapor para prevenir a ocorrência de problemas típicos de vapor, tais como golpe de aríete e bloqueio por ar. Melhor Prática 1: Escolha Cuidadosa das Localizações do Purgador Mesmo nos casos onde a tubulação de distribuição do vapor corre em linha reta, os purgadores de vapor devem sempre serem instalados ao menos a cada 30 a 50 metros (100 a 160 pés), e na parte inferior de subidas ou descidas da tubulação. Cuidado especial deve também ser levado em conta para instalar purgadores de vapor em locais onde há chance de formar poça do condensado, para que o condensado não feche a área seccional de corte do tubo, podendo este, causar a propulsão do condensado à velocidade altamente elevada. Purgadores de vapor devem ser instalados nas seguintes situações: 1. DRENAGEM
  • 32. Purgadores de vapor devem ser instalados nas seguintes situações: 1. DRENAGEM
  • 33. Purgadores de vapor devem ser instalados nas seguintes situações: Um purgador de vapor deve ser instalado imediatamente antes das válvulas redutoras de pressão/controle para prevenir o acúmulo do condensado quando a válvula estiver fechada. O purgador também ajuda a reduzir erosão do assento da válvula ocasionado pelo condensado. Da mesma maneira, purgadores também são geralmente instalados entre duas válvulas redutoras de pressão, em forma de série, para remover o condensado preso entre as válvulas durante a operação ou desligamento. 1. DRENAGEM
  • 34. Purgadores de vapor devem ser instalados nas seguintes situações: Um purgador de vapor deve ser instalado na frente das válvulas fechadas por longos períodos de tempo para ajudar a eliminar a poça de condensado, que de outra maneira poderia ser propelida à alta velocidade duto abaixo quando a válvula manual for aberta. Da mesma maneira, um purgador de vapor é necessário no final da tubulação (fim da tubulação principal) para ajudar a drenar o sistema para uma operação segura e efetiva. 1. DRENAGEM
  • 35. Purgadores de vapor devem ser instalados nas seguintes situações: Um purgador de vapor deve ser instalado na parte inferior das seções de tubulação vertical porque a decolagem vertical pode ajudar o condensado não-arrastado e acumulado a mudar de sentido devido à gravidade. 1. DRENAGEM
  • 36. Melhor Prática 2: Fornecer Apoio Ideal e Tubulação de Vapor Inclinado Se suportes para tubulações (e.g. ganchos para tubo) forem instalados de maneira muito distante, a tubulação pode defletir devido ao seu próprio peso. Este tipo de problema pode causar alagamento do condensado em locais não desejados, mesmo se a tubulação for instalada sob leve inclinação. Portanto, é importante para ambos: •Instalar suporte de tubulação em intervalos apropriados, e •Instalar tubulação sob uma taxa de inclinação não inferior a 1/100. 1. DRENAGEM
  • 37. Melhor Prática 2: Fornecer Apoio Ideal e Tubulação de Vapor Inclinado 1. DRENAGEM
  • 38. Melhor Prática 2: Fornecer Apoio Ideal e Tubulação de Vapor Inclinado 1. DRENAGEM
  • 39. Melhor Prática 2: Fornecer Apoio Ideal e Tubulação de Vapor Inclinado 1. DRENAGEM
  • 40. Melhor Prática 3: Atenção para a Configuração da Perna de Dreno (Bota de condensado) As dimensões das conexões em aplicações que não estejam voltadas para aquecimentos ou para processos, geralmente variam entre 15 mm (1/2 polegada) e 25 mm (1 polegada). Em alguns casos, tubulação com mesmo diâmetro do purgador de vapor é utilizado para conectar diretamente o purgador na linha de vapor. No entanto, esta prática não é recomendável em maioria dos casos porque se a linha de vapor for significativamente maior em diâmetro, então é possível que o condensado que flui rapidamente, não consiga entrar facilmente em pequenas aberturas, ultrapassando as pernas de coletas na maioria das vezes. Ao invés disso, uma tubulação maior, com dimensionamento adequado, chamado perna de dreno (perna de dreno ou bota de condensado) é normalmente instalado para auxiliar na realização da remoção eficiente e efetiva do condensado 1. DRENAGEM
  • 41. Melhor Prática 3: Atenção para a Configuração da Perna de Dreno (Bota de condensado) Indicações de amostras para dimensões da perna de dreno estão disponíveis na tabela abaixo. Também, as conexões entre as tubulações e pernas de dreno devem ser instaladas em torno de 50 a 100 mm (2 a 4 polegadas) a partir da base da perna de dreno para ajudar na prevenção de entrada de sujeiras e detritos no purgador de vapor a partir do condensado. Neste tipo de configuração, geralmente uma válvula de sopro é instalada na tampa de proteção da perna, para permitir a remoção de sujeiras. 1. DRENAGEM
  • 42. Melhor Prática 3: Atenção para a Configuração da Perna de Dreno (Bota de condensado) Indicações de amostras para dimensões da perna de dreno estão disponíveis na tabela abaixo. Também, as conexões entre as tubulações e pernas de dreno devem ser instaladas em torno de 50 a 100 mm (2 a 4 polegadas) a partir da base da perna de dreno para ajudar na prevenção de entrada de sujeiras e detritos no purgador de vapor a partir do condensado. Neste tipo de configuração, geralmente uma válvula de sopro é instalada na tampa de proteção da perna, para permitir a remoção de sujeiras. 1. DRENAGEM
