UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO JOO DEL-REI ENGENHARIA MECNICA ANA CLARA NASCIMENTO AGUIAR DIMENSIONAMENTO DE LINHA DE VAPOR Monografia apresentada ao Curso de Engenharia MecnicadaUniversidadeFederaldeSoJoo del-Rei, como requisito para a obteno do ttulo de Engenheiro Mecnico.Orientador:Prof.Dr.RolandoNonatode Oliveira Lima. So Joo del-Rei 20112 MONOGRAFIA MonografiasubmetidaaocorpodocentedoDepartamentodeCinciasTrmicasedos FluidosecoordenadoriadocursodeEngenhariaMecnicadaUniversidadeFederaldeSo Joodel-Rei,comopartedosrequisitosnecessriosobtenodottulodeEngenheiro Mecnico. Acadmico: Ana Clara Nascimento Aguiar. Aprovado por: _____________________________________________ Prof. Dr. Antnio Sabariz Coordenador do curso de Engenharia Mecnica _____________________________________________ Orientador: Prof. Dr. Rolando Nonato de Oliveira Lima So Joo del-Rei 20103 DEDICATRIA Dedico este trabalho aos meus pais que nunca mediram esforos para tornar possvel a realizao dos meus sonhos. A minha me guerreira, Anglica Ferreira do Nascimento Lima, que me ensinou que devemos sempre lutar pelo que queremos, e o meu pai Clero Andrade de Aguiar, que me apoiou em todas as minhas decises acreditando no meu potencial e mostrando que com honestidade e respeito se alcana todos os objetivos. E em especial minha av, Maura Nascimento, que me guiou pelos caminhos corretos, me ensinando a fazer as melhores escolhas, me educando e amando como uma filha. Se hoje sou quem sou e estou onde estou, devo isso a eles. Essa vitria nossa. Tenho muito orgulho de fazer parte dessa famlia. Amo vocs! 4 AGRADECIMENTOSA Deus, que sempre esteve ao meu lado me ajudando a superar todos os problemas e nunca me faltou em sua generosidade. Aos meus irmos Lucas e Matheus, que muitas vezes abriram mo dos seus sonhos para eu poder realizar os meus. Aos meus tios e tias, por sempre me aparar, ajudar, acreditar e pela dedicao igual a que se tem com um filho. Se no fosse vocs eu no conseguiria dar nem o primeiro passo. Aosmeuspriminhos,pelograndecarinhocomassurpresasquemefaziamquandoeuiapara casa nas frias. A Nan (Nayara), nega obrigada por poder contar com voc em tudo na minha vida. Pelas vezes queeutivevontadedechorarnasnoitesviradasdeestudoevocsempremefaziasorrir.Na faculdade foi uma grande parceira na minha vida a irm que eu nunca tive. APietro,obrigadaportermeapoiado.Companheirismocomooseumuitorarodese encontrar.Quantasvezespenseiemjogartudoparaoaredesistir,senofossevocparame acalmar. A KOMIKETO, galera do baja que me ajudou a realizar o sonho desse projeto e que me abriu as portas da indstria. Ex-aluna sim, ex-bajeira nunca! A todos, que diretamente ou indiretamente fazem parte dessa vitria, mesmo que muito distantes. Meu carinho e muito obrigada. EmespecialaomeuMestre,ProfessorRolando,porteracreditadonaminhacapacidade, confiadoemmim,pelasabedoria,pelapacinciaemensinar,porestarsempreprontoame atender,porfomentarminhavontadedeaprenderequestionar,eportersetornadoumgrande amigo. Se um dia eu for metade do engenheiro que voc serei muito grata. Obrigada por tudo! No me entrego sem lutar Tenho ainda corao No aprendi a me render Que caia o inimigo ento. Renato Russo 5 RESUMOOsistemadedistribuiodevaporoprincipaleloentreogeradordevaporeos equipamentosconsumidores.Oempregodetubulaespelohomemantecedeahistria escrita. Osprimeirostubosdeao,quehojedominamlargamentequasetodososcamposde aplicaoindustrial,comearamaserfabricadoscomercialmenteemfinsdosculoXIX.O investimentorealizadonaproduoeutilizaodevaporpoderseronerososeadistribuio deste no for realizada eficientemente.O objetivo ao dimensionar uma linha de vapor obtera melhor forma de utilizao da energia, medianteum clculo cuidadosoeseleo de materiais e acessrios que contribuam com a obteno de um sistema de distribuio racional e eficiente. Osistemadedistribuiodevaporosistemadeviasdetransportedeenergiaque interliga os pontos de produo e utilizao. Porem nesse sistema, a tendncia de haver sempre uma dissipao de parte da energia transportada, que se d de forma irreversvel. Logo, para um sistemadedistribuiodevaporoperarsatisfatoriamente,deve-seprocurarminimizartantoas perdasdepressoquantoasperdastrmicas.Essepontotimo,comboaperformanceeperdas mnimas, s conseguido atravs de um bomdimensionamento das tubulaes. Uma tubulao subdimensionadatrabalharcomvelocidadeselevadas,ocasionandoperdasdepresso(perdas decarga)muitograndese,noscasosmaiscrticos,faltadevapornopontodeconsumo. Palavras chave: dimensionamento de tubulao, distribuio de vapor, minimizar perdas. 6 SUMRIO 1.0 -Introduo ......................................................................................................................................... 8 2.0 -Reviso bibliogrfica ........................................................................................................................... 9 2.1 -Linhas de vapor ................................................................................................................................... 9 2.1.1 - Linha principal ..................................................................................................................................... 9 2.1.2 - Linha de retorno ............................................................................................................................... 11 2.2 -Tanque de Reevaporao. ................................................................................................................ 12 2.3 -Purgadores e Vlvulas ....................................................................................................................... 13 3.0 -Processos de Dimensionamento ...................................................................................................... 13 3.1 -Dimensionamento da linha principal ................................................................................................ 