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Projeto de Sistemas de Vapor Retorno de Condensado

Parte 06 retorno condensado

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Page 1: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Retorno de Condensado

Page 2: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Por que retornar o condensado?

Page 3: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

O condensado é um recurso extremamente valioso. A grande quantidade de calor

contida no condensado justifica o seu retorno para o tanque de alimentação da

Caldeira;

Para cada 6 graus de aumento na temperatura da água de alimentação da caldeira tem-se aproximadamente 1% de economia de combustível.

O condensado é água destilada e já tratada, o que reduz os custos com

tratamento da água tratada para a Caldeira. O alto custo do desperdício deste

condensado para o meio ambiente é algo que não faz qualquer sentido financeiro,

ecológico ou técnico.

Por que retornar o condensado?

Page 4: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

EXEMPLO:Pressão de Vapor = 10 bar / Combustível Óleo BPF

Temperatura Inicial da água de reposição = 20ºC

Temperatura Final da água de reposição = 80ºCPela tabela de vapor saturado, temos:Calor Latente @ 10 bar = 478,2 Kcal/Kg

Calor Sensível @ 10 bar = 185,6 Kcal/Kg

Calor Total @ 10 bar = 663,9 Kcal/Kg

• A 20ºC o Calor Total para gerar vapor: 663,9 – 20 = 643,9 Kcal/kg

• A 80ºC o Calor Total para gerar vapor: 663,9 – 80 = 583,9 Kcal/kg

Então, a 20ºC P.C.I. = 9.600 = 14,9 Kg de vapor

Ctotal 643,9

Então, a 80ºC P.C.I. = 9.600 = 16,4 Kg de vapor

Ctotal 583,9

ECONOMIA DE 10% COM O AUMENTO DE

60º DA ÁGUA

Por que retornar o condensado?

Page 5: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Purgador

Dreno

Caldeira

Calor

Bomba de alimentação

Tanque de alimentação Válvula de

Controle

15ºC

Alimentação de água (15ºC)

Vapor8 bar g

Tratamento

Planta

Por que retornar o condensado?

Sistema de Vapor Simples – Sem retorno de condensado

Page 6: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Purgador

Caldeira

Calor

Bomba de Alimentação

Válvula de Controle

Vapor8 bar g

Bomba

90ºC - Retorno de Condensado

90ºC

Tanque de Alimentação

Planta

Reservatório

Por que retornar o condensado?

Sistema de Vapor Simples –Com retorno de condensado

Page 7: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

5 – Qual o custo estimado do m3 da água tratada?

4 – Qual a temperatura da água de reposição atual?

3 – Qual o regime de trabalho? (horas/mês)

2 – Qual o combustível da(s) Caldeira(s) e o seu custo médio?

1 – Qual a quantidade de condensado total a ser retornado?

(definido de acordo com o consumo de vapor das máquinas que serão interligadas ao sistema de retorno de condensado – ver catálogos de fabricantes ou medir na prática)

Exemplo de economia com o

reaproveitamento de condensadoDados Necessários do Sistema

Page 8: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

a) Vazão de Condensado a ser retornado................................. 8.000 kg/hb) Horas Anuais de Operação.................................................... 8.640 h(considerando 24h/dia e 30 dias/mês)c) Custo estimado da água e efluentes (já com produtos químicos)................................................... R$ 1,00 /tond) Temperatura do Condensado Retornado.............................. 90°Ce) Temperatura da Água de Reposição atual............................ 30°Cf) Aumento de Temperatura da Água de Reposição................. 60°Cg) Combustível (BPF), custo médio........................................... R$ 1,05/ kgh) Energia fornecida pelo combustível (BPF)............................ 8.050 Kcal/Kg

ECONOMIA (BPF) = (a) x (b) x (f) x calor específico x (g)

(h)

Exemplo de economia com o

reaproveitamento de condensadoEconomia de Combustível (Óleo BPF):

