Sistemas de fluido térmico - Noções Básicas

SISTEMA DE AQUECIMENTO

POR LEO TRMICO

FASE LQUIDA

Dez/2014

01-CONCEITOS BSICOS.

Energia

Em geral, o conceito e uso da palavra energia se refere "ao potencial inato para executar trabalho

ou realizar uma ao".

Qualquer coisa que esteja trabalhando - por exemplo, movendo outro objeto, aquecendo-o ou a

fazendo-o atravessar por uma corrente eltrica- est "gastando" energia.

Algumas formas de energia

Energia mecnica

a energia que pode ser transferida por meio de fora. A energia mecnica total de um sistema

a soma da energia potencial com a energia cintica.

Energia potencial

a energia que um objeto possui pronta a ser convertida em energia cintica.

Energia cintica

a energia que um corpo em movimento possui devido sua velocidade.

Energia qumica

a energia que est armazenada num tomo ou numa molcula.

As reaces qumicas geralmente produzem tambm calor: fogo ardendo um exemplo.

Energia nuclear

a energia produzida pelas reaes nucleares, isso , pela fisso ou pela fuso de tomos, quais

so transformados sobretudo em energia mecnica e calor.

Energia eletromagntica

Est associada aos fenmenos eletromagnticos.A electricidade, o magnetismo e a radiao

eletromagntica (luz).

Temperatura.

A Temperatura um parmetro fsico descritivo de um sistema que vulgarmente se associa s

noes de frio e calor, bem como s transferncias de energia trmica mas que se poderia definir,

mais exatamente, sob um ponto de vista microscpico, como a medida da energia cintica

associada ao movimento (vibrao) aleatrio das partculas que compem o um dado sistema

fsico.

Grau Celsius (C). Para estabelecer uma base de medida da temperatura, Anders Celcius utilizou

(em 1742) os pontos de fuso e ebulio da gua em presso atmosfrica. Celsius dividiu o

intervalo de temperatura que existe entre estes dois pontos em 100 partes iguais.

Grau Fahrenheit (F). Toma divises entre os pontos de congelao e evaporao de disolues

de cloreto de amnio.

Kelvin (K) O Kelvin a unidade de medida do SI. A escala Kelvin absoluta faz parte do zero

absoluto e define a magnitude de suas unidades, de tal forma que o ponto triplo da gua

(Temperatura e presso nas quais os trs estados -solido, liquido e gasosos- coexistem em

equilbrio termodinmico) exatamente a 273,16 K.

Nota: No se lhe antepe a palavra grau nem o smbolo .

Grau Rankine (R ou Ra). Escala com intervalos de grau equivalentes escala Fahrenheit. A

escala Rankine se inicia nos -459,67F (aproximadamente)

Transformao

F = C 1,8 + 32

K = C + 273,15

K = R / 1,8

Temperatura de filme.

A Temperatura na lmina de fluido

em contato com a parede do duto.

Calor.

Todo corpo tem uma certa quantidade de energia interna que est relacionada ao movimento

continuo de seus tomos (vibraes). A soma dessas vibraes, que constitui a energia trmica

(calor) deste corpo.

Fogo.

O fogo pode ser definido como um fenmeno fsico-qumico onde se tem lugar uma reao de

oxidao com emisso de calor e luz.

Devem coexistir quatro componentes para que ocorra o fenmeno do fogo:

1) combustvel;

2) comburente (oxignio);

3) calor;

4) reao em cadeia.

Tetraedro do fogo

Sntese do fogo

Combustvel + Oxignio + ignio dixido de carbono + gua + Calor

Incendio.

a incidncia de fogo no controlado.

Ponto de fulgor

a temperatura em que suficiente vapor gerado para o fluido piscar uma chama, quando expostos a uma fonte de ignio.

Existem dois mtodos comuns de determinar um ponto de fulgor:

O mtodo Cleveland Open Cup (COC) de ensaio, que se faz

conforme (ASTM) D92, usa um copo aberto parcialmente cheio

com uma amostra do fluido. A amostra aquecida a uma taxa fixa.

Uma pequena chama mantida um pouco acima do fluido. A

temperatura que o vapor do fluido inflamar, o ponto de fulgor.

O mtodo Pensky-Martens Closed Cup (PMCC), que atende a

norma ASTM D93, utiliza um recipiente que fechado com

excepo de uma pequena abertura atravs da qual o vapor do

fluido est exposta a uma chama. Os resultados deste mtodo

geralmente so vrios graus menores do que o mtodo COC,

porque a concentrao de vapor no copo fechado mais elevado.

Ponto de fogo (inflamabilidade)

a temperatura na qual um fluido gera vapores suficientes para manter a continuao da

combusto. Geralmente um pouco acima do ponto de fulgor.

Ponto de auto-ignio

a temperatura na qual um fluido incendeia apenas na presena de oxigenio, sem a necessidade

de fonte externa de ignio.

Caloria

o calor trocado quando a massa de um grama de gua passa de 14,5 C para 15,5 C.

Unidades Cal Joule BTU British Thermal Unit

1 cal = 4,18 J 1 BTU = 252,4 cal = 1.055 J Kcal 1.000 Cal

Calor especfico

uma grandeza fsica que define a variao trmica de determinada substancia ao receber

determinada quantidade de calor. Tambm chamado de capacidade trmica mssica.

Substncia Calor Especfico (cal/g.C)

gua 1,0

ar 0,24

ferro 0,11

madeira 0,42

ouro 0,032

Peso especfico

Peso Especfico a relao entre o peso (ou massa) e o volume de um determinado material.

gua = 1000 Kg/m3

Densidade

a relao entre o peso especfico da gua e o peso especfico do determinado material.

Valor adimensional gua = 1,0

1.000 Kg/m3

D =

1.000 Kg/m3

Viscosidade

Viscosidade a propriedade associada a resistncia que o fluido oferece a deformao por

cisalhamento.

