Dimensionamento de tubulações de condensado de vapor

Visão Geral

Engineering ToolBox - Recursos, Ferramentas e Informações Básicas para Engenharia e Design de Aplicações Técnicas!

O dimensionamento de tubos de condensado de vapor garante que o condensado líquido retorne com segurança dos equipamentos de processo para a casa de caldeiras ou o reservatório. Linhas subdimensionadas causam contrapressão, golpe de aríete e equipamentos alagados; linhas superdimensionadas adicionam custo desnecessário. O projeto deve considerar a vazão mássica do condensado, a geração de vapor flash, a atrito nas tubulações, a expansão térmica e a elevação vertical.

Fórmulas Principais

Vazão Mássica do Condensado

$\dot{m} = \frac{\dot{Q}}{h_{fg}}$

A carga térmica dividida pelo calor latente de vaporização fornece a massa de condensado produzida.

Queda de Pressão Darcy–Weisbach

$\Delta P = f \frac{L}{D} \frac{\rho v^2}{2}$

Queda de pressão por atrito ao longo de um trecho reto de tubulação.

Área da Seção Transversal

$A = \frac{\pi D^2}{4}$

Continuidade

$\dot{m} = \rho \, A \, v$

Fração de Vapor Flash

$x_{flash} = \frac{h_{f,1} - h_{f,2}}{h_{fg,2}}$

Onde $h_{f,1}$ é a entalpia líquida na pressão a montante (alta) e $h_{f,2}$, $h_{fg,2}$ são avaliados na pressão a jusante (baixa).

Variáveis

Velocidades Recomendadas

Velocidades mais altas aumentam o ruído, a erosão e a perda de carga; velocidades mais baixas apresentam risco de acúmulo de condensado e golpe de aríete nas linhas de vapor.

Dimensionamento de Tubulações de Condensado — Capacidades

Geração de Flash Steam

Quando o condensado de alta pressão é descarregado em um receptor de menor pressão, uma parte se transforma em vapor. O volume de flash steam deve ser acomodado na linha de retorno do condensado.

Calculadora — Vazão de Condensado a partir da Carga Térmica

Conversor de Unidades

Notas de Engenharia

• Retorno por gravidade vs. retorno por bomba. Linhas de condensado por gravidade são superdimensionadas em relação às linhas com bomba porque a carga disponível é pequena — geralmente apenas a altura estática da coluna de condensado menos as perdas por atrito. Mantenha a velocidade abaixo de 0.5 m/s.
• Volume de vapor flash. Uma linha de condensado que transporta vapor flash deve ser dimensionada para o volume bifásico combinado. O volume específico do vapor é ordens de magnitude maior que o do líquido, então mesmo alguns por cento de flash em massa podem dominar a área de tubulação necessária.
• Golpe de aríete. Linhas de condensado são suscetíveis a golpe de aríete quando bolsões de vapor colapsam ou quando o condensado é acelerado por mudanças bruscas de pressão. Incline todas as linhas horizontais no sentido do escoamento (mínimo 1:100) e instale pernas de drenagem nos pontos mais baixos.
• Dilatação térmica. O aço carbono se expande aproximadamente 12 mm por 100 m de tubo a cada 100 °C de elevação de temperatura. Linhas de condensado de vapor operam em alta temperatura — instale alças de dilatação, desvios ou juntas de dilatação em intervalos apropriados.
• Material da tubulação. Aço carbono (Schedule 40) é o padrão para linhas de condensado. Cobre ou aço inoxidável podem ser utilizados para diâmetros menores ou onde a qualidade da água é crítica. Evite junções de metais dissimilares sem conexões isolantes para prevenir corrosão galvânica.
• Fator de segurança na capacidade da armadilha de vapor. Selecione armadilhas de vapor com capacidade 2 a 3 vezes a carga de condensado calculada para lidar com picos de partida e variações de pressão.
• Isolamento. Isole todas as linhas de condensado para reduzir a perda de calor e proteger o pessoal de queimaduras. Linhas de condensado não isoladas também esfriam o condensado, reduzindo a quantidade de vapor flash recuperado e potencialmente causando colapso induzido por vácuo nas linhas de retorno.

Referências

• Fonte Original — Engineering ToolBox