Boletim Tecnico Informativo No4 Tanque de Expansao

www.polychem.com.br [email protected] 11 5096-0242

1

PolyChem Produtos Químicos Ltda Av. Bem-te-vi, 333 Conj. 113 04524-030 São Paulo SP

BOLETIM TÉCNICO INFORMATIVO No. 4

TANQUE DE EXPANSÃO PARA SISTEMA DE TRANSMISSÃO TÉRMICA

O projeto do tanque de expansão em um sistema de transmissão térmica de fase líquida, utilizando fluido térmico Therminol™ ou outros fluidos orgânicos, é um importante parâmetro para o sucesso total da operação. Um tanque de expansão corretamente instalado e mantido pode contribuir para aumentar a vida útil do fluido com baixa manutenção dos vários com-ponentes mecânicos do sistema, tais como: bombas, gaxetas, selos e aquecedores. Um tanque de expansão corretamente projetado pode eliminar muitos problemas desde a parti-da inicial do sistema e ao longo de toda a sua vida útil.

A discussão seguinte vai explorar, em linhas gerais, o propósito e o projeto de um tanque de expansão em um sistema de transmissão de calor. Entretanto, uma empresa de engenharia qualificada deve ser consultada para o caso de um projeto real de sistema de transmissão de calor, uma vez que considerações fora do esco-po deste boletim podem ser críticas.

Finalidade do Tanque de Expansão em um Sistema de Transmissão Térmica

Como o termo sugere, a principal função do tanque de expansão em um sistema de trans-missão de calor é permitir a expansão do flui-do, que pode ser maior do que 25% de seu volume original, dependendo do fluido utilizado e da temperatura de operação.

Visto que, usualmente, o tanque de expan-são é instalado no ponto mais alto do sistema, também pode servir como o principal ponto para a expulsão de níveis excedentes de resí-duos de baixo ponto de ebulição e de umidade que podem se acumular no fluido térmico. A instalação do tanque no ponto mais alto do sistema também cria pressão positiva na en-trada da bomba de circulação, proporcionando uma sucção abundante com fluxo contínuo para o usuário do sistema. A Figura 1 mostra um desenho simplificado mostrando o posiciona-mento sugerido para um tanque de expansão de um sistema de transmissão de calor.

Figura 1

Sistema Básico

Nota: Esta informação não constitui garantia expressa ou implícita. Veja informação ao final do boletim.


2


Parâmetros do Projeto do Tanque de Expansão

Existem diversos parâmetros básicos de projeto que devem ser considerados parte de qualquer tanque de expansão de sistema de transmissão de calor de modo a se obter bene-fício máximo do tanque relativamente à opera-ção geral do sistema. Dimensões

O tanque de expansão deve ser dimensio-nado de maneira a estar 25% cheio à tempera-tura ambiente e 75% cheio à temperatura normal de operação. Este dimensionamento deve proporcionar pressão positiva do fluido para a sucção da bomba durante a partida do sistema, e deve minimizar o espaço de vapor no tanque durante a operação normal.

A expansão de um fluido entre duas tempe-raturas pode ser calculada dividindo-se a den-sidade do fluido na temperatura mais baixa pela densidade do fluido na temperatura mais elevada. Exemplo: a densidade do Therminol 66 a 4,5ºC é 8,47lb/gal, e cai para 6,72lb/gal a 315ºC. Portanto, a expansão do Therminol 66 é 8,47/6,72=126% do volume original a 4,5ºC quando aquecido a 315ºC. Por conseguinte, um tanque de expansão para um sistema com 1000 galões de Therminol 66, operando entre 4,5ºC e 315ºC, deve ser dimensionado para 260 galões de expansão. Uma vez que esta expansão representa 50% do volume do tan-que (volume entre 25% e 75% cheio), o tan-que de expansão deve ter um tamanho sufici-ente para 520 galões. Dupla Perna de Descida e Válvulas