De outra maneira pode-se dizer que a viscosidade corresponde ao atrito interno nos fluidos

devido basicamente a interaes intermoleculares,

Viscosidade descreve a resistncia interna para fluir

Viscosidade Dinmica

A viscosidade dinmica o parmetro que produz a existncia de esforos tangenciais nos

lquidos em movimento.( a fora de atrito entre camadas diferentes do fludo).

A unidade o poise (g/cm.s). Geralmente utiliza-se o centipoise.

Coeficiente de Viscosidade Cinemtica

O coeficiente de viscosidade cinemtica, o quociente entre o coeficiente de viscosidade

dinmica e a massa especfica.

A unidade o stokes (St). Geralmente utiliza-se o centistokes (cSt).

Transferncia de calor

H trs mecanismos conhecidos para transferncia de calor

radiao, conduo e conveco.

A radiao consiste de ondas eletromagnticas viajando com a velocidade da luz.

A conduo ocorre dentro de uma substncia ou entre substncias que esto em contato fsico

direto. Na conduo a energia cintica dos tomos e molculas (isto , o calor) transferida por

colises entre tomos e molculas vizinhas.

A conveco somente ocorre em lquidos e gases. Consiste na transferncia de calor dentro de

um fludo atravs de movimentos do prprio fludo.

Tipo de calor

Calor sensvel: provoca apenas a variao da temperatura do corpo. A quantidade de

calor sensvel (Q) que um corpo de massa (m), com um calor especfico (c) recebe

diretamente proporcional ao seu aumento de temperatura (t).

Qs = m.c.t

Calor latente: provoca algum tipo de alterao na estrutura fsica do corpo. a

quantidade de calor que a substncia troca de fase (solido/liquido/vapor).

QL = m.CL

Substncia Temperatura

fuso (C)

Calor latente fuso

(J/kg 103)

Temperatura

ebulio( C)

Calor latente

vaporizao(J/kg 103)

Gelo (gua) 0 334 100 2260

lcool etlico -114 105 78.3 846

Acetona -94.3 96 56.2 524

Benzeno 5.5 127 80.2 396

Alumnio 658.7 322-394 2300 9220

Estanho 231.9 59 2270 3020

Poder calorfico

O Poder Calorfico de combustveis definido como a quantidade de energia interna contida no

combustvel.

Poder Calorfico Superior.

a quantidade de calor produzida por 1 kg de combustvel, quando este entra em combusto, e o

vapor de gua neles seja condensado.

Poder Calorfico Inferior.

a quantidade de calor que pode produzir 1kg de combustvel, quando este entra em combusto,

e o a gua contida na combusto no seja condensada.

Eficincia Trmica

Eficincia trmica a medida da eficcia da troca de calor do equipamento. Ela mede a

habilidade em transferir calor do processo de combusto para a massa. Por ser unicamente uma

medida da eficcia da troca de calor do equipamento.

Gross input Carga total gerada na queima. Flue gs loss Perda de calor pelos gases da chamin. Available heat Calor disponvel Stored heat Calor absorvido pelos componentes estruturais da fornalha Wall loss Calor perdido nas paredes da fornalha Radiation loss Calor perdido pelas aberturas (porta de visita, etc..) Conveyor loss Calor perdido por elementos de retiradas (cinzas) Net output calor efetivo passado a massa

Geralmente teremos:

Fluxo de calor

A conduo de calor regida pela lei de Fourier que estabelece que o fluxo de calor Q, num

ponto do meio, proporcional ao gradiente de temperatura nesse ponto, isto :

Q = K T

K a condutibilidade trmica do meio. Esta, uma propriedade fsica do material e uma

medida da capacidade do material para "conduzir" calor.

Se o fluxo de calor e a temperatura do meio no variarem ao longo do tempo, diz-se que o

processo (regime) estacionrio. Lei da Conduo Trmica .

Considere dois ambientes a temperaturas 1 e 2, tais que 2 > 1, separados por uma parede de rea A e espessura e (figura abaixo)

Em regime estacionrio, o fluxo de calor por conduo num material homogneo diretamente proporcional rea da seo transversal atravessada e diferena de temperatura entre os extremos,

e inversamente proporcional espessura da camada considerada.

Esse enunciado conhecido como lei Fourier, expressa pela equao:

A constante de proporcionalidade K depende da natureza, sendo denominada, coeficiente de

condutibilidade trmica. Seu valor elevado para os bons condutores, como os metais, e baixo

para os isolantes trmicos.

Atravs da taxa de transferncia de calor, conseguimos definir a rea de troca trmica necessria

ao equipamento:

Q

A =

U*tlog

A = rea de Troca Trmica

Q = Calor Total Disponvel

U = Coeficiente Global de Troca Trmica

tlog = Mdia Logartmica das Diferenas de Temperatura

tlog = (a b) / In(a/b)

sendo: a = T1 t1 b = T2 t2

T1 = Temperatura inicial do fluido 1

T2 = Temperatura final do fluido 1

t1 = Temperatura inicial do fluido 2

t2 = Temperatura final do fluido 2

Este coeficiente global de troca trmica referente ao valor U clean, sem os fatores de incrustaes ou excesso de rea. Utiliza-se a seguinte equao para o clculo do coeficiente

global de troca trmica

Uc = Coeficiente global de troca trmica clean. h1 = coeficiente de pelcula ( lado 1 ).

h2 = coeficiente de pelcula ( lado 2 ).

y = espessura da parede de metal da superfcie de transferncia de calor.

K = condutividade trmica do material da superfcie de transferncia trmica.

Para o coeficiente global de troca trmica dirty temos:

onde: Uc = Coeficiente global de troca trmica clean. Ud = Coeficiente global de troca trmica dirty.

