O problema do golpe de aríete
Um trocador de calor de PTFE operando com vapor de 4 barg de repente experimenta fortes batidas na linha de retorno de condensado. Os tubos flexíveis de PTFE estremecem. Ao longo de semanas, as batidas se repetem com frequência crescente. Eventualmente, um tubo desenvolve um vazamento em uma braçadeira de suporte, fatigado por choques hidráulicos repetidos.
O golpe de aríete em sistemas de vapor não é um ruído incômodo. É um pico de pressão que atinge centenas de psi, viajando em velocidade sônica através de tubulações cheias de-condensado. A tubulação de PTFE, flexível e resiliente, resiste melhor a esses choques do que o metal rígido. Mas eventos repetidos de martelo acumulam danos por fadiga em pontos de concentração de tensão -braçadeiras, acessórios e conexões múltiplas.
A causa raiz está no purgador de vapor. O tipo de purgador errado ou um purgador de tamanho correto e instalado incorretamente retém o condensado na bobina de PTFE. Quando esse jato de condensado é subitamente impulsionado pelo vapor que entra, ocorre o golpe de aríete.
Como os purgadores de vapor afetam o desempenho do trocador de calor PTFE
Um purgador de vapor tem uma função: descarregar o condensado enquanto retém o vapor vivo. A execução desta função determina se o trocador de calor PTFE opera de forma eficiente ou destrutiva.
O acúmulo de condensado dentro dos tubos de PTFE cria dois problemas. Primeiro, cobre a superfície de transferência de calor. A seção do tubo cheia de condensado transfere muito menos calor do que a seção cheia de vapor. A área de superfície efetiva diminui. O controlador de temperatura do banho abre ainda mais a válvula de vapor para compensar, aumentando a pressão e a velocidade do vapor.
Em segundo lugar, o condensado acumulado forma uma pasta. Quando a pressão do vapor aumenta atrás do cartucho, ele acelera rapidamente. Na primeira curva ou restrição, a lesma para. A energia cinética se converte em um pico de pressão. Isto é golpe de aríete. Nos sistemas de PTFE, a ponta tensiona as paredes do tubo e os pontos de suporte.
Tabela 1: Adequação do tipo de purgador de vapor para serviço de trocador de calor PTFE
| Tipo de armadilha | Resposta à mudança de carga | Capacidade de ventilação de ar | Risco de golpe de aríete | Adequação para bobinas de PTFE |
|---|---|---|---|---|
| Termodinâmico (disco) | Ruim (descarga cíclica) | Pobre | Alto (descarga intermitente) | Não recomendado |
| Termostática (pressão equilibrada) | Bom (contínuo) | Excelente | Baixo | Adequado para bobinas pequenas |
| Flutuante e Termostático | Excelente (contínuo, modulante) | Excelente (ventilação de ar separada) | Muito baixo | A melhor escolha para todas as aplicações de PTFE |
| Balde Invertido | Moderado | Requer ventilação de ar separada | Moderado (intermitente) | Aceitável com ventilação de ar adequada |
Adequação baseada nas características de drenagem de condensado e experiência de campo com trocadores de calor de imersão em PTFE.
A lógica de seleção de armadilhas
Os purgadores flutuantes e termostáticos proporcionam a drenagem de condensado mais estável para trocadores de calor de PTFE. O mecanismo flutuante abre a válvula de descarga proporcionalmente ao fluxo de condensado. Não há ciclagem, nem descarga intermitente de slug, nem golpe de aríete. A ventilação termostática-incorporada remove automaticamente gases não-condensáveis que, de outra forma, cobririam a superfície de transferência de calor.
As armadilhas termodinâmicas são as menos adequadas. Eles operam em um ciclo instantâneo-de ação aberta-fechada. O condensado se acumula até que o purgador se abra e depois é descarregado rapidamente. O fluxo intermitente promove golpe de aríete. A partida a frio gera grandes cargas de condensado que os purgadores termodinâmicos não conseguem suportar suavemente.
Os purgadores de balde invertido são amplamente utilizados em sistemas de vapor em geral, mas requerem aplicação cuidadosa em serpentinas de PTFE. Eles descarregam de forma intermitente. Uma ventilação de ar separada é essencial para evitar a obstrução do ar. Sem ele, o ar se acumula na serpentina, bloqueando a entrada do vapor, e o purgador não abre.
Detalhes de instalação que evitam problemas
Até mesmo o tipo correto de purgador falha se for mal instalado. O purgador deve estar localizado abaixo da saída de condensado mais baixa da bobina de PTFE. A drenagem por gravidade da bobina até o sifão é essencial. Um sifão montado acima da saída da serpentina permite que o condensado se acumule na tubulação.
Um filtro a montante do purgador evita que detritos ou incrustações de PTFE emperrem o mecanismo. Um visor a jusante do purgador permite a verificação visual do fluxo de condensado. Uma válvula de retenção na linha de retorno de condensado evita o refluxo quando múltiplas bobinas compartilham um coletor de retorno comum.
Para bobinas de PTFE com múltiplas passagens de tubo, cada passagem deve drenar individualmente para um coletor de condensado comum e depois para o purgador. A distribuição de entradas de vapor e saídas de condensado reduz o risco de inundação de uma passagem enquanto outra flui livremente.
Resumo
A especificação correta do purgador de vapor evita golpe de aríete em sistemas de condensado de trocadores de calor de PTFE. Os purgadores flutuantes e termostáticos proporcionam a drenagem de condensado mais suave e estável, com descarga modulante contínua e ventilação de ar-incorporada. Os purgadores termodinâmicos devem ser evitados devido à descarga cíclica e ao risco de golpe de aríete.
A instalação adequada abaixo da saída da bobina, com filtro, visor e válvula de retenção, garante que o purgador corretamente especificado funcione conforme projetado. As bobinas-de passagem múltipla exigem drenagem de passagem individual para evitar inundação de condensado.
As recomendações de engenharia para a seleção do purgador de vapor do trocador de calor PTFE estão disponíveis mediante o envio da pressão do vapor, configuração da serpentina, carga de condensado e detalhes do sistema de retorno de condensado existente.