  • 43. Melhor Prática 3: Atenção para a Configuração da Perna de Dreno (Bota de condensado) Ao dimensionar uma perna de dreno, deve-se dimensionar com volume suficiente para a porção de acúmulo de sujeira, e também para a porção de suporte entre os ciclos. As pernas de dreno podem ser especialmente importante em operações de início da operação onde a liberação de sujeiras vindas do condensado formado pelo aquecimento das tubulações ou condensado liberado através das válvulas previamente fechadas podem ser experimentados. 1. DRENAGEM
  • 44. Melhor Prática 3: Atenção para a Configuração da Perna de Dreno (Bota de condensado) Ao dimensionar uma perna de dreno, deve-se dimensionar com volume suficiente para a porção de acúmulo de sujeira, e também para a porção de suporte entre os ciclos. As pernas de dreno podem ser especialmente importante em operações de início da operação onde a liberação de sujeiras vindas do condensado formado pelo aquecimento das tubulações ou condensado liberado através das válvulas previamente fechadas podem ser experimentados. 1. DRENAGEM
  • 45. Melhor Prática 4: Remoção Adequado de Ar e Condensado no Final da Linha de Vapor No final das linhas de distribuição do vapor, é importante remover o ar que se encontra inicialmente presente nas tubulações durante o início da operação. 1. DRENAGEM
  • 46. Melhor Prática 4: Remoção Adequado de Ar e Condensado no Final da Linha de Vapor Também, é extremamente importante instalar uma perna de dreno para a drenagem do condensado no final das linhas de vapor , bem como no final de outras seções da linha principal de distribuição de vapor. 1. DRENAGEM
  • 47. 1. DRENAGEM Melhor Prática 4: Remoção Adequado de Ar e Condensado no Final da Linha de Vapor Também, é extremamente importante instalar uma perna de dreno para a drenagem do condensado no final das linhas de vapor , bem como no final de outras seções da linha principal de distribuição de vapor.
  • 48. 2. GOLPES DE ARIETE Podem ocorrer golpes de aríete quando o condensado é arrastado com o vapor pela tubulação em vez de ser drenado os pontos baixos e é subitamente parado pelo impacto num obstáculo no sistema. A formação de gotas de condensado ao longo da tubulação pode eventualmente formar uma bala “compacta” que será arrastada à velocidade do vapor através da tubagem e pode atingir os 30 m/s ou mais. Esta bala de água é densa e incompressível e ao movimentar- se a alta velocidade possui uma quantidade considerável e energia cinética.
  • 49. 2. GOLPES DE ARIETE Quando há um obstáculo, possivelmente uma curva ou “T” a energia cinética da água converte-se em pressão e ocorre um choque de pressão no obstáculo. (As leis da termodinâmica estabelecem que a energia não pode ser criada ou destruída, mas simplesmente convertida numa forma diferente). Geralmente ocorre um golpe ruidoso e possível movimento da tubulação. Em muitos casos o acessório ou válvula pode fratura-se com efeitos de explosão, com a consequente perda de vapor vivo através da fratura, provocando uma situação perigosa. Os golpes de aríete ocorrem geralmente nos pontos mais baixos da tubulação tais como: • Pontos baixos. • Utilização incorreta de reduções concêntricas e filtros. Por este motivo é preferível instalar filtros com a rede na posição horizontal. • Drenagem inadequada das linhas de vapor.
  • 50. 2. GOLPES DE ARIETE Quando há um obstáculo, possivelmente uma curva ou “T” a energia cinética da água converte-se em pressão e ocorre um choque de pressão no obstáculo. (As leis da termodinâmica estabelecem que a energia não pode ser criada ou destruída, mas simplesmente convertida numa forma diferente). Geralmente ocorre um golpe ruidoso e possível movimento da tubulação. Em muitos casos o acessório ou válvula pode fratura-se com efeitos de explosão, com a consequente perda de vapor vivo através da fratura, provocando uma situação perigosa. Os golpes de aríete ocorrem geralmente nos pontos mais baixos da tubulação tais como: • Pontos baixos. • Utilização incorreta de reduções concêntricas e filtros. Por este motivo é preferível instalar filtros com a rede na posição horizontal. • Drenagem inadequada das linhas de vapor.
  • 51. 2. GOLPES DE ARIETE Resumindo, para minimizar a possibilidade de golpe de aríete; • As linhas de vapor devem ter uma inclinação progressiva na direção do fluxo com pontos de drenagem instalados a intervalos regulares nos pontos mais baixos. • Deve instalar válvulas de retenção a jusante de todos os purgadores, caso contrário o condensado voltará para trás para a linha de vapor ou para a instalação quando o sistema estiver parado. • As válvulas de seccionamento devem ser abertas lentamente de modo a permitir que o condensado que possa existir no sistema circule lentamente para a frente até encontrar um ponto de drenagem, antes de ser apanhado pelo vapor a alta velocidade. Isto é especialmente importante durante o arranque do sistema.
  • 53. 4. SELEÇÃO DE SEPARADORES As caldeiras atuais têm uma grande capacidade em relação ao tamanho e têm carência de uma reserva na sua capacidade para obviar condições de sobrecarga. Tratamento químico da água incorreto, controle de TDS e picos de carga momentâneos podem provocar sérios arrastamentos de água e da caldeira para a tubulação de distribuição. Na figura a seguir mostramos a utilização de um separador para remover esta água. A seleção não é difícil se utilizar um gráfico de dimensionamento.