Ceoficiente de pelcula

O coeficiente de pelcula calculado baseado nas caractersticas do fludo, na geometria das

faces de troca trmica, e nas propriedades do fludo.Prximo a parede, em uma sub-camada, o

fludo no se move ou se move muito devagar (fluxo laminar). Nesta camada o calor

transferido por conduo. Na parte restante da pelcula o fluxo vai do regime laminar ao

turbulento. Nesta camada o calor transferido por conveco.

Vazo

Define-se por vazo, o volume por unidade de tempo, que se escoa atravs de determinada seo

transversal de um duto.

As unidades adotadas so geralmente o m/s, m/h, l/h ou o l/s.

Velocidade

Velocidade a medida da rapidez com a qual um corpo altera sua posio.

Numero de Reynolds

O regime de escoamento, se laminar ou turbulento, determinado pela seguinte quantidade

adimensional, chamada nmero de Reynolds

G * d

Re =

Re = Nmero de Reynolds

G = vazo mssica, = viscosidade cinemtica, d = dimetro hidrulico

Tipos de fluxo, dependem do numero de Reynolds

laminar .......................se NR < 2.300

turbulento ..................se NR > 4.000

instvel, isto , mudando de um regime para outro, se 2.300 < NR < 4.000

Presso

A presso a fora normal (perpendicular rea) exercida por unidade de rea.

PSI Pascal Bar milibar o

hPa

mm Hg m H2O kgf/cm

Atmosfera 14,7 1,0133

105

1,01325 1013,25 760,0 10,33 1,033

Tenso

A tenso o esforo de reao fora exercida sobre o corpo para contrapor a presso.(Possui

as mesmas unidades de presso)

Presso de vapor

E a presso, em determinada temperatura, onde o liquido no mais vaporiza.

Como exemplo temos a gua que vaporiza a 100oC, se a presso for inferior a uma atmosfera ( ~

1 Kg/cm2).

Perda de carga

Sempre que um lquido escoa no interior de um tubo de um ponto para outro, haver uma certa

perda de energia denominada perda de presso ou perda de carga.

Atualmente a expresso mais precisa e usada universalmente para anlise de escoamento em

tubos, que a conhecida equao de Darcy-Weisbach:

hf = perda de carga ao longo do comprimento do tubo (mca)

f = fator de atrito (adimensional)

L = comprimento do duto

Q = vazo

D = dimenso caracterstica (no caso de um Tubo de seo circular, o seu dimetro interno)

g = acelerao da gravidade local

= 3,1415...

Se estabeleceu fator de atrito f, atravs da equao de Colebrook-White:

f = fator de atrito (adimensional)

k = rugosidade equivalente da parede do duto

D = dimenso caracterstica (no caso de um tubo de seo circular, o seu dimetro interno)

Re = Nmero de Reynolds

Outra forma atravs da seguinte equao:

P = perda de carga em metros = somatrio

= coeficiente de resistencia v = velocidade de escoamento

g = acelerao da gravidade

coeficiente de resistencia

Tubo = L/d

Onde L = comprimento do tubo

D = diametro interno

= coeficiente resist. =64/Re (fluxo laminar)

= 0,22/(Re0,2) (fluxo turbulento 3x103

rgos regulamentadores

A Organizao Internacional para Padronizao (ISO) a entidade internacional responsvel

pelo dilogo entre as vrias entidades nacionais de normatizao, como por exemplo:

Alemanha - Deutsches Institut fr Normung e.V. (DIN)

Brasil - Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT)

Estados Unidos da Amrica - American National Standards Institute (ANSI)

Portugal - Instituto Portugus da Qualidade (IPQ)

SISTEMAS DE AQUECIMENTO INDIRETO.

O aquecimento, por meio indireto, efetuado com uma fonte de calor aquecendo um produto de

boa condutibilidade trmica, o qual aquecer a massa atravs de circulao forada.

VAPOR D GUA

geralmente empregado em processos cuja temperatura de massa de 120oC, resultando numa

temperatura necessria ao vapor de 180oC, que atingida com uma presso de 10 Kg/cm2.

Para utilizao de vapor para processos cuja temperatura de massa de 240oC, seria necessrio

uma temperatura de vapor de 300oC, e para tal de faria necessrio uma presso de 87 Kg/cm2.

Fogotubular Aquatubular

LEO TRMICO

geralmente empregado em processos cuja temperatura de massa de 240oC, resultando numa

temperatura necessria ao leo de 300oC, que atingida independentemente da presso, cujo

valor o resultado apenas da perda de carga a ser vencida, em geral de 6 Kg/cm2.

CARACTERISTICAS BASICAS DO OLEO

DENSIDADE ViSCOSIDADE CALOR ESPECIFICO

Todos variam com a temperatura,

PRESSAO DE VAPOR

Curva de presso de vapor de leo trmico Therminol 59

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

25

50

75

100

125

150

175

200

225

250

275

300

325

350

375

400

Temperatura

0

2

4

6

8

10

12

25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400

Temperatura

Pre

sso

de v

ap

or

OUTRAS CARACTERISTICAS

gua no sistema.

Inserida na reposio de leo novo ou acumulada no fundo do tanque de dreno. A gua vaporiza

entre 110 e 170oC, j que o sistema opera entre 0,5 e 7 Kg/cm2.

Gases inerentes ao leo.

Gases inerentes ao prprio processo de fabricao do leo, e vaporizam a uma temperatura de at

220oC aproximadamente, durante o "incio de funcionamento".

Gases resultantes da presso de vapor.

Gases gerados quando o sistema opera com uma presso, em qualquer ponto do sistema, abaixo

da presso de vapor do leo, na respectiva temperatura.

Gases resultantes da degradao do leo.

Na degradao do leo trmico ocorrem quebras de molculas resultando na formao de slidos

(borra) e gases (leves).

