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P r i m e i r o e m S o l u e s d e V a p o r
P E R C I A S O L U E S S U S T E N T A B I L I D A D E
Geradores de Vapor
2Programa1. Utilizao de Vapor ao longo da histria2. Geradores de vapor O que entra; o que sai3. Geradores de vapor tipos principais4. Matrias primas Combustvel; ar; gua5. Zona seca Combusto; fornalha; tubos6. Zona hmida Vaporizao; separao lquido/gs7. Controlos8. Segurana e regulamentos9. Procedimentos de segurana e manuteno
ISV-1104
3Para que se usa o vapor? Apesar de conhecido desde antes da era Crist (Hero) 10 a 70 AC s com o
desenvolvimento da metalurgia passados 18 sculos se vulgarizou o seu uso. Com a inveno da mquina a vapor iniciou-se a Revoluo Industrial do
sculo XVIII A energia motriz do vapor substituiu a gua, vento, animais e pessoas. O primeiro uso da mquina a vapor foi na indstria mineira. Depois na indstria txtil. Alastrou depois aos transportes (Carros, barcos, locomotivas).
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4Como se obtm o vapor? Se adicionamos calor gua,
a sua temperatura aumenta at atingir um valor chamado: Temperatura de saturao
Esta temperatura depende da presso: A 0 bar so 100 C A 9 bar so 180 C
ISV-1104
5Cmo se obtm o vapor? Quando a gua chega
temperatura de saturao e continuamos a fornecer energia, esta converte-se em vapor.
A evaporao requer uma quantidade importante de energia e enquanto este se produz, quer a gua quer o vapor formado tm a mesma temperatura.
Quando o vapor liberta esta energia condensa-se, sem alterar a temperatura.
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Ta = Tv = Ts
Ta
Tv
6Para que se usa o vapor? Depois de usado como fora motriz, descobriu-se que o
vapor era muito eficaz como meio de transporte e transferncia de energia em forma de calor.
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gua + Calor = Vapor
Vapor Calor = gua
O vapor um transportador de energia.
7Tabelas de vapor.Presso relativabar m
Temperatura
C
Entalpia especfica (aprox) Volume(vg)
m3/kggua (hf)
kJ/kgEvaporao (hfg)
kJ/kgVapor (hg)
kJ/kg-0.99 6.98 29 2514 2543 129.21
0 100,0 419 2257 2676 1,6731 120,4 506 2201 2707 0,8812 133,7 562 2163 2725 0,6035 158,9 671 2086 2757 0,3157 170,5 721 2048 2769 0,2408 175,4 743 2031 2774 0,215
10 184,1 782 2000 2782 0,17718 209,9 897 1901 2798 0,132
ISV-1104
8Relao presso e temperatura A temperatura do vapor aumenta quando aumenta a presso.
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0
50
100
150
200
250
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14Presso bar m
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
C
Curva vapor saturado
(aprox: T = x 100)
9Relao presso e entalpia Quando aumenta a presso, aumenta a entalpia da gua e a
entalpia total, mas diminui a entalpia de evaporao.
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0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Entalpia da gua
Entalpia total
Presso bar m
E
n
t
a
l
p
i
a
e
s
p
e
c
f
i
c
a
(
k
J
/
k
g
)
Entalpia de evaporao
10
Grfico temperatura e entalpia.
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Ponto de inicio
da evaporao
gua saturada
Linha de
evaporao
Ponto vapor
saturado
200 oC
0 oC
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0Fraco de secagem
Entalpia total
Entalpia da gua
Entalpia da evaporao
Linha de
gua
Linha de vapor
sobreaquecido
11
Grfico temperatura e entalpia.
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Entalpa en kJ/kg
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
e
m
C
Linhas de
evaporao
Linha de
gua
saturadaLinhas de fraco
de secagem
Linhas de
presso
constante
Zona de vapor
sobreaquecido
Ponto
crtico
Linha de
vapor
saurado
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Porque se usa o vapor? A matria prima gua:
Abundante, Barata, limpa e estril.
fcil de controlar: A cada presso corresponde uma e s uma temperatura. Uma
energa espacfica, um volume especfico Transporta enorme quantidade de energia por unidade de
massa:
Tubagens de pequeno dimetro transportam muita energia. Um tubo de transporta a 10 barm 70 kW
Muda de estado com enorme violncia (800vezes a 2 barm)- Excelente coeficiente de troca de calor e reas de troca
menores.