  • 54. 4. SELEÇÃO DE SEPARADORES Exemplo de utilização do gráfico de dimensionamento do separador Determinar separador para um caudal de 500 kg/h à pressão de 13 bar m.
  • 55. 5. FILTROS Quando se instala uma nova tubulação, é natural que fragmentos de areia de fundição, empanque, juntas, resíduos de solda e até mesmo porcas e parafusos fiquem dentro da tubagem. No caso de uma tubulação antiga, existirá ferrugem e em locais onde a água é dura, acumulando calcário. Os filtros podem provocar golpes de aríete e para evitar este problema os filtros devem ser instalados lateralmente.
  • 56. 6. SELEÇÃO DE PURGADORES Devido à grande variedade de purgadores de vapor e suas características de operação, os usuários podem encontrar alguma dificuldade ao tentarem selecionar o purgador correto para drenagem efetiva do condensado a partir das suas aplicações de vapor. Considerações chaves para seleção do purgador devem incluir os valores de pressão e temperatura, capacidade de descarga, tipo de purgador, material do corpo e muitos outros fatores relevantes. Isto pode parecer difícil no início, mas este processo pode ser separado em quatro passos simples: Passo 1: Determine requisitos de descarga da aplicação do purgador de vapor (i.e. descarga quente ou subresfriada), e selecione o tipo de purgador correspondente. Passo 2: Selecione o modelo de purgador de acordo com a pressão, temperatura, posição de operação e outras condições relevantes. Passo 3: Calcule os requisitos de descarga da aplicação e aplique o fator de segurança recomendado pelo fabricante do purgador. Passo 4: Selecione o purgador de vapor que apresenta o menor Custo do Ciclo de Vida (CCV)
  • 57. 6. SELEÇÃO DE PURGADORES Aplicações do Purgador de Vapor Purgadores de vapor são geralmente necessários para drenar o condensado a partir da tubulação de vapor, processo que utiliza vapor, aquecedores para conforto, traços de vapor e equipamentos propulsores tais como turbinas. Cada aplicação deste pode exigir um purgador de vapor com papel levemente diferente.
  • 58. 6. SELEÇÃO DE PURGADORES Aplicações do Purgador de Vapor Para Tubulações de Distribuição do Vapor O papel da tubulação de distribuição do vapor é suprir de maneira confiável o vapor de alta qualidade para equipamentos que utilizam vapor ou traços de vapor. Um dos papéis mais importantes dos purgadores de vapor na tubulação de vapor está em auxiliar na prevenção de ocorrência do golpe de aríete. Isto é realizado selecionando um purgador que é projetado para prevenir alagamento do condensado, o que significa dizer que deve-se selecionar purgadores com pouco ou nenhum condensado de subresfriamento. (i.e. rápida descarga do condensado à temperatura próxima do vapor).
  • 59. 6. SELEÇÃO DE PURGADORES Aplicações do Purgador de Vapor Para Equipamentos Aquecidos a Vapor Como o desempenho do equipamento de processo que utiliza vapor e equipamentos de aquecimento para conforto (i.e. aquecedores de ar) estão diretamente ligados à produtividade e qualidade do produto, é importante selecionar um purgador que ajude a encurtar o tempo de partida e não permita alagamento do condensado dentro do equipamento, que pode vir a causar aquecimento desigual, baixa transferência de calor e outros problemas similares. Purgadores que drenam o condensado de maneira contínua são normalmente recomendados para tais aplicações. Tais aplicações podem também sofrer estagnação da partida inicial devido ao ar deixado a partir do vapor condensado. Como resultado, uma função de eliminação do ar é também requerido normalmente no purgador para remover o ar e outros gases não condensáveis que estejam presos no equipamento e tubulações próximas. Também, alguns equipamentos aquecidos a vapor podem apresentar problemas a partir da válvula modular de fornecimento do vapor (i.e. válvula de controle) que ajusta de acordo com a demanda do calor e subsequentemente reduz a pressão do vapor distribuído a um nível abaixo da contrapressão. Quando este fenômeno ocorre, o fluxo do condensado é "cessado (estol)", e um dispositivo de drenagem diferente será necessário. Sob as condições de estol, uma bomba e purgador alimentado com uma pressão secundária maior serão necessários para fornecer energia ao condensado de descarga através do purgador.
  • 60. 6. SELEÇÃO DE PURGADORES Aplicações do Purgador de Vapor Uma condição que ocorre quando o diferencial de pressão em um dispositivo de drenagem, como um purgador, torna-se negativo e não permite mais a descarga do condensado através do dispositivo de dreno, causando o alagamento no interior de um trocador, ao invés de drená-lo. Estol está muitas vezes ligado a seguintes problemas: Aquecedores rompidos Golpe de aríete Temperaturas de aquecimento desigual Portanto, se um sistema de vapor está tendo qualquer um desses problemas, há uma grande probabilidade de o Estol estar ocorrendo. O QUE É ESTOL
  • 61. 6. SELEÇÃO DE PURGADORES Aplicações do Purgador de Vapor Para Traços de Vapor Purgadores para traços de vapor possuem diferentes exigências porque eles são normalmente utilizados com tubos de cobre (por causa da sua alta condutividade térmica) para aquecer e manter o fluxo dos fluidos viscosos à temperatura abaixo de 100 °C (212 °F). Neste caso, requer-se um purgador que tenha sido projetado contra bloqueios de precipitação de cobre e que possam utilizar eficientemente o calor sensível do vapor/condensado
  • 62. 6. SELEÇÃO DE PURGADORES Aplicações do Purgador de Vapor Para Equipamentos Propulsores Equipamento propulsor inclui todas turbinas utilizadas em compressor, bomba ou aplicações para gerador, mas pode também incluir martelos ou rodas de vapor. Em cada aplicação motora, condensado deve ser removido rapidamente na medida do possível para uma operação efetiva e segura, e não deve gerar alagamentos dentro do equipamento para prevenir danos.