20 3.2 -Dimensionamento dos ramais. ......................................................................................................... 22 3.3 -Perda de Carga .................................................................................................................................. 24 3.4 -Linha de Retorno de condensado. .................................................................................................... 31 3.5 -Dimensionamento de purgadores. ................................................................................................... 37 3.6 -Dimensionamento de valvulas reguladoras. .................................................................................... 42 4.0 -Concluso .......................................................................................................................................... 48 5.0 -Referncias bibliogrficas ................................................................................................................. 49 7 LISTA DE FIGURAS Figura 1:Velocidade e vazo em tubulaes de vapor segundo dimetro (SARCO, 2000). .................. 10 Figura 2:Sistema de recuperao de vapor flash (SARCO, 2000). ......................................................... 13 Figura 3:Planta a ser dimensionada (Lima, 2000). ................................................................................ 15 Figura 4:Dimetros comerciais (www.acepil.com.br/tubos_acocarbono.shtml). ................................ 21 Figura 5:Perda de carga localizada (Lima, 1974). .................................................................................. 26 Figura 6:Perda de carga para tubulao da linha de retorno (Lima, 2000). ......................................... 33 Figura 7:Modelo de puragadores de bia segundo cada condio de trabalho (SARCO). ................... 38 Figura 8:Modelo de purgadores termodinmicos (SARCO). ................................................................. 41 Figura 9:Escolha da valvula baseado no cv (SARCO). ............................................................................ 43 Figura 10:Escolha da mola (SARCO). ................................................................................................... 43 Figura 11:Tabela de dimensionamento do tanque flash (SARCO). ..................................................... 45 Figura 12:Bomba de retorno (SARCO). ............................................................................................... 46 8 1.0 -INTRODUOO vapor sempre teve grande importncia no mbito industrial, tecnolgico e at histrico. Desde os primeiros carros e locomotivas movidosa vapor que impulsionaram a era industriale tecnolgica,atascentraistermoeltricasgeradorasdeeletricidade,quesoasatuais responsveis por continuar a permitir oprogresso, o vapor mostrou e mostra suarelevncia. A utilizao do vapor como calor de processo tambm de grande utilidade, mas no basta apenas gerar o vapor, tem-se que distribu-lo sem que perca suas propriedades. O vapor de uso industrial pode aparecer como vapor saturado ou superaquecido. Paraquequalquerinstalaodevaporpossatrabalharcommximaeficincia, necessrioentregarovaporsaturadoomaisseco(ttulomuitoprximoouigualaum1) possvel, sob o risco de sensvel queda no rendimento do processo. Alm de conter menos calor queonecessrioovaporcommuitaumidadetrspartculasdeguaemsuspensoquese movimentam na mesma velocidade do vapor. A ocorrncia dessas gotas e gotculas pode causar danosegastosdispendiosos.Asgotasegotculasaderemsparedesdostubosedos equipamentosdetrocatrmicacriandoumapelculadecondensadooufilmequeinterferee atrapalha a transferncia de calor. Alm disso, como essas gotas se movem na mesma velocidade do vapor h ainda o risco adicional de golpes de Arete, corroso ou eroso de partes ou sees dos equipamentos e tubulaes. Quando se fala em dimensionamento de linhas de vapor necessrio considerar tambm oscoletoresdevapor,osramais,asvlvulas,bombas,linhasdecondensado,materialda tubulaoeseuscustos.Asdecisestomadasduranteafasedeprojetopelosengenheirosno desenvolvimentodeumprodutosoresponsveisporaproximadamente85%docustoda fabricao do produto (Sarco, 2000). Portanto um engenheiroatualizado precisa compreender e dominar os princpios econmicos to bem quanto os de engenharia. Os engenheiros participam de uma variedade de processos de deciso, uma gama que vai desde a concepo at o marketing paraconvencerosinvestidoresafinanciaroprojeto.Asdecisesaseremfeitasenvolvem materiais,facilidadesnaplanta,capacidadedeproduo,usodecapitalparacusteartantoa estruturafsicaquantoosequipamentos.Essasdecisessochamadasdecisesdeengenharia econmica. 9 Essasconsideraesiniciaisnorteiamoobjetivodotrabalho,quevisadimensionaruma linhadevaporeseuscomponentespelomtododavelocidadee,fazeranlisedeumasituao emqueadecisodeprojetotomadabaseadanaparteeconmicaemconjuntocoma engenharia.Fatorescomoperdadecarga,custodomaterial,custodobombeamentodofluido, dentre outros so levados em considerao. 