Todos os sistemas de leo trmico operam em temperaturas superiores a temperatura de

inflamabilidade dos leos.

DEGRADAO DO LEO

Na degradao do leo trmico ocorrem quebras de molculas resultando na formao de slidos

(borra) e gases (leves), e tal degradao gerada por:

Trmino da vida til do leo, em mdia aps 8 anos de uso.

Operar com o leo trmico em temperatura de operao acima da qual ele foi concebido.

Operar com o leo trmico em temperatura de filme acima da qual ele foi concebido. Isto ocorre quando a vazo de leo no aquecedor inferior a vazo nominal de projeto.

Operar com o leo trmico em temperatura acima de 60oC, em contato com o oxignio, isto ocorre no tanque de expanso quando o mesmo no possui selo trmico e/ou

nitrogenao.

ANLISE LABORATORIAL DO LEO.

Deve ser efetuado a cada 90 dias

COMPONENTES DE UM SISTEMA.

CONSUMIDORES

So os equipamentos onde o calor adquirido pelo leo trmico transferido para a massa, atravs

de trocadores de calor.

Dados bsicos dos consumidores

Descrio Smbolo Unidade

Capacidade trmica requerida (Calor sensvel + calor latente + perdas) Qn Kcal/h

Temperatura mxima da massa (Temperatura onde ocorre a reao ) Tm oC

Temperatura de entrada do leo trmico (~ 60oC acima da

temperatura da massa)

Te oC

Diferencial de temperatura do leo trmico (Geralmente 20oC) To oC

A capacidade trmica requerida dada pela soma dos tipos de calor induzido massa,

Calor sensvel (Qs), que o calor necessrio a mudana de temperatura.

Qs = m * Ce * t

M Massa a ser aquecida. Ce Calor especfico do produto t Diferencial de temperatura da massa

Calor latente (Ql), que o calor necessrio a mudana de fase

Ql = m * Cv

M Massa a ser aquecida. Cv Calor de vaporizao do produto

Perdas de calor (Qp), que o calor perdido pela dissipao, aquecimento de mquina, etc...

Vazo necessria ao leo trmico

4.200 . Qs

Vn =

. Co . T

Vn Vazo de leo.............................................m3/h. Qs Carga trmica...........................................Kcal/h. Densidade do leo...................................Kg/m3. Co calor especfico do leo........................Kj/KgoC T diferencial de temperatura do leo ................oC

Esta equao resultante da equao do calor sensvel:

Qs = m * Ce * t

AQUECEDOR

Aquecedores, ou geradores de calor, so os equipamentos que transferem o calor gerado pela

queima de algum combustvel (gs, lenha, leo BPF, etc), ou energia eltrica para o leo

trmico. Seus principais dados so:

Dados bsicos dos aquecedores


Capacidade trmica gerada Qg Kcal/h

Tipo de combustvel - -

Temperatura mxima de sada do leo trmico Ta oC

Temperatura mnima de retorno do leo trmico Tr oC

Temperatura mxima de filme (pelcula) Tf oC

Vazo nominal de leo trmico Vn m3/h

Perda de carga do leo trmico Po kg/cm2

Temperatura de filme

a temperatura na primeira camada de leo em contato com o

tubo, geralmente na vazo nominal de 30oc acima da temperatura

do leo e para vazes menores tem seu valor aumentado de forma

inversamente proporcional.

Ex.: 100 m3/h 30,0 oC 95 m3/h 31,5 oC......( 5%) 80 m3/h 36,0 oC......(20%)

A norma DIN 4754, em seu anexo B, tem procedimentos especficos para calculo desta

temperatura em aquecedores.


4.200 . Qs

Vn =

. Co . T


Comparao de diferenciais de temperatura de 20oc e 40oC.

O fluxo de calor dado por: = K.A.tlog

Onde Fluxo de calor K Coeficiente global de troca trmica tlog Diferencial logartmico de temperatura A rea de troca

Para aquecimento de uma massa de 20oC para 220oC, teremos:

Diferencial logartmico de temperatura, com t de 20oC.

tmaior = (300-20) = 280oC. e tmenor = (280-220) = 60oC.

tlog = (tmaior-tmaior )/In (tmaior / tmemor) tlog =(28060)/In(280/60) tlog= 143oC.

E para diferencial de 40oC, teremos:

tmaior = (300-20) = 280oC. e tmenor = (260-220) = 40oC.

tlog = (tmaior-tmaior )/In (tmaior / tmemor) tlog =(28040)/In(280/40) tlog= 123oC.

Considerando um consumidor de 200.000 Kcal/h, necessitaramos de 21 m3/h para t de 20oC e 10,5 m3/h para Dt de 40oC.

t 20oC t 40oC

O fluxo de calor seria

= 2508 x A x 143 = 358.644 A

= 1440 x A x 123 = 177.120 A

Sendo a rea constante teramos um fluxo de calor 50% menor.

SISTEMA DE QUEIMA

LEO COMBUSTVEL

Tambm conhecido como leo BPF (baixo Ponto de Fluidez).

Gerado no processo de destilao do petrleo e classificado nas categorias A alto ndice de enxofre e B baixo ndice de enxofre, e nas sub-categorias 1 a 8, cujas curvas de viscosidade so:

Seu ponto de bombeamento em 600 cSt e seu ponto de queima em 30 cSt e armazenamento

abaixo do ponto de fulgor

Logo suas temperaturas seriam aproximadamente:

1A/B 2A/B 3A/B 4A/B 5A/B 6A/B 7A/B 8A/B

Bombeamento 70oC 80oC 95oC 115oC 125oC 135oC 155oC 165oC

Queima 115oC 125oC 145oC 160oC 175oC 190oC 205oC 215oC

Armazenamento 52oC 58oC 70oC 85oC 100oC 110oC 120oC 130oC

Arranjo bsico

Um tanque de armazenamento com capacidade de estocagem referente ao tempo de transporte

externo mais trs dias.

