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Projeto de Sistemas de Vapor
Projeto de Sistemas de Vapor 
Spirax Sarco – uma empresa mundial 
 Fundada em 1910; 
 Origem Inglesa; 
 50 anos fabricando no Brasil; 
 4.400 Empregados no Mundo; 
 41 Companhias em 32 Países; 
 Distribuidores Autorizados em 51 países; 
 12 Fábricas no Mundo.
Projeto de Sistemas de Vapor 
Spirax Sarco – uma empresa mundial 
■ empresas do grupo 
● escritórios de vendas 
▲ distribuidores
Projeto de Sistemas de Vapor 
Spirax Sarco – um recurso global 
A Spirax Sarco fornece Conhecimento (K), 
Serviços (S) 
e Produtos (P), mundialmente, para o 
controle e uso eficiente do vapor e outros 
fluidos industriais.
Projeto de Sistemas de Vapor 
Compartilhando Conhecimento 
Para prover soluções, a Spirax 
Sarco dispõe do conhecimento de 
mais de 800 engenheiros pelo 
mundo.
Projeto de Sistemas de Vapor 
Consultoria Técnica e Energética 
• Consultoria Técnica 
especializada no projeto, 
operação e manutenção do 
sistema de vapor e retorno de 
condensado. 
• A nível local ou corporativo, 
mundialmente, para atender à 
necessidade da sua 
organização.
Projeto de Sistemas de Vapor 
Sistema de Vapor 
 GGeerraaççããoo 
 DDiissttrriibbuuiiççããoo  RReettoorrnnoo 
 UUttiilliizzaaççããoo 
Objetivo: Deslocar grandes quantidades de calor e energia entre 
locais distantes. 
Aplicações: 
- Acionamento de máquina motriz (turbina); 
- Acionamento de máquina operatriz (bomba); 
- Aquecimento: transferindo calor e atuando diretamente no 
processo.
Projeto de Sistemas de Vapor 
O que é Vapor?
Projeto de Sistemas de Vapor 
O que é Vapor?
Projeto de Sistemas de Vapor 
Por que se utiliza Vapor? 
A cada dia, sua empresa fabrica um pprroodduuttoo qquuee NNÃÃOO éé 
eemmbbaallaaddoo oouu vveennddiiddoo!! 
EEssttee pprroodduuttoo ttrraannssppoorrttaa aa eenneerrggiiaa qquuee éé VITAL ppaarraa aass 
ooppeerraaççõõeess ddee ssuuaa FFáábbrriiccaa!! 
UUssaaddoo ppaarraa ccoozziinnhhaarr,, sseeccaarr,, aaqquueecceerr……PPooddeennddoo ttaammbbéémm 
ccoonnttrroollaarr tteemmppeerraattuurraass eemm nnuummeerroossooss PPrroocceessssooss ddee 
FFaabbrriiccaaççããoo!!
Projeto de Sistemas de Vapor 
Quais as principais vantagens de se utilizar Vapor? 
• Gerado a partir da água; 
• Permite ajuste da temperatura pela pressão; 
• Facilidades no transporte e distribuição; 
• Transporta muita energia com pouca massa.
Projeto de Sistemas de Vapor 
Tipos de Vapor
Projeto de Sistemas de Vapor 
Tipos de Vapor 
•• VAPOR SATURADO 
Vapor freqüentemente em contato com a 
parte líquida e em equilíbrio térmico com a 
mesma. 
•• VAPOR SUPERAQUECIDO 
Vapor que se encontra a uma temperatura 
acima da temperatura do vapor saturado.
Projeto de Sistemas de Vapor 
VAPOR SATURADO 
Para aquecimento 
(85% dos casos) 
VAPOR SUPERAQUECIDO 
Para geração de energia 
(15% dos casos) 
Tipos de Vapor
Projeto de Sistemas de Vapor 
UUttiilliizzaaççããoo 
DDiissttrriibbuuiiççããoo 
GGeerraaççããoo 
RReettoorrnnoo 
Aquecimento
Projeto de Sistemas de Vapor 
ggeerraaddoorr ddee 
eenneerrggiiaa eellééttrriiccaa 
VVaappoorr ssuuppeerraaqquueecciiddoo 
GGeerraaddoorr 
ddee vvaappoorr 
TTuurrbbiinnaa 
Geração de Energia
Projeto de Sistemas de Vapor 
Máquina à Vapor
Projeto de Sistemas de Vapor 
Princípios de Termodinâmica
Projeto de Sistemas de Vapor 
Pressão Atmosférica 
Pressão exercida pela atmosfera, 
variável com a altitude.
Projeto de Sistemas de Vapor 
Pressão Manométrica 
Pressão medida acima da atmosférica, 
lida em um manômetro.
Projeto de Sistemas de Vapor 
Pressão Absoluta 
Pressão Atmosférica 
(aprox. 1 bar a = 0 bar g) 
Pressão 
Atmosférica 
Pressão 
Manométrica 
PPrreessssããoo 
AAbbssoolluuttaa 
É a pressão total. 
É a soma das pressões. 
Vácuo Perfeito 
(0 bar a) 
VVVááácccuuuooo 
Pressão 
Diferencial 
Pressão Relativa 
Pressão Absoluta 
bar a = bar g + 1
Projeto de Sistemas de Vapor 
B 
A Lei de Pascal 
 A pressão em um recipiente fechado age igualmente 
em todos os pontos! 
 Portanto, a pressão exercida em “A” é a mesma 
medida em “B”, pelo manômetro!
Projeto de Sistemas de Vapor 
11 mm 
11 mm 
1100 mm 
Coluna de Água 
1155 mm
Projeto de Sistemas de Vapor 
11 mm 
11 mm 
1100 mm 
1155 mm 
PRESSÃO = FORÇA 
ÁREA 
FORÇA = Peso da coluna de água 
Peso específico X volume 
1111....000000000000 kkkkggggffff////mmmm3333XXXX 11110000 mmmm3333 ==== 11110000....000000000000 kkkkggggffff 
PP == 
1100..000000 kkggff 
((110000 XX 110000)) ccmm22 
== 11 kkggff//ccmm22 
== 1100 mm..cc..aa == 11 bbaarr 
Coluna de Água
Projeto de Sistemas de Vapor 
11 mm 
1100 mm 
1155 mm 
0,5 m 
Coluna de Água
Projeto de Sistemas de Vapor 
15 m 
Coluna de Água (1 Kgf/cm² = 10m) 
0,5 Kgf/cm² 1,5 Kgf/cm² 
5 m
Projeto de Sistemas de Vapor 
Unidades 
PRESSÃO: É a força exercida por unidade de área. 
UNIDADES: bar (Sistema Internacional) 
kgf/cm2 (Sistema Métrico) 
psi (Sistema Britânico) 
Pascal (Sistema Internacional)
Projeto de Sistemas de Vapor 
Unidades 
•PRESSÃO: 
Conversões: 
de kgf/cm2 para bar multiplique por 0,9807 
de bar para kgf/cm2 multiplique por 1,0197 de kgf/cm2 para 
m.c.a. multiplique por 10 
de kgf/cm2 para psi multiplique por 14,224 de psi para kgf/cm2 
multiplique por 0,0703 
de psi para bar multiplique por 0,0717
Projeto de Sistemas de Vapor 
Calor 
• CCaalloorr:: EEnneerrggiiaa ttéérrmmiiccaa ttoottaall ddee uumm fflluuiiddoo llííqquuiiddoo oouu 
ggaassoossoo.. 