2.0 -REVISO BIBLIOGRFICA 2.1 -Linhas de vapor 2.1.1 -Linha principal SegundoAPOSTILADEMATI(Lima,2000,nopublicado),astubulaesdevapor normalmentesodimensionadasporcritriosdeperdadecargaouvelocidadeadequada.Em condies prticas a velocidade razovel para vapor saturado em tubulaes principais de 20 a 35m/s.Acimade35m/scomeaaseterproblemasderudoeerosodastubulaes,oque aceleradoseovaporformido(ttuloabaixode1).Ramaissecundriosetubulaescurtas indicamvelocidadesnafaixade15m/s.Tambmsonecessriasoutrasobservaesaserem levadasemconta.Aquestodadrenagemdaslinhas,autilizaodasbotasdecondensado,as tomadassuperioresparaderivaesderamais,ousodereduesexcntricasaoinvsdas concntricas para reduzir a formao de condensado na linha.No passado, muitas plantas de processo utilizavam valores acima de 35 m/s e acreditava-sequeoaumentodorudonoeraumproblemaassociadooperaodaplanta.Eles simplesmente ignoravam o fato que o aumento dos rudos est associado como a alta velocidade, formaodecondensadoeerosodastubulaes,oqueaceleradoseovaporformido. Somentequandohpresenadesuperaquecedorese/ouatubulaotransportagsseco,a velocidade pode assumir valores to altos (SARCO, 2000).A velocidade de vapor saturado em qualquer tubulao pode ser obtida atravs de valores tabelados (figura 1):10 Figura 1:Velocidade e vazo em tubulaes de vapor segundo dimetro (SARCO, 2000). Ou pode ser calculado atravs da manipulao da equao da continuidade: Q=*A*V (1) Como =1/v VDvQ *4*12t= (2) Isolando D, tem-se: t Vv QD* 42= (3) 11 E para o calculo da velocidade, tem-se: t24Dv mV=(4) Ovalordodimetrocalculadopelaequao(3)geralmentenocorrespondes dimensesdosdimetrosdisponveisnomercado,logooresponsvelpeloprojetodeveroptar entredoisdimetroscomerciaisdisponveis,umavezqueaencomendadeumatubulao especialacarretarianumcustomuitoelevado.Noentantoaescolhadodimetrodevetambm levaremcontafatoreseconmicos.Seaescolhaforpelomenordimetroavelocidadeser maior podendo gerar vibrao, maior perda de carga ser ocasionada emaior perda de energia, ouseja,perde-sedinheiro.Poroutroladoseoptarpelomaiordimetrovisandominimizaras perdasdosistema,esbarra-senovamenteemumproblemaeconmico,umavezquequanto maior o dimetro da tubulao maior o seu custo (TELLES, 1998). 2.1.2 -Linha de retorno a tubulao destinada a receber purgas, drenos e outros tipos de descarga do vapor que circulapelainstalaoe,comissovaicedendocaloresetransformandoem lquido/condensado.A importncia da remoo efetiva do condensado de certos lugares de vapor muitoimportanteeserenfatizadanesteestudo.Paraqueaeficinciamximadosistemade vaporsejaatingida,omelhortipodecaptaodevaporprecisarseradaptadoparaasdiversas aplicaes em questo, o vapor flash dever ser utilizado, e a quantidade mxima de condensado dever ser recuperada. Existeminmerasrazespeloqualnosedevepermitirodescarregamentodo condensadodiretamenteemmeioexterno.Amaisimportanteconsideraoocalorqueo condensadocontmmesmodepoisdovapordeflashtersidorecuperado.possvelutilizaro condensadocomoguaquentedeprocesso,masomelhorarranjoretorn-loparaacaldeira, onde pode ser reutilizada como gua de alimentao sem precisar de tratamento, economizando tambmcombustvelnopr-aquecimento.Lembrandoquetodaguaprecisapassarpor tratamento qumico antes de entrar na seco dealimentao da caldeira,e deve ser novamente tratadaantesdeserdescartadanomeioambiente.Logooreaproveitamentodaguade 12 condensado,economizaporjterpassadoportratamentoqumicoepornodispender combustvelparapr-aquecer.Aeconomiadarecuperaodocondensadodaordemde20a 25% do custo de gerao de vapor da planta. No entanto deve-se atentar ao risco de contaminao da gua de retorno. Perfuraes nas tubulaesduranteoprocessoe,trocadoresdecalortornampossvelacontaminaodo condensado. Se existir qualquer possibilidade do condensado estar contaminado, este no dever retornar caldeira. Este problema tem sido reduzido atravs da aplicao de sistemas de sensores que monitoram a qualidade do condensado em diferentes reas da planta determinando a pureza e fornecendo uma rota opcional de retorno do condensado caso se contaminado. 2.2 -Tanque de Reevaporao. Ostanquesdereevaporaosoumaboaalternativa,quandosedesejaevitarperdade energiaemumainstalaodevapor.Comele,pode-seaproveitarovaporformadopela descompressodocondensadoouvapordeflash,devidosdiferenasdeentalpia.Geralmente ostanquessoconstrudosparatrabalharcompressodeat10kgf/cm2.Ostaquesde reevaporaosousualmentechamadosdetanqueflashdevidoaovaporformadodurantea queda de presso ser denominado de vapor flash. Normalmente o fenmeno ocorre em drenagem de equipamentos, sada de purgadores e purgas em geral. 13 Figura 2:Sistema de recuperao de vapor flash (SARCO, 2000). 2.3 -Purgadores e Vlvulas Quandoovaporcedecaloraumprocessoqualquerpartedelesecondensae,esse condensado deve ser removido do sistema para evitar a formao de pelcula de condensado, que perturba as trocas trmicas necessrias em processos que aconteam posteriormente. Purgadores so dispositivos automticos que executam essa funo permitindo ao vapor seguir sua trajetria na melhor condio operacional possvel. Osmais usuais so: (a) termostticos (b) mecnicos (c) - termodinmicos A condio bsica de operao a necessidade de um diferencial de presso no purgador. A cada 30metrosdetubulaodalinhaprincipaldeveserusadaumaestaodepurgae,tambmna drenagemdosdiversosequipamentosquecompemainstalao.Aescolhafinaldopurgador tambmdecididaporfatoreseconmicos,porexemplo,ospurgadoresfabricadosemferro fundido so bem mais barato que os fabricados em ao inoxidvel ou ao carbono, porm esses ltimos resistem mais a corroso diminuindo o gasto com manuteno. 3.0 -PROCESSOS DE DIMENSIONAMENTOTome-se como base para o dimensionamento a planta de vapor mostrada na figura 3, bem como os seguintes dados de projeto listados na tabela 1 dada na seqncia. 14 15 Figura 3:Planta a ser dimensionada (Lima, 2000). Tabela 1 - Dados para o projeto com distncia entre os pontos (em metros). CaldeiraVazo 30.000 Kg/h Presso de operao absoluta Equipamento I Injeo direta de vapor Aquecimento de gua para tintura: t inicial = 20Ct final = 60C Trecho Comprimento (m) 1-25 2-330 3-430 4-515 5-620 6-715 7-85 8-93 9-101 4-115 5-128 6-133 13-142 TrechoComprimento (m) 8-158 15-162 9-176 3-1810 18-1910 19-2025 20-2115 21-225 22-2315 23-248 24-2510 (coluna elevao) 26-2725 (coluna elevao) 27-28120 7-2915 16 Quantidade de gua a ser aquecida 6.000 kg/h Presso recomendada P = Perdas por evaporao e isolamento 20% Titulo vapor 0,80 Equipamento II P = Q = 7.000 kg/h Equipamento III P = Q = 5.500 Kg/h Equipamento IV Aquecimento de leo de soja t inicial do leo = 20C t final do leo = 140C Titulo do vapor 0,8 Vazo do produto 3.000 kg/h Perdas por isolamento 10% Equipamento V Q = 2.000 kg/h P = 17 Consideraes adicionais Perdas de carga nos equipamentos igual a 10%, a