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Sistema de vapor na indústria
- História
- Conceitos Básicos
- Aplicação
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Entre os anos de 1700 e 1800 criaram-se equipamentos geradores de vapor.
Porém foi precisamente em 1867 que criou-se caldeira por convecção.
Iniciando de fato a indústria geradora de vapor.
Nesta época era comum o uso de carvão principalmente para geração de calor.
Porém diversos inconvenientes associados à sua utilização foram gradativamente solucionados.
A partir, então da caldeira a vapor.
Babcock e Wilcox patentearam no ano de 1867 o projeto de uma caldeira.
Esse projeto usava tubos dentro de uma estrutura refratária para geração de vapor.
- Advento da revolução industrial
- Novas necessidades e desenvolvimento da humanidade
Alimentos, bebidas, itens básicos de consumo, medicamentos, energia e outros.
Assim, o vapor de todos processos.
O que é então vapor?
Vapor é um gás resultante da mudança de fase da água, submetida a variáveis de pressão e temperatura.
Tem por consequência principalmente este processo de transformação.
Através da absorção do calor e agitação das moléculas.
Por isso este processo é continuamente promovido e renovado dentro de um sistema de vapor industrial.
Qual é o fluxo básico de um sistema de vapor?
- Geração
- Condução
- Qualificação
- Controle
- Utilização
- Retorno
Por que usamos sistema de vapor na indústria?
Existem diversas razões motivadoras para a geração e uso do vapor na indústria.
Destacamos assim algumas delas agora:
- Gerado a partir de água (abundante e baixo custo)
- Permite ajuste de temperatura pelo controle de pressão
- Facilidade no transporte e utilização
- Transporta uma quantidade muito grande de energia em uma massa muito pequena de fluído
- Pressão e temperatura – Unidades
Alguns conceitos sobre pressão e temperatura são bastante importantes.
Principalmente dentro de um sistema de vapor industrial.
Visto que estas duas variáveis são constantes.
Ou seja, quanto maior é a pressão, maior também será a temperatura.
O inverso também é verdadeiro. Por exemplo, quanto menor é a pressão, menor também é a temperatura.
Unidades comuns de pressão:
- Kgf/cm², bar, psi
Unidades comuns de temperatura:
- °F e °C – Graus Fahrenheit e Celsius
*Tabelas de conversão de unidades podem ser facilmente encontradas e utilizadas na internet.
Tabela de vapor saturado
Na tabela de vapor saturado podemos observar alguns pontos como os citados anteriormente.
- Quanto maior a pressão, maior então a temperatura.
- Se é maior a temperatura, menor é o calor sensível e maior é o calor latente, porém a soma total segue se equalizando.
- Quanto maior a pressão do vapor menor é o seu volume, ou seja, ocupa menos espaço em equipamentos e tubulações.
Vapor saturado e vapor superaquecido
Explicamos sobre isso e muito mais em nossos Cursos Vaportec.
Dessa forma usamos o vapor saturado em processos aonde o objetivo é o aquecimento.
Já o vapor superaquecido, é utilizado em processo aonde a finalidade é a geração de energia através da movimentação de máquinas.
Onde o vapor deve estar então completamente seco.
Ou seja, apenas na forma de gás, sem presença de líquido.
O grau de superaquecimento garantirá este estado e também a velocidade necessária neste tipo de processo.
Agora vamos compartilhar um fluxo básico de amplos os sistemas, explicando o seu funcionamento.
Fluxograma de sistema de vapor superaquecido
Fluxograma de sistema de vapor saturado
Transferência térmica
Entre o vapor e o produto final a ser aquecido naturalmente existirá uma barreira de transferência de calor.
Isto é, ela é formada pelo ar, água e aço entre os dois fluidos.
Todas essas variáveis são consideradas então em cálculos de transferência como em:
Ciclos naturais da água no meio ambiente e tratamento de água para caldeiras, por exemplo.
Quais impurezas estão contidas na água naturalmente?
Sólidos dissolvidos, especialmente carbonatos e sulfatos de cálcio e magnésio.
Sólidos em suspensão, normalmente formando uma lama decorrente de matéria orgânica e sólidos minerais.
Gases dissolvidos e corrosivos como o oxigênio e o dióxido de carbono.
Substâncias espumantes, normalmente contendo soda na forma de carbonato, clorito ou sulfato.
Por que devemos tratar a água da caldeira?
- Minimizar fatores de corrosão da caldeira, sistema de distribuição, controle, equipamentos e retorno de condensado.
- Evitar incrustação no interior da caldeira (troca térmica prejudicada)
- Minimizar a formação de espuma e arraste de água junto com o vapor, garantindo o seu grau de pureza e qualidade.
Técnicas para tratamento de água de caldeiras
Redução do nível de sólidos dissolvidos.
Como? Desmineralização, Osmose reversa ou Alcalinização.