Page 9: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

ECONOMIA (BPF) = 8.000 Kg/h x 8.640 h x 60ºC x R$ 1,05

8.050

a) Vazão de Condensado a ser retornado................................. 8.000 kg/hb) Horas Anuais de Operação.................................................... 8.640 h(considerando 24h/dia e 30 dias/mês)c) Custo estimado da água e efluentes (já com produtos químicos)................................................... R$ 1,00 /tond) Temperatura do Condensado Retornado.............................. 90°Ce) Temperatura da Água de Reposição atual............................ 30°Cf) Aumento de Temperatura da Água de Reposição................. 60°Cg) Combustível (BPF), custo médio........................................... R$ 1,05/ kgh) Energia fornecida pelo combustível (BPF)............................ 8.050 Kcal/Kg

ECONOMIA = R$ 540.939,00 por ano (R$ 45.078,00 p/mês)

Exemplo de economia com o

reaproveitamento de condensadoEconomia de Combustível (Óleo BPF):

Page 10: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

ECONOMIA (H2O) = (a) x (b) x (c)

1000 Kg

ECONOMIA = R$ 69.120,00 por ano (R$ 5.760,00 p/mês)

a) Vazão de Condensado a ser retornado................................. 8.000 kg/hb) Horas Anuais de Operação.................................................... 8.640 h(considerando 24h/dia e 30 dias/mês)c) Custo estimado da água e efluentes (já com produtos químicos)................................................... R$ 1,00 /tond) Temperatura do Condensado Retornado.............................. 90°Ce) Temperatura da Água de Reposição atual............................ 30°Cf) Aumento de Temperatura da Água de Reposição................. 60°Cg) Combustível (BPF), custo médio........................................... R$ 1,05/ kgh) Energia fornecida pelo combustível (BPF)............................ 8.050 Kcal/Kg

= 8.000 Kg/h x 8.640 h x R$ 1,00

1000 Kg

Exemplo de economia com o

reaproveitamento de condensadoEconomia de Água Tratada:

Page 11: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Redução anual total do custo (Água tratada+Combustível)

Com a implantação do Sistema de Retorno de Condensado:

R$ 610.059,00

Exemplo de economia com o

reaproveitamento de condensado

Page 12: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Bombas Mecânicas de Condensado

Page 13: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Admissão

Bombas Mecânicas de Condensado

Funcionamento:

Page 14: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Admissão

Admissão de vaporBombas Mecânicas de Condensado

Funcionamento:

Page 15: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Admissão de vapor

Recalque

Bombas Mecânicas de Condensado

Funcionamento:

Page 16: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

exaustão

Recalque

Bombas Mecânicas de Condensado

Funcionamento:

Page 17: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Alimentação de vapor ou ar comprimido

Linha de Retorno de condensado

Altura

Purgador, para quando o fluido de operação é vapor

Bomba mecânica

Filtro na entrada

Exaustão da Bomba

Condensado do Sistema

Coluna de alimentação0.3m prefeível0.15m mínino

0.0m mínimo

Coluna de Alimentação Fatores de multiplicação de Capacidade metros ( m ) DN 25 DN 40 DN 50 DN 80x50

0,15 0,90 0,75 0,75 0,800,30 1,00 1,00 1,00 1,000,60 1,15 1,10 1,20 1,050,90 1,35 1,25 1,30 1,15

Sistemas de Bombeamento

Page 18: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Sistemas de Bombeamento

Page 19: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Instalações Típicas

Remoção de Condensado de trocadores de Calor

Page 20: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Instalações Típicas

Remoção de Condensado de equipamentos com Vácuo

Page 21: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Instalações Típicas

Remoção de Condensado de aquecedores de ar

Page 22: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Controle de Temperatura

Alimentação de Vapor

Purgador de bóia

Bomba Mecânica

Pressurizada

Trocador de Calor

Controle Efetivo de Condensado

Page 23: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

É o instante em que a pressão à montante e à jusante do purgador se igualam.

P1 = P2P1 = P2

Pressão Diferencial = ZERO

Stall Point

Page 24: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Temp. abaixo do Set Point

P1 > P2

Válvula de Controle Aberta

Stall Point

Baixa Pressão Interna

Page 25: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Temp. próxima do Set Point

P1 = P2

Válvula de Controle Modulando

Stall Point

Baixa Pressão Interna

Page 26: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Temp. no Set Point

P1 < P2

Válvula de Controle Fechada

Stall Point

Baixa Pressão Interna

Page 27: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Temp. no Set Point

P1 < P2

Válvula de Controle Fechada

Stall Point

Baixa Pressão Interna

Page 28: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Temp. abaixo do Set Point

P1 > P2

Válvula de Controle Aberta

Stall Point

Baixa Pressão Interna

Page 29: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Temp. abaixo do Set Point

P1 > P2

Válvula de Controle Aberta

Stall Point

Baixa Pressão Interna

Page 30: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

QUAL A SOLUÇÃO PARA EVITAR A OCORRÊNCIA DE ALAGAMENTO DE

CONDENSADO E/OU STALL POINT?

