A injeção direta de vapor (DSI – Direct Steam Injection), como o próprio nome sugere, é a injeção de vapor diretamente no fluido de processo com o objetivo de aquece-lo, ocorrendo assim a mistura do fluido com o vapor.
Esse é um processo de aquecimento utilizado apenas em processos e fluidos cuja “contaminação” com vapor não seja um problema para a qualidade do produto final, como aquecimento de água de sanitização e de CIP. No entanto, há aplicações alimentícias que possibilitam essa aplicação através do uso de vapor nível culinário ou puro.
É uma solução principalmente aplicada quando há uma grande quantidade demanda de água quente ou quando há necessidade de elevada precisão no controle de temperatura.
Como Funciona
Na indústria é possível encontrar diversas formas de