Transformação de sais precipitados em sais solúveis, por exemplo.
Desaeração mecânica, térmica ou química da água de alimentação para remover o oxigênio dissolvido.
Dosagem química para manter as condições de alcalinidade.
Para manter os sólidos em suspensão ao invés de gerarem incrustação e prevenir corrosão.
Incrustação, 1,5mm de incrustação geram 15% de perda de transferência, por exemplo.
Visto o que nós falamos até o momento podemos ter clareza então de que:
- Vapor é gerado a partir de água, dessa forma submetida a temperatura e pressão;
- Água ainda é um recurso abundante, mas deve ter o devido tratamento e controle;
- Pressão e temperatura são duas variáveis constantes em sistemas de vapor, ou seja, quanto maior a pressão maior a temperatura e quanto menor a pressão menor a temperatura;
- Quanto maior a pressão do vapor, menor será o seu volume e vice-versa;
- Vapor utilizado em processos de aquecimento é vapor saturado e vapor utilizado em processos de geração energética e movimentação de equipamentos é o vapor superaquecido, sem presença de condensado.
- Água e ar são agentes prejudiciais na transferência térmica em sistemas de vapor e devem ser tratados então tanto na geração, quanto na distribuição e controle.
Vapor, meio-ambiente e desenvolvimento sustentável
O vapor é gerado a partir de água e calor, como falamos anteriormente.
Sendo assim além da água que é um recurso natural, temos a necessidade do calor.
Obviamente é gerado a partir da queima de um determinado combustível, como por exemplo:
- Lenha e derivados de madeira de maneira geral
- Gás (diversos tipos, biogás, gás natural, glp…)
- Óleo (diversos tipos, BPF, diesel…)
- Resíduos orgânicos do processo (casca de arroz, cana e diversos outros…)
A combustão gera então gases provenientes dessa queima.
Estes gases após a troca de calor serão devidamente eliminados para a atmosfera, através de uma chaminé.
CO² – Dióxido de carbono
Quanto CO² é gerado a partir da queima da lenha?
Em média 34,04 toneladas de CO² de hectare.
Variando de acordo com o tipo de lenha, umidade e outros fatores.
Modelo e ciclo de emissão de dióxido de carbono:
Consciência & evolução
No ciclo de geração de energia, foi considerado que anualmente 36,3 toneladas de CO² são emitidas na fase agrícola. Em regime padrão de operação, incluindo então o transporte até a fase industrial.
Sendo assim, 60% do total de CO² equivalente emitido na geração de energia foi sequestrado pela árvore.
Para manter assim sua estrutura.
Portanto, o ciclo neutro de carbono é perfeitamente viável.
Sendo necessário 40% das árvores reflorestadas não sejam então queimadas.
Podendo ser destinadas a outros fins como produção de móveis ou construção civil por exemplo. (LIMIRO, 2009)
Na história da humanidade o desenvolvimento e a sustentabilidade com que ele ocorre nunca foram temas tão relevantes.
Dessa forma, o planeta é um ecossistema vivo em si mesmo.
Passando por constantes transformações, existe a necessidade de termos consciência.
Mas, também de fato agirmos em relação ao cuidado com o planeta e as pessoas que nele habitam é fundamental.
Esse é contexto que estamos abordando hoje.
Da produção de vapor a partir da água em comunhão com o calor gerado pela queima de um combustível e seus diversos processos e utilização na indústria moderna.
Destacamos que o pensamento em relação a utilização e devolução desses recursos e a forma como fazemos isso é fundamental.
- Os combustíveis usados na geração de vapor, como são extraídos, como são utilizados e devolvidos a atmosfera.
- A água que utilizamos para geração de vapor, a forma de captação, tratamento, utilização e possível retorno a natureza.
Reflexão
Possivelmente um pensamento comum a nós que atuamos na indústria: de que não nos é possível ter uma ação que efetivamente terá impacto global.
A minha reflexão em relação a isso e que eu quero compartilhar é justamente oposta.
Quando separamos o lixo ou racionalizamos água em nossa casa, o impacto já é global.
Você já pensou nesse impacto com o volume de água e combustível processado diariamente em qualquer tipo de indústria?
Ele é gigante e tem um efeito dominó como a separação de lixo e outras iniciativas fora da indústria tiveram.
O desenvolvimento só é possível se feito de forma sustentável.
Qualquer outra forma de desenvolvimento é completamente insustentável no longo prazo.
Qualquer dúvida ou necessidade não deixem de entrar em contato conosco, pelos contatos que estão na descrição deste vídeo e nós teremos prazer em ajudá-lo nas suas necessidades.
Um abraço e até a próxima aula do curso de sistema de vapor.
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Estamos à disposição.
Um abraço
Que legal…!!
Esta foi uma visita excelente, gostei muito, voltarei assim
que puder… Boa sorte..!
Sim! Volte sempre!