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Tipos de Vapor

Se água for aquecida além do ponto de ebulição, ela se vaporiza em vapor, ou água em estado gasoso. No entanto, nem todo vapor é igual. As propriedades do vapor variam gradativamente dependendo da pressão e temperatura na qual ele está sujeito.

No artigo Principais Aplicações para Vapor, nós discutimos várias aplicações nas quais o vapor é usado. Nas seções a seguir, nós discutiremos os tipos de vapor usado nestas aplicações.

Relação de Pressão-Temperatura da Água & Vapor

Vapor saturado (seco) é produzido quando água é aquecida até o ponto de ebulição (aquecimento sensível) e então vaporizada com calor adicional (aquecimento latente). Se este vapor é então aquecido acima do ponto de saturação, ele se torna vapor superaquecido(aquecimento sensível).

Vapor saturado

Conforme indicado pela linha preta no gráfico acima, vapor saturado ocorre em temperaturas e pressões onde o vapor(gás) e água(líquido) podem coexistir. Em outras palavras, isto ocorre quando a taxa de vaporização da água é igual a taxa de condensação.

Vantagens de uso do vapor saturado para aquecimento

Vapor saturado tem muitas propriedades que o torna um excelente fonte de calor, particularmente às temperaturas de 100 °C (212°F) e acima. Algumas destas propriedades são:

Dicas

Tendo dito isso, é necessário estar atento aos seguintes itens quando estiver aquecendo com vapor saturado:

– Eficiência de aquecimento pode ser diminuído se outro vapor diferente ao vapor seco for usado para processo de aquecimento. Ao contrário da percepção comum, virtualmente todo o vapor gerado pela caldeira não é vapor saturado seco, mas sim vapor úmido, no qual contém algumas moléculas de água não-vaporizada.
– A perda do calor radiante provoca condensação em alguma parte do vapor. O vapor úmido gerado nestas condições torna-se mais úmido, e também forma o condensado, que deve ser removido através da instalação de purgadores de vapor em locais apropriados.
– Condensado pesado que cai fora do fluxo de vapor pode ser removido através de purgadores de vapor da bota de condensado. No entanto, o vapor úmido entrante reduzirá eficiência de aquecimento, e deveria ser removido através do ponto de uso ou distribuição das estações de separação.
– Vapor que incorrer em queda de pressão devido ao atrito na tubulação,etc., pode resultar uma perda correspondente à temperatura do vapor também.

Vapor Úmido

Esta é a foma mais comum do vapor experimentado nas plantas. Quando o vapor é gerado usando uma caldeira, este geralmente contém umidade vinda de moléculas de água não-vaporizada que foram carregadas para dentro do vapor distribuído. Mesmo as melhores caldeiras podem descarregar vapor contendo 3% a 5% de umidade. À medida em que a água se aproxima do estado saturado e começa a vaporizar, parte da água, geralmente em forma de névoa ou gotículas, é arrastada para vapor ascendente e distribuído em corrente abaixo. Este é um dos motivos chave de o porquê um separador é usado para desarraste do condensado a partir do vapor distribuído.

Vapor superaquecido

Vapor superaquecido é criado através do aquecimento adicional sobre o vapor úmido ou saturado, acima do ponto de vapor saturado. Isto produz um vapor que tem temperatura mais alta e densidade mais baixa do que um vapor saturado à mesma pressão. Vapor superaquecido é usado principalmente em aplicação de propulsão/movimento tais como turbinas, e não é tipicamente usado para aplicações de transferência de calor.

Vantagens de uso do vapor superaquecido para movimentar turbinas:

– Para manter o nível seco do vapor para equipamento movido a vapor, do qual a performance é debilitada pela presença de condensado.
– Para melhorar a eficiência térmica e capacidade de trabalho, e.g. para alcançar mudanças maiores em volume específico a partir do estado superaquecido para pressões mais baixas, até mesmo de vácuo.

É vantajoso tanto o fornecimento e descarga de vapor, enquanto estiver no estado superaquecido porque não serão gerados condensados dentro do equipamento movido a vapor durante o funcionamento normal, minimizando o risco de danos por erosão ou a corrosão do ácido carbônico. Além disso, como a eficiência térmica teórica da turbina é calculada a partir do valor da entalpia na entrada e saída da turbina, aumentando o nível de superaquecimento bem como o de pressão, aumenta a entalpia no lado de entrada da turbina, e é assim eficaz na melhora da eficiência térmica.

Desvantagens de uso do vapor superaquecido para aquecimento:

Por estas e outras razões, o vapor saturado é preferível a vapor superaquecido como meio de aquecimento em trocadores e outro equipamento de transferência de calor. Por outro lado, quando visto como uma fonte de calor para aquecimento direto, como um gás a alta temperatura, ele tem uma vantagem sobre o ar quente, onde ele pode ser usado como fonte de calor para aquecimento sob as condições livres de oxigênio. A pesquisa está sendo realizada também na utilização de vapor superaquecido em aplicações de processamento de alimentos, tais como cozinhar e secar.

Água Supercrítica

Água supercrítica é a água no estado em que excede o seu ponto crítico: 22,1 Mpa,374 °C (3208 psia, 705°F). No ponto crítico, o calor latente do vapor é zero, e seu volume epecífico é exatamente o mesmo, seja no estado líquido ou gasoso. Em outras palavras, água que está na pressão e temperatura acima do ponto crítico está num estado indistinguível que não é líquido nem gás.

Água supercrítica é usada para movimentar turbinas em usinas de energia na qual demanda eficiência mais alta.Pesquisa sobre água supercrítica está sendo executado com ênfase no seu uso como um fluido que tem as propriedades de ambos líquido e gás, e em particular na sua adequação como um solvente para reações químicas.

Vários Estados da Água

Água não-saturada

Esta é a água no estado mais reconhecível. Aproximadamente 70% do peso do corpo humano vem da água. Na forma líquida da água, ponte de hidrogênio puxa as moléculas de água juntas. Como resultado, água não-saturada tem uma estrutura relativamente compacta, densa e estável.

Vapor Saturado

Moléculas de vapor saturado são invisíveis. Quando o vapor saturado é liberado para a atmosfera sendo expelido pela tubulação, parte dela condensa através de transferência do seu calor para o ar ao redor, e nuvens de vapor branco (pequenas gotículas de água) são formadas. Quando o vapor inclui estas pequenas gotículas, ele é chamado de vapor úmido.

Em um sistema de vapor, o vapor liberado através do purgador de vapor é muitas vezes mal interpretado como vapor saturado(vivo), onde na verdade este é o vapor flash. A diferença entre os dois é que o vapor saturado é invisível imediatamente na saída da tubulação, enquanto que o vapor flash contém gotículas de água visível no instante da sua formação.

Vapor Superaquecido

Enquanto reter o seu estado superaquecido, o vapor superaquecido não irá condensar mesmo que este venha a entrar em contato com a atmosfera e sua temperatura caia. Como resultado, nenhuma nuvem de vapor são formadas. Vapor superaquecido armazena mais calor que o vapor saturado que se encontra na mesma pressão, e o movimento de suas moléculas são mais rápidos, portanto este tem menor densidade (i.e., seu volume específico é maior).

Água Supercrítica

Embora não seja possível dizer através da observação visual, esta é a água em uma forma que não é líquida nem gasosa. A idéia geral é de um movimento molecular que é próximo ao de um gás, e uma densidade que é próxima a de um líquido.