  • 63. 6. SELEÇÃO DE PURGADORES Aplicações do Purgador de Vapor
  • 64. 6. SELEÇÃO DE PURGADORES Aplicações do Purgador de Vapor
  • 65. 6. SELEÇÃO DE PURGADORES Efeito das Condições de Operação nas Especificações do Purgador Tubulações instaladas influenciam no tipo de conexão e às vezes no material de corpo do purgador, portanto é importante ter a certeza de que o purgador selecionado atende às exigências das tubulações. Por exemplo, um purgador pode ter uma conexão padronizada. Adicionalmente, outros requerimentos incluem que a capacidade de descarga deve ser adequada para carga máxima à mínima pressão diferencial sob todas as condições ambientais.
  • 66. 6. SELEÇÃO DE PURGADORES Efeito das Condições de Operação nas Especificações do Purgador Material do Corpo Material de corpo do purgador é um dos primeiros itens a ser visto quando estiver selecionando um purgador. O material é selecionado baseado em máxima temperatura e pressão de operação do local de descarga do condensado (LDC), ambiente ao redor e requisitos para mínima manutenção / longa vida. O material deve também atender teste de pressão e às pressões e temperaturas máximas da especificação e projeto da tubulação. Os materiais utilizados para o corpo do purgador de vapor, tampa e outras partes resistentes à pressão não são diferentes daqueles utilizados em outros tipos de válvulas. Alguns exemplos são: • Ferro Fundido Cinzento / Ferro Fundido Dúctil • Aço Carbono • Aço Inox Purgadores de vapor em aço inox tem sido mais e mais popular recentemente porque estes são tipicamente mais fáceis de manter e oferecer uma vida útil mais longa.
  • 67. 6. SELEÇÃO DE PURGADORES Efeito das Condições de Operação nas Especificações do Purgador Dimensionamento Um grande número de usuários do vapor selecionam o tamanho do purgador de maneira inapropriada, baseado na dimensão da tubulação existente. No entanto, a dimensão do purgador deve ser precisamente ajustada na dimensão da tubulação do lado de saída do equipamentos. Normalmente, recomenda-se o dimensionamento da tubulação do condensado no lado de descarga do equipamento que fornece condensado para o purgador de vapor, de acordo com a tabela seguinte:
  • 68. 6. SELEÇÃO DE PURGADORES Efeito das Condições de Operação nas Especificações do Purgador Tipo de Conexão Maioria dos usuários de vapor, geralmente solicitam purgadores de vapor com conexões tipo rosca, solda de encaixe ou flange dependendo do padrão nacional, indústria ou normas e especificações da empresa. As conexões roscadas custam muito menos para instalar , se comparada às conexões flangeadas, mas precisam ser rosqueadas durante a instalação, significando dizer que há necessidade de manter desconectado(livre) a tubulação de saída ou necessita do uso de união para permitir a fácil reposição do purgador. Em purgadores de vapor roscados, é importante que as roscas sigam os padrões oficiais para ajudar a minimizar a pobre vedação nas conexões dos tubos.
  • 69. 6. SELEÇÃO DE PURGADORES Efeito das Condições de Operação nas Especificações do Purgador Tipo de Conexão Purgadores com conexões de solda de encaixe são geralmente preferidos em algumas plantas para limitar a quantia de vazamentos dos vapores, mas as conexões de solda de encaixe podem ser mais difíceis de serem removidos durante a reposição, e podem também apresentar maior custo de instalação ou manutenção. E ainda, algumas áreas podem apresentar falta de soldadores qualificados, o que pode vir a reduzir a eficiência da reposição ou até mesmo de toda a instalação. Purgadores com conexões flangeadas podem ser facilmente removidos e substituídos somente se o novo purgador tiver exatamente a mesma dimensão e distância entre as conexões. É melhor exigir um rigoroso dimensionamento entre as conexões, de acordo com o padrão do fabricante de purgador quando especificar purgadores flangeados em novos projetos de construção.
  • 70. 6. SELEÇÃO DE PURGADORES Capacidade da descarga necessária com Fator de Segurança O que é Fator de Segurança? O fator de segurança é um coeficiente utilizado quando for selecionar a capacidade de descarga requerida para o purgador. Ele auxilia no fornecimento de uma faixa de folga para as instâncias em que o volume do condensado exceder os valores calculados/previstos. A carga estimada do condensado deve ser multiplicada pelo fator de segurança recomendado para a seleção do purgador. A seguir, uma tabela que resume como o tipo de purgador afeta no fator de segurança:
  • 71. 6. SELEÇÃO DE PURGADORES Capacidade da descarga necessária com Fator de Segurança Pico da Carga do Condensado A carga pico (ou máximo) do condensado no equipamento pode ser maior que a carga média por várias razões. Equipamento frio durante a partida, por exemplo, gera cargas de condensado muito maiores que a operação normal. A carga do condensado pode também aumentar bastante também quando encontrar o produto frio em processos descontínuos e por perdas térmicas. Para purgadores de vapor das linhas principais de vapor, sempre que um purgador entupir, o próximo purgador da linha pode ter que drenar o condensado equivalente a duas localizações de descarga do condensado (LDC).