1

10

100

1000

50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320

Vis

co

sid

ad

e,

cS

t

Temperatura, Gr.C

Curvas viscosidades leos combustveis-Regulamento Tcnico ANP nr. 03/99

AB1 AB2 3A 4A 5A 6A 7A 8A

Dele o leo bombeado para um tanque dirio com capacidade mxima de 1000 litros.Do

tanque dirio se faz um anel at o queimador e retorna ao tanque dirio.

GS NATURAL

O gs natural uma mistura de hidrocarbonetos leves, que, sob temperatura ambiente e presso

atmosfrica permanecem no estado gasoso.

COMPOSIO TPICA - GS NATURAL

METANO 81,57 85,48 88,56

ETANO 9,17 8,26 9,17

PROPANO 5,13 3,06 0,42

I-BUTANO 0,94 0,47 -

N-BUTANO 1,45 0,85 -

I-PENTANO 0,26 0,20 -

N-PENTANO 0,30 0,24 -

HEXANO 0,15 0,21 -

HEPTANO E SUPERIORES 0,12 0,06 -

NITROGNIO 0,52 0,53 1,20

IXIDO DE CARBONO 0,39 0,64 0,65

TOTAL 100 100 100

DENSIDADE 0,71 0,69 0,61

RIQUEZA (% MOL C3+) 8,35 5,09 0,42

PODER CAL.INF.(KCAL/M) 9.916 9.583 8.621

PODER CAL.SUP(KCAL/M) 10.941 10.580 9.549

As instalaes devero atender a norma NBR 12313, cujos tpicos bsicos principais so:

Condies gerais, suprimento de gs, tubulaes,

vlvulas, filtros, reguladores de presso, presso do gs,

controle do suprimento de gs, proteo contra alta

presso e baixa presso de gs , misturas ar/gs ,

suprimento de ar de combusto, suprimento de

eletricidade, equipamentos e informaes auxiliares,

dispositivos para alvio de exploses, ignio e

estabelecimento da chama de partida, pilotos (requisitos

adicionais), sistema de bloqueio de segurana, Vlvulas

de bloqueio automtico, vlvulas de descarga

automtica (normalmente aberta), controles de demanda

e de relao ar/combustvel, ensaio, comissionamento e

paralisao, verificao manual de vazamento em

sistemas de bloqueio de segurana fora de operao , diagrama de blocos tpico da seqncia de

partida de sistema de combusto, diagrama de blocos para sistema de comprovao de

estanqueidade.

BIOMASSA

Biomassa a matria orgnica utilizada na produo de energia.

As vantagens do uso da biomassa na produo de energia so o baixo custo, o fato de ser

renovvel, permitir o reaproveitamento de resduos e ser bem menos poluente que outras fontes

de energia como o petrleo ou o carvo.

As biomassas mais utilizadas so: a lenha (j representou 40% da produo energtica primria

no Brasil), o bagao da cana-de-acar, galhos e folhas de rvores, papis, papelo, etc.

A renovao da biomassa ocorre atravs do ciclo do carbono. A queima da biomassa ou de seus

derivados provoca a liberao de CO2 na atmosfera. As plantas, atravs da fotossntese,

transformam esse CO2 nos hidratos de carbono, liberando oxignio. Assim, a utilizao da

biomassa, desde que no seja de forma predatria, no altera a composio da atmosfera.

BOMBA DE CIRCULAO

A bomba de circulao, dever ser selecionada de forma a ter a vazo nominal necessria ao

sistema e uma altura manomtrica correspondente perda de carga do sistema, acrescida de

10%.

Dados bsicos da bomba de circulao


Vazo nominal Vn m3/h

Altura manomtrica nominal Hn m

Altura manomtrica requerida na suco NPSHre m

Dimetro do rotor Dr mm

Potncia do motor Pm KW

Rotao do motor Rm Rpm


4.200 . Qs

Vn =

. Co . T


Altura manomtrica.

A altura manomtrica dever ser superior a soma da altura de suco (L1), mais a altura de

recalque (L4) mais a perda de carga total do sistema.

H = L1+ L4 + pt

Perda de carga

onde:

P = perda de carga em metros = somatrio

= coeficiente de resistencia v = velocidade de escoamento

g = acelerao da gravidade

Logo, teremos a vazo e a altura necessria.

Curva caracterstica da bomba

Desta forma selecionamos rotor e o

motor

0

10

20

30

40

50

60

50

10

0

15

0

20

0

25

0

30

0

35

0

40

0

45

0

Vazo

Alt

ura

man

om

tr

ica

Carga mxima nos bocais

Auto refrigerao

NPSH (Net Positive Suction Head)

a quantidade de energia, em termos absolutos, existente no flange de suco da bomba,

acima da presso de vapor do lquido na temperatura de bombeamento. Em outras palavras,

ela representa a presso efetiva na aspirao da bomba fornecida pelo sistema

Clculo do NPSH disponvel (Ver figura acima)

NPSH disp = Ps + Patm - Pv + S hfs (m.c.l.) / 104

Onde:

Ps presso manomtrica no reservatrio de suco (kg/cm2 rel.) Patm presso atmosfrica (kg/cm2 ) Pv - presso de vapor do lquido na temperatura de bombeamento (kg/cm2 absl.)

- peso especfico do lquido na temperatura de bombeamento (kg/m3 )

S altura esttica de suco (m.c.l.) hfs - perda de carga na suco (m.c.l.)

Tipo de vedao

Gaxeta

Anis de graflex

Tem que pingarpara lubrificar

A mais indicada Graflex da Teadit

Selo mecnico

TUBULAO

Regras para tubulao tipicamente encontrada em refinarias de petrleo,qumica,farmacutica,

txtil,papel, semicondutores e plantas criognicas.