instalao funciona 24 horas por dia e, considerar presso manomtrica nos equipamentos. Parte-sedoclculodavazodevaporemcadaequipamentoetambmdapressodetrabalho ondenosedispedetaldado.Inicia-secomoclculodavazodevapornecessriaao equipamento I: Equipamento I HduasmaneirasdesecalcularovapornoequipamentoI,pela1leidaTermodinmicaou pelas equaes proposta pela Sarco. Mtodo 1: balano de 1 lei Pelo balano de massatem-se: m1 + mv = m3 (5) Onde mv a vazo de vapor, m1 a vazo de gua e, m3 a soma das duas. E pelo balano de energia: Q + m1h1 + mvhv = m3h3 + W (6) Substituindo (I) em (II) chegamos seguinte equaomv = m1(h1+h3)/ (h3-h2) (7) Dastabelastermodinmicassegundoascondiesdeentradaesadadagua,tm-seos seguintes valores para entalpia: Estado 1: liquido saturado h120.8Kcal/Kg vm ; X=0.8; P2=1.8 Kgf/cm2 2 O Hm2 T3=60C 3 1 O Hm2T1= 20 C Eq I 0 0 18 Estado 2: mistura Hl131Kcal/Kg Hv650.2Kcal/Kg Hlv518.7Kcal/Kg h2545.96Kcal/Kg Estado 3: liquido saturado h359.7Kcal/Kg Substituindo os valores da tabela na equao (7)mv= 479.990 kg/h Como h 20% de perdas ento mv= 575.988 kg/h Mtodo 2: A Sarco prope a seguinte equao para o calculo de consumo de vapor: x tCT mClpvA= m (9) Onde:m a massa do produto a ser aquecido em kg Cp o calor especifico em kcal/kgC T o acrscimo de temperatura em C t o tempo do processo em horas Cl o calor latente do vapor em kcal/kg x o ttulo do vapor em %. Das tabelas de vapor e termodinmicas tem-se: m6000Kg Cp1kcal/kgC T40C t1h Cl629.4kcal/kg Logo usando a equao (9) resulta mv= 476.644 kg/h.Como h 20% de perdas ento mv= 571.973 kg/h. Equipamento IV Mtodo 2: Equao da Sarco de consumo de vapor paraaquecimento. 19

x tCT mClpvA= m (10)Onde:m a massa de leo a ser aquecida Cp o calor especifico em kcal/kgC T o acrescimo de temperatura em C t o tempo do processo em horas Cl o calor latente do vapor em kcal/kg x o ttulo do vapor em %. Das tabelas termodinmicas tem-se: m3000Kg Cp0.47kcal/kgC T120C t1h Cl489.5kcal/kg Logo mv= 432.0735 kg/h Como h 20% de perdas no equipamento, ento mv= 475.28 kg/h.Apressodetrabalhoparataloperaodadapelastabelastermodinmicas.Considerando vapor saturado a uma temperatura de 167 C a presso 6,5 kgf/cm2 (manomtrica). Aprximaetapacalcularodimetroeavelocidadedovaporemtodosostrechosda tubulao de distribuio, inclusive aps as estaes redutoras de presso. Por questes de custo, o material escolhido para utilizar nas tubulaes da linha principal e do ramal ser ao carbono, segundoanormaASTM-A56grauB,deSchedule40.Apresenta-seabaixo(figura5)uma tabelacomercialdaempresaACEPTILLTDA.comosvaloresdedimetrosnominais encontrados no mercado, seguindo esta norma.3 12 Eq IV 4 20 3.1 -Dimensionamento da linha principal Para o dimensionamento da linha principal, fazem-se as seguintes consideraes:-A presso constante em toda linha Principal, sendo igual presso da caldeira;-Primeiramente a velocidade em toda linha principal arbitrada em 25 m/s;Paracalcularodimetrodastubulaesutiliza-seaequao(4)mencionada anteriormente e, considerando o volume especfico para a maior presso (presso de operao da caldeirap=20Kgf/cm2),logov=0.01016(m3/Kg).Feitooclculododimetroadotadoum dimetrocomercialquemelhoratendeasnecessidadesdoprojeto,levandoemconsideraoas velocidades limites recomendadas segundo a Sarco e o custo da tubulao. Com o novo dimetro comercial feito o clculo da velocidade real do vapor utilizando a equao (5), j mencionada. aconselhvel que se faa uma consulta com o fornecedor dos tubos para verificar se o dimetro usual, caso no seja, necessrio adotar um novo dimetro para o determinado trecho, com o intuito de diminuir os custos da instalao e refazer o calculo da velocidade. Considerandootrecho1-4quesaidacaldeira.Avazodovaporde30000kg/heo volumeespecficodovaporparaumapressode20kgf/cm20.1016m3/kg.Substituindona equao do dimetro tem: polegadas m D 18 . 8 20765 . 025 * 36001016 . 0 * 30000 * 42~ = =t Comonomercadonoexistetubulaodessadimenso(figura5),opta-sepelatubulaode8 polegadaserecalculaavelocidadeparaverificarseestdentrodoslimitesrecomendadospela engenharia. Logo: s m V / 11 . 262032 . 0 * 36001016 . 0 * 4 * 300002= =t O novo valor de velocidade encontrado est dentro dos limites podendo optar pelo menor dimetro que por sua vez possui o menor custo. 21 Figura 4:Dimetros comerciais (www.acepil.com.br/tubos_acocarbono.shtml). A seguir apresentam-se os resultados dos clculos dos dimetros e das velocidades para o trecho principal e ramais.Para tubulaes de ramais arbitra-se inicialmente, uma velocidade de 15m/s. TRECHO 1-4 m30000Kg/h v0.1016m3/kgP=20kgf/cm2 Dcalculado0.207mm Dcalculado8.17pol Dcomercial 8pol0.2032m recalculo de V26.10m/sOK TRECHO 4-5 m29424.01kg/h v0.1016m3/kgP=20kgf/cm2 Dcalculado0.205mm Dcalculado8.09pol 22 Dcomercial 8pol0.2032m recalculo de V25.60m/sOK TRECHO 5-6 m22424.01kg/h v0.1016m3/kgP=20kgf/cm2 Dcalculado0.179mm Dcalculado7.06pol Dcomercial 6pol0.1524m recalculo de V34.69m/sOK TRECHO 6-7 m16924.01kg/h v0.1016m3/kgP=20kgf/cm2 Dcalculado0.155mm Dcalculado6.14pol Dcomercial 6pol0.1524m recalculo de V26.18m/sOK TRECHO 7-8 m16448.73kg/h v0.1016m3/kgP=20kgf/cm2 Dcalculado0.153mm Dcalculado6.05pol Dcomercial 6pol0.1524m recalculo de V25.44m/sOK TRECHO 8-10 m14448.73kg/h v0.1016m3/kgP=20kgf/cm2 Dcalculado0.144mm Dcalculado5.67pol Dcomercial 6pol0.1524m recalculo de V22.35m/sOK 3.2 -Dimensionamento dos ramais. Dimensionam-seosramaisdamesmaformaquealinhaprincipal,pormovalorda velocidade inicial arbitrada 15 m/s e o valor do volume especfico em alguns trechos tomado segundo a presso de operao dos equipamentos. TRECHO 4-11 M575.988kg/h V0.1016m3/kgP=20kgf/cm2 Dcalculado0.037m Dcalculado1.46pol Dcomercial 1 pol0.0381m recalculo de V14.25m/sOK TRECHO 11-Equipamento I M575.9882kg/h V0.6592m3/kgP=1.8kgf/cm2 Dcalculado0.094m Dcalculado3.72pol Dcomercial 4pol0.1016m recalculo de V13.00m/sOK TRECHO 5-12 m7000kg/h v0.1016m3/kgP=20kgf/cm2 Dcalculado0.129m Dcalculado5.09pol