UUnniiddaaddee:: kkccaall 
UUnniiddaaddeess DDeerriivvaaddaass 
-- QQuuaannttiiddaaddee ddee CCaalloorr ((kkccaall//kkgg)) 
-- CCaalloorr EEssppeeccííffiiccoo ((kkccaall//kkgg..Grraauu CC)) 
-- FFlluuxxoo ddee CCaalloorr ((kkccaall//hh))
Projeto de Sistemas de Vapor 
Unidades 
• CALOR: 
CCoonnvveerrssõõeess:: 
ddee bbttuu//hh ppaarraa kkccaall//hh mmuullttiipplliiqquuee ppoorr 00,,225511;; 
ddee kkccaall//hh ppaarraa kkjjoouullee//hh mmuullttiipplliiqquuee ppoorr 44,,118877..
Projeto de Sistemas de Vapor 
Calor Específico dos Líquidos 
Liquido Kcal/Kg.°C Liquido Kcal/Kg.°C 
Acetona 0,51 Éter Etílico 0,53 
Água 1,00 Gasolina 0,53 
Água do Mar 0,94 Glicerina 0,58 
Álcool Etílico (0°C) 0,55 Óleo Combustível 0,4 a 0,5 
Álcool Etílico (40°C) 0,65 Óleo de Oliva 0,47 
Amônia (0°C) 1,10 Óleo de Soja 0,47 
Amônia (40°C) 1,48 Petróleo 0,51 
Cloreto de Cálcio 0,73 Querosene 0,48 
Cloreto de Sódio 0,79 Xileno 0,41
Projeto de Sistemas de Vapor 
Calor Específico dos Sólidos 
Material Kcal/Kg.°C Material Kcal/Kg.°C 
Aço 0,12 Concreto 0,19 
Alumínio 0,22 Ferro Fundido 0,12 
Antimônio 0,05 Lã 0,33 
Asbestos 0,20 Madeira 0,32 a 0,48 
Borracha 0,48 Porcelana 0,26 
Carvão 0,26 a 0,37 Prata 0,06 
Chumbo 0,03 Vidro 0,20 
Cobre 0,09 Zinco 0,09
Projeto de Sistemas de Vapor 
Temperatura 
MMééttrriiccoo -- éé mmeeddiiddaa eemm uummaa eessccaallaa eemm ggrraauuss CCeennttííggrraaddooss oouu 
99 
55 
55 
99 
CCeellssiiuuss ((ooCC)) 
BBrriittâânniiccoo -- uussaa--ssee aa eessccaallaa ddee FFaahhrreennhheeiitt ((ooFF)) 
IInntteerrnnaacciioonnaall -- uussaa--ssee aa eessccaallaa KKeellvviinn ((KK)) 
CCoonnvveerrssõõeess:: 
ddee ooCC ppaarraa ooFF ooFF == ((ooCC ++ 3322)) 
ddee ooCC ppaarraa KK KK == ooCC ++ 227733 
ddee ooFF ppaarraa ooCC ooCC == ((ooFF -- 3322))
Projeto de Sistemas de Vapor 
Aquecimento 
• CONDUÇÃO: Quando a transferência é feita de molécula a molécula, sem 
que haja transporte dessas moléculas. 
• CCOONNVVEECCÇÇÃÃOO:: QQuuaannddoo aa ttrraannssffeerrêênncciiaa ddee ccaalloorr éé ddee mmoollééccuullaa aa 
mmoollééccuullaa,, ppoorréémm hháá uumm ttrraannssppoorrttee ssiimmuullttâânneeoo ddee mmaattéérriiaa.. AAss mmoollééccuullaass 
ffrriiaass ddoo fflluuiiddoo ssee aaqquueecceemm ee ssee ddeessllooccaamm ppaarraa rreeggiiõõeess ccaaddaa vveezz mmaaiiss 
qquueenntteess,, ee aass mmoollééccuullaass qquueenntteess,, eessffrriiaannddoo,, ssee ddeessllooccaamm ppaarraa rreeggiiõõeess 
ccaaddaa vveezz mmaaiiss ffrriiaass.. 
• IIRRRRAADDIIAAÇÇÃÃOO:: Quando a transferência se faz de um corpo para outro, 
mesmo sem contato entre si.
Projeto de Sistemas de Vapor 
Conceitos Básicos 
TIPOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR 
•CONDUÇÃO 
•RADIAÇÃO 
•CONVECÇÃO
Projeto de Sistemas de Vapor 
Condução 
•TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA , MOLÉCULA À 
MOLÉCULA , SEM MOVIMENTAÇÃO DE MASSA , 
PERPENDICULAR A SUPERFÍCIE CONSIDERADA
Projeto de Sistemas de Vapor 
Condução de Calor
Projeto de Sistemas de Vapor 
JEAN BAPTISTE J. FUORIER (FRANCÊS) - 1822 
Q = - K ´ A ´ t ´ D 
T 
Q=ENERGIA (Kcal / h) 
K=CONDUTIBILIDADE TÉRMICA (Kcal / h . m.ºC) 
A= ÁREA (m2) 
t = TEMPO (s ) 
T= DIFERENÇA DE TEMPERATURA (ºC) 
X= ESPAÇO PERCORRIDO (m) 
x 
D 
Energia Transmitida
Projeto de Sistemas de Vapor 
Condutibilidade Térmica 
ORDEM DE GRANDEZA DA CONDUTIBILIDADE TÉRMICA K 
MATERIAL Kcal / h . m.° C W / m . ° K 
GASES À PRESSÃO ATMOSFÉRICA 0 , 006 - 0 , 015 0 , 0069 - 0 , 017 
MATERIAIS ISOLANTES 0 , 03 - 0 , 18 0 , 034 - 0 , 21 
LÍQUIDOS NÃO-METÁLICOS 0 , 07 - 0 , 60 0 , 086 - 0 , 69 
SÓLIDOS NÃO-METÁLICOS (ALVENARIA) 0 , 03 - 2 , 20 0 , 034 - 2 , 6 
METAIS LÍQUIDOS 7 , 5 - 65 , 0 8 , 6 - 76 , 0 
LIGAS 12 , 0 - 100 , 0 14 , 0 - 120 , 0 
METAIS PUROS 45 , 0 - 360 , 0 52 , 0 - 410 , 0 
1 W / m ° K = 0 , 8 6 Kcal / h . m.° C
Projeto de Sistemas de Vapor 
Radiação 
•TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA ATRAVÉS DE 
ONDAS ELETROMAGNÉTICAS , SEM 
MOVIMENTAÇÃO DE MASSA
Projeto de Sistemas de Vapor 
Radiação de Calor
Projeto de Sistemas de Vapor 
Energia Incidente 
•Quando a energia incide sobre uma superfície , parte dela é 
refletida , parte é absorvida , e parte é transmitida. Como a 
maioria dos sólidos é opaca, e não transmite radiação, a porção 
não absorvida é refletida de volta para a origem.
Projeto de Sistemas de Vapor 
Energia Incidente
Projeto de Sistemas de Vapor 
Energia Transmitida 
J. STEFAN (1879) L. BOLTZMANN (1884) AUSTRÍACOS 
Q = s .  . A . (T1 
4) . t 
4 _ T2 
Q = ENERGIA TRANSMITIDA (Kg / h) 
s = CONSTANTE STEFAN & BOLTZMANN ( Kcal / h. m2 . º K 4 ) 
e = EMISSIVIDADE 
A = ÁREA (m2) 
T = TEMPERATURA (º K) 
t = TEMPO (s )
Projeto de Sistemas de Vapor 
Convecção 
Transferência de Energia, molécula a 
molécula, com transferência de massa.