  • 72. 6. SELEÇÃO DE PURGADORES Capacidade da descarga necessária com Fator de Segurança Valor Numérico do Fator de Segurança Uma vez que a capacidade de descarga do condensado em folhas de especificação é calculada assumindo descarga contínua, alguns tipos de purgadores que operam de maneira intermitente (liga/desliga), tais como disco e balde invertido, podem necessitar do uso de fator de segurança maior para minimizar problemas entre os dois ciclos. Além disso, alguns fabricantes de purgadores possuem fator de segurança de recomendação maior que outros, simplesmente para fornecer orifícios de tamanhos maiores para diminuir o bloqueio. Em comparação, purgadores que descarregam o condensado continuamente, como os purgadores de boia livre, geralmente requerem somente um fator de segurança de 1,5. O fator de segurança pode também ajudar a compensar quando uma pressão diferencial insuficiente ao longo do purgador estiver impedindo descarga do condensado, tais como quando há aumento da contrapressão. É portanto, extremamente importante aplicar o fator de segurança recomendado pelo fabricante durante a seleção do purgador de vapor e após o cálculo da carga da aplicação, tendo a certeza de que o tamanho do purgador oferece a capacidade suficiente
  • 73. 6. SELEÇÃO DE PURGADORES ANALISANDO UM DATASHEET DE UM PURGADOR CATÁLOGO
  • 74. 7. FUGAS DE VAPOR VAPOR VIVO X VAPOR FLASH Vapor vivo é invisível, e quando um purgador estiver vazando, uma curta distância de espaço entre o tubo de saída e o vapor visível tenderá a ser claro e relativamente mais veloz e forte. Se o vapor visto for de velocidade menor e aparecer imediatamente após o tubo de saída, então é mais provável que seja o "vapor flash".
  • 75. DIMENSIONAMENTO TUBULAÇÃO 1. EFEITOS DE SUB/SOBREDIMENSIONAMENTO 2. NORMAS E ESPESSURAS DE PAREDES 3. DIMENSIONAMENTO TUBOS PELO MÉTODO VELOCIDADE 4. DIMENSIONAMENTO TUBOS PELO MÉTODO PERDA DE CARGA 5. DIMENSIONAMENTO TUBOS EM LINHAS DE DISTRIBUIÇÃO LONGAS
  • 76. Quando se escolhe o diâmetro da tubulação, existe uma tendência natural para nos guiarmos pelo diâmetro das ligações do equipamento ao qual esta vai ser ligada. Se a tubulação for escolhida deste modo, o mais provável é não conseguir atingir o caudal desejado. Podem ser utilizadas reduções concêntricas e excêntricas, dando assim à tubulação a dimensão adequada. Em vapor é sempre recomendável o uso de reduções excêntricas. As dimensões da tubulação podem ser escolhidas com base nos seguintes critérios: • Velocidade do fluido • Perda de carga Em todo o caso devem sempre utilizar-se ambos os métodos, para assegurar que não são excedidos os limites.
  • 77. 1. EFEITOS DE SUB/SOBREDIMENSIONAMENTO Sobredimensionamento da tubulação significa: • O custo da tubulação é superior ao necessário. • Formar-se-á um maior volume de condensado devido à maior perda de calor. • Vapor de qualidade inferior e menor transferência de calor devido ao grande volume de condensado formado. • Custo inicial da instalação mais elevado. Num exemplo particular concluiu-se que o custo de instalar uma tubulação de 80 mm era 44% superior ao custo de uma tubulação de 50 mm que tinha a dimensão adequada. A perda de calor com a tubulação isolada era mais 21% na tubulação de 80 mm do que na de 50 mm. As partes sem isolamentos perderiam mais 50% de calor na tubulação de 80 mm do que na de 50 mm. Isto é devido à área de superfície extra existente.
  • 78. 1. EFEITOS DE SUB/SOBREDIMENSIONAMENTO Subdimensionamento da tubulação significa: • Velocidade excessiva do vapor e perda de carga, provocando pressão inferior à necessária no local de utilização. • Quantidade de vapor inferior à necessária no local de utilização. • Maior risco de erosão, golpe de aríete e ruído devido ao aumento da velocidade do vapor.
  • 79. 2. NORMAS E ESPESSURAS DE PAREDES Uma das normas de tubulação, utilizada é a API e B.36.10, em que as tubagens são catalogadas em números “schedule”. Estes “schedules” traduzem gamas de pressão na tubagem e são onze, desde a mais ligeira de 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 a 160. Para tubos de diâmetro nominal inferior a 150 mm, a “schedule” 40 (chamado “schedule standard”) é a mais ligeira especificada para linhas de vapor. Só as “schedules” 40 e 80 cobrem toda a gama de diâmetro nominal 15 mm até 600 mm e são as mais usadas em instalações de vapor. Neste guia far-se-á referência à schedule 80 (por vezes denominada “extra forte”). Os tubos mais utilizados são de aço carbono de série reforçada (comprimento standard 6 m) para linhas de vapor e de condensado.