O Projetista

As qualificaes e experincia exigidas aos projetistas vai depender da complexidade do sistema. A aprovao do proprietrio exigido se o indivduo no cumprir pelo menos um dos seguintes critrios:

Diploma de engenharia, exigindo quatro ou mais anos de estudo em tempo integral, alm de um mnimo de 5 anos de experincia em projeto relacionados a tubulao pressurizada

Registro profissional de Engenharia, reconhecida pela jurisdio local, e experincia em projetos design de condutas relacionadas a tubulao pressurizasa.

Associados em engenharia,exigindo pelo menos 2 anos de estudo em tempo integral, alm de um mnima de 10 anos de experincia na concepo de tubulao pressurizada.

Quinze anos de experincia na concepo de tubulao pressurizadas. O projeto de tubulao que inclui clculos de presso, sustentado e cargas ocasionais e flexibilidade de tubulao.

Categoria de fludos

Categoria D

Lquido no inflamvel, no txico e no prejudicial para os tecidos humanos; Presso

manomtrica de projeto inferior a 10 Kg/cm2 (150 psi ) e Temperatura do projeto entre -29 C (-

20 F) e 186 C (366 F).

Categoria M

Fluido no qual uma nica exposio, a uma quantidade muito pequena de um lquido txico,

causado pelo vazamento, pode produzir danos graves e irreversveis para as pessoas na

respirao ou contato fsico, mesmo quando as medidas de reparao rpida so tomadas

Categoria de alta presso

Quando solicitado pelo cliente e classe de presso de 2500 PSI. (ANSI B 16.5)

Categoria Normal

Os demais que no esto sujeitos s regras de categoriais anteriores

BITOLA

As linhas so dimensionadas de forma a manter uma perda de carga o mais uniforme possvel,

atendendo as caractersticas mximas da bomba, como referencia temos:

Descrio da linha Velocidade

Linha de suco da bomba 2,5 m/s

Linha de recalque da bomba e demais redes 3,0 m/s

Curva caracterstica do sistema

MATERIAL

Para sistemas que operem com o limite de presso de 10 Kg/cm2 e temperatura limite de 300oC,

a tubulao dever ser composta de:

Tipo Descrio

Tubo Sem costura, SCH 40, de acordo com a norma ANSI B. 36.10,

material ASTM A-106-B.

Conexes Sem costura, SCH 40, de acordo com a norma ANSI B.16.9,

material ASTM A-234-WPB, raio longo

Flange Forjado, classe 300 #, de acordo com a norma ANSI B.16.5,

material ASTM A-105, tipo pescoo, face com ressalto e ranhuras

concntricas.

Todo e qualquer material dever ter certificado de qualidade e identificao

para rastreabilidade

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

50

10

0

15

0

20

0

25

0

30

0

35

0

40

0

45

0

Vazo

Perd

a d

e c

arg

a

Tipo Descrio

Vlvula Passagem reta, corpo em ao laminado, sede em inox 304, castelo

aparafusado, extr. solda de topo, vedao gaxeta tipo "grafoil".

Filtro Y Corpo em ao laminado, elemento filtrante com furo 2mm, sede em inox 304, tampa aparafusada, extremidades solda de topo.

Tipo Descrio

Junta

e

gaxeta

Grafite puro flexvel, conformveis e resilientes, baixo coeficiente

de atrito, auto lubrificante, fire-safe (teste API 607), com insero de tela metlica perfurada, para os servios com fluidos

trmicos @ 300oC e baixa viscosidade tipo Graflex TJE da Teadit ou similar

TANQUE DE EXPANSO

um reservatrio, com trs finalidades bsicas:

Absoro da expanso volumtrica do leo.

Que em termos gerais tem o valor de 1% (hum porcento) de dilatao volumtrica a cada 10oC

de diferencial entre a temperatura ambiente e a temperatura de operao mxima. Porm deve-se

adicionar 20% ao seu volume para absoro de gases.

Garantia de que todo o sistema contem leo.

Logo, ele instalado no ponto mais alto do sistema, no mnimo a uma elevao de 2,0 (dois)

metros acima do ponto mais alto do circuito. Nele, instalada uma chave de nvel conectada ao

painel, que alarma quando o nvel est baixo.

Garantia de presso mnima na suco da bomba ( NPSH).

A perfeita operao da bomba depende de vrios fatores, sendo um deles a presso do fludo na

sua suco. O NPSH ( Net Positive Suction Head) requerido depende de cada tipo de bomba e

seu valor determinado pelo seu fabricante.

NITROGENACAO

A nitrogenacao tem duas finalidades bsicas:

Garantia de presso mnima na suco da bomba ( NPSH).

Quando o leo possui alta presso de vapor, se faz necessrio a nitrogenacao, para no termos o

tanque de expanso numa elevao excessiva, a fim de atender o NPSH ( Net Positive Suction

Head) requerido.

Garantia de inexistncia de oxignio no tanque de expanso.

Em sistemas cuja partida ocorre constantemente e no existe tempo hbil de estabilizao da

temperatura do tanque de expanso atravs do selo trmico, se faz necessrio a instalao de

sistema de nitrogenacao pois o tanque de expanso atingira constantemente temperaturas acima

dos 60oC.

SELO TRMICO

A finalidade do selo trmico manter a temperatura do leo no tanque de expanso, abaixo dos

60oC, e funciona pela diferena de densidade entre o leo quente e frio, com seus resultados

atingidos aps 8 horas de estabilidade da temperatura mxima de operao.Seu volume de 2%

(dois porcento) do volume total da instalao.

TANQUE DE DRENAGEM

um reservatrio, cuja finalidade bsica o armazenamento do volume total da instalao.