Dcomercial 5pol0.127m recalculo de V15.59m/sOK TRECHO 12-Equipamento II m7000kg/h v0.1435m3/kgP=13kgf/cm2 23 Dcalculado0.153m Dcalculado6.058pol Dcomercial 6pol0.1524m recalculo de V15.29m/sOK TRECHO 6-14 M5500kg/h V0.1016m3/kgP=20kgf/cm2 Dcalculado0.11m Dcalculado4.51pol Dcomercial 4pol0.1016m recalculo de V19.14m/sOK TRECHO 14-Equipamento III m5500kg/h v0.4706m3/kgP=3kgf/cm2 Dcalculado0.247m Dcalculado9.72pol Dcomercial 8pol0.2032m recalculo de V22.17m/sOK TRECHO 7-29 m475.2809kg/h v0.1016m3/kgP=20kgf/cm2 Dcalculado0.033m Dcalculado1.32pol Dcomercial 1pol0.03175m recalculo de V16.94m/sOK TRECHO 29- Equipamento IV m475.2809kg/h v0.2448m3/kgP=7kgf/cm2 Dcalculado0.052m Dcalculado2.06pol Dcomercial 2pol0.0508m recalculo de V15.94m/sOK TRECHO 8-16 m2000kg/h v0.1016m3/kgP=20kgf/cm2 Dcalculado0.069m Dcalculado2.73pol Dcomercial 2 pol0.0635m recalculo de V17.8m/sOK TRECHO 16- Equipamento V m2000kg/h v0.1541m3/kgP=12kgf/cm2 Dcalculado0.085m Dcalculado3.35pol Dcomercial 3 pol0.0889m recalculo de V13.79m/sOK TRECHO 9-17 m14448.73kg/h v0.1016m3/kgP=20kgf/cm2 Dcalculado0.186m Dcalculado7.32pol Dcomercial 8pol0.2032m recalculo de V12.57m/sOK 24 A seguir apresenta-se uma tabela resumo das configuraes da tubulao. LINHA PRINCIPAL TrechoQ (Kg/h)D (pol)schVelocidade (m/s)material 1-23000084026.10Ao carbono ASTM-A 56 grau B 2-33000084026.10Ao carbono ASTM-A 56 grau B 3-43000084026.10Ao carbono ASTM-A 56 grau B 4-529424.0184025.60Ao carbono ASTM-A 56 grau B 5-622424.0164034.69Ao carbono ASTM-A 56 grau B 6-716924.0164026.18Ao carbono ASTM-A 56 grau B 7-816448.7364025.44Ao carbono ASTM-A 56 grau B 8-914448.7364022.35Ao carbono ASTM-A 56 grau B RAMAIS TrechoQ (Kg/h)D (pol)schVelocidade (m/s)material 4-11575.9814014.25Ao carbono ASTM-A 56 grau B 5-12700054015.59Ao carbono ASTM-A 56 grau B 6-14550044019.14Ao carbono ASTM-A 56 grau B 7-29475.2814016.94Ao carbono ASTM-A 56 grau B 8-16200024013.79Ao carbono ASTM-A 56 grau B 9-1714448.7384012.57Ao carbono ASTM-A 56 grau B POS VALVULAS TrechoQ (Kg/h)D (pol)schVelocidade (m/s)material 11-eq I575.9844013.00Ao carbono ASTM-A 56 grau B 12-eq II700064015.29Ao carbono ASTM-A 56 grau B 14-eq III550084022.17Ao carbono ASTM-A 56 grau B 29-eq IV475.2824015.94Ao carbono ASTM-A 56 grau B 16-eq V200034013.79Ao carbono ASTM-A 56 grau B 3.3 -Perda de Carga Aps o dimensionamento dos dimetros, a prxima etapa calcular a perda de carga para determinar as presses em todos os trechos (pontos 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 12, 14, 16, 17,29). A perda de carga dividida em dois grupos, perda de carga localizada e distribuda. A primeiradizrespeitoperdadepressoprovocadaporcadaequipamento,sendoquecada tipopossuiumvalorespecificoespecficodeperdadecarga.Asvlvulas,porexemplo, possuemumaperdadecargamuitomaiorqueascurvas.Osvaloresdaperdadecargados equipamentosgeralmentesofornecidosemcomprimentoequivalentepordimetrode 25 tubulao.Essaanalogiapermitequeaperdadecadaacessriosejaconvertidaemperda equivalente em tubulao (figura 6). 26 Figura 5:Perda de carga localizada (Lima, 1974). Japerdadecargadistribudaaprovocadanaturalmentepeloatritodasparedesda tubulaocomfluidoduranteescoamentoedeterminadapelaequaodeEberle apresentada a seguir. (11) Sendo: (12) Onde:k uma constante ( ); ocomprimentoequivalentecorrespondenteaperdadecargadecada elemento presente no respectivo trecho, dado por: totalal no e equivalentDLD L *min=(13) = os equipament nos a c de perdaDLtotalarg(14) Apressonospontosobtidapelasubtraodapressoanterioreaperdadecarga encontrada. (15)Tomemosporexemplooponto2dotrecho1-4quesaidacaldeira(figura4).Aperdade carga localizada se da pela vlvula globo e uma curva de 90. Segundo a figura 6: Acessrio de tubulao Comprimento equivalente (L/D) Vlvula globo convencional340 Curva de 90 standard30 Total370 Como o dimetro nominal nesse trecho foi dimensionado acima: Dnominal=0,2032 m 27 m LDLD Le equivalenttotalal no e equivalent184 . 75 370 * 2032 . 0*min= == Ltrecho= 5 m Ltotal = 75.184+5=80.184m P2=Pcaldeira - hf =20-0.384=19.616 A seguir apresentam-se os resultados dos clculos das perdas de carga e das presses para o trecho principal e ramais. Lembrando que a presso encontrada nos trechos absoluta. Dimensionamento de perda de carga para linha principal TRECHO 1-2 PERDA DE CARGA LOCALIZADA Equipamentos Vlvula globo 8"340m Curva de 90 standard 30m L/Dtotal370m Dnominal0.203m Lequivalente75.184m Ltrecho5m Ltotal80.184m PERDADE CARGA DISTRIBUIDA k1.452E-07 V26.10m/s v0.1016m3/kg hf0.38Kgf/cm2 P2=Pcaldeira - hf 19.61Kgf/cm2 TRECHO 2-3 PERDA DE CARGA LOCALIZADA Equipamentos T fluxo direto20 Dnominal0.203m Lequivalente4.064m Ltrecho30m Ltotal34.064m PERDA DE CARGA DISTRIBUIDA k1.452E-07 V26.10m/s v0.1016 m3/kg hf0.163 Kgf/cm2 P3= P2 - hf 19.45 Kgf/cm2 TRECHO 3-4 PERDADE CARGA LOCALIZADA Equipamentos T fluxo direto20 L/Dtotal20 Dnominal0.203m Lequivalente4.064m Ltrecho30m Ltotal34.064m PERDADE CARGA DISTRIBUIDA k1.452E-07 V26.10m/s v0.1016m3/kg hf0.168Kgf/cm2 P4= P3 - hf19.28Kgf/cm2 TRECHO 4-5 PERDADE CARGA LOCALIZADA Equipamentos T fluxo direto20 L/Dtotal20 Dnominal0.2032 Lequivalente4.064m 28 Ltrecho15m Ltotal19.064m PERDADE CARGA DISTRIBUIDA K1.452E-07 V25.60m/s V0.1016 m3/kg hf0.087 Kgf/cm2 P5 = P4 - hf 19.20 Kgf/cm2 TRECHO 5-6 PERDADE CARGA LOCALIZADA Equipamentos T fluxo direto 20 reduo excntrica de 8- 64 L/Dtotal 20 Dnominal 0.1524 m Lequivalente 7.048 m Ltrecho 20 m Ltotal 27.048 m PERDADE CARGA DISTRIBUIDA k1.452E-07 V34.69m/s v0.1016 m3/kg hf 0.30 Kgf/cm2 P6 = P5 -hf 18.89 Kgf/cm2 TRECHO 6-7 PERDADE CARGA LOCALIZADA Equipamentos T fluxo direto20 L/Dtotal20 Dnominal0.1524m Lequivalente3.048m Ltrecho15m Ltotal18.048m PERDADE CARGA DISTRIBUIDA K1.452E-07 V26.18m/s V0.1016 m3/kg Hf 0.11 Kgf/cm2 P7 = P6 -hf 18.79 Kgf/cm2 TRECHO 7-8 PERDADE CARGA LOCALIZADA Equipamentos T fluxo direto20 L/Dtotal20 Dnominal0.1524m Lequivalente3.048m Ltrecho5m Ltotal8.048m PERDADE CARGA DISTRIBUIDA k1.452E-07 V25.44m/s v0.1016 m3/kg hf 0.048 Kgf/cm2 P8 = P7 -hf 18.73 Kgf/cm2 TRECHO 8-9 PERDADE CARGA LOCALIZADA Equipamentos T fluxo direto20 L/Dtotal20 Dnominal0.1524m Lequivalente3.048m Ltrecho3m Ltotal6.048m PERDADE CARGA DISTRIBUIDA k1.452E-07 V22.35m/s v0.1016 m3/kg hf 0.028 Kgf/cm2 P9 = P8 -hf 18.70 Kgf/cm2 29 Dimensionamento dos ramais TRECHO 4-11 PERDADE CARGA LOCALIZADA Equipamentos T de reduo 8- 3" (fluxo na derivao)60 reduo excntrica 3- 1"2.3 curva de 180 75 Curva de 90 standard 30 L/Dtotal 165 Dnominal 0.0381 m Lequivalente 8.5865 m Ltrecho 5 m Ltotal 13.5865 m PERDADE CARGA DISTRIBUIDA k1.452E-07 V14.25m/s v0.1016 m3/kg hf 0.10 Kgf/cm2 P11 = P4 - hf