Stall Point

Page 31: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Válvula de Controle

Retorno deCondensado

Purgador

Vapor

Produto

Produto

Stall Point - Solução

Page 32: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Válvula de Controle

Retorno deCondensado

Bombeamento de Condensado

Purgador

Vapor

Produto

Produto

Stall Point - Solução

Page 33: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Retorno deCondensado

Vapor

Válvula de ControleProduto

Produto

Bombeamento de Condensado

Purgador

Stall Point - Solução

Page 34: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Retorno deCondensado

Vapor

Válvula de ControleProduto

Produto

Bombeamento deCondensado

Purgador

Stall Point - Solução

Page 35: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Retorno deCondensado

Vapor

Válvula de ControleProduto

Produto

Bombeamento de Condensado

Purgador

Stall Point - Solução

Page 36: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Como saber se em suas instalações existem problemas com a ocorrência de Stall Point e/ou

alagamento de condensado?

Stall Point

Page 37: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Verifique se existem problemas com:

• Instabilidade no controle de temperatura

• Ocorrência de Golpes de Aríete

• Corrosão interna nos trocadores de calor

Stall Point

Page 38: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Purgador de Bombeamento - APT

Page 39: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Ps

Pb Ps

Saída de fluido secundário

Entrada de fluido secundárioAPT14

Ps

Pb Ps

Saída de fluido secundário

Entrada de fluido secundárioAPT14

Purgador de Bombeamento - APT

Como o APT é conectado no sistema?

Page 40: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

O condensado entra no corpo

através da válvula de retenção de

portinhola;

Isto provoca a flutuação das bóias ;

As bóias são conectadas ao

mecanismo do purgador;

Se a pressão a montante for

suficiente para vencer a

contrapressão o condensado é

descarregado pelo purgador.

APT - Funcionamento

Page 41: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Se a pressão do sistema for

inferior a contrapressão, um

purgador convencional entraria

em Stall;

O condensado irá alagar o sistema;

Com o APT 14 o condensado irá preencher seu corpo.

APT - Funcionamento

Page 42: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

As bóias flutuarão até que o mecanismo da bomba dispare;

A válvula de admissão de abre e a válvula de exaustão fecha.

APT - Funcionamento

Page 43: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

A ação rápida do mecanismo garante uma rápida mudança do modo purgador para o modo bomba;

Com a válvula de admissão de vapor aberta, a pressão interna ao APT eleva-se acima da contra-pressão;

O condensado é forçado a deixar o APT através da sede do purgador para a linha de retorno de condensado.

APT - Funcionamento

Page 44: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Como o nível de condensado cai dentro do APT, as bóias ligadas ao mecanismo acionam-o;

A válvula de admissão de vapor fecha e válvula de exaustão abre.

APT - Funcionamento

Page 45: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

A pressão interna no APT é aliviada pela válvula de exaustão aberta.

Como a pressão interna no APT é equalizada com o sistema, o condensado entra pela válvula de retenção de entrada tipo portinhola.

No mesmo instante a válvula de retenção de saída (do tipo esfera) garante que o condensado da linha de retorno retorne ao interior do APT;

O ciclo de purga ou bombeamento inicia-se novamente.