O tanque de expansão deve ser instalado no ponto mais alto do sistema com um arranjo de tubulação para dupla perna de descida, como mostra a figura 2. Se a única finalidade do tanque de expansão fosse proporcionar a ex-pansão do fluido, uma perna apenas seria sufi-ciente; porém, o tanque de expansão também proporciona o melhor ponto ventilar o sistema. Para poder ventilar eficientemente um sistema de transmissão térmica, o tanque de expansão deve permitir a circulação de todo o fluido no sistema. As linhas de entrada e saída do tan-que de expansão devem ser dimensionadas para levar o fluxo total do sistema nas condi-ções de partida. O sifão terá que ter aproxima-damente 1/3 do tamanho da linha completa. Esta linha atua como um meio de restringir a transferência de calor ao tanque de expansão a fim de mantê-lo o mais frio possível para evitar a oxidação do fluido e conservar as perdas de calor.

Em condições normais de operação, as vál-

vulas A e C devem ficar abertas, e as válvulas B, D, E e F, fechadas. Para se adicionar fluido complementar a um sistema em operação, deve-se utilizar a válvula F. Este procedimento garante o menor distúrbio possível a um siste-ma em operação. Devido às elevadas tempera-turas do fluido em um sistema em operação, devem ser observadas as precauções de segu-rança normais sempre que se for complemen-tar o nível de fluido da rede.

O sistema deve receber a carga inicial de fluido através da válvula D, com as válvulas B, C e E abertas. Este é o meio mais eficiente de forçar a saída do ar do sistema.

O tanque de expansão deve ser o principal ponto do sistema para ventilar a umidade e os resíduos de baixo ponto de ebulição (“leves”). Sistemas novos quase sempre têm resquícios de umidade deixados pelos testes hidrostáticos ou por condensação atmosférica durante a construção. Esta umidade deve ser removida durante a partida do sistema para evitar possí-vel cavitação da bomba. Para utilizar o tanque de expansão como um suspiro para expulsar a umidade, faça o fluido circular pelo tanque de expansão com as válvulas A, D e F fechadas e as válvulas B, C e E abertas. A temperatura do sistema deve ser aumentada gradualmente até o intervalo entre 150ºC e 180ºC. Uma vez que todas as evidências mostrem que a ventilação parou (as colunas de vapor desaparecem), a válvula A deve ser aberta, e as válvulas B e E devem ser fechadas. Se e quando o sistema acumular resíduos leves, este procedimento deve ser aplicado. No entanto, neste caso, deve-se permitir que o tanque de expansão atinja a temperatura de operação antes de se abrir a válvula A. Instrumentação É essencial uma política que se empenhe por uma instrumentação “livre de falhas” no plane-jamento do tanque de expansão, bem como no de outros componentes do sistema de trans-missão de calor. O tanque de expansão deve estar equipado com alarmes para alto e baixo níveis de fluido, juntamente com um interrup-tor para automaticamente desligar o aquecedor e a bomba no caso de um vazamento acidental. Dispositivos para alívio de pressão devem fazer parte do projeto do tanque de expansão com possíveis descargas de fluido direcionadas para áreas distantes de pessoas e de fontes de igni-ção. Um visor de vidro resistente a altas tem-peraturas também deverá ser instalado como reforço aos sensores de nível.


3


Figura 2

Inertização do Tanque de Expansão

Nota: Esta informação não constitui garantia expressa ou implícita. Veja informação ao final do boletim. Proteção Com Gás Inerte

Todos os fluidos térmicos orgânicos, incluin-do os fluidos Therminol, sofrem oxidação quan-do expostos ao ar. A oxidação do fluido causa a vasta maioria da formação de sólidos e incrus-tações, que diminuem a eficiência na transmis-são térmica e prejudicam a função do selo mecânico. A taxa de formação de insolúveis depende da exposição ao ar e da temperatura. Usualmente, a infiltração de ar em um sistema acontece pelo tanque de expansão.

