Carga de condensado em sistemas de aquecimento a vapor

Visão Geral

Em sistemas aquecidos por vapor, a carga de condensado representa a massa de vapor que deve ser fornecida (e subsequentemente condensada) para atender a um requisito de aquecimento de processo. Dois cenários fundamentais surgem na prática:

• Transferência de calor através de uma superfície — o vapor condensa em um lado de um trocador de calor, transferindo energia para um fluido ou gás no outro lado.
• Aquecimento de um lote de material — a energia do vapor eleva a temperatura de um produto de um estado inicial para um estado alvo.

Em ambos os casos, a carga de condensado necessária é determinada dividindo-se a demanda total de calor pelo calor latente do fornecimento de vapor.

Fórmulas Principais

Transferência de Calor Através de uma Área

$Q = U \cdot A \cdot \Delta t$

Calor total transferido através de uma superfície de área $A$, com coeficiente global de transferência de calor $U$ e diferença média de temperatura $\Delta t$ entre o vapor e o fluido secundário.

Aquecimento de um Material (Lote)

$Q = m \cdot c_p \cdot (t_2 - t_1)$

Calor total necessário para elevar uma massa $m$ de material (calor específico $c_p$) da temperatura $t_1$ para $t_2$.

Carga de Condensado

Uma vez conhecidos o calor total $Q$ e o tempo de processo $h$, a taxa de calor e o fluxo mássico de condensado seguem diretamente:

$\dot{Q} = \frac{Q}{h}$

$\dot{m}_{cond} = \frac{\dot{Q}}{L}$

onde $L$ é o calor latente de condensação para a pressão de fornecimento do vapor e $h$ é o tempo de aquecimento disponível.

Variáveis

Dados de Referência

Calor Latente de Vapor Saturado

Coeficientes Globais Típicos de Transferência de Calor (U)

Calculadora

Carga de Condensado a Partir do Aquecimento de Superfície

Carga de Condensado a Partir do Aquecimento em Batelada

Conversor de Unidades

Tabelas de Fonte Originais Restauradas

As tabelas a seguir são restauradas da página da fonte original para preservar os dados de referência completos.

Notas de Engenharia

• Cargas de partida dominam. Aquecer equipamentos e tubulações frias da temperatura ambiente até a temperatura operacional pode exigir várias vezes a taxa de condensado em regime permanente. Dimensione as linhas de vapor e armadilhas de acordo.
• Vapor flash. Quando o condensado de alta pressão é descarregado em um vaso de pressão mais baixa, uma parte se transforma novamente em vapor. A recuperação do vapor flash pode pré-aquecer a água de alimentação e reduzir a carga total da caldeira.
• Ar e gases não condensáveis. Mesmo pequenas concentrações de ar reduzem drasticamente o valor U efetivo. Instale purgadores de ar em superfícies aquecidas a vapor e garanta o dimensionamento adequado das purgas durante a partida.
• Fatores de incrustação. Os valores U na tabela acima representam condições limpas. Adicione resistências de incrustação (tipicamente 0.0001–0.0003 m²·K/W por superfície) ao dimensionar trocadores para longos intervalos de serviço.
• Dimensionamento de armadilhas. As armadilhas de vapor devem ser dimensionadas para pelo menos a carga máxima de condensado, incluindo margens de partida, tipicamente 1,5–3× a carga operacional normal.
• Dependência do calor latente em relação à pressão. Use sempre o calor latente correspondente à pressão de fornecimento real. Em pressões mais altas, o calor latente diminui, então é necessário mais fluxo de massa de vapor para a mesma carga térmica.

Referências

• Fonte Original — Engineering ToolBox