  • 80. 3. DIMENSIONAMENTO TUBOS PELO MÉTODO VELOCIDADE Se a tubulação for dimensionada com base na velocidade, então os cálculos são baseados no volume de vapor a ser transportado em relação à área seccional da tubulação. Para a tubulação principal de vapor saturado seco, a experiência mostra que a velocidade adequada se situa entre 25 - 40 m/s e deve ser tomada como velocidade máxima acima da qual ocorrerá ruído e erosão, especialmente se o vapor é úmido. Em linhas de alimentação mais longas é frequentemente necessário restringir a velocidade a 15m/s para evitar perdas de carga.
  • 81. 3. DIMENSIONAMENTO TUBOS PELO MÉTODO VELOCIDADE Utilizando a tabela abaixo como guia é possível selecionar o diâmetro da tubulação segundo a pressão, a velocidade e o caudal de vapor.
  • 82. 3. DIMENSIONAMENTO TUBOS PELO MÉTODO VELOCIDADE Em alternativa pode utilizar o método da tabela abaixo para calcular a dimensão da tubulação segundo a velocidade. Este método funciona se dispuser dos seguintes elementos; Pressão, temperatura (se sobreaquecido), caudal e velocidade do vapor. O exemplo abaixo ajuda a explicar como funciona este método. Utilizando o exemplo dado acima, é necessário dimensionar uma tubagem para 5000 kg/h de vapor saturado a 7 bar m e 170ºC. A velocidade máxima aceitável de vapor é 25 m/s.
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  • 84. 4. DIMENSIONAMENTO TUBOS PELO MÉTODO PERDA DE CARGA Por vezes é essencial que a pressão de vapor que alimenta um equipamento da instalação não caia abaixo de um mínimo especificado, de modo a manter a temperatura, assegurando assim que os fatores de transferência de calor da instalação são mantidos nas condições da vazão máxima. Neste caso deve-se dimensionar os tubos através do método “ perda de carga”, partindo da pressão conhecida na origem e a pressão necessária no local de utilização. Um método rápido de dimensionar a tubulação com base na perda de carga, é utilizar a tabela a seguir quando se conhecem as seguintes variáveis: temperatura, pressão, caudal e perda de carga admissível É necessário dimensionar uma tubulação para 20000 kg/h de vapor sobreaquecido, pressão a 15 bar m, a 300ºC e com perda de carga de 1 bar/100m.
  • 85.
  • 86. 5. DIMENSIONAMENTO TUBOS EM LINHAS DE DISTRIBUIÇÃO MAIORES E LONGAS Estas tubulações devem ser dimensionadas utilizando o método de perda de carga. Os cálculos geralmente consideram altas pressões, grandes caudais e vapor sobreaquecido. O cálculo utiliza uma relação de pressão entre a perda de carga total e as pressões de entrada, que são apresentados tabela a seguir: É necessário dimensionar um tubo para 20 toneladas de vapor por hora a uma pressão de 14 bar m e 325ºC de temperatura. O comprimento do tubo é de 300 metros e a queda de pressão admissível para este comprimento é 0.675 bar. Primeiro determine a relação de pressão: R = 𝑄𝑢𝑒𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎 R = 0,675 15 R = 0,045 Ø = 200𝑚𝑚
  • 87. 3. DIMENSIONAMENTO TUBOS PELO MÉTODO VELOCIDADE Em alternativa, o diâmetro da tubulação pode ser calculado através da fórmula matemática abaixo indicada. É necessário definir as seguintes informações: 𝐶 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑚/𝑠 𝑣 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑚³/𝑘𝑔 Q= 𝑉𝑎𝑧ã𝑜 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑖𝑐𝑎 𝑘𝑔/𝑠 V= 𝑉𝑎𝑧ã𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 𝑚3 /𝑠 V= 𝑄 ∗ 𝑣 𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑎 𝑠𝑒çã𝑜 = 𝑉 𝐶 = 𝜋 ∗ 𝐷² 4 É necessário dimensionar uma tubagem para 5000 kg/h de vapor saturado seco a 7 bar m para uma velocidade máxima de 25 m/s. 𝐶 = 25 𝑚/𝑠 𝑣 = 0.24𝑚³/𝑘𝑔 TABELA Q= 5000 3600 = 1.389 𝑘𝑔/𝑠 V= 1,389 ∗ 0,24 = 0,333𝑚3 /𝑠 𝐴 = 0,333 25 = 𝜋 ∗ 𝐷² 4 0,333 25 = 𝜋 ∗ 𝐷² 4 𝐷 = 4 ∗ 0,333 𝜋 ∗ 25 = 0.130𝑚 = 130𝑚𝑚
  • 88. INICIANDO UM PROJETO PRÁTICO REAL 1° PASSO – COLETE OU DETERMINE A PRESSÃO MÁXIMA DE OPERAÇÃO COLETE • Pressão de Operação Ex.: O cliente informou que o equipamento que solicita maior pressão é 8Barg 𝑃𝑂𝑚𝑎𝑥 = 8𝑏𝑎𝑟𝑔 Quando a aplicação do vapor é destinada para aquecimento, solicite a temperatura do processo, com ela será possível encontrar a Pressão utilizando uma tabela de Vapor Saturado 𝑇𝑂𝑚𝑎𝑥 = 174,5°𝐶