19.18 Kgf/cm2 TRECHO 5-12 PERDADE CARGA LOCALIZADA Equipamentos T de reduo 8- 5 fluxo na derivao 60 curva de 18075 L/Dtotal135 Dnominal0.127m Lequivalente17.145m Ltrecho8m Ltotal25.145m PERDADE CARGA DISTRIBUIDA k1.452E-07 V15.59m/s v0.1016m^3/kg hf 0.068 Kgf/cm2 P12 = P5 - hf 19.13 Kgf/cm2 TRECHO 6-14 PERDADE CARGA LOCALIZADA Equipamentos T de reduo 6- 4 fluxo na derivao 60 curva de 18075 2 curvas de 90 standard 60standard L/Dtotal195 Dnominal0.1016m Lequivalente19.812m Ltrecho5m Ltotal24.812m PERDADE CARGA DISTRIBUIDA k1.452E-07 V19.14m/s v0.1016m^3/kg hf 0.12 Kgf/cm2 P14 = P6 - hf 18.76 Kgf/cm2 TRECHO 7-29 PERDADE CARGA LOCALIZADA Equipamentos T de reduo 6- 2 (fluxo na60 30 derivao) reduao excentrica 2- 11.8 curva de 180 75 Curva de 90 standard30 L/Dtotal 165 Dnominal 0.0318 m Lequivalente 7.038 m Ltrecho 15 m Ltotal 22.03 m PERDADE CARGA DISTRIBUIDA k1.452E-07 V16.94m/s v0.1016m^3/kg hf 0.284 Kgf/cm2 P19 = P7 - hf 18.49 Kgf/cm2 TRECHO 8-16 PERDADE CARGA LOCALIZADA Equipamentos T de reduo 6- 2 (fluxo na derivao) 60 curva de 180175 2 curvas de 90 standard 60 L/Dtotal295 Dnominal0.0635m Lequivalente18.73m Ltrecho10m Ltotal13.79m PERDADE CARGA DISTRIBUIDA k1.452E-07 V17.82m/s v0.1016m^3/kg hf 0.098 Kgf/cm2 P16 = P8 - hf 18.63 Kgf/cm2 TRECHO 9-17 PERDADE CARGA LOCALIZADA Equipamentos T fluxo na derivao 60 curva de 18075 L/Dtotal135 Dnominal0.2032m Lequivalente27.432m Ltrecho6m Ltotal33.432m PERDADE CARGA DISTRIBUIDA k1.452E-07 V12.574m/s v0.1016m^3/kg hf 0.037 Kgf/cm2 P17 = P9 - hf 18.66 Kgf/cm2 A seguir apresenta-se uma tabela resumo das perdas de carga na tubulao. LINHA PRINCIPAL PONTOTRECHOELEMENTOSD (pol) Ltotal (m) Q (Kg/h)hf (Kgf/cm2) Pa (Kgf/cm2) Pd (Kgf/cm2) 2 1-2 valvula globo 8" curva de 90 tub. 5m 875.184300000.38420.00019.616 3 2-3 T passagem direta tub. 30m 834.064300000.16319.61619.452 4 3-4 T passagem direta tub. 30m 834.064300000.16319.45219.289 5 4-5 T passagem direta tub. 20m 819.06429424.010.08819.28919.201 31 3.4 -Linha de Retorno de condensado. A proxima etapa dimensionar a tubulao de retorno, mas para isso indispensvel conheceravazoquefluiporcadatubulao.Portanto,necessrioprimeirodeterminara vazo do tanque flash e a do trecho 3-20 , condensado purgado da linha principal,uma vez que as outras vazes j so conhecidadas. Balano de 1 lei do tanque flash. meqIIhe = XmeqIIhs1 + YmeqIIhs2(16) Y= 1-X(17) Substituindo (17) em (16) e fazendo algumas manipulaoes, tem-se: 2 12s ss eh hh hX= (18) ESTADO NA ENTRADA Pe = 0.9*PeqII11.7kgf/cm2 Assumindo Pe = 12Kgf/cm2 liq. Saturado 6 5-6 T passagem direta reduo excntrica tub. 30m 626.94822424.010.30419.20118.897 7 6-7 T passagem direta tub. 30m 618.04816924.010.08818.89718.787 8 7-8 T passagem direta tub. 30m 68.04816448.730.04618.78718.740 9 8-9 T passagem direta tub. 30m 66.04814448.730.02718.74018.713 Entrada Pe= 0.9*PeqII E1 S1 vm ; X=1; Ps1=3 Kgf/cm2 S2 O Hm2 Ps2=3 Kgf/cm2 Tanque flash 32 he193.5kcal/kg ESTADO NA SAIDA 1 Ps1 = PeqIII3kgf/cm2 vapor saturado hs1 653.4kcal/kg ESTADO NA SAIDA 2 Ps2 = Ps13kgf/cm2 liq. Saturado hs2 143.6kcal/kg Substituindo os valores na equao (18), obtem-se: X = 0.097 Y = 0.903 Massa de vapor flash = XmeqII. Logo mvapor flash=685.171 kg/h. O dimensinamento dos dimetros e o clculo da perda de carga para a tubulao de retorno baseado na figura 7 onde necessrio entrar com o valor da vazo e da perda de carga. 33 Figura 6:Perda de carga para tubulao da linha de retorno (Lima, 2000). O ideal utilizar a vazo mais prxima da real e que ao mesmo tempo corresponda a uma perda de carga no intervalo de 5-10 mm de coluna de gua por metro de tubulao. Notrecho3-20necessrioterconhecimentodavazodecondensadoformadona linha principal onde h um purgador distante 35 m da caldeira. E, embora na planta no esteja representado,necessrioumacentraldepurgaacada30mdetubulao,paramelhorara eficincia da linha de distribuio de vapor.A vazo do trecho 3-20segundoa figura 7 eassumindo uma perda de carga na seco de 1 mm de coluna dgua por metro de tubulao, m3-20 = 35 Kg/h. A vazao total na linha de retorno e dada por: mtotalretorno = m3-20 + (meqII-mvaporflash) + meqIII + meqIV + meqV

mtotalretorno = 14325.11 kg/h Aps conhecida as vazes dimensiona-se cada trecho da mesma forma como asseguir. 34 Tomemosporexemplootrecho23-25.Avazonessetrechocorrespondeavazototalna linha calculada logo acima. mtotalretorno = 14325.11 kg/h Com o valor dessa vazo entra na tabela da figura 7. Como no h esse valor exato, adota-se omaisproximoaessavazaodentrodafaixade5a10mmdeperdadecargaindicadona figura,logom23-25=15100.Paraessavazoodiametrocorrespondente3.Apartirdesse momento o calculo se procede da mesma forma que para a linha principal e ramal. A seguir apresentam-se os resultados dos clculos dos dimetros, das perdas de carga e das presses para a linha de retorno.TRECHO 23 25 m= mtotalretorno14325.11kg/h TABELA 6 (pgina 28) Assumindo uma vazo de 15100 kg/h tem-se D3pol P10mm coluna h2o/m P0.001Kgf/cm2/m PERDADE CARGA LOCALIZADA Equipamentos T fluxo na derivao60 3 curvas de 9090 L/Dtotal150m Dnominal 0.0762 m Lequivalente 11.43 m Ltrecho 28 m Ltotal 39.43 P coluna de 10 m 1 Kgf/cm2/m P23 1.039 Kgf/cm2 TRECHO22-23 