Projeto e calculadora de vapor e retorno de condensado
CÓDIGO DA MATÉRIA: PE079
PORTFÓLIO DE SISTEMAS INDUSTRIAIS • ITEM 04 • PE079
Projeto e calculadora de vapor e retorno de condensado
Da caldeira ao consumidor e de volta ao tanque: conheça uma central didática modelada no Blender e estime consumo de vapor, velocidade e formação de flash.
As proporções da caldeira foram revistas com apoio do desenho dimensional ECAL VRI-300. O casco genérico adotado tem 1,20 m de diâmetro e 1,90 m de comprimento; essas não são cotas de uma réplica do produto. O exemplo térmico da calculadora não seleciona o porte comercial da caldeira.
O caminho do vapor
A caldeira B-101 gera vapor. Antes da distribuição, o separador S-101 remove a umidade arrastada, e a estação PRV-101 reduz a pressão para o nível de uso. O coletor alimenta dois consumidores em paralelo, representados por trocadores casco e tubos.
Cada trocador possui quatro conexões: entrada de vapor e saída de condensado no lado do casco; entrada e saída do fluido de processo nos cabeçotes. Os circuitos permanecem separados. A rede externa de processo termina nos limites flangeados da cena.
As tomadas de vapor saem por cima do coletor. O modelo inclui caimento de 1:100 em direção à drenagem, bolsa na extremidade e purgadores próprios para a rede, para o separador e para cada consumidor. O filtro Y da estação tem cesto lateral. São referências de arranjo da Spirax Sarco, a ajustar às condições reais.
O caminho do condensado
Ao transferir calor ao processo, o vapor condensa. Cada consumidor tem bloqueios, filtro, purgador de boia e retenção. O efluente segue por gravidade ao tanque ventilado TK-101. A drenagem do separador de maior pressão utiliza uma linha dedicada até o tanque.
O receptor recebe reposição de água tratada e possui respiro e extravasor. A bomba P-101 devolve água à alimentação da caldeira, com retenção no recalque. O tanque não é um vaso pressurizado de recuperação de flash nem um desaerador completo.
Após o purgador, parte do líquido quente evapora na redução de pressão: é o vapor flash. O retorno pode conduzir líquido e vapor; seu diâmetro não deve ser escolhido apenas pela velocidade da água líquida. Contrapressão, declividade e drenagem precisam ser avaliadas.
Redução de pressão e propriedades do vapor
O exemplo considera vapor saturado na geração a 8 bar absolutos e redução ideal adiabática para 4 bar absolutos, conservando a entalpia. O vapor chega a aproximadamente 156,90 °C, acima da saturação de 143,61 °C na pressão de uso. A parcela de superaquecimento entra no balanço.
O condensado foi adotado como líquido saturado na pressão de uso, sem sub-resfriamento. As propriedades foram calculadas pela formulação IAPWS-IF97. O navegador usa pontos tabulados, sem interpolação. Não se calculam perdas de pressão da rede nem a temperatura real de todos os trechos.
Exemplo: 100 kW de aquecimento útil
ṁ = Φ / (hvapor − hcondensado)
Em regime permanente, com diferença de entalpia de 2.163,58 kJ/kg, a carga útil de 100 kW exige 166,39 kg/h de vapor. Um adicional ilustrativo de 10% leva a 183,03 kg/h para verificar o trecho comum. Esse adicional não é eficiência de caldeira, fator de partida calculado ou seleção de capacidade nominal.
Com diâmetro interno de 40,9 mm, a velocidade local resulta em 18,57 m/s. Para o critério informado de 25 m/s, o mínimo apenas por velocidade é 35,25 mm. Isso não seleciona DN, espessura ou classe de pressão. A carga e o diâmetro da cena são ilustrativos.
Condensado saturado a 4 bar absolutos descarregando em receptor a 1,01325 bar absoluto gera aproximadamente 8,23% de flash. Sobre a vazão útil dos consumidores, são 13,70 kg/h de vapor e 152,70 kg/h de líquido. Coletando 80% desse líquido, retornam 122,16 kg/h. A drenagem adicional da rede não está incluída no balanço do retorno.
O que ainda depende do projeto
A estação inclui proteção a jusante, além da proteção da caldeira. Ajuste, capacidade e destino das descargas dependem dos limites dos equipamentos e dos cenários de falha; a imagem não dimensiona dispositivos de segurança. Consulte os requisitos do fabricante da redutora.
Os consumidores da cena têm bloqueios manuais, sem controle modulante de temperatura. Caso exista modulação, a pressão no trocador pode cair a ponto de impedir a drenagem contra a contrapressão. Essa condição, chamada stall, exige verificar altura disponível e solução de drenagem, inclusive bomba-purgador quando aplicável.
A bomba de alimentação requer avaliação de água quente, vazão, altura e NPSH. O modelo não dimensiona tanque, respiro, purga, combustão ou tratamento de água. Instalação, operação, inspeção e documentação devem considerar a NR-13 e os códigos aplicáveis.
Calculadora de vapor e flash
Informe a carga útil total. Todas as pressões são absolutas. A equivalência manométrica usa atmosfera de referência de 1,01325 bar.
Estimativa didática de regime permanente. Não dimensiona retorno bifásico, purgadores, redutora, segurança, bomba ou caldeira. Não inclui aquecimento inicial da rede, perdas de pressão nem consumo de combustível.
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