A importância da correta monitorização do vapor em processos industriais
Água sub-saturada
Temperatura
a
rad
tu
a as
u Ág
Região dupla fase (Vapor Húmido)
robótica
Linhas de pressão constante
numa base instantânea se há água na linha de vapor ou não.
ONDE É GERADO O VAPOR HÚMIDO NUM CIRCUITO DE VAPOR? O vapor húmido pode ser encontrado em qualquer parte num circuito de vapor: t à saída de uma caldeira por estar subdimensionada ou pela qualidade da água; t no circuito de distribuição por via das perdas térmicas; t no ponto de entrega por funcionamento inadequado de equipamento.
Vapor superaquecido
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Ponto crítico
ado atur or s Vap seco
case study
Na generalidade, todos os processos necessitam de energia térmica (vapor), normalmente utilizado para aquecimento ou transferência térmica. Tipicamente é utilizado o vapor saturado, produzido normalmente em caldeiras a gás ou a fuel. As vantagens são óbvias, pois a energia térmica contida no vapor pode ser facilmente regulada através da pressão.
Entalpia Figura 1. Diagrama de Mollier para a água. Exemplo: Aquecendo Água de 20º C (A) a 100º C (B) é necessário aproximadamente a energia de 4,2 kJ/kg*K (hf ). Para converter a água (B) em vapor (C) a 100º C e 1013 mbar (abs) são necessários 2255 kJ/kg (hfg). Durante este processo a fração de vapor seco aumenta de 0 para 1.
À medida que o vapor seco passa para o processo, a sua energia é libertada. Esta energia pode ser quantificada em tabelas de vapor saturado (Entalpia hfg). À medida que esta energia é libertada, o vapor vai ficando húmido, a fração de vapor seco vai reduzir de 1 até 0. O que mudou então foi a combinação da pressão e temperatura durante o processo. Isto significa que idealmente o vapor entra, por exemplo, num permutador a 3 bar e 144º C e o condensado pode ser encontrado à saída exatamente à mesma pressão e temperatura – a questão é que o vapor sofre uma variação de Entalpia de 2138 kJ/kg (hfg). O problema agora é: se os dois, líquido e vapor, e/ou a qualquer estado no intermédio, podem coexistir à mesma pressão e temperatura, é impossível determinar
a fração de vapor seco simplesmente monitorizando estas duas variáveis. No entanto, hoje não há uma solução disponível para, de forma fácil, determinar
No entanto o vapor húmido é uma ameaça de segurança ou pode ser um problema de eficiência: t podem resultar golpes de ariete; t transporte de sais e minerais pelo sistema de vapor resultando em incrustações ou corrosões; t vapor húmido transporta muito menos energia do que o vapor seco. Posto isto, é portanto vantajoso receber informação do processo no caso de haver vapor húmido no circuito, ou melhor ainda, medir a fração de vapor
Figura 2. A qualidade do vapor é definido pela respetiva fração de vapor seco "x". Se x=0 a água está saturada; se x=1, o vapor está seco; se x=0,8 significa que 80% da massa de água está no estado gasoso e 20% está no estado líquido.