Projeto de Sistemas de Vapor 
Energia Transmitida 
Q = hc´ A´t ´DT 
Q = ENERGIA (Kg / h) 
hc = COEFICIÊNTE MÉDIO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR CONVECÇÃO (Kcal / h . m2 .ºC) 
A = ÁREA (m2) 
T = DIFERENÇA DE TEMPERATURA ENTRE A SUPERFÍCIE QUENTE E UM PONTO DEFINIDO NO FLUIDO (ºC) 
t = TEMPO (s )
Projeto de Sistemas de Vapor 
Coeficiente de Transmissão de Calor
Projeto de Sistemas de Vapor 
Perda Por Radiação 
PERDA POR RADIAÇÃO 
AS TUBULAÇÕES DE VAPOR , MESMO ISOLADAS POSSUEM UMA PERDA DE CALOR 
PARA A ATMOSFERA, POR RADIAÇÃO , QUE É CONTÍNUA E CONSTANTE 
Qr = A . U . ( T2 - T1 ) . E . L Qr = Quantidade de condensado formado ( Kg / h ) 
Cl A = Área externa do tubo por metro linear ( m2 / m ) 
U = Coeficiente global de transferência de calor ( Kcal / h . m2 . ºC ) 
T2 = Temperatura do vapor ( ºC ) 
T1 = Temperatura ambiente ( ºC ) 
E = 1 - Eficiência do isolamento ( % ) 
L = Comprimento do tubo ( m ) 
Cl = Calor latente do vapor à pressão da linha ( Kcal / Kg ) 
EXAMPLO 1 : Calcular a quantidade de condensado formado por hora numa tubulação de diâmetro de 3” 
com pressão de 8, 0 Bar e comprimento de 100 m , sem isolamento. 
Qr = 0, 275 . 14, 9 . ( 170 - 25 ) . 1, 0 . 100 = 121, 55 SERÃO FORMADOS 121, 55 Kg / h DE CONDENSADOS 
488, 8 
EXAMPLO 2 : Idem acima, com a tubulação isolada, e com 75 % de eficiência. 
Qr = 0, 275 . 14, 9 . ( 170 - 25 ) . 0, 75 . 100 = 30, 4 SERÃO FORMADOS 30, 4 Kg / h DE CONDENSADOS 
488, 8
Projeto de Sistemas de Vapor 
Área Externa de Tubos para Vapor 
ÁREA EXTERNA DE TUBOS PARA VAPOR 
ø nom Área ø nom Área ø nom Área 
Pol mm m2 / m Pol mm m2 / m Pol mm m2 / m 
3 / 8 10 0, 053 2 50 0, 0187 10 250 0, 844 
1 / 2 15 0, 066 2 1 / 2 65 0, 226 12 300 1, 00 
3 / 4 20 0, 083 3 80 0, 275 14 350 1, 10 
1 25 0, 103 4 100 0, 353 16 400 1, 26 
1 1 / 4 32 0, 130 6 150 0, 520 18 450 1, 41 
1 1 / 2 40 0, 149 8 200 0, 677 20 500 1, 57
Projeto de Sistemas de Vapor 
Coeficiente Global de Troca 
COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO DE CALOR 
Pressão Kcal / h . m2 . ºC 
Bar 1” 2” 3” 5” 6” 10” Sup. Plana 
1, 5 13, 2 12, 6 12, 1 11, 7 11, 5 11, 2 10, 5 
1, 7 13, 7 12, 9 12, 5 12, 0 11, 7 11, 5 11, 3 
4, 5 15, 1 14, 4 13, 9 13, 5 13, 0 12, 8 12, 5 
8, 0 16, 4 15, 6 14, 9 14, 7 14, 1 13, 9 13, 4 
19, 0 18, 1 17, 6 16, 7 16, 5 16, 1 15, 7 15, 4 
43, 0 21, 5 21, 0 20, 5 19, 5 19, 0 18, 6 18, 1 
TUBOS NÃO ISOLADOS , COM TEMPERATURA AMBIENTE DE 25 ºC
Projeto de Sistemas de Vapor 
Resistências
Projeto de Sistemas de Vapor 
Eficiência de Troca Térmica 
PERDA DE EFICIÊNCIA DE TROCA TÉRMICA
Projeto de Sistemas de Vapor 
Teoria Básica de 
Transferência de Calor
Projeto de Sistemas de Vapor 
Equações Básicas 
•Carga Térmica: (Uma fase) 
Q = m . Cp . Dt 
m: Vazão em massa 
Cp: Calor específico 
Dt: Diferencial de temperatura
Projeto de Sistemas de Vapor 
Q 1 = Q2 
Lembrete! 
O calor cedido pelo fluido 
quente é integralmente 
recebido pelo fluido frio!
Projeto de Sistemas de Vapor 
Equação Geral de Trocador de Calor 
Q = U . A . DTml 
U: Coeficiente Global de transferência de calor; 
A: Área efetiva de troca térmica; 
DTml: Diferencial médio logarítmico de temperatura
Projeto de Sistemas de Vapor 
( ) 
Tml t t 
2 1 
ln 
ö 
÷ ÷ø 
D = D - D 
æ 
D 
ç çè 
D 
2 
t 
1 
t 
Cálculo do DTml
Projeto de Sistemas de Vapor 
CONTRACORRENTE PARALELO 
T1 T2 
t1 
t2 
T1 T2 
t1 t2 
T; t ºF 
T2 
T1 
t1 
t2 
T 
t 
L 
x 
T2 
T1 
t1 
t2 
T 
t 
T; t ºF 
L 
x 
Dt2 = T1 – t2 
Dt1 = T2 – t1 
DtML = 
Dt2 - Dt1 
Ln (Dt2 / Dt1) 
Dt2 = T1 – t1 
Dt1 = T2 – t2 
DtML = 
Dt2 - Dt1 
Ln (Dt2 / Dt1)
Projeto de Sistemas de Vapor 
Exemplo: Um fluido quente entra em um trocador de calor com tubos concêntricos a uma temperatura de 150ºC e sai 
resfriado a 95ºC por um fluido frio que entra a 40ºC e é aquecido a 70ºC. Calcular a “Diferença de Temperatura Média 
Logarítmica” para o sistema em contracorrente e paralelo e definir qual o mais recomendado. 
Fluxo contracorrente 
Fluido Quente Fluido Frio 
(T1) 150 
- 
(t2) 
70 
(T2) 95 
- 
(t1) 
40 
= 80 (Dt2) 
= 55 (Dt1) 
= 25 (Dt2 - Dt1) 
Dt2 - Dt1 
DTML = 
2,3 log Dt2 / Dt1 
25 
DTML = 
2,3 log 80 / 55 
Fluxo Paralelo 
Fluido Quente Fluido Frio 
(T1) 150 
- 
(t2) 
(T2) 95 
- 
(t1) 
40 
70 
= 110 (Dt2) 
= 25 (Dt1) 
= 85 (Dt2 - Dt1) 
Dt2 - Dt1 
DTML = 
2,3 log Dt2 / Dt1 
85 
DTML = 
2,3 log 110 / 25 
Cálculo do DTml
Projeto de Sistemas de Vapor 
Cálculo do U 
Q = U . A . DTml 
h1, h2: Coeficientes de película (transmissão 
térmica); 
e: espessura da placa; 
k: Condutividade térmica da placa 
ff: Fator de incrustação
Projeto de Sistemas de Vapor 
h = 0,023 . k (v.D.r)0,8 .(NPr)0,4 
m 
NPr = m . Cp 
k 
"m = Viscosidade absoluta 
•v = Velocidade 
"r = Densidade do fluido; 
•D = Diâmetro hidráulico; 
•Cp = Calor específico 
•k = Condutividade térmica do fluido 
NNRRee == vv..DD..r 
m 
Cálculo do h
Projeto de Sistemas de Vapor 
Coeficiente Global de Transferência de Calor
Projeto de Sistemas de Vapor
Projeto de Sistemas de Vapor 
Unidades de Medidas 
1 W / m2 . K = 0,1761 Btu / h . ft2 . ºF 
1 W / m2 . K = 0,8598 Kcal / h . m2 . ºC 
1 W / m2 . ºC = 1,0 J / seg . m2 . ºC 
1 Btu / h . ft2 . ºF = 4,88 Kcal / h . m2 . ºC 
1 Btu / h . ft2 . ºF = 5,6786 W / m2 . ºK 
1 Btu / h . ft2 . ºF = 5,678 J / seg . m2 . ºC 
1 Kcal / h . m2 . ºC = 0,2048 Btu / h . ft2 . ºF 
1 Kcal / h . m2 . ºC = 1,163 J / seg . m2 . ºC
Projeto de Sistemas de Vapor 
Densidade e Volume Específico 
• DENSIDADE: É a massa ocupada por um determinado fluido por 
unidade de volume. 
