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Vapor Flash

Vapor flash é um nome dado para o vapor formado a partir do condensado quente no momento em que sua pressão for reduzida.

Vapor flash não é diferente do vapor normal, é somente um nome conveniente usado para explicar como o vapor é formado. Vapor normal ou “vivo” é produzido na caldeira, gerador de vapor, ou gerador de recuperação do calor perdido- já que o vapor flash ocorre quando o condensado de alta pressão / alta temperatura é exposto à uma grande queda de pressão, como quando estiver saindo de um purgador.

Condensado de alta temperatura contém alta energia que não pode ser mantida em forma líquida sob uma pressão menor porque há mais energia que o requerido para manter água saturada a baixa pressão. O resultado é que parte da energia em excesso leva uma % do condensado ao vapor Flash.

Evaporação Flash Durante a Descarga do Condensado

Condensado descarregado para fora do orifício de um purgador, evapora parcialmente (evaporação flash) devido ao diferencial de pressão (ilustração).

O que causa o Vapor Flash?

Vapor flash ocorre porque o ponto de saturação da água varia de acordo com a pressão. Por exemplo, o ponto de saturação da água é 100 °C (212 °F) à pressão atmosférica, mas é 184 °C (323 °F) à 1,0 MPaG (145 psig).

Então o que acontece quando o condensado mantido sob a pressão de 184 °C (363 °F) é liberado para a atmosfera? O condensado contém muita energia (entalpia) para se manter inteiramente líquido, e uma parte da sua porção evapora, levando à queda da temperatura do condensado remanescente até a temperatura de saturação (i.e., 100 °C ou 212 °F se descarregado para atmosfera). Este fenômeno é conhecido como evaporação flash.

Em outras palavras, quando o condensado quente é descarregado para um ambiente de menor pressão, sua entalpia (energia total) se mantém o mesmo, mas seu ponto de saturação cai (a temperatura na qual o condensado consegue existir em ambos os estados líquido e gasoso). Para compensar a quantidade de energia em excesso, parte das moléculas de água absorve a energia excedente em forma de calor latente e evapora para formar o vapor.

Uma das primeiras coisas que vem à mente ao visualizar o vapor flash, é a nuvem de vapor que aparece na saída de um purgador sem subarrefecimento, aberta para a atmosfera. A nuvem de vapor é muitas vezes mal interpretada como vapor vivo, quando de fato, esta é simplesmente composta de condensado evaporado com finas gotículas de água em suspensão, gerada através da reevaporação do condensado quente sendo liberado para atmosfera.

Para uma explicação mais detalhada, favor ler o artigo: Será que o Meu Purgador Está Vazando Vapor Vivo?.

Calculando o % do Vapor Flash Gerado

O % do vapor flash gerado (taxa de vapor flash) pode ser calculado a partir de:

onde:

– hf1 = Entalpia Específica da Água Saturada na Entrada*
– hf2 = Entalpia Específica da Água Saturada na Saída
– hfg2 = Calor Latente do Vapor Saturado na Saída

* Em purgadores projetados para ter uma quantidade significante de subarrefecimento do condensado, o calor sensível do condensado na entrada do purgador pode ser significantemente menor do que quando utilizando valores de vapor saturado à pressão de entrada estimada.

Como visto nos exemplos abaixo, uma alta % de vapor flash é gerada quando o condensado é descarregado para a atmosfera (exemplo 1) , se comparado a quando o mesmo é descarregado para um sistema de retorno fechado (exemplo 2):

Unidades Métricas SI

Unidades Imperiais

Dica:
Use a Calculadora de Engenharia online da TLV (em espanhol) para cálculo rápido e preciso de:
Vapor flash gerado por condensado quente.
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Volume do Vapor Flash gerado

Vapor é muito menos denso que água, o que significa dizer que um pequeno aumento na porcentagem do vapor flash gerado, pode parecer um grande aumento de volume do vapor gerado. A animação abaixo mostra a diferença proporcional do vapor em relação ao condensado para os exemplos 1 e 2 (veja acima), quando aplicado para uma tubulação de retorno do condensado.

Vapor Flash em Tubulação de Recuperação do Condensado

Quanto maior a diferença da pressão, será maior a quantidade de vapor flash gerado na descarga.

Para compreender com maior detalhe, o volume específico do condensado a 100 °C (212 °F) é 0,00104 m3/kg (0,0167 ft3/lb), e o volume específico do vapor na atmosfera é 1,67 m3/kg (26,8 ft3/lb). Quando o condensado à alta temperatura e 1,0 MpaG (145 psig) é descarregado para pressão menor, tal como a atmosférica, 16,1% em massa do condensado se transforma em vapor. A razão volumétrica resultante pode ser contrastada conforme segue:

Calculando Relação de Flash para o Condensado (Métrico)
– Volume do Condensado: (1 – 16,1%) x 0,00104 m3/kg = 0,000873 m3/kg
– Volume do Vapor: 16,1% x 1,67 m3/kg = 0,269 m3/kg
– Relação de Flash para o Condensado: 0,269 m3/kg / 0,000873 m3/kg = 308:1

Calculando Relação de Flash para o Condensado (Imperial)

– Volume do Condensado: (1 – 16,1%) x 0,0167 ft3/lb = 0,0140 ft3/lb
– Volume do Vapor: 16,1% x 26,8 ft3/lb = 4,31 ft3/lb
– Relação de Flash para o Condensado: 4,31 ft3/lb / 0,0140 ft3/lb = 308:1

O que Fazer Com o Vapor Flash?

A nuvem de vapor formado por vapor flash é um subproduto natural da descarga do condensado. Já que o vapor flash é da mesma qualidade do vapor vivo, muitas vezes as instalações modernas tentam reutilizar quantidades significantes de vapor flash sempre que possível.

A reutilização do vapor flash gerado em um sistema de pressão mais alta, para utilizá-lo em um sistema de pressão mais baixa, pode permitir economia considerável da energia e ainda, melhorar o ambiente de trabalho fabril através da redução dos nuvens de vapores. Ao tentar implementar um sistema de gerenciamento do calor perdido, sistemas de recuperação do condensado e sistemas de recuperação do vapor flash são muitas vezes avaliadas em conjunto, como um par.

Exemplo do Sistema de Recuperação do Vapor Flash

O vapor flash vinda do sistema de pressão mais alta, é recuperado para dentro de um tanque de vaporização e reutilizado como vapor em um sistema de baixa pressão.