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Onde se usa o vapor? Na actualidade usa-se:
Fora motriz na produo de energia elctrica (turbinas) Transferncia de calor em praticamente toda a indstria:
(Petroqumica, Qumica, Farmaceutica, Metalrgica, Naval, Textil, Papeleira, Cervejeira, Tabaqueira, Alimentao, Servios, etc)Em muitos processos:(Aquecer, evaporar, fundir, esterilizar, secar, humidificar, cozinhar, lavar, passar, produo de vcuo, gua gelada, gelo, etc.)
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Geradores de vapor O que entra; o que sai.
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Caldeira de vapor o equipamento que
converte a gua em vapor adicionando calor. Os gases de combusto
do queimador transferemcalor agua.
A agua ferve e produz-se vapor na cmara de evaporao com ligao de sada instalao.
Quando aumenta o consumo de vapor baixa a presso e um pressostato acciona o queimador.
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Caldeira de vapor muito importante a sua escolha e o equipamento Deve produzir vapor seco, satisfazendo o caudal e
presso necessrios aos processos. H dois tipos de caldeiras, segundo a disposio dos
fluidos: Piro tubulares. Acua tubulares.
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Tipos de caldeiras de vapor Geradores Piro tubulares
Calor no interior dos tubos gua no exterior dos
tubos Para presses mximas
de 20 bar e produo at 30 T/h.
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Quemador
Cmara evaporacin
Agua
Vapor 150C
3 paso (tubos)
2 paso (tubos)
1 paso (horno)
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Tipos de caldeiras de vapor Geradores Aqua tubulares
Calor pelo exterior dos tubos
gua pelo interior dos tubos
So mais seguras Menos gua/produo Usam-se normalmente
para presses altas.
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Calor
Agua
Vapor
Colector inferior
Colector superior
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Vapor limpo e puro Vapor limpo produzido em
gerador independente com gua potvel procedente de osmose.
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Vapor puro semelhante ao vapor limpo mas a gua deve ter o grau Farmacolgico de gua para injectveis.
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Matria prima - gua gua (H2O) no existe na natureza! S existe na frmula qumica! um excelente solvente, basta que o catalisemos! Mais quente dissolve + slidos e - gases Existe em outras formas (H2O2; H2O3). Em estado slido menos denso que o lquido ! Em estado gasoso menos denso que o ar ! Ao congelar aumenta de volume! Ao vaporizar aumenta o volume enormemente !
A 100 mbara aumenta 130000 vezes!
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Tanque de alimentao de gua importante controlar a
qualidade da gua, para evitar incrustao e oxidao.
O condensado e a gua de reposio devem misturar-se de forma eficaz.
Para reduzir o oxignio e evitar o arrefecimento da caldeira conveniente que a gua esteja mais alta temperatura que seja possvel.
Se necessrio deve aquecer-se com injeco de vapor.
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Agua tratada Cabezal mezclador
Condensado
Bomba recirculacin
Vapor.
Alimentacin caldera
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Zona seca Combusto;Fornalha;Tubos
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600 700 93
500 600 92
400 500 91
300 400 90
200 300 89
100 200 88
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
O2CONOxEficiency
CO Nox Ef.
Eficiente
Amiga do ambiente
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Zona seca Recuperao de calor Em termos gerais, por cada 22C que baixamos na
temperatura dos gases de combusto, poupamos 1% de combustvel.
Baixando a temperatura dos gases de 220C para 120C recuperamos mais de 4% de combustvel.
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Zona hmida - Vaporizao
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% da rea Temperatura dos GasesTroca de Calor
em %
1 Passagem Fornalha 11 1600 65
2 Passagem Tubos 43 400 25
3 Passagem Tubos 46 350 10
Para uma superfcie de troca de 100 m2
Queimador
Camara de evaporao
gua
Vapor 180C
3 paso (tubos)
2 paso (tubos)
1 paso (Fornalha)
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Purga da caldeira Enquanto se evapora a gua,
as impurezas ficam na caldeira.