UNIDADES: kg/m3 (Sistema Internacional) 
lb/ft3 (Sistema Britânico) 
• VOLUME ESPECÍFICO: É o volume ocupado por um 
determinado fluido por unidade de massa. 
UNIDADES: m3/kg
Projeto de Sistemas de Vapor 
Vazão 
• VAZÃO: É o volume ou massa de um fluido que 
escoa por um conduto por unidade de tempo. 
Métrico kg/h 
Britânico gpm (galões/min.) 
Internacional m3/s
Projeto de Sistemas de Vapor 
VAZÃO Volume de uumm fflluuiiddoo ppoorr uunniiddaaddee ddee tteemmppoo 
VVoolluummee 
TTeemmppoo 
kkgg 
hh 
mm33 
hh 
= = 
CCOOMM 
PPRREESSSSÃÃOO FFoorrççaa aapplliiccaaddaa ppoorr uunniiddaaddee ddee áárreeaa 
FFoorrççaa 
ÁÁrreeaa 
kkggff 
ccmm22 
llbb 
ppooll22 
= = 
Não Confundir:
Projeto de Sistemas de Vapor 
Produção de Vapor
Projeto de Sistemas de Vapor 
Produção de Vapor
Projeto de Sistemas de Vapor 
Produção de Vapor
Projeto de Sistemas de Vapor 
Produção de Vapor
Projeto de Sistemas de Vapor 
Produção de Vapor
Projeto de Sistemas de Vapor 
Produção de Vapor
Projeto de Sistemas de Vapor 
Pressão 
constante 
Temperatura 
Calor 
constante 
Produção de Vapor
Projeto de Sistemas de Vapor 
Temperatura 
Calor 
Produção de Vapor
Projeto de Sistemas de Vapor 
t2 
t1 
Temperatura 
Volume 
Calor 
Produção de Vapor
Projeto de Sistemas de Vapor 
t2 
t1 
Temperatura 
Volume 
Calor 
Produção de Vapor
Projeto de Sistemas de Vapor 
Temperatura 
de ebulição 
Produção de Vapor 
Temperatura 
Calor 
t2 
t1
Projeto de Sistemas de Vapor 
Produção de Vapor 
Temperatura 
Calor 
Temperatura 
t2 de ebulição 
t1
Projeto de Sistemas de Vapor 
Produção de Vapor 
Temperatura 
Calor 
Temperatura 
de ebulição 
t2 
t1
Projeto de Sistemas de Vapor 
Produção de Vapor 
Temperatura 
Calor 
Temperatura 
de ebulição 
t2 
t1
Projeto de Sistemas de Vapor 
Produção de Vapor 
Temperatura 
Calor 
Temperatura 
t2 de ebulição 
t1
Projeto de Sistemas de Vapor 
Calor 
Produção de Vapor 
t2 
t1 
líquido 
Temperatura
Projeto de Sistemas de Vapor 
Calor 
Produção de Vapor 
t2 
t1 
água+vapor 
vapor 
saturado 
líquido 
Temperatura
Projeto de Sistemas de Vapor 
Calor 
Produção de Vapor 
t2 
t1 
água+vapor 
vapor 
saturado 
líquido 
vapor 
superaquecido 
Temperatura
Projeto de Sistemas de Vapor 
Calor 
Produção de Vapor 
t2 
t1 
água+vapor 
vapor 
saturado 
líquido 
vapor 
superaquecido 
calor 
sensível 
Temperatura
Projeto de Sistemas de Vapor 
Calor 
Produção de Vapor 
t2 
t1 
água+vapor 
vapor 
saturado 
líquido 
vapor 
superaquecido 
calor 
sensível 
calor 
latente 
Temperatura
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Calor 
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saturado 
líquido 
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Temperatura
Projeto de Sistemas de Vapor 
Calor Sensível, Latente e Total 
áágguuaa++vvaappoorr 
CCaalloorr ttoottaall 
CCaalloorr 
t2 
t1 
vvaappoorr 
llííqquuiiddoo ssaattuurraaddoo 
vvaappoorr 
ssuuppeerraaqquueecciiddoo 
CCaalloorr sseennssíívveell CCaalloorr llaatteennttee CCaalloorr sseennssíívveell 
TTeemmppeerraattuurraa
Projeto de Sistemas de Vapor 
Tabeça Pressão de Vapor Saturado 
relativa Temp. 
Calor 
sensível 
Calor 
latente 
Calor 
total 
Volume 
Específico 
Pressão 
absoluta 
kgf/cm2 ºC kcal/kg kcal/kg kcal/kg m3/kg 
kgf/cm2 
0 1 99.1 99.1 539.4 638.5 1.725 
1 2 119.6 119.9 525.9 645.8 0.902 
2 3 132.9 133.4 516.9 650.3 0.616 
3 4 142.9 143.6 509.8 653.4 0.470 
4 5 151.1 152.1 503.7 655.8 0.381 
5 6 158.1 159.3 498.5 657.8 0.321 
6 7 164.2 165.6 493.8 659.4 0.277 
7 8 169.6 171.3 489.5 660.8 0.244 
8 9 174.5 176.4 485.6 662.0 0.218 
9 10 179.0 181.2 481.8 663.0 0.198 
10 11 183.2 185.6 478.3 663.9 0.180 
11 12 187.1 189.7 475.0 664.7 0.166 
12 13 190.7 193.5 471.9 665.4 0.154 
13 14 194.1 197.1 468.9 666.0 0.143 
14 15 197.4 200.6 466.0 666.6 0.134
Projeto de Sistemas de Vapor 
Título ou Qualidade do Vapor 
É a porcentagem de vapor existente em uma mistura de vapor 
saturado. Portanto, se tivermos 1 kg de vapor saturado com título X 
= 75 %, então 0,75 kg dessa massa será vapor e 0,25 kg será 
água. 
X = MASSA DE VAPOR x 100 % 
(MASSA DE VAPOR + ÁGUA)
Projeto de Sistemas de Vapor 
Tipos de Vapor Saturado 
SECO Não varia de temperatura 
com o título igual a 100 %, ou 
seja, toda massa é vapor. 
ÚMIDO Não varia de temperatura 
com o título variando de 0 a 
100 %.
Projeto de Sistemas de Vapor 
Grau de Superaquecimento 
É a diferença entre a temperatura do vapor superaquecido e a 
temperatura do vapor saturado, a uma determinada pressão. 
Exemplo: 
VVaappoorr ssaattuurraaddoo 
úúmmiiddoo 
P = 10 kgf/cm2 
T = 183,2 oC 
Vapor superaquecido 
P = 10 kgf/cm2 
T = 220 oC 
Vapor saturado 
seco 
P = 10 kgf/cm2 
T = 183,2 oC
Projeto de Sistemas de Vapor 
Propriedades Termodinâmicas

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09 basics operating and monitoring v1.00_en
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08 basics control functions v1.00_en
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06 station and network configuration v1.00_en
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Sitrain introdução a ihm
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Parte 01 conceitos basicos

  • 2. Projeto de Sistemas de Vapor Spirax Sarco – uma empresa mundial  Fundada em 1910;  Origem Inglesa;  50 anos fabricando no Brasil;  4.400 Empregados no Mundo;  41 Companhias em 32 Países;  Distribuidores Autorizados em 51 países;  12 Fábricas no Mundo.
  • 3. Projeto de Sistemas de Vapor Spirax Sarco – uma empresa mundial ■ empresas do grupo ● escritórios de vendas ▲ distribuidores
  • 4. Projeto de Sistemas de Vapor Spirax Sarco – um recurso global A Spirax Sarco fornece Conhecimento (K), Serviços (S) e Produtos (P), mundialmente, para o controle e uso eficiente do vapor e outros fluidos industriais.