VALVULA DE CONTROLE

Tem por finalidade o controle de fluxo de leo no interior do consumidor, que acarretara no

controle de temperatura da massa.

Devera ser do tipo 3 vias de modo a minimizar os efeitos na bomba de circulao.

Sua seleo e funo da capacidade de passagem do leo e funo da perda de carga provocada.

04.10 INSTRUMENTACAO

Os instrumentos mnimos necessrios so:

04.10.01 Chave de nvel no tanque de expanso

Ela indicara presena de leo no tanque e conseqentemente haver leo em todo o sistema j

que e o equipamento de maior elevao

04.10.02 Pressotato diferencial

Ela indicara, via presso diferencial na placa de orifcio, a vazo do sistema o que garantira a

que o leo estar operando com temperatura de filme inferior a projetada.

04.10.03 Indicadores e controladores de temperatura do aquecedor

Indicara, via sensores a temperatura de entrada de leo e indicara e controlara a temperatura de

sada do leo, acionando o queimador.

Um terceiro desligara o queimador em caso de falha de comando

04.10.04 Indicadores e controladores de temperatura do aquecedor

Controlara a temperatura da massa atuando sobre a vlvula de controle.

04.11 DESAERADORES

So equipamentos, geralmente vlvulas, destinadas a facilitar a retirada de vapores e gases do

sistema. Usados principalmente no incio de funcionamento.

05 CLCULOS BSICOS

05.01 DETERMINAO DA CARGA TRMICA NECESSRIA.

A carga trmica necessria o somatrio de:

Carga trmica referente ao calor sensvel (Qs), responsvel pela variao de temperatura (tm), determinada pela massa (mm) , pelo seu calor especfico (cm) e o tempo requerido(Ts) para esta

fase.

Qs = mm.cm.tm / Ts

Carga trmica referente ao calor latente (Qf), responsvel pela mudana de fase

(slidolquido vapor), determinada pela massa (mm), pelo seu calor de vaporizao ( ou liquefao) (cf) e o tempo requerido(Tf) para esta fase.

Qf = mm.cf / Tf

Carga trmica secundria (Qi), referente perda de calor por dissipao, perda de calor por

eficincia de troca trmica, calor necessrio ao aquecimento inicial do equipamento,

determinada pelo tipo de isolamento trmico, forma de transferncia de calor, material e massa

do equipamento, respectivamente.

05.02 DETERMINAO DA VAZO NECESSRIA DE LEO.

A vazo necessria determinada pela capacidade calorfica do leo, pela vazo mssica e pelo

diferencial de temperatura do leo.

Vn = 4.200 x Qg / [ x Ce x Ta]

Exemplo, para um sistema com os seguintes dados :

Dados bsicos dos aquecedores

Descrio Valor Smbolo Unidade

Capacidade trmica 2.000.000 Qg Kcal/h

Temperatura mxima de sada do leo trmico 290 Ta oC

Temperatura mnima de retorno do leo trmico 270 Tr oC

Tipo de leo trmico Therminol 55

Densidade @ temperatura mdia 701 Kg/m3

Calor especfico @ temperatura mdia 2740 Ce J/kgoC

Teremos a seguinte vazo :

Vn = 4.200 x 2.000.000 / [ 701 x 2.740 x ( 290 270)] Vn = 218 m3/h

05.03 DETERMINAO DO VOLUME DO TANQUE DE EXPANSO.

Vte = Vn x 0,0012 x ( Ta Tb )

Exemplo, para um sistema com os seguintes dados :

Dados bsicos do sistema


Volume nominal 12.000 Vn Litros

Temperatura mxima de sada do leo trmico 290 Ta oC

Temperatura mnima ambiente 20 Tb oC

Vte = 12.000 x 0,0012 x ( 290 20 ) Vte = 3.888 litros

05.04 DETERMINAO DA ELEVAO DO TANQUE DE EXPANSO.

Hm = ( Pv x 105/ x g ) + Ps + NPSHreq + 0,5 [ 105x( Pn + Pb ) / x g ] vs2 / 2 x g

Ps a perda de carga entre o ponto de tomada da linha de expanso e o bocal de suco da bomba



Temperatura de bombeamento 280 Tb oC

Presso de vapor do leo 0,848 Pv Bar

Presso de nitrogenao do Tq. Expanso 0,0 Pn Bar

Presso baromtrica local 0,9 Pb Bar

Altura manomtrica requerida na suco 7,0 NPSHre Mca

Densidade do leo @ temp. bombeamento 773 Kg/m3

Velocidade do leo na linha de suco 2,50 vs m/s

Acelerao da gravidade 9,81 G m2/s

Somatria dos coeficientes de resistncia 15,0 Cr -

Ps = Cr x vs2 / 2 x g = 15 x 2,502 / 2 x 9,81 = 4,78 m.

Hm = ( Pv x 105/ x g ) + Ps + NPSHreq + 0,5 [ 105x( Pn + Pb ) / x g ] vs2 /( 2 x g)

Hm = (0,848x105/ 773 x 9,81) + 4,78 +7,0 + 0,5[ 105x( 0,0+ 0,9) / 773 x 9,81]2,502/(2 x 9,81)

Hm = 11,27 metros.

05.05 DETERMINAO DA PERDA DE CARGA (P)

A perda de carga, a perda de presso do fludo, expressa em m.c.f.l. (metros de coluna de

fludo lquido)

P = . f . vs2 / 2 .g



Velocidade do leo na linha vs m/s

Acelerao da gravidade g m2/s

Coeficiente de resistncia f -

05.06 ANLISE DE FLEXIBILIDADE

300oC a dilatao linear da tubulao ser de 3,6 mm a cada metro linear, logo o arranjo da

tubulao dever ser efetuado a absorver as tenses geradas por esta dilatao trmica.