Algumas impurezas ficam dissolvidas na gua que vai aumentando a concentrao medida que o vapor vai saindo. Outras precipitam-se no fundo formando lodos.
A caldeira deve purgar-se para manter uma concentrao de sais ptima. Se muito alta produz-se espuma e arrastamento. Se muito baixa representa custo adicional em purga excessiva.
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Slidos dissolvidos
Lodos
Vapor
guaPurga
Purga
Caldeira
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Qualidade da gua da caldeira Norma UNE EN-12953-10 para caldeiras piro tubulares. NP 4079
*Valor de condutividade com sobre aquecedor 50% do indicado.
A norma faz referencia a diversos outros parmetros.
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Parmetro Unidadegua na caldeira vapor, que utiliza:
**gua de alimentao com condutividade
> 30 S/cm
**gua de alimentao com condutividade
30 S/cmPresso de servio bar > 0,5 a 20 > 0,5
Condutividade a 25 C S/cm < 6000 * < 1500
pH a 25 C 10,5 a 12 10 a 11
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Qualidade da gua da caldeira Norma UNE EN-12952-12 para caldeiras acua tubulares
* Valor de condutividade com sobre aquecedor 50% do indicado.A norma faz referencia a diversos outros parmetros quando a condutividade da gua de alimentao 0,2 S/cm.
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ParmetroUnidade
gua na caldeira de vapor que utiliza:
gua alimentao com condutividade > 30 S/cm
gua alimentao com condutividade
30 S/cmPresso de servio
bar > 0,5 a 20 > 20 a 40 > 40 a 60 > 0,5 a 60 > 60 a 100
Condutividade a 25 C
S/cm < 6000 * < (6000 a 3000) *
< (3000 a 1500) *
< (1500 a 800)
< (800 a 250)
pH a 25 C 10,5 a 12 10,5 a 11,8 10,3 a 11,5 10 a 11 9,8 a 10,5
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Controlo de nvelO controlo de nvel regula a alimentao de gua caldeira. Existem dois tipos: Controlo tudo/nada:
Actua sobre a bomba de alimentao em dois nveis de gua pr-estabelecidos.
Controlo modulante: Actua sobre uma vlvula elctrica ou pneumtica de forma
proporcional, mantendo um nvel de agua pr-estabelecido Presso e caudal de vapor mais estvel e menor
possibilidade de arrastamento de gua com o vapor.
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Controlo de slidos dissolvidos A purga depende da produo de
vapor e da concentrao de slidos na gua de alimentao da caldeira
necessrio um controlo automtico, com sensor de condutividade bem colocado na caldeira, controlador e vlvula de purga.
Sendo contnua e pausada, esta purga permite recuperar a energia e uma parte da gua.
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Vlvula de purga de sais
Controlador de condutividade
Sonda condutividade
Arrefecedor de amostras
Purga =Condutividade agua alimentao Produo
Condutividade caldeira Condutividade gua alim.
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Recuperao de calor em purga de caldeiras
Pode recuperar-se at 80% do calor da purga de sais.
O sistema de recuperao composto de tanque de reevaporao, permutador de calor e acessrios.
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gua fria
Para o tanque alimentao.
Permutador
Tanque de reevaporao
Purga da caldeira
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Purga fundo da caldeira necessria uma purga de
fundo para arrastrar lodos. importante que esta purga
seja rpida e violenta mas de curta durao.
Utiliza uma vlvula pneumtica temporizada, com tempo de abertura de 4 ou 5 segundos e pelo menos uma vez por dia, ou vrias, dependendo das caractersticas da gua e do seu tratamento.
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Temporizador
Vlvula pneumtica
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Tanque de purgas Por normas ambientais,
necessrio arrefecer a gua das purgas antes de a enviar para qualquer ponto abaixo da cota zero (dreno). Temperatura mxima 40C. (Acima esteriliza-se a ETAR)
Pode utilizar-se um tanque desenhado para esta aplicao, com sistema de arrefecimento natural, e auxlio automtico de arrefecimento.