  • 5. Projeto de Sistemas de Vapor Compartilhando Conhecimento Para prover soluções, a Spirax Sarco dispõe do conhecimento de mais de 800 engenheiros pelo mundo.
  • 6. Projeto de Sistemas de Vapor Consultoria Técnica e Energética • Consultoria Técnica especializada no projeto, operação e manutenção do sistema de vapor e retorno de condensado. • A nível local ou corporativo, mundialmente, para atender à necessidade da sua organização.
  • 7. Projeto de Sistemas de Vapor Sistema de Vapor  GGeerraaççããoo  DDiissttrriibbuuiiççããoo  RReettoorrnnoo  UUttiilliizzaaççããoo Objetivo: Deslocar grandes quantidades de calor e energia entre locais distantes. Aplicações: - Acionamento de máquina motriz (turbina); - Acionamento de máquina operatriz (bomba); - Aquecimento: transferindo calor e atuando diretamente no processo.
  • 8. Projeto de Sistemas de Vapor O que é Vapor?
  • 9. Projeto de Sistemas de Vapor O que é Vapor?
  • 10. Projeto de Sistemas de Vapor Por que se utiliza Vapor? A cada dia, sua empresa fabrica um pprroodduuttoo qquuee NNÃÃOO éé eemmbbaallaaddoo oouu vveennddiiddoo!! EEssttee pprroodduuttoo ttrraannssppoorrttaa aa eenneerrggiiaa qquuee éé VITAL ppaarraa aass ooppeerraaççõõeess ddee ssuuaa FFáábbrriiccaa!! UUssaaddoo ppaarraa ccoozziinnhhaarr,, sseeccaarr,, aaqquueecceerr……PPooddeennddoo ttaammbbéémm ccoonnttrroollaarr tteemmppeerraattuurraass eemm nnuummeerroossooss PPrroocceessssooss ddee FFaabbrriiccaaççããoo!!
  • 11. Projeto de Sistemas de Vapor Quais as principais vantagens de se utilizar Vapor? • Gerado a partir da água; • Permite ajuste da temperatura pela pressão; • Facilidades no transporte e distribuição; • Transporta muita energia com pouca massa.
  • 12. Projeto de Sistemas de Vapor Tipos de Vapor
  • 13. Projeto de Sistemas de Vapor Tipos de Vapor •• VAPOR SATURADO Vapor freqüentemente em contato com a parte líquida e em equilíbrio térmico com a mesma. •• VAPOR SUPERAQUECIDO Vapor que se encontra a uma temperatura acima da temperatura do vapor saturado.
  • 14. Projeto de Sistemas de Vapor VAPOR SATURADO Para aquecimento (85% dos casos) VAPOR SUPERAQUECIDO Para geração de energia (15% dos casos) Tipos de Vapor
  • 15. Projeto de Sistemas de Vapor UUttiilliizzaaççããoo DDiissttrriibbuuiiççããoo GGeerraaççããoo RReettoorrnnoo Aquecimento
  • 16. Projeto de Sistemas de Vapor ggeerraaddoorr ddee eenneerrggiiaa eellééttrriiccaa VVaappoorr ssuuppeerraaqquueecciiddoo GGeerraaddoorr ddee vvaappoorr TTuurrbbiinnaa Geração de Energia
  • 17. Projeto de Sistemas de Vapor Máquina à Vapor
  • 18. Projeto de Sistemas de Vapor Princípios de Termodinâmica
  • 19. Projeto de Sistemas de Vapor Pressão Atmosférica Pressão exercida pela atmosfera, variável com a altitude.
  • 20. Projeto de Sistemas de Vapor Pressão Manométrica Pressão medida acima da atmosférica, lida em um manômetro.
  • 21. Projeto de Sistemas de Vapor Pressão Absoluta Pressão Atmosférica (aprox. 1 bar a = 0 bar g) Pressão Atmosférica Pressão Manométrica PPrreessssããoo AAbbssoolluuttaa É a pressão total. É a soma das pressões. Vácuo Perfeito (0 bar a) VVVááácccuuuooo Pressão Diferencial Pressão Relativa Pressão Absoluta bar a = bar g + 1
  • 22. Projeto de Sistemas de Vapor B A Lei de Pascal  A pressão em um recipiente fechado age igualmente em todos os pontos!  Portanto, a pressão exercida em “A” é a mesma medida em “B”, pelo manômetro!
  • 23. Projeto de Sistemas de Vapor 11 mm 11 mm 1100 mm Coluna de Água 1155 mm
  • 24. Projeto de Sistemas de Vapor 11 mm 11 mm 1100 mm 1155 mm PRESSÃO = FORÇA ÁREA FORÇA = Peso da coluna de água Peso específico X volume 1111....000000000000 kkkkggggffff////mmmm3333XXXX 11110000 mmmm3333 ==== 11110000....000000000000 kkkkggggffff PP == 1100..000000 kkggff ((110000 XX 110000)) ccmm22 == 11 kkggff//ccmm22 == 1100 mm..cc..aa == 11 bbaarr Coluna de Água
  • 25. Projeto de Sistemas de Vapor 11 mm 1100 mm 1155 mm 0,5 m Coluna de Água
  • 26. Projeto de Sistemas de Vapor 15 m Coluna de Água (1 Kgf/cm² = 10m) 0,5 Kgf/cm² 1,5 Kgf/cm² 5 m
  • 27. Projeto de Sistemas de Vapor Unidades PRESSÃO: É a força exercida por unidade de área. UNIDADES: bar (Sistema Internacional) kgf/cm2 (Sistema Métrico) psi (Sistema Britânico) Pascal (Sistema Internacional)
  • 28. Projeto de Sistemas de Vapor Unidades •PRESSÃO: Conversões: de kgf/cm2 para bar multiplique por 0,9807 de bar para kgf/cm2 multiplique por 1,0197 de kgf/cm2 para m.c.a. multiplique por 10 de kgf/cm2 para psi multiplique por 14,224 de psi para kgf/cm2 multiplique por 0,0703 de psi para bar multiplique por 0,0717
  • 29. Projeto de Sistemas de Vapor Calor • CCaalloorr:: EEnneerrggiiaa ttéérrmmiiccaa ttoottaall ddee uumm fflluuiiddoo llííqquuiiddoo oouu ggaassoossoo.. UUnniiddaaddee:: kkccaall UUnniiddaaddeess DDeerriivvaaddaass -- QQuuaannttiiddaaddee ddee CCaalloorr ((kkccaall//kkgg)) -- CCaalloorr EEssppeeccííffiiccoo ((kkccaall//kkgg..Grraauu CC)) -- FFlluuxxoo ddee CCaalloorr ((kkccaall//hh))
  • 30. Projeto de Sistemas de Vapor Unidades • CALOR: CCoonnvveerrssõõeess:: ddee bbttuu//hh ppaarraa kkccaall//hh mmuullttiipplliiqquuee ppoorr 00,,225511;; ddee kkccaall//hh ppaarraa kkjjoouullee//hh mmuullttiipplliiqquuee ppoorr 44,,118877..