m= mtotalretorno - meqV 12325.11Kg/h TABELA 6 (pag. 28) Assumindo uma vazo de 12500 kg/h tem-se D3pol P7 mm coluna h2o/m P0.0007 Kgf/cm2/m PERDADE CARGA LOCALIZADA Equipamentos T fluxo direto 20 T fluxo na derivao 60 35 L/Dtotal 80 mDnominal 0.0762 mLequivalente 6.096 mLtrecho 15 mLtotal 21.096 P22 1.054 Kgf/cm2 TRECHO21-22 m= mtotalretorno - meqV -meqIII 6825.110 TABELA 6 (pag 28) Assumindo uma vazo de 7100 kg/h tem-se D2pol P6mm coluna h2o/m P0.0006Kgf/cm2/m PERDADE CARGA LOCALIZADA Equipamentos T fluxo direto 20 T fluxo na derivao 60 reduo excntrica 3:2.5 0.8 L/Dtotal 80 mDnominal 0.0635 mLequivalente 5.88 mLtrecho 5 mLtotal 10.88 P 21 1.060 Kgf/cm2 TRECHO 20-21 m= mtotalretorno - meqV -meqIII-meqIV 6349.8 TABELA 6 (pag 28) Assumindo uma vazo de 6400 kg/h tem-se D2pol P5 mm coluna h2o/m P0.0005Kgf/cm2/m PERDADE CARGA LOCALIZADA Equipamentos T fluxo direto 20 T fluxo na derivao 60 L/Dtotal 80 Dnominal 0.0635 mLequivalente 5.08 mLtrecho 15 m36 Ltotal 20.08 mP 20 1.070 Kgf/cm2 TRECHO 3-20 Tabela purgadores pag 23 assumindo P=21 kgf/cm2 e D=8" m35kg/h TABELA 6 (pag 28) Assumindo uma vazo de 38 kg/hDpol P1 mm coluna h2o/m P0.0001 Kgf/cm2/m PERDADE CARGA LOCALIZADA Equipamentos T fluxo direto 20 T fluxo na derivao 60 reduao excentrica 2.5:1.52.4 3 curvas de 90 90 L/Dtotal 172.4 Dnominal 0.0127 mLequivalente 2.189 mLtrecho 45 mLtotal 47.18948 mP 3 1.075 Kgf/cm2 Inclui-se nesta etapa o dimensionamento das tubulaes de conexo entre os equipamentos e a linha de retorno. TRECHO eqV - 23 m= meqV2000kg/h TABELA 6 (pag 28) D1 pol D0.0381m TRECHO eqIV - 21 m= meqIV475.28kg/h TABELA 6 (pag 28) assumindo uma vazo de 470 kg/h tem-se D1pol D0.0254m TRECHO eqIII - 22 m= meqIII5500kg/h TABELA 6 (pag 28) assumindo uma vazo de 6400 kg/h tem-se D2pol D0.0635m TRECHO eqII - TANQUE FLASHm= meqII7000kg/h TABELA 6 (pag 28) 37 Assumindo uma vazo de 7100 kg/h tem-se D2pol D0.0635m TANQUE FLASH - 20 m= meqII-mtanqueflash6314.82kg/h TABELA 6 (pag 28) assumindo uma vazo de 6400 kg/h tem-se D2pol D0.0635m TANQUE FLASH - eqIII m685.17kg/h v0.4706m3/kgpara P=3kgf/cm2 Dcalculado 0.087m Dcalculado 3.43pol Dcomercial 3pol0.0889mm recalculo de V14.42m/s OBS: Lembrando que se deve utilizar uma estao de purga a cada 30m. A seguir apresenta-se uma tabela resumo das perdas de carga na tubulao de retorno. LINHA DE RETORNO TrechoQ (Kg/h)D (pol)P Kgf/cm2SchMaterial 3-2035 1.075 40 Ao carbono ASTM-A 56 grau B 20-216131.72 1.070 40 Ao carbono ASTM-A 56 grau B 21-226607.12 1.060 40 Ao carbono ASTM-A 56 grau B 22-2312107.13 1.054 40 Ao carbono ASTM-A 56 grau B 23-25'14107.13 1.039 40 Ao carbono ASTM-A 56 grau B eqII TANQUE FLASH7000 2 40 Ao carbono ASTM-A 56 grau B TANQUE FLASH - 206314.82 40 Ao carbono ASTM-A 56 grau B eqIII - 2255002 40 Ao carbono ASTM-A 56 grau B eqIV - 21475.2 1 40 Ao carbono ASTM-A 56 grau B eqV - 2320001 40 Ao carbono ASTM-A 56 grau B TANQUE FLASH - eqIII 685.13 40 Ao carbono ASTM-A 56 grau B 3.5 -Dimensionamento de purgadores. Aprximaetapaodimensionamentodospurgadoresdebia,quesoos responsveispormanteroespaodevaporlivredecondensado,fazendousodafigura8 tendo em mos a diferena de presso e vazo de operao. 38 Figura 7:Modelo de puragadores de bia segundo cada condio de trabalho (SARCO). Equipamento V P1 = PeqV*0.9 P1 = 12*0.9 = 10.8 Kgf/cm2 P2 = P23 = 1.03943 Kgf/cm2 39 P = P1 P2 = 9.76057 AssumindoP=10Kgf/cm2 paravazoQ=2000Kg/h,pelafigura8tem-seasseguintes opoes. Tipo de purgadorPnominal (pol)Qoperao (Kg/h)QequimamentoV (Kg/h) FT 10-1410138802000 FT 20-2110138442000 Opta-se pela primeira opo por ser um purgardor economicamente mais vivel e atender as condies de operaao. Equipamento III P1 = PeqIII*0.9 P1 = 3*0.9 = 2.7 Kgf/cm2 P2 = P22 = 1.054 Kgf/cm2 P = P1 P2 = 1.646AssumindoP = 2.1 Kgf/cm2 para vazo Q = 5500 Kg/h, pelafigura 8 tem-se as seguintes opoes. Tipo de purgadorPnominal (pol)Qoperao (Kg/h)QequimamentoIII (Kg/h) FT 10-4.52.1157695500 FT 20-4.52.1156215500 Opta-se pelo primeira opo por ser um purgardor economicamente mais vivel e atender aos requisitos de operaao. Equipamento IV P1 = PeqIV*0.9P1 = 7*0.9 = 6.3 Kgf/cm2 P2 = P21 = 1.060Kgf/cm2 P = P1 P2 = 5.240Assumindo P = 5.3 Kgf/cm2 para vazo Q = 475.28 Kg/h, pela figura 8 tem-se as seguintes opoes. Tipo de purgadorPnominal (pol)Qoperao (Kg/h)QequimamentoIII (Kg/h) 40 FT 10-105.311103475.28 FT 10-145.31685475.28 FT 20-145.31998475.28 Opta-se pelo primeira opo por ser um purgardor economicamente mais vivel e atender aos requisitos de operaao. Tanque Flash -Antes do tanque flash P1 = PeqII*0.9P1 = 13*0.9 = 11.7 Kgf/cm2 P2 = PeqIII*0.9 = 3*0.9 = 2.7 Kgf/cm2 P = P1 P2 = 9 Kgf/cm2 AssumindoP=8.8Kgf/cm2 paravazoQ=7000Kg/h,pelafigura8tem-seasseguintes opoes. Tipo de purgadorPnominal (pol)Qoperao (Kg/h)QequimamentoIII (Kg/h) FT 10-148.8272787000 FT 20-21 8.8271307000 Opta-se pelo primeira opo por ser um purgardor economicamente mais vivel e atender aos requisitos de operaao. -Aps o tanque flash P1 = PeqIII*0.9P1 = 3*0.9 = 2.7 Kgf/cm2 P2 = P20 = 1.070 Kgf/cm2 P = P1 P2 = 1.630 Kgf/cm2 41 Q = QeqII Qtanqflash = 7000 - 685.171 = 6314.829 Kg/h AssumindoP=1.4Kgf/cm2 paravazoQ=6314.829Kg/h,pelafigura8tem-seas seguintes opoes. Tipo de purgadorPnominal (pol)Qoperao (Kg/h)QequimamentoIII (Kg/h) FT 10-102.1278456314.83 FT 20-10 2.1275186314.83 Opta-se pela primeira opo por ser um purgardor economicamente mais vivel e atender aos requisitos de operaao. Na drenagem da linha principal, ponto 3, adota-se um purgador termodinamico, figura 9. Figura 8:Modelo de purgadores termodinmicos (SARCO). O purgador termodinamico utilizado aps a caldeira e antes dos equipamentos para garantir aqualidadedovaporaserentregue.Paradimensionaressepurgadornecessarioterem 42 maos a vazao docondensado a ser drenado bemcomo o delta de pressaona entrada e saida do purgador, logo: Q = 35 Kg/h P1 = P3 =19.452 Kgf/cm2 (absoluta) = 18.452 Kgf/cm2 (manomtrica)P2 = P20 = 1.070 Kgf/cm2 P = P1 P2 = 17.382 Kgf/cm2 P = 247 psi Com esses dados e de posse da figura 9, adota-se o purgador TD 52 de dimetro 83 . 