Um método eficiente de se minimizar a oxi-dação do fluido é inertizar o espaço de vapor do tanque de expansão, isto é, preencher a-quele espaço vazio com um gás inerte, nitrogê-nio, CO2, ou gás natural. A figura 2 apresenta uma sugestão para a inertização do tanque de expansão.

A finalidade da inertização com gás é man-ter uma atmosfera não-reativa no espaço de vapor do tanque de expansão, evitando a en-trada de ar e umidade, que pode afetar adver-samente a vida útil do fluido. Para uma prote-ção eficaz, é necessário manter o tanque inter-ruptamente inertizado, geralmente com nitro-gênio, com controles através de reguladores de pressão para os fluxos de entrada e saída. É preciso também uma válvula de alívio de pres-

são como dispositivo de segurança para o caso de falha no regulador. As pressões aplicadas dentro do tanque de expansão devem ser man-tidas no menor nível possível para minimizar o consumo de gás inerte. Manter uma pressão positiva levemente acima da pressão baromé-trica da atmosfera é o suficiente para se evitar a entrada de ar e umidade.

Uma válvula manual de respiro também de-ve ser instalada para facilitar a purga do espa-ço de vapor do tanque de expansão, se neces-sária.


4


Selo Líquido A inertização do tanque de expansão é, ge-

ralmente, a maneira mais eficaz de se minimi-zar a oxidação do fluido. Mas, quando esta opção não é possível, há outro dispositivo, menos confiável, utilizando-se um selo líquido. A figura 3 ilustra uma típica disposição de selo líquido em um tanque de expansão.

Devem ser tomadas precauções para que o nível de fluido no tanque do selo líquido não caia ao nível do fundo do tanque. Quando isto acontece, a função do selo fica inoperante, e ar contendo umidade entrará no tanque de ex-pansão durante períodos de flutuação do nível do fluido. Com o tempo, resíduos de baixo pon-

to de ebulição e umidade serão retidos no selo líquido. Portanto, o fluido do selo deve ser dre-nado e descartado periodicamente.

O principal inconveniente de qualquer sis-tema de selo líquido é a circulação do fluido entre a linha principal e o tanque do selo du-rante a ventilação do tanque de expansão. Cuidados devem ser tomados para minimizar este efeito através de um dimensionamento adequado do tanque do selo líquido e das li-nhas de ventilação (venturi).

Figura 3

Disposição do Selo Líquido no Projeto do Tanque de Expansão

Nota: Esta informação não constitui garantia expressa ou implícita. Veja informação ao final do boletim. Therminol é marca registrada da Solutia Inc. NOTA: As informações contidas neste boletim são baseadas em estudos realizados pela Solutia Inc., e acredita-se serem verdadeiras. No entanto, uma firma de engenharia deve ser consultada, visto que outras considerações, além das constantes desta literatura, devem ser levadas em conta. Apesar das informações e recomendações aqui mencionadas serem consideradas corretas, a Solutia Inc. se desobriga de qualquer responsabilidade por perdas ou danos sofridos em decorrência da utilização das mesmas. As informações são fornecidas sob a condição de, antes de serem utiliza-das, seja feita uma pré-avaliação, de acordo com as necessidades de uso. EM HIPÓTESE ALGUMA A SOLUTIA SERÁ RESPONSÁVEL POR DANOS DE QUALQUER NATUREZA RESULTANTES DA UTILIZA-ÇÃO DE ALGUM PRODUTO, PROCESSO OU EQUIPAMENTO, INFRINGIR QUALQUER PATENTE OU REGULAMENTAÇÃO DOS ÓRGÃOS PÚBLICOS BRASILEIROS.

Boletim Tecnico Informativo No4 Tanque de Expansao

Documents

Transcript of Boletim Tecnico Informativo No4 Tanque de Expansao