  • 31. Projeto de Sistemas de Vapor Calor Específico dos Líquidos Liquido Kcal/Kg.°C Liquido Kcal/Kg.°C Acetona 0,51 Éter Etílico 0,53 Água 1,00 Gasolina 0,53 Água do Mar 0,94 Glicerina 0,58 Álcool Etílico (0°C) 0,55 Óleo Combustível 0,4 a 0,5 Álcool Etílico (40°C) 0,65 Óleo de Oliva 0,47 Amônia (0°C) 1,10 Óleo de Soja 0,47 Amônia (40°C) 1,48 Petróleo 0,51 Cloreto de Cálcio 0,73 Querosene 0,48 Cloreto de Sódio 0,79 Xileno 0,41
  • 32. Projeto de Sistemas de Vapor Calor Específico dos Sólidos Material Kcal/Kg.°C Material Kcal/Kg.°C Aço 0,12 Concreto 0,19 Alumínio 0,22 Ferro Fundido 0,12 Antimônio 0,05 Lã 0,33 Asbestos 0,20 Madeira 0,32 a 0,48 Borracha 0,48 Porcelana 0,26 Carvão 0,26 a 0,37 Prata 0,06 Chumbo 0,03 Vidro 0,20 Cobre 0,09 Zinco 0,09
  • 33. Projeto de Sistemas de Vapor Temperatura MMééttrriiccoo -- éé mmeeddiiddaa eemm uummaa eessccaallaa eemm ggrraauuss CCeennttííggrraaddooss oouu 99 55 55 99 CCeellssiiuuss ((ooCC)) BBrriittâânniiccoo -- uussaa--ssee aa eessccaallaa ddee FFaahhrreennhheeiitt ((ooFF)) IInntteerrnnaacciioonnaall -- uussaa--ssee aa eessccaallaa KKeellvviinn ((KK)) CCoonnvveerrssõõeess:: ddee ooCC ppaarraa ooFF ooFF == ((ooCC ++ 3322)) ddee ooCC ppaarraa KK KK == ooCC ++ 227733 ddee ooFF ppaarraa ooCC ooCC == ((ooFF -- 3322))
  • 34. Projeto de Sistemas de Vapor Aquecimento • CONDUÇÃO: Quando a transferência é feita de molécula a molécula, sem que haja transporte dessas moléculas. • CCOONNVVEECCÇÇÃÃOO:: QQuuaannddoo aa ttrraannssffeerrêênncciiaa ddee ccaalloorr éé ddee mmoollééccuullaa aa mmoollééccuullaa,, ppoorréémm hháá uumm ttrraannssppoorrttee ssiimmuullttâânneeoo ddee mmaattéérriiaa.. AAss mmoollééccuullaass ffrriiaass ddoo fflluuiiddoo ssee aaqquueecceemm ee ssee ddeessllooccaamm ppaarraa rreeggiiõõeess ccaaddaa vveezz mmaaiiss qquueenntteess,, ee aass mmoollééccuullaass qquueenntteess,, eessffrriiaannddoo,, ssee ddeessllooccaamm ppaarraa rreeggiiõõeess ccaaddaa vveezz mmaaiiss ffrriiaass.. • IIRRRRAADDIIAAÇÇÃÃOO:: Quando a transferência se faz de um corpo para outro, mesmo sem contato entre si.
  • 35. Projeto de Sistemas de Vapor Conceitos Básicos TIPOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR •CONDUÇÃO •RADIAÇÃO •CONVECÇÃO
  • 36. Projeto de Sistemas de Vapor Condução •TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA , MOLÉCULA À MOLÉCULA , SEM MOVIMENTAÇÃO DE MASSA , PERPENDICULAR A SUPERFÍCIE CONSIDERADA
  • 37. Projeto de Sistemas de Vapor Condução de Calor
  • 38. Projeto de Sistemas de Vapor JEAN BAPTISTE J. FUORIER (FRANCÊS) - 1822 Q = - K ´ A ´ t ´ D T Q=ENERGIA (Kcal / h) K=CONDUTIBILIDADE TÉRMICA (Kcal / h . m.ºC) A= ÁREA (m2) t = TEMPO (s ) T= DIFERENÇA DE TEMPERATURA (ºC) X= ESPAÇO PERCORRIDO (m) x D Energia Transmitida
  • 39. Projeto de Sistemas de Vapor Condutibilidade Térmica ORDEM DE GRANDEZA DA CONDUTIBILIDADE TÉRMICA K MATERIAL Kcal / h . m.° C W / m . ° K GASES À PRESSÃO ATMOSFÉRICA 0 , 006 - 0 , 015 0 , 0069 - 0 , 017 MATERIAIS ISOLANTES 0 , 03 - 0 , 18 0 , 034 - 0 , 21 LÍQUIDOS NÃO-METÁLICOS 0 , 07 - 0 , 60 0 , 086 - 0 , 69 SÓLIDOS NÃO-METÁLICOS (ALVENARIA) 0 , 03 - 2 , 20 0 , 034 - 2 , 6 METAIS LÍQUIDOS 7 , 5 - 65 , 0 8 , 6 - 76 , 0 LIGAS 12 , 0 - 100 , 0 14 , 0 - 120 , 0 METAIS PUROS 45 , 0 - 360 , 0 52 , 0 - 410 , 0 1 W / m ° K = 0 , 8 6 Kcal / h . m.° C
  • 40. Projeto de Sistemas de Vapor Radiação •TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA ATRAVÉS DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS , SEM MOVIMENTAÇÃO DE MASSA
  • 41. Projeto de Sistemas de Vapor Radiação de Calor
  • 42. Projeto de Sistemas de Vapor Energia Incidente •Quando a energia incide sobre uma superfície , parte dela é refletida , parte é absorvida , e parte é transmitida. Como a maioria dos sólidos é opaca, e não transmite radiação, a porção não absorvida é refletida de volta para a origem.
  • 43. Projeto de Sistemas de Vapor Energia Incidente
  • 44. Projeto de Sistemas de Vapor Energia Transmitida J. STEFAN (1879) L. BOLTZMANN (1884) AUSTRÍACOS Q = s .  . A . (T1 4) . t 4 _ T2 Q = ENERGIA TRANSMITIDA (Kg / h) s = CONSTANTE STEFAN & BOLTZMANN ( Kcal / h. m2 . º K 4 ) e = EMISSIVIDADE A = ÁREA (m2) T = TEMPERATURA (º K) t = TEMPO (s )
  • 45. Projeto de Sistemas de Vapor Convecção Transferência de Energia, molécula a molécula, com transferência de massa.