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Purgas
Sistema de arrefecimento
Drenagem
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Medio do caudal de vapor Cada vez mais necessrio gerir a energia pelo que fundamental
saber quanto vapor produzido. Medir caudal de vapor d a nica informao relevante para aferir o
rendimento e os consumo especfico. Deve seleccionar-se um medidor com gama ampla e preciso.
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Medidor caudal
Vapor
Condensado
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Segurana e regulamentos
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A fabricao, controlo de fabricao, operao e seguranas esto regulamentadas a nvel europeu pelas:EN 12952 Para caldeiras de tubos de guaEN 12953 Para caldeiras de tubos de fumo
Em Portugal foram publicadas ITC (instrues tcnicas complementares) explicativas da PED Decreto Lei 97/2000 da Directiva 97/23/CE do conselho europeu
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Segurana de nvel os alarmes de nvel detectam nveis baixo ou alto e param a
caldeira. Existem dois tipos:Alarmes de nvel standard:
Para casas de caldeiras com vigilncia contnua. recomendado sistema temporizado que provoca alarmes
obrigando a presena do operador. Alarmes de nvel de alta integridade:
Aprovados pela EN 12953 Alta integridade, Redundncia, auto diagnstico, diversidade Para casas de caldeiras sem vigilncia contnua (superviso de
24 a 72 horas ainda no regulamentado em Portugal) .
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Segurana de presso
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B
o
i
l
e
r
e
x
p
l
o
s
i
o
n
s
i
n
t
h
e
U
n
i
t
e
d
S
t
a
t
e
s
1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980
Ano
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Procedimentos de segurana e manuteno
Existem diversos equipamentos considerados de segurana, que necessitam de procedimentos operacionais e de manuteno:
Manmetros. Visores de nvel. Vlvulas de segurana de presso. Nveis mnimos de segurana. Vlvulas de purga de lodos.
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Procedimentos de segurana e manuteno
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Presso normal de operao
Presso mxima
de operao /
Timbre
As vlvulas tm
que indicar
inequivocamente
a posio de
operao.
Devem ser aferidos
periodicamente em
instituio
independente
acreditada
Deve executar-se um
procedimento de purga
diria de cada vlvula
individualmente
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Vlvulas de segurana de acordo com a ISO4126-1
Devem ser foradas a abrir semanalmente de forma a garantir que no esto coladas.
Ensaio peridico bianual e verificao em laboratrio independente acreditado.
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Procedimentos de segurana e manuteno
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Procedimentos de segurana e manuteno A par com o excesso de presso,
a situao mais perigosa que pode ocorrer num gerador de vapor, a falta de gua, expondo a superfcie metlica a sobreaquecimento e pior ainda vertendo gua fria sobre essas superfcies.
Existem procedimentos dirios de teste e procedimentos semanais em condies reais, interrompendo o fornecimento de gua e forando os alarmes em condies reais.
Em caso de alarme no se deve forar a entrada de gua sem que o corpo arrefea.
Os procedimentos de segurana devem ser registados.
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O grupo Spirax Sarco Fundado em 1910 Tem a sua central em Cheltenham (Inglaterra) 4.000 pessoas em empresas e escritrios em 40 pases Fbricas com sistema de controlo da qualidade
ISO-9001/2008 Filial Portuguesa em Carnaxide (Lisboa), e escritrio no
Monte da Virgem (Porto) bem como distribuidores por todo o territrio.
Proporciona conhecimentos, servios e produtos em todo o mundo para o controlo e uso eficiente do vapor e outros fluidos industriais.
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O grupo Spirax SarcoSpirax Sarco oferece: Cursos de formao terica e prtica Centro de formao em Carnaxide, com rea de
demonstrao (instalao de vapor) para realizar aulas prticas.
Assessoria tcnica Estudos de instalaes de vapor Revises peridicas de purgadores Servio ps-venda Ampla gama de produtos fabricados sob normas
ISO-9001/2008.
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P E R C I A S O L U E S S U S T E N T A B I L I D A D E
P r i m e i r o e m S o l u e s d e V a p o r
Geradores de vapor
Obrigado pela sua ateno