3.6 -Dimensionamento de valvulas reguladoras. A prxima etapa o dimensionamento das vlvulas reguladoras. Neste projeto h dois tiposutilizados,asvlvulasreguladorasdepressoeasvlvulascontroladorasde temperatura. No dimensionamento das vlvulas seguiram-se as seguintes etapas: 1 Calculo do P: o P dado pela diferena de presso de entrada e sada. Quando o P for maior que 10, deve-se dividir a secoe utilizar duasvlvulas por questes de operao da mesma. 2Definirestadodofluxo:deacordocomSARCO,ofluxodevaporclassificadocomo subcrticose 2PPe< A,ondePeapressodeentrada.Se 2PPe> Aclassificadocomo critico. 3 Calcular o CV: o calculo do CV leva em considerao o estado do fluxo de vapor. Para o estado subcrtico ( )s eP P PQCV+ A=92 . 11 Para o estado crtico ePQCV6 . 7=Deve-se corrigir o valor de CV, pois a vlvula deve trabalhar com 50% do ponto de operao recomendado. Logo: 43 CVcorrigido= 2*CV 4 escolher modelo: com o valor de CVcorrigido adota-se o CV mais prximo e de acordo com a figura 10 escolhe-se a vlvula. Figura 9:Escolha da valvula baseado no cv (SARCO). A seguir apresenta-se uma tabela resumo do dimensionamento das vlvulas. 5 Escolher mola: De posse da presso de sada, com a tabela da figura 11 em mos, escolhe-se o tipo de mola mais apropriado. Quando a vlvula em questo for controladora de temperatura, deve-se especificar o piloto da faixa de controle termosttica. Figura 10:Escolha da mola (SARCO). 44 VlvulasPe (abs) Ps (abs) Q (Kg/h) PPe/2ESTADOCVCv Corrigido Cv possvel % abertura Cv adotado MODELOMOLAPILOTO EQ I119.2105769.29.6subcrtico2.955.906.545.46.525P 1 S vermelha 4.664.2 210.02.85767.25.0crtico7.5815.161454.11425T 1 azulT 35-70 C 18.541.0 EQ II119.11470005.19.6subcrtico45.03 90.077460.97425P 3vermelha 11539.2 EQ III 118.81048158.89.4subcrtico25.43 50.875645.45625P 2 1/2 vermelha 3768.7 210.0448156.05.0crtico63.35 126.7111555.111525P 4azul 18534.2 EQ IV 118.5104758.59.2subcrtico2.565.134.655.74.625P 1S vermelha 6.539.4 210.084752.05.0subcrtico6.6513.291447.51425T 1 vermelha T 125-60 C 11.657.3 EQ V118.61320005.69.3subcrtico12.57 25.142648.32625P 2 S vermelha 5.902062.9 Para as vlvulas controladoras de temperatura deve-se escolher um piloto na qual a temperatura desejada esteja dentro do intervalo admissvel de trabalho. Por sua vez a temperatura do vapor ser 1.2 vezes a temperatura a ser mantida no produto onde a vlvula ser aplicada. Essa constante 1.2 representa uma Marge de segurana de 20%. 45 O dimensionamento do tanque flash se da pela figura 12, de posse da vazo de condensado e do vapor flash calculado anteriormente. Figura 11:Tabela de dimensionamento do tanque flash (SARCO). De acordo com a figura 11 o tanque mais adequado dado tais condies o tanque n 15. A prxima etapa dimensionar a bomba de retorno de condensado. Essa bomba, colocada no final da linha de condensado, ir drenar toda a gua da linha. Para dimension-la primeiro deve-se conhecer a contra presso da bomba.TRECHO 26 - 28 m14325.11 TABELA 6 (pag 28) Assumindo uma vazo de 15100 kg/h tem-se D3pol0.0762m P10mm coluna h2o/m P0.001Kgf/cm2/m 46 PERDADE CARGA LOCALIZADA Equipamentos 4 curvas de 90120 L/Dtotal120mDnominal0.0762mLequivalente9.144mLtrecho145mLtotal154.144 P coluna de 25 m2.5Kgf/cm2/m P282.654Kgf/cm2 Pcontra pressao = P282.654Kgf/cm237.75psi Baseado na figura 13, assumindo contra presso de 40 psi que atenda a vazo de 14325.11 kg/h, tem-se as seguintes opes: Figura 12:Bomba de retorno (SARCO). 47 Bomba SarcoPresso operao Pop (psi) Presso contra presso Pcpr (psi) Vazo (Kg/h) OP 1521004021706 704020899 504016702 Para reduzir o consumo de vapor de acionamento, deve-se escolher a bomba de menor presso de operao. Portanto: Bomba escolhida ModeloOP 152 D4pol Poperacao50psi Contra presso 40psi Q16702kg/h Aps escolha da bomba, dimensiona-se a vlvula. Vazo de vapor para acionar a bomba Poperacao50psi3.51Kgf/cm^2 v0.4224m3/kg Consumo da bomba por batida para bomba do tipo OP152 1 batida250litros0.25m3 Consumo de vapor em kg/batida0.591kg/batida Consumo de vapor batidas/h57.30batidas/hora Consumo de vapor kg/h33.91kg/h Seguindo metodologia adotada anteriormente para dimensionamento de vlvulas tem: VlvulaPe (abs) Ps (abs) Q (Kg/h) PPe/2EstadoCVCv corrigido Cv possvel % abertura Cv adotado ModeloMola 118.710348.79.3subcritico0.180.361.1615.61.1625P D 1/2 S vermelha 2.47.5 210.03.52346.55.0crtico0.450.891.1638.51.1625BRV D 1/2verde 2.418.6 48 4.0 -CONCLUSO Baseado nessa metodologia foi possvel criar uma tabela em Excel que de forma muito pratica calcula o dimetro ideal das tubulaes de um sistema de distribuio de vapor. Dispondo dasferramentasadequadasdemensuraodedadosdeentrada,ousuriodaplanilhaconsegue dimensionaratubulaodalinhaprincipal,dosramais,linhaderetornodecondensadoe, calcular a perda de carga, especificar as vlvulas reguladoras, purgadores, bomba de condensado e tanque de flash. Assim a anlise econmica se torna bem mais fcil uma vez que o calculo dos dimetrospodeseratualizadoatodoomomentopelousurio.Sendoassimotrabalhofinal compe um instrumento til e eficaz para a prtica da engenharia, em projetos de instalaes de distribuio de vapor. 49 5.0 -REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS LIMA, Leo da Rocha; Elementos bsicos de engenharia qumica; McGraw; 1974. LIMA; Rolando Nonato; Apostila de MatI; 2000 (no publicado). TELLES,PedroC.Silva;BARROS,DarcyG.Paula;Tabelaegrficosparaprojetosde tubulaes; 5 Ed.; Editora Intercincia; 1991. TELLES, Pedro C. Silva; Tubulaes industriais; 4 Ed.; Editora Intercincia; 1976. SARCO; Design Of Fluid Systems Hookup Book; Spirax Sarco; Twelfth Edition; 2000. SARCO; Design Of Fluid Systems Hookup Book; Spirax Sarco; Twelfth Edition; 2000. SARCO; Pipes and Pipe Sizing International; Spirax Sarco;2010.