Compressores de Vapor

Quando purgadores de vapor de média a alta pressão descarregam o condensado, a baixa pressão na linha de recuperação de condensado faz com que parte do líquido retorne na forma de flash. Este vapor flash contém uma valiosa energia térmica que, se efetivamente reutilizada, pode ajudar a aumentar a eficiência da planta e reduzir o consumo de energia. Muitas vezes, o vapor flash pode ser descarregado para a atmosfera, e a energia térmica é consequentemente desperdiçada. No entanto, existem dois métodos possíveis para reter a energia térmica: recuperação de flash e compressão de vapor.

Uma das formas mais comuns de capturar o calor é a instalação de um tanque de flash pressurizado ou um sistema de recuperação de flash. O tanque de flash recebe o condensado descarregado dos purgadores de vapor e permite que o vapor flash seja desviado para uma linha de baixa pressão para ser reutilizado em outros lugares.

Entretanto, um sistema de recuperação flash resulta em uma certa quantidade de contrapressão; deve-se tomar cuidado para preservar o diferencial de pressão necessário à montante do fluxo para que os purgadores de vapor possam continuar operando. Além disso, também deve haver uma necessidade real para o vapor de baixa/média pressão fornecido pelo tanque de flash. Às vezes, a pressão do vapor flash recuperado está abaixo da pressão mínima ou temperatura requerida para a reutilização. Nesses casos, um compressor a vapor pode fornecer uma solução mais eficaz.

A pressão do vapor flash normalmente é muito baixa para reutilização

Depois de considerar as condições de operação necessárias para a aplicação primária de vapor e a taxa de descarga dos purgadores de vapor, às vezes há uma incompatibilidade entre a pressão máxima de vapor flash alcançável e a pressão mínima necessária para reutilização. Por exemplo, se a pressão do vapor flash atinge um máximo de 1 barG e a pressão mínima que pode ser utilizada é 2 barG, o vapor pode ser destinado para a atmosfera em vez de reutilizado porque a pressão simplesmente não é alta o suficiente para atender ao processo limite. Se ao menos a pressão pudesse ser aumentada de 1 barG para 2 barG, então o desperdício de saída de vapor poderia ser evitado!

Elevando a Pressão do Vapor

No caso do ar, um aumento de pressão pode ser facilmente alcançado usando um compressor padrão de ar. Entretanto, compressores mecânicos de vapor similares para vapor (steam) não são muito comuns devido à presença de condensado. Além disso, não é possível elevar a pressão simplesmente por adição de calor, porque adicionando calor sem um compartimento de contenção (como uma caldeira), meramente faz com que o vapor fique superaquecido e se expanda ao longo da tubulação sem qualquer aumento de pressão. Como, então, a pressão do vapor pode ser elevada?

Uma resposta é combinar vapor de baixa pressão com um fluxo de vapor de alta pressão. Entretanto, misturar dois fluxos conectando simplesmente a tubulação, fará com que o vapor de maior pressão entre em refluxo na linha de baixa pressão, o que poderá causar problemas para os purgadores de vapor instalados à montante do fluxo. Para evitar esse refluxo, é necessário usar um ejetor.

Usando um Ejetor de Vapor para Combinar Vapor de Baixa e de Alta Pressão

Um ejetor de vapor pode ser usado para arrastar vapor de baixa pressão em um fluxo de vapor de alta pressão, evitando o refluxo e flutuações de pressão a montante. Um ejetor de vapor envia vapor de alta pressão (motivo) através de uma passagem reduzida (bocal), acelerando-o e convertendo sua energia de pressão em velocidade. Essa energia de alta velocidade, por sua vez, cria um efeito de sucção que puxará o vapor de baixa pressão para a câmara de mistura e o arrastará para o fluxo motriz. O aumento da massa do fluxo de vapor combinado faz com que a velocidade diminua e, conforme o fluxo se expande novamente através da seção do difusor, a energia da velocidade é convertida de volta em energia de pressão.

Em outras palavras, um ejetor de vapor usa termocompressão para misturar fluxos de duas pressões diferentes e vapor de saída a uma pressão de nível médio em algum lugar entre os fluxos compostos. Isso é o que torna possível elevar a pressão de vapor flash até níveis utilizáveis.

Eficiência do Compressor a Vapor

Uma indicação da eficiência de um compressor a vapor é a "taxa de arraste", que é a taxa de vapor necessário para capturar/arrastar um fluxo de vapor de pressão mais baixa e elevar efetivamente sua pressão. Por exemplo, se 4,1 toneladas de vapor de alta pressão forem necessárias para elevar 1 tonelada de vapor flash à pressão desejada, a taxa de arrastamento seria 4,1. Portanto, nos casos em que o objetivo principal é elevar a pressão do vapor usando a menor quantidade possível de vapor de alta pressão, uma menor taxa de arrastamento indicaria maior eficiência.

Uma taxa de arraste maior indica que mais vapor de alta pressão está sendo consumido para criar um fluxo combinado à pressão requerida e, como resultado, o volume total de saída de vapor aumenta. Isso pode ser inevitável se a diferença de pressão entre os fluxos de alta e baixa pressão for grande, mas em alguns casos, pode haver demanda insuficiente por tais volumes grandes de vapor de "pressão mista" da saída. Nesses casos, uma grande taxa de arrastamento pode potencialmente levar a um processo ineficiente com excesso de desperdício.

Assim, considerar cuidadosamente o equilíbrio de vapor da planta para determinar como o vapor de pressão elevada e seu volume total que serão usados são passos fundamentais para colher o benefício máximo do compressor a vapor. Ultimamente, a introdução bem sucedida de um compressor a vapor eficiente pode reduzir significativamente os custos de energia e geração da caldeira, melhorando assim as condições ambientais da planta e do local, através de redução da produção de CO2 e a descarga de vapor flash.

Isolamento Térmico dos Purgadores

Porque economizar energia?