APT - Funcionamento

Page 46: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

APT - Aplicações

Remoção de Condensado de aquecedores de ar de múltiplos estágios

Page 47: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

APT - Aplicações

Remoção de Condensado de equipamentos que trabalham à Vácuo

Page 48: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

APT - Aplicações

Remoção de Condensado de equipamentos serpentinados

Page 49: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

APT - Aplicações

Remoção de Condensado de trocadores de Caloe Casco - Tubo

Page 50: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

APT - Aplicações

Remoção de Condensado de trocadores de Calor à Placas

Page 51: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

APT - Aplicações

Page 52: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

APT - Aplicações

Page 53: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Reaproveitamento de Vapor Flash

Page 54: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

4 bar g

0 bar g

Massa

Condensado 900 kg/h

Vapor Flash 100 kg/h

Volume

Condensado 0.9 m 3 /Kg

Vapor Flash 167.3 m 3/Kg

1,00

0 kg

/h

Quantidade de Vapor Flash

Page 55: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

100 kg Vapor Flash

99.44% do Volume Total

900 kg Condensado

0.56 % do Volume Total

Quantidade de Vapor Flash

Page 56: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Pre

ssão

nos

Pur

gado

res

bar

kg vapor flash/kg condensado

Pressão de Vapor Flash bar g

Pressão Atmosférica

Curva de Vapor Flash

Page 57: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Tanque Flash

Saída de Vapor Flash

Saída de Condensado

Entrada

Como reaproveitar o Vapor Flash?

Page 58: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Injeção de Vapor Flash de baixa

pressão no tanque de alimentação

Tanque Flash

Vapor Flash injetado diretamente em um cabeçote desaerador

Blowdown das válvulas de Descarga de Fundo da

Caldeira

Termostato

Trocador de Calor

Como reaproveitar o Vapor Flash?

Recuperação de Energia de descargas de Caldeiras

Page 59: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Purgadores

Válvula Redutora de Pressão

Vapor

Fluxo de Ar

Condensado

Tanque Flash

Válvula de Controle

Vapor Flash

Como reaproveitar o Vapor Flash?

Page 60: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Como reaproveitar o Vapor Flash?

Page 61: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Vapor Flash = Calor Sensível de alta – Calor Sensível de baixa x Massa de (Kg/h) Calor Latente de Baixa condensado

Condensado

Vapor Flash

CondensadoCondensado

Vapor FlashVapor Flash

Condensado

Como calcular a quantidade de Vapor Flash a ser reaproveitada no processo?

Page 62: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Exemplo:

Pressão de Entrada = 10 Kgf/cm2

Pressão de Reevaporação (flash) = 1,4 Kgf/cm2

Vazão de Condensado = 9.000 Kg/hr

Vapor Flash = Calor Sensível de alta – Calor Sensível de baixa x Massa de (Kg/h) Calor Latente de Baixa condensado

Vapor Flash = 185,6 – 125,8 x 9.000 = 1.030,83 Kg/h de Vapor Flash (Kg/h) 522,1

Como calcular a quantidade de Vapor Flash a ser reaproveitada no processo?

Page 63: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Reaproveitamento de Vapor Flash

Page 64: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Reaproveitamento de Vapor Flash

Page 65: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Dimensionamento da Linha de Retorno de Condensado (kg/h) – Saída de bombas / Tq. Flash

Perda de Carga Aproximada em mbar/m de percurso em Tubo de Aço0,3 0,5 0,6 0,8 1 1,4

1/2" (15mm) 95 130 140 160 180 2203/4" (20mm) 220 290 320 370 420 5001" (25mm) 410 540 600 690 790 940

1.1/4" (32mm) 890 1180 1300 1500 1700 20401.1/2" (40 mm) 1360 1790 2000 2290 2590 3100

2" (50mm) 2630 3450 3810 4390 4990 60002.1/2" (65mm) 5350 6950 7730 8900 10150 12100

3" (80mm) 8320 10900 12000 13800 15650 187004" (100mm) 17000 22200 24500 28200 31900 38000

Diâmetro do Tubo

Como dimensionar Linha de Retorno de Condensado?

Page 66: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Dimensionamento da Linha de Condensado com vapor de reevaporação(kg/h)

Como dimensionar Linha de Retorno de Condensado?

Page 67: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Dimensionamento de Linhas de Condensado com vapor de reevaporação

(kg/h)

Page 68: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Sistema de detecção de Condensado Contaminado - CCD

Page 69: Parte 06   retorno condensado

Projeto de Sistemas de Vapor

Evita contaminação de produtos e prejuízos à caldeira;

Consumo mínimo de energia;

Reduz custo de tratamento de água;

Permite leitura contínua no local e saída de sinal para registrador gráfico;

O sensor de compensação de temperatura proporciona resultados precisos

na leitura de condutividade.

Sistema de Detecção de Condensado Contaminado - CCD