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Vapor úmido vs. Vapor seco: A importância do fator de secura do vapor

Você sabia que as caldeiras não geram vapor 100% saturado (vapor seco)? Quando uma caldeira de vapor ferve a água, as bolhas de ar que se rompem ao atingir a superfície, irão carregar pequenas gotas de água junto com o vapor. Ao menos que um superaquecedor seja utilizado, isto irá fazer com que o vapor fornecido torne-se parcialmente úmido (vapor úmido) através do líquido adicionado.

Fator de secura do vapor

O fator de secura do vapor é usado para quantificar o teor de água contido no vapor. Se o vapor contém 10% de água em massa, isto quer dizer que 90% é seco, ou que o seu fator de secura é 0,9.

A secura do vapor é importante porque este tem um efeito direto sobre a quantidade total de energia transferível contida no vapor (geralmente somente o calor latente), o que afeta a eficiência e qualidade de aquecimento.

Por exemplo, um vapor saturado (100% seco) possui 100% do calor latente disponível naquela pressão. A água saturada, na qual não possui calor latente e portanto 0% de secura, só possui calor sensível.

Secura do vapor=100% – [% da água contida] (em massa)

Calculando o aquecimento total de vapor úmido

Tabela de vapor contém valores como a entalpia (h), volume específico (v), entropia (s), etc. para o vapor saturado (100% seco) e para a água saturada (0% de secura), mas não para o vapor úmido.

Estes podem ser calculados simplesmente levando em consideração a fração de vapor em relação a água, conforme descrito pelas equações abaixo:

Volume específico (v) do vapor úmido
ν = X • νg + (1 – X) • νf

onde:
– X = % de secura (% / 100)
– νf = volume específico da água saturada
– νg = volume específico do vapor saurado

Entalpia específica (h) do vapor úmido

h = hf + X • hfg

onde:
– X = % de secura (% / 100)
– hf = Entalpia específica da água saturada
– hfg = Entalpia específica do vapor saturado – Entalpia específica da água saturada

Entropia específica (s) do vapor úmido

s = sf + X • sfg

onde:
– X = % de secura (% / 100)
– sf = Entropia específica da água saturadar
– sfg = Entropia específica do vapor saturado – Entropia específica da água saturada

Quanto mais úmido for o vapor, menor serão o volume específico e a entropia porque o percentual de secura é um dos fatores para conseguir a condição 100%. Como a secura de vapor tem um efeito significante sobre todos estes valores, o fornecimento de vapor quanto mais próximo da condição 100% seca é crucial para se conseguir uma maior eficiência no aquecimento.

A relação entre secura de vapor e entalpia

Como a quantidade de água contida no vapor aumenta, o calor latente diminui, reduzindo o calor transferido do vapor para o prcoesso/produto em aquecimento.

Secura do vapor reduzida durante o transporte

Durante o transporte, a perda de calor por radiação da tubulação faz com que parte do vapor perca seu calor latente e volte a ser água, reduzindo a secura do vapor.

Gotas de água contidas no vapor

Medidas corretas devem ser tomadas para descarregar todo o condensado de dentro da tubulação de vapor, inclusive as gotas de água que entram junto com o fluxo de vapor.

O vapor úmido não só afeta a eficiência de transferência térmica, mas também pode causar erosão da tubulação e equipamentos críticos tais como as hélices das turbinas, portanto é altamente recomendado tomar medidas preventivas como o uso de de separador de vapor para remover o condensado contido e também seguir as recomendações escritas nestes artigos:

– Melhores Práticas para Remoção do Condensado nas Linhas de Vapor
– Erosão na Tubulação do Condensado e Vapor

Dica:

É possível a secura do vapor ser maior que 100%? Pode parecer que não, mas na verdade pode. Quando a secura do vapor for acima de 100%, este é conhecido como vapor superaquecido. Este tipo de vapor é criado adicionando-se o calor acima do limite do vapor saturado. O calor adicionado eleva a temperatura do vapor acima do seu ponto de saturação, permitindo que a quantidade de superaquecimento seja facilmente determinado medindo a sua temperatura.

Ir para a Tabela de vapor superaquecido da TLV