Você já se perguntou como a panela de pressão em sua cozinha se compara a uma caldeira gigante em uma usina elétrica? Ambos têm semelhanças, porque ambos produzem vapor aquecendo a água.
O vapor é produzido quando a água se transforma em gás a partir de seu estado líquido. Em outras palavras, o vapor é a água em sua fase gasosa. O vapor é frequentemente descrito como a névoa produzida pela água fervente. Vapor também é usado para descrever energia ou impulso, como quando dizemos que o mercado de ações perdeu força.
Embora o vapor seja fácil de identificar e entender quando emana de uma chaleira, há muitas questões importantes a serem consideradas ao usar sistemas de vapor de processo para fins industriais.
Qualidade e pureza do vapor
A pureza do vapor leva em consideração os contaminantes presentes no vapor na forma de vapor, líquido ou sólido. Por outro lado, a qualidade do vapor normalmente leva em consideração a umidade (partículas de água na forma líquida) presente no vapor. Noventa e oito por cento de vapor de qualidade significa que há dois por cento de umidade presente nele. O excesso de umidade no vapor pode ser devido a purgadores de vapor defeituosos, transferência da caldeira ou isolamento deficiente nos tubos de vapor, causando condensação excessiva. Vapor com excesso de umidade não tem o calor necessário para esterilizar equipamentos em aplicações de esterilização. Em aplicações de turbina, a condensação de gotículas pode causar erosão das pás da turbina, resultando em baixa durabilidade e confiabilidade. (Leitura relacionada: brigando cavitativo Corrosão e Corrosão Erosiva.)
Os requisitos de pureza do vapor podem indicar o teor máximo de umidade permitido ou podem especificar limites de concentração para várias impurezas químicas. Sistemas normais de aquecimento de edifícios e processos de baixa pressão exigem que o vapor tenha um baixo teor de umidade, enquanto para turbinas a vapor em usinas de energia, os limites superiores para cobre, ferro, sílica, potássio, sódio e sólidos dissolvidos totais (TDS) também são muitos horários estipulados.
tipos de vapor
Existem vários tipos diferentes de vapor, conforme explicado nas seções a seguir.
Vapor insaturado ou úmido
Quando usamos a palavra “vapor”, geralmente queremos dizer vapor úmido ou insaturado. As caldeiras normalmente fornecem vapor com qualidade de 95% a 97%, ou seja, com teor de umidade de até 5%. Para separar as gotas de água do vapor, dispositivos conhecidos como separadores (por exemplo, purgadores de vapor) são fornecidos no sistema.
Vapor Saturado ou Vapor Seco
O vapor saturado (também conhecido como vapor seco) é definido como o vapor produzido quando as fases líquida e gasosa da água ocorrem simultaneamente a uma pressão e temperatura especificadas. Vapor saturado é o ponto onde a taxa de produção de vapor é igual à taxa de vaporização da água fervente.
Quando a água é aquecida, a temperatura da massa aumenta até atingir a temperatura de ebulição para a pressão existente. Qualquer aumento adicional no aquecimento resultará na formação de vapor sem qualquer aumento na temperatura porque qualquer energia térmica fornecida agora é usada como calor latente de vaporização. Nossos olhos não podem ver o vapor saturado porque ele está livre de gotículas de água. O vapor saturado é produzido a cerca de 100 °C (212 °F) à pressão atmosférica normal. A maioria das aplicações de aquecimento especifica vapor saturado como requisito.
vapor superaquecido
O vapor superaquecido é produzido pelo aquecimento contínuo de vapor saturado ou insaturado até que o vapor atinja uma temperatura mais alta que o vapor saturado, normalmente entre 200°C e 800°C (392°F e 1472°F), a uma pressão constante. Este tipo de vapor armazena mais calor em comparação com o vapor saturado na mesma pressão. O vapor superaquecido é preferido principalmente para aplicações de acionamento de turbina, enquanto o vapor saturado é preferido para aplicações de aquecimento e esterilização.