  • 46. Projeto de Sistemas de Vapor Energia Transmitida Q = hc´ A´t ´DT Q = ENERGIA (Kg / h) hc = COEFICIÊNTE MÉDIO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR CONVECÇÃO (Kcal / h . m2 .ºC) A = ÁREA (m2) T = DIFERENÇA DE TEMPERATURA ENTRE A SUPERFÍCIE QUENTE E UM PONTO DEFINIDO NO FLUIDO (ºC) t = TEMPO (s )
  • 47. Projeto de Sistemas de Vapor Coeficiente de Transmissão de Calor
  • 48. Projeto de Sistemas de Vapor Perda Por Radiação PERDA POR RADIAÇÃO AS TUBULAÇÕES DE VAPOR , MESMO ISOLADAS POSSUEM UMA PERDA DE CALOR PARA A ATMOSFERA, POR RADIAÇÃO , QUE É CONTÍNUA E CONSTANTE Qr = A . U . ( T2 - T1 ) . E . L Qr = Quantidade de condensado formado ( Kg / h ) Cl A = Área externa do tubo por metro linear ( m2 / m ) U = Coeficiente global de transferência de calor ( Kcal / h . m2 . ºC ) T2 = Temperatura do vapor ( ºC ) T1 = Temperatura ambiente ( ºC ) E = 1 - Eficiência do isolamento ( % ) L = Comprimento do tubo ( m ) Cl = Calor latente do vapor à pressão da linha ( Kcal / Kg ) EXAMPLO 1 : Calcular a quantidade de condensado formado por hora numa tubulação de diâmetro de 3” com pressão de 8, 0 Bar e comprimento de 100 m , sem isolamento. Qr = 0, 275 . 14, 9 . ( 170 - 25 ) . 1, 0 . 100 = 121, 55 SERÃO FORMADOS 121, 55 Kg / h DE CONDENSADOS 488, 8 EXAMPLO 2 : Idem acima, com a tubulação isolada, e com 75 % de eficiência. Qr = 0, 275 . 14, 9 . ( 170 - 25 ) . 0, 75 . 100 = 30, 4 SERÃO FORMADOS 30, 4 Kg / h DE CONDENSADOS 488, 8
  • 49. Projeto de Sistemas de Vapor Área Externa de Tubos para Vapor ÁREA EXTERNA DE TUBOS PARA VAPOR ø nom Área ø nom Área ø nom Área Pol mm m2 / m Pol mm m2 / m Pol mm m2 / m 3 / 8 10 0, 053 2 50 0, 0187 10 250 0, 844 1 / 2 15 0, 066 2 1 / 2 65 0, 226 12 300 1, 00 3 / 4 20 0, 083 3 80 0, 275 14 350 1, 10 1 25 0, 103 4 100 0, 353 16 400 1, 26 1 1 / 4 32 0, 130 6 150 0, 520 18 450 1, 41 1 1 / 2 40 0, 149 8 200 0, 677 20 500 1, 57
  • 50. Projeto de Sistemas de Vapor Coeficiente Global de Troca COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO DE CALOR Pressão Kcal / h . m2 . ºC Bar 1” 2” 3” 5” 6” 10” Sup. Plana 1, 5 13, 2 12, 6 12, 1 11, 7 11, 5 11, 2 10, 5 1, 7 13, 7 12, 9 12, 5 12, 0 11, 7 11, 5 11, 3 4, 5 15, 1 14, 4 13, 9 13, 5 13, 0 12, 8 12, 5 8, 0 16, 4 15, 6 14, 9 14, 7 14, 1 13, 9 13, 4 19, 0 18, 1 17, 6 16, 7 16, 5 16, 1 15, 7 15, 4 43, 0 21, 5 21, 0 20, 5 19, 5 19, 0 18, 6 18, 1 TUBOS NÃO ISOLADOS , COM TEMPERATURA AMBIENTE DE 25 ºC
  • 51. Projeto de Sistemas de Vapor Resistências
  • 52. Projeto de Sistemas de Vapor Eficiência de Troca Térmica PERDA DE EFICIÊNCIA DE TROCA TÉRMICA
  • 53. Projeto de Sistemas de Vapor Teoria Básica de Transferência de Calor
  • 54. Projeto de Sistemas de Vapor Equações Básicas •Carga Térmica: (Uma fase) Q = m . Cp . Dt m: Vazão em massa Cp: Calor específico Dt: Diferencial de temperatura
  • 55. Projeto de Sistemas de Vapor Q 1 = Q2 Lembrete! O calor cedido pelo fluido quente é integralmente recebido pelo fluido frio!
  • 56. Projeto de Sistemas de Vapor Equação Geral de Trocador de Calor Q = U . A . DTml U: Coeficiente Global de transferência de calor; A: Área efetiva de troca térmica; DTml: Diferencial médio logarítmico de temperatura
  • 57. Projeto de Sistemas de Vapor ( ) Tml t t 2 1 ln ö ÷ ÷ø D = D - D æ D ç çè D 2 t 1 t Cálculo do DTml
  • 58. Projeto de Sistemas de Vapor CONTRACORRENTE PARALELO T1 T2 t1 t2 T1 T2 t1 t2 T; t ºF T2 T1 t1 t2 T t L x T2 T1 t1 t2 T t T; t ºF L x Dt2 = T1 – t2 Dt1 = T2 – t1 DtML = Dt2 - Dt1 Ln (Dt2 / Dt1) Dt2 = T1 – t1 Dt1 = T2 – t2 DtML = Dt2 - Dt1 Ln (Dt2 / Dt1)
  • 59. Projeto de Sistemas de Vapor Exemplo: Um fluido quente entra em um trocador de calor com tubos concêntricos a uma temperatura de 150ºC e sai resfriado a 95ºC por um fluido frio que entra a 40ºC e é aquecido a 70ºC. Calcular a “Diferença de Temperatura Média Logarítmica” para o sistema em contracorrente e paralelo e definir qual o mais recomendado. Fluxo contracorrente Fluido Quente Fluido Frio (T1) 150 - (t2) 70 (T2) 95 - (t1) 40 = 80 (Dt2) = 55 (Dt1) = 25 (Dt2 - Dt1) Dt2 - Dt1 DTML = 2,3 log Dt2 / Dt1 25 DTML = 2,3 log 80 / 55 Fluxo Paralelo Fluido Quente Fluido Frio (T1) 150 - (t2) (T2) 95 - (t1) 40 70 = 110 (Dt2) = 25 (Dt1) = 85 (Dt2 - Dt1) Dt2 - Dt1 DTML = 2,3 log Dt2 / Dt1 85 DTML = 2,3 log 110 / 25 Cálculo do DTml
  • 60. Projeto de Sistemas de Vapor Cálculo do U Q = U . A . DTml h1, h2: Coeficientes de película (transmissão térmica); e: espessura da placa; k: Condutividade térmica da placa ff: Fator de incrustação
  • 61. Projeto de Sistemas de Vapor h = 0,023 . k (v.D.r)0,8 .(NPr)0,4 m NPr = m . Cp k "m = Viscosidade absoluta •v = Velocidade "r = Densidade do fluido; •D = Diâmetro hidráulico; •Cp = Calor específico •k = Condutividade térmica do fluido NNRRee == vv..DD..r m Cálculo do h
  • 62. Projeto de Sistemas de Vapor Coeficiente Global de Transferência de Calor
  • 64. Projeto de Sistemas de Vapor Unidades de Medidas 1 W / m2 . K = 0,1761 Btu / h . ft2 . ºF 1 W / m2 . K = 0,8598 Kcal / h . m2 . ºC 1 W / m2 . ºC = 1,0 J / seg . m2 . ºC 1 Btu / h . ft2 . ºF = 4,88 Kcal / h . m2 . ºC 1 Btu / h . ft2 . ºF = 5,6786 W / m2 . ºK 1 Btu / h . ft2 . ºF = 5,678 J / seg . m2 . ºC 1 Kcal / h . m2 . ºC = 0,2048 Btu / h . ft2 . ºF 1 Kcal / h . m2 . ºC = 1,163 J / seg . m2 . ºC
  • 65. Projeto de Sistemas de Vapor Densidade e Volume Específico • DENSIDADE: É a massa ocupada por um determinado fluido por unidade de volume. UNIDADES: kg/m3 (Sistema Internacional) lb/ft3 (Sistema Britânico) • VOLUME ESPECÍFICO: É o volume ocupado por um determinado fluido por unidade de massa. UNIDADES: m3/kg
  • 66. Projeto de Sistemas de Vapor Vazão • VAZÃO: É o volume ou massa de um fluido que escoa por um conduto por unidade de tempo. Métrico kg/h Britânico gpm (galões/min.) Internacional m3/s
  • 67. Projeto de Sistemas de Vapor VAZÃO Volume de uumm fflluuiiddoo ppoorr uunniiddaaddee ddee tteemmppoo VVoolluummee TTeemmppoo kkgg hh mm33 hh = = CCOOMM PPRREESSSSÃÃOO FFoorrççaa aapplliiccaaddaa ppoorr uunniiddaaddee ddee áárreeaa FFoorrççaa ÁÁrreeaa kkggff ccmm22 llbb ppooll22 = = Não Confundir:
  • 68. Projeto de Sistemas de Vapor Produção de Vapor
  • 69. Projeto de Sistemas de Vapor Produção de Vapor
  • 70. Projeto de Sistemas de Vapor Produção de Vapor
  • 71. Projeto de Sistemas de Vapor Produção de Vapor
  • 72. Projeto de Sistemas de Vapor Produção de Vapor
  • 73. Projeto de Sistemas de Vapor Produção de Vapor
  • 74. Projeto de Sistemas de Vapor Pressão constante Temperatura Calor constante Produção de Vapor
  • 75. Projeto de Sistemas de Vapor Temperatura Calor Produção de Vapor
  • 76. Projeto de Sistemas de Vapor t2 t1 Temperatura Volume Calor Produção de Vapor
  • 77. Projeto de Sistemas de Vapor t2 t1 Temperatura Volume Calor Produção de Vapor
  • 78. Projeto de Sistemas de Vapor Temperatura de ebulição Produção de Vapor Temperatura Calor t2 t1
  • 79. Projeto de Sistemas de Vapor Produção de Vapor Temperatura Calor Temperatura t2 de ebulição t1
  • 80. Projeto de Sistemas de Vapor Produção de Vapor Temperatura Calor Temperatura de ebulição t2 t1
  • 81. Projeto de Sistemas de Vapor Produção de Vapor Temperatura Calor Temperatura de ebulição t2 t1
