O vapor de água vem de uma longa história, associado inicialmente às locomotivas e a revolução industrial, como meio de geração, transporte e utilização de energia. Atualmente, o vapor é parte integral e fundamental da tecnologia e indústria moderna. Sem ele, nossas indústrias alimentícia, têxtil, química, farmacêutica, de potência e tantas outras não poderiam existir o fazer o que fazem.
Por diversas razões o vapor é amplamente utilizado. Dentre elas, por seu insumo (água) ser de fácil acesso e relativamente barato, não agressivo à saúde e ao meio ambiente e por fornece uma forma de transporte segura e controlável de energia.
O vapor é formado a partir da água, que recebe calor e muda de fase (evaporação). Dependendo da pressão da caldeira, a água vai evaporar a determinada temperatura para formar o vapor, denominado saturado. Quanto maior a pressão, mais elevada será a temperatura. Esse calor recebido pelo vapor será transportado até o ponto de uso e transferido para este, através, geralmente, da condensação do vapor.
Gráfico 1: Gráfico PxV sem escala
O vapor saturado tem a grande vantagem de manter a temperatura constante durante o processo de condensação, quando mantido à pressão constante. Para processos sensíveis à variação de temperatura, o vapor é a melhor solução, pois em seu processo de condensação, não há gradientes de temperatura. Dessa forma, a pressão controla indiretamente a temperatura dos processos. Por essa razão às vezes se faz necessário reduzir a pressão do vapor no ponto de aplicação.
Válvula de controle com atuador pneumático Spirax Sarco
Em virtude da grande capacidade de acúmulo de energia e de seu volume reduzido, que diminui com o aumento da pressão, como pode ser visto também no gráfico 1 acima, o transporte do vapor também é muito fácil. Com tubulações de diâmetro relativamente reduzido é possível transportar grandes quantidades de energia. Outra vantagem é de não ser necessária a aplicação de bombas para transportar o vapor até o ponto de aplicação, pois esse flui de um ponto a outro por diferença de pressão.
Na indústria, o vapor pode ser utilizados em processos de aquecimento direto (contato físico com a matéria a ser aquecida) ou indireto (com a utilização de trocadores de calor), movimentação (força motriz) e limpeza e esterilização.
Vapor para Aquecimento
Nesse tipo de aplicação, o calor carregado pelo vapor é transferido ao produto “frio” por trocadores de calor ou por injeção direta do vapor no produto. É um tipo de aplicação muito utilizado em indústrias alimentícias, química e automotiva.
Esquema de instalação de um trocador casco-tubo
Vapor para Movimentação
Para movimentação e como fonte de força motriz, o vapor é normalmente utilizado em turbinas à vapor para geração de energia elétrica. Nesse caso utiliza-se vapor super aquecido para evitar danos às aletas das turbinas pela formação de condensado (golpe de aríete).
Outras aplicação para movimentação é a utilização de vapor como força motriz de bombas e compressores, acionados por turbinas à vapor.
Esquema de utilização de vapor para geração de trabalho
Apenas curiosidade, o ciclo termodinâmico que modela esses sistema é o ciclo Rankine.
Vapor para Limpeza e Esterilização
Para o processo de esterilização utiliza-se o vapor seco saturado. Devido à alta temperatura do vapor e sua umidade (saturado), quando em contato com uma superfície mais fria, condensa, libera calor, penetra em materiais porosos e possibilita a coagulação das proteínas dos micro organismos.
Para esse processo, deve-se atentar para a qualidade da água utilizada pela caldeira, que deve estar livre de contaminantes que possam interferir no processo.
Além de aplicações industriais, o vapor também é amplamente utilizado em lavanderias, hospitais, cozinhas, secagem, engomagem e outros.
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A ideia é só passar uma visão geral do uso de vapor na indústria. Dúvidas e comentários, deixe uma mensagem abaixo ou entre em contato: contato@togawaengenharia.com.br.