Ao usar vapor superaquecido, o risco de danos por erosão da lâmina e danos por corrosão nos acionamentos das turbinas a vapor é minimizado porque o vapor não gera gotas de água devido à condensação nas pás. (Leitura relacionada: Prevenção de corrosão para bombas de água, válvulas, impulsores e acessórios.) No entanto, os equipamentos devem ser feitos de materiais mais resistentes, pois devem suportar as temperaturas mais altas do vapor superaquecido.
vapor de fluido supercrítico
Quando um nível crítico de pressão é aplicado ao vapor em altas temperaturas, as moléculas se unem de tal forma que o vapor se torna um fluido supercrítico, semelhante à água, mas mantendo as características principais de um gás. Em outras palavras, não é um gás nem um líquido. Este fluido supercrítico está sendo adotado em usinas modernas devido às vantagens de maior eficiência térmica e menor CO.2 emissões
Aplicativos para Steam
As aplicações do vapor são diversas, tanto em residências quanto em instalações industriais. Alguns dos principais usos do vapor incluem:
geradores de energia elétrica
Nos Estados Unidos, a maior parte (cerca de 85%) da energia elétrica produzida é gerada por conjuntos turbogeradores movidos a vapor. De fato, em todo o mundo, a maior parte da eletricidade é gerada pelo uso de vapor. Vapor superaquecido e vapor de fluido supercrítico são utilizados no setor de energia.
Além de acionar turbinas a vapor, o vapor também é usado para acionar grandes turbocompressores, turbobombas e compressores de ar e gás na indústria.
Nas usinas de cogeração, o vapor é utilizado para acionar conjuntos turbogeradores e para aquecimento.
atomização de combustível
A atomização é basicamente o processo de quebrar combustíveis sólidos e líquidos em partículas muito pequenas. Isso é feito para obter uma melhor economia de combustível, permitindo uma combustão mais eficiente.
Em sistemas de caldeiras de queima de óleo, o vapor é injetado para quebrar o óleo combustível pesado e viscoso em gotículas muito pequenas para garantir uma combustão mais eficiente.
Além de melhorar a combustão, a atomização também reduz a poluição do ar.
secagem do produto
O vapor seco é usado para remover a umidade de alguns produtos industriais. Enquanto algumas plantas usam ar quente para esse fim, a secagem a vapor é mais segura e barata.
umidificação
Em plantas industriais, laboratórios, hospitais, residências e escritórios, manter a umidade na faixa exigida é uma questão crítica para os prestadores de serviços de HVAC. Um nível de umidade muito baixo contribui para riscos à saúde das pessoas e danos a materiais e equipamentos. Serpentinas HVAC com umidificadores de vapor são usadas para controlar a umidade e a temperatura. Quando o ar frio é aquecido durante as estações mais frias, a umidade diminui ainda mais, então o vapor é injetado no ar quente para aumentar a umidade dentro dos dutos de ar.
Esterilização
Hospitais usam vapor saturado sob pressão positiva para esterilizar utensílios e itens embalados. O calor liberado durante a condensação do vapor mata os microorganismos dentro de um período de tempo específico com base na temperatura e pressão do vapor. No entanto, apenas os itens que não são danificados pelo calor podem ser esterilizados pela aplicação de vapor.
A esterilização por vapor ou autoclave tem a vantagem de simplicidade e toxicidade praticamente zero. Equipamentos cirúrgicos, instrumentos odontológicos e têxteis são alguns dos itens esterilizados por vapor saturado.
Limpeza
O vapor é usado como um meio conveniente para limpar superfícies simples e complicadas que não podem ser facilmente limpas por outros métodos. Por exemplo, em caldeiras que queimam carvão e óleo, as paredes do forno acumulam continuamente fuligem, resultando em desempenho abaixo do ideal. O vapor fornecido através de um bocal de sopro de fuligem é usado para remover essa fuligem difícil de remover, bem como a escória depositada na superfície da parede.
processo de aquecimento
O vapor é produzido e distribuído para vários equipamentos para aquecimento sob pressão positiva a uma temperatura acima de 100°C. Processos químicos, refinarias de petróleo e produtores de alimentos são alguns dos setores que precisam de vapor para aquecimento. A maioria deles prefere vapor saturado.
Hidratante
Em alguns processos, o vapor fornece calor e umidade controlados. Em fábricas de celulose e papel, por exemplo, o vapor fornece umidade ao papel para que ele possa se mover nos rolos sem rasgar.
Conclusão
O vapor pode ser classificado como vapor de fluido saturado, insaturado, superaquecido ou supercrítico. É usado globalmente para gerar a eletricidade que alimenta a economia moderna. Também é usado para aquecimento em tudo, desde a indústria de processo até residências individuais, bem como outras aplicações, como esterilização e umidificação.