  • 82. Projeto de Sistemas de Vapor Produção de Vapor Temperatura Calor Temperatura t2 de ebulição t1
  • 83. Projeto de Sistemas de Vapor Calor Produção de Vapor t2 t1 líquido Temperatura
  • 84. Projeto de Sistemas de Vapor Calor Produção de Vapor t2 t1 água+vapor vapor saturado líquido Temperatura
  • 85. Projeto de Sistemas de Vapor Calor Produção de Vapor t2 t1 água+vapor vapor saturado líquido vapor superaquecido Temperatura
  • 86. Projeto de Sistemas de Vapor Calor Produção de Vapor t2 t1 água+vapor vapor saturado líquido vapor superaquecido calor sensível Temperatura
  • 87. Projeto de Sistemas de Vapor Calor Produção de Vapor t2 t1 água+vapor vapor saturado líquido vapor superaquecido calor sensível calor latente Temperatura
  • 88. Projeto de Sistemas de Vapor Calor Produção de Vapor t2 t1 água+vapor vapor saturado líquido vapor superaquecido calor sensível calor latente calor sensível Temperatura
  • 89. Projeto de Sistemas de Vapor Calor Sensível, Latente e Total áágguuaa++vvaappoorr CCaalloorr ttoottaall CCaalloorr t2 t1 vvaappoorr llííqquuiiddoo ssaattuurraaddoo vvaappoorr ssuuppeerraaqquueecciiddoo CCaalloorr sseennssíívveell CCaalloorr llaatteennttee CCaalloorr sseennssíívveell TTeemmppeerraattuurraa
  • 90. Projeto de Sistemas de Vapor Tabeça Pressão de Vapor Saturado relativa Temp. Calor sensível Calor latente Calor total Volume Específico Pressão absoluta kgf/cm2 ºC kcal/kg kcal/kg kcal/kg m3/kg kgf/cm2 0 1 99.1 99.1 539.4 638.5 1.725 1 2 119.6 119.9 525.9 645.8 0.902 2 3 132.9 133.4 516.9 650.3 0.616 3 4 142.9 143.6 509.8 653.4 0.470 4 5 151.1 152.1 503.7 655.8 0.381 5 6 158.1 159.3 498.5 657.8 0.321 6 7 164.2 165.6 493.8 659.4 0.277 7 8 169.6 171.3 489.5 660.8 0.244 8 9 174.5 176.4 485.6 662.0 0.218 9 10 179.0 181.2 481.8 663.0 0.198 10 11 183.2 185.6 478.3 663.9 0.180 11 12 187.1 189.7 475.0 664.7 0.166 12 13 190.7 193.5 471.9 665.4 0.154 13 14 194.1 197.1 468.9 666.0 0.143 14 15 197.4 200.6 466.0 666.6 0.134
  • 91. Projeto de Sistemas de Vapor Título ou Qualidade do Vapor É a porcentagem de vapor existente em uma mistura de vapor saturado. Portanto, se tivermos 1 kg de vapor saturado com título X = 75 %, então 0,75 kg dessa massa será vapor e 0,25 kg será água. X = MASSA DE VAPOR x 100 % (MASSA DE VAPOR + ÁGUA)
  • 92. Projeto de Sistemas de Vapor Tipos de Vapor Saturado SECO Não varia de temperatura com o título igual a 100 %, ou seja, toda massa é vapor. ÚMIDO Não varia de temperatura com o título variando de 0 a 100 %.
  • 93. Projeto de Sistemas de Vapor Grau de Superaquecimento É a diferença entre a temperatura do vapor superaquecido e a temperatura do vapor saturado, a uma determinada pressão. Exemplo: VVaappoorr ssaattuurraaddoo úúmmiiddoo P = 10 kgf/cm2 T = 183,2 oC Vapor superaquecido P = 10 kgf/cm2 T = 220 oC Vapor saturado seco P = 10 kgf/cm2 T = 183,2 oC
  • 94. Projeto de Sistemas de Vapor Propriedades Termodinâmicas

Hinweis der Redaktion

  1. Demonstrated by this list of group companies, offices and authorised distributors.
  2. Demonstrated by this list of group companies, offices and authorised distributors.
  3. Spirax Sarco has a one-hundred-year history of working in partnership with steam users around the world, and with the people who advise them, such as consultants and contractors.   Steam is primarily a heat carrying medium used throughout industry for process and space heating.   Our aim throughout our long history has been to help our customers manage their use of steam in a way that helps them improve the performance they get out of their plant and manufacturing processes.
  4. We have the knowledge of hundreds of applications for steam, across all types of industry. This allows us to put together complete solutions, each one tailored to the precise needs of individual customers. As a solution provider we can call upon the pooled knowledge of over 800 sales engineers… almost the same number of internal experts … and designated industrial or process experts who are dotted about the Group but contactable by their colleagues wherever they are.
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  6. 1.1 Steam System Basics From the outset, an understanding of the basic steam circuit, or ‘steam and condensate loop’ is required. The steam flow in a circuit is due to condensation of steam which causes a pressure drop. This induces the flow of steam through the pipes. The steam generated in the boiler must be conveyed through pipework to the point where its heat energy is required. Initially there will be one or more main pipes or "steam mains" which carry steam from the boiler in the general direction of the steam using plant. Smaller branch pipes can then carry the steam to the individual pieces of equipment. When the boiler crown valve is opened (slowly of course), steam immediately passes from the boiler into and along the steam mains. The pipework is cold initially and so heat is transferred to it from the steam. The air surrounding the pipes is also cooler than the steam, so the pipework will begin to lose heat to the air. This heat loss to the surrounding air causes more steam to condense (called the "running load") in addition to the steam condensed in warming up the pipework (called the "starting load) The resulting condensate falls to the bottom of the pipe and is carried along with the steam flow and by gravity due to the gradient in the steam main which normally falls in the direction of steam flow. The condensate will then have to be drained from the lowest points in the steam main. When the valve on the steam pipe serving an item of steam using equipment is opened, steam flow from the distribution system enters the equipment and again comes into contact with surfaces cooler than itself. The steam then gives up its enthalpy of evaporation in warming up the equipment (starting load) and continues to transfer heat to the process (running load) when it will of course condense into water (condensate). There is now a continuous flow of steam coming from the boiler to satisfy the connected load, and to maintain this supply more steam must be generated. In order to do this, more fuel is fed to the boiler and more water is pumped into it to make up for the water which has already been evaporated into steam.
  7. The remedy must be to avoid lifting condensate directly from the trap. Instead the trap should be located sufficiently below the condensate outlet of the battery to give a gravity head. 1m will give almost 0.1 bar. and 0.5m nearly 0.05 bar. Then the condensate must drain freely to the receiver of a return pump, and the pump can lift the water to the return main. A vacuum breaker will allow water to fall to the trap even when the required steam temperature is below 100°C, by admitting air into the steam space. Without the pump, water logging of the partly loaded battery is quickly followed by waterhammer, corrosion or perhaps freezing problems. In the example, the trap should be capable of passing 300 kg/h with a pressure differential of about 5.5 bar and (0.62 x 300 = 186) kg/h with only the gravity head which the installation provides.