06-PROCEDIMENTO DE MONTAGEM

SUPORTES

Soldados com eletrodo AWS-E-7018 com inspeo e teste dimensional visual.

TUBULAES

Devero atender a Norma ANSI B.36.10

A soldagem dever ser com processo T.I.G. (Gas Tungsten Arc Welding-GTAW ) na raiz

cobertura com eletrodo AWS E-7018.

Montagem e teste de tubulaes devero atender a Norma ANSI B.31.3.

CONEXES FLANGEADAS

Os furos devero ser localizados fora dos eixos de simetria e a solda dos flanges sobrepostos

devero ser realizados observando-se uma distancia mnima entre o fim do tubo e a face do

flange, igual a espessura do tubo mais 1/8. A solda dos flanges de pescoo devero ser realizadas com penetrao total. Os flanges devero ser montados com juntas provisrias e

posterior troca pelas juntas definitivas.

CONEXES SOLDADAS

Devero atender a Norma ANSI B.16.9 e soldadas com penetrao total.

PROCEDIMENTOS

SUPORTES

Os suportes devero ser fabricados respeitando-se as dimenses e bitolas especificadas nos

projetos.

TUBULAO

Aps a montagem limpar os tubos e componentes com ar comprimido isento de umidade.

Tubos e conexes devero ser instalados nas posies indicadas nos desenhos respectivos,

alinhadas, niveladas e esquadrejadas.

Os procedimentos de soldagem devero estar de acordo com o cdigo ASME SEO IX

em complementao aos requisitos desta especificao.

Os chanfros devero atender a Norma ANSI B16.9 e devem estar isentas de leo, graxas,

incrustaes, ferrugens, tintas e quaisquer outras impurezas. Todas as escrias devero ser

retiradas entre cada passe consecutivo.

Bitola Raiz (nota 1) Cobertura Acabamento

De At Processo Eletrodo Processo Eletrodo Processo Eletrodo

2 TIG AWS ER-70 S 3

TIG AWS ER-70 S 3

TIG AWS ER-70 S 3

2.1/2 10 TIG AWS ER-70 S 3

Manual AWS E-7018

Manual AWS E-7018

Notas :

1. Dever ser efetuado exame por lquido penetrante, lavvel em gua, em todas as soldas de Raiz.

2. Dever ser efetuada pr-secagem dos eletrodos AWS E-7018, e a manuteno em estufas.

chanfro tpico

Todos os soldadores e/ou operadores de soldagem devero ser qualificados, por

procedimento interno Empreiteira e de acordo com o cdigo citado no item anterior.

Nenhuma junta soldada dever receber isolamento trmico e/ou pintura definitiva antes dos

testes de estanqueidade, efetuado no incio de funcionamento ( quente).

TESTE

TESTE PNEUMTICO

Dever ser efetuado com Nitrognio (N2), com uma presso de teste de 1,5 kg/cm e todas

as unies devero ser inspecionadas com uma soluo de sabo.

TESTE POR LQUIDO PENETRANTE

O teste por lquido penetrante aplicvel a todas as unies soldadas, sem exceo, com

lquido penetrante lavvel em gua e a aplicao do revelador dever ser no mnimo 15

minutos aps a aplicao do lquido penetrante.

ISOLAMENTO TRMICO

Calha de isolante trmico, material l-de-rocha, tipo One piece pipe, densidade 165Kg/m3, de acordo com a norma ABNT NBR 13047, TS-150, Rockfibras ou similar, revestido em alumnio

liso espessura 0,5mm.

INTERLIGAO EM LINHA EXISTENTE

O fludo trmico um lquido inflamvel, logo devero ser considerados os seguintes

procedimentos:

Devero ser drenados todo o leo trmico da linha.

Dever ser aplicado um "Flacheamento" com nitrognio, de modo a retirar todo o gs remanescente.

Uma camada de nitrognio dever ser mantida, todo o tempo que se faa o corte.

Os cortes s podero ser efetuados com lixadeira.

A soldagem dever ser efetuada com uma constante camada de nitrognio.

Devero ser mantidos prximos ao local de corte extintores de p qumico.

A equipe de segurana interna dever participar de toda a operao, extinguindo todo e qualquer princpio de incndio, apenas com p qumico.

A rea dever estar devidamente isolada.

ASSESSORIA

Assessoria tcnica em sistemas de aquecimento por leo trmico

3M DO BRASIL LTDA

SOLUTIA DO BRASIL LTDA

S/A INDSTRIAS VOTORANTIM

DANISCO CULTOR BRASIL LTDA

CIA DE CIMENTO TOCANTINS S/A

CIA DE CIMENTO PORTLAND ITAU

CADAM CAULIM DA AMAZNIA S/A SRIA EQUIPAMENTOS INDUSTRIAIS LTDA

F.L.SMIDTH COMRCIO E INDUSTRIA LTDA

VALVUGAS INDSTRIA METALRGICA LTDA

CIA DE TECIDOS DO NORTE DE MINAS COTEMINAS METALCOR TINTAS E VERNIZES METALOGRFICOS LTDA

PROJETOS

Projetos de sistemas de leo trmico e de sistemas de vapor

COTENOR S/A

TENGE INDUSTRIAL LTDA

CIA DE CIMENTO TOCANTINS S/A

CIA DECIMENTO PORTLAND ITAU

SYNTEKO PRODUTOS QUMICOS S/A

PROLUMINAS LUBRIFICANTES LTDA

TECNO S/A CONSTRUES IND. E COM.

FRANGOSUL S/A AGROAVCOLA INDUSTRIAL

CORN PRODUCTS BRASIL INGREDIENTES INDUSTRIAIS LTDA

Sistemas de fluido térmico - Noções Básicas

Documents

Transcript of Sistemas de fluido térmico - Noções Básicas