  • 89. INICIANDO UM PROJETO PRÁTICO REAL DETERMINE • Pressão de Operação Nota: Solicite ao Cliente a lista de equipamentos que serão alimentados por vapor com seus respectivos datasheet, é recomendável que um responsável técnico visite o cliente quando o cliente não se dispõe de dados técnicos do equipamento como no caso de equipamentos usados/antigos. Quando a aplicação do vapor é destinada para aquecimento, solicite a temperatura do processo, com ela será possível encontrar a Pressão. Utilize uma tabela de Vapor Saturado TABELA VAPOR Exemplo: O cliente informou ou você identificou no datasheet que a maior temperatura entre todos os processos é 174°C Logo, a pressão que corresponde a esta temperatura é 8barg 𝑃𝑂𝑚𝑎𝑥 = 8𝑏𝑎𝑟𝑔 𝑇𝑂𝑚𝑎𝑥 = 174,5°𝐶 1° PASSO – COLETE OU DETERMINE A PRESSÃO MÁXIMA DE OPERAÇÃO EQUIPAMENTO TEMPERATURA DE PROCESSO ( °C) Prensa 1 174,5 Prensa 2 174,5 Prensa 3 174,5 Prensa 4 174,5 Prensa 5 160 Prensa 6 160 Prensa 7 174,5 Prensa 8 174,5 Prensa 9 174,5 Prensa 10 174,5
  • 90. PROJETO PRÁTICO REAL COLETE Nota: Solicite ao Cliente datasheet que informe os consumos relativos a cada equipamento 2° PASSO – COLETE OU DETERMINE A DEMANDA DE VAPOR DE PARTIDA E REGIME Exemplo: O cliente enviou a seguinte tabela. EQUIPAMENTO CONSUMO KG/HORA (Partida) CONSUMO KG/HORA (Regime) Prensa 1 120 50 Prensa 2 120 50 Prensa 3 120 50 Prensa 4 300 130 Prensa 5 75 40 Prensa 6 75 40 Prensa 7 144 60 Prensa 8 200 90 Prensa 9 200 90 Prensa 10 160 70 TOTAL 1514 670 Em alguns casos é aplicável o fator de simultaneidade, tome cuidado ao defini-lo. O fator de simultaneidade é o percentual de demanda máxima de vapor de um conjunto de equipamentos demandada ao mesmo tempo. A demanda de vapor do projeto deve sempre ser flexível a expansões sempre que viável.
  • 91. PROJETO PRÁTICO REAL DETERMINE Nota: Em alguns casos, o cliente pode não saber informar a demanda de partida ou até mesmo a de regime, nesses casos é necessário um dimensionamento térmico de consumo para o processo. Nesses casos é necessário calcular o consumo do processo e de partida do equipamento. Os procedimentos de cálculo para máquinas térmicas são exibidos em nosso curso de PROJETOS DE TERMODINÂMICA INDUSTRIAL. 2° PASSO – COLETE OU DETERMINE A DEMANDA DE VAPOR DE PARTIDA E REGIME
  • 92. PROJETO PRÁTICO REAL SOLICITE Para definir o diâmetro da tubulação é necessário que tenha em mãos dados de comprimento de tubulação, perdas de cargas localizadas por válvulas, filtros e separadores. 3° PASSO – SOLICITE PLANTA LAYOUT DOS EQUIPAMENTOS/FAÇA VISITA Com base na planta recebida e visita técnica nas instalações do cliente determine o comprimento da linha principal 𝑙𝑚𝑎𝑥 = 200𝑚
  • 93. PROJETO PRÁTICO REAL SOLICITE Desenvolva o Layout baseado no layout de equipamentos e dados coletados na visita 4° PASSO – DESENVOLVA O LAYOUT DA TUBULAÇÃO
  • 94. PROJETO PRÁTICO REAL CALCULE 5° PASSO – CALCULE O DIAMETRO DA TUBULAÇÃO (Vel.) 𝑑 = 4 ∗ 𝑚𝑠 ∗ 𝑉 𝜋 ∗ 3600 ∗ 𝑣 • Ms=Vazão de Vapor = Kg/h • d= diâmetro interno do tubo = m • v= velocidade de escoamento (15,25,40) = m/s • V = Volume específico = m³/kg
  • 95. PROJETO PRÁTICO REAL CALCULE 6° PASSO – PADRONIZAR DIAMETRO DA TUBULAÇÃO 𝑑 = 4 ∗ 𝑚𝑠 ∗ 𝑉 𝜋 ∗ 3600 ∗ 𝑣 • Ms=Vazão de Vapor = Kg/h • d= diâmetro interno do tubo = m • v= velocidade de escoamento (15,25,40) = m/s • V = Volume específico = m³/kg TABELA
  • 96. PROJETO PRÁTICO REAL CALCULE 7° PASSO – RECALCULE A VELOCIDADE 𝑣 = 4 ∗ 𝑚𝑠 ∗ 𝑉 𝜋 ∗ 3600 ∗ 𝑑² • Ms=Vazão de Vapor = Kg/h • d= diâmetro interno do tubo = m • V = Volume específico = m³/kg
  • 97. PROJETO PRÁTICO REAL CALCULE 8° PASSO – CALCULE O NÚMERO DE REYNOLDS Re= 𝑑∗𝑣 𝑢′ • d= diâmetro interno do tubo = m • v= velocidade de escoamento = m/s • U’ = Viscosidade Cinemática do vapor (Tx) = N.s/m²
  • 98. PROJETO PRÁTICO REAL 9° PASSO – DETERMINE O GRAU DE RUGOSIDADE TABELA
  • 99. PROJETO PRÁTICO REAL 10° PASSO – DETERMINE O FATOR DE ATRITO ÁBACO UTILIZE O ÁBACO DE MOODY
  • 100. PROJETO PRÁTICO REAL CALCULE 11° PASSO – CALCULE A QUEDA DE PRESSÃO DA TUBULAÇÃO (∆P) ∆P = 𝑓 ∗ 𝑙 ∗ 𝑣² 2 ∗ 𝑑 ∗ 𝑉 • d= diâmetro interno do tubo = cm • f=fator de atrito • v= velocidade de = m/s • ∆P = Queda de pressão = Pa • V = Volume específico = m³/kg • L= Comprimento = m
  • 101. PROJETO PRÁTICO REAL 12° PASSO – SELECIONE O ISOLAMENTO PARA A TUBULAÇÃO Selecione a espessura do Isolamento em função do diâmetro nominal.
  • 102. PROJETO PRÁTICO REAL 12° PASSO – SELECIONE O ISOLAMENTO PARA A TUBULAÇÃO Selecione a espessura do Isolamento em função do diâmetro nominal. http://www.isar.com.br
  • 103. PROJETO PRÁTICO REAL 12° PASSO – SELECIONE O ISOLAMENTO PARA A TUBULAÇÃO Selecione a espessura do Isolamento em função do diâmetro nominal. http://www.neotermica.com.br
  • 104. PROJETO PRÁTICO REAL 13° PASSO – DEFINA A TAXA DE EMISSÃO DE CALOR (qe)
  • 105. PROJETO PRÁTICO REAL 14° PASSO – DEFINA O FATOR DE ISOLAMENTO (f)
  • 106. PROJETO PRÁTICO REAL 15° PASSO – DEFINA O FATOR DE ISOLAMENTO (fe)
  • 107. PROJETO PRÁTICO REAL 16° PASSO – CALCULE O CONDENSADO GERADO POR PERDAS NO ISOLAMENTO Qp = 3,6 ∗ 𝑞𝑒 ∗ 𝐿 ∗ 𝑓 𝐶𝐿 ∗ 𝑓𝑒 • qe= taxa de emissão = W/m • L = comprimento da tubulação = m • F= Fator de isolamento • Fe= fator de emissão • Cl= calor latente = KJ/KG • Qp= Vazão de Condensado= Kg/h
  • 108. PROJETO PRÁTICO REAL CALCULE 17° PASSO – CALCULE O PESO DA TUBULAÇÃO Pt = 𝑃𝑙 ∗ 𝑙 • L= Comprimento = m • PL= Peso linear= kg/m • Pt= Peso = kg TABELA
  • 109. PROJETO PRÁTICO REAL CALCULE 18° PASSO – CALCULE O CONDENSADO GERADO NA PARTIDA Qp = 60 ∗ 𝑃𝑡 ∗ 𝑇𝑓 − 𝑇𝑖 ∗ 𝑐 𝐶𝐿 ∗ 𝑡 • Pt= peso do tubo = Kg • Tf= Temperatura máxima do vapor = °C • Ti= Temperatura inicial do tubo = °C • C= calor específico do material do tubo = KJ/kg.°C • Cl= calor latente em KJ/KG • t= tempo desejado aquecimento de toda tubulação • Qp= quantidade de condensado formado = Kg/h Calor específico do aço 0,49 KJ/kg.°C
  • 110. PROJETO PRÁTICO REAL 19° PASSO – REVISE OS DIMENSIONAMENTOS DE DIÂMETRO DA TUBULAÇÃO E ISOLAMENTO Adicione a carga de condensado a demanda de vapor dos equipamentos 20° PASSO – REVISE O DIMENSIONAMENTO DA QUANTIDADE DE CONDENSADO TUBOS Caso houver alteração no diâmetro do tubo no passo anterior, recalcule o descarga de condensado gerado
  • 111. PROJETO PRÁTICO REAL 21° PASSO – DEFINIR VAZÃO TOTAL DE CONDENSADO DE PARTIDA Q = 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜 𝐺𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑒𝑙𝑜 𝐸𝑞𝑢𝑖𝑝𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 + 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜 𝐺𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝐴𝑞𝑢𝑒𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑇𝑢𝑏𝑢𝑙𝑎çã𝑜 𝑒 𝐴𝑐𝑒𝑠𝑠ó𝑟𝑖𝑜𝑠 + 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜 𝐺𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠 𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎𝑠
  • 112. PROJETO PRÁTICO REAL 22° PASSO – DEFINIR INCLINAÇÃO DA TUBULAÇÃO 𝑯 = 1 100 ∗ 𝐿 • H= Altura da inclinação = m • L= Comprimento da tubulação = m
  • 113. PROJETO PRÁTICO REAL 23° PASSO – DEFINIR DIAMETRO DAS BOTAS
  • 114. PROJETO PRÁTICO REAL 24° PASSO – DIMENSIONAR SEPARADORES CATÁLOGO
  • 115. PROJETO PRÁTICO REAL 25° PASSO – DIMENSIONAR PURGADORES CATÁLOGO
  • 116. PROJETO PRÁTICO REAL 26° PASSO – SELECIONAR FILTROS CATÁLOGO
  • 117. PROJETO PRÁTICO REAL 27° PASSO – SELECIONAR JUNTAS DE EXPANSÃO CATÁLOGO http://www.dinatecnica.com.br
  • 118. PROJETO PRÁTICO REAL 28° PASSO – SELECIONAR SUPORTES DE TUBULAÇÃO E DETERMINAR ESPAÇAMENTO CATÁLOGO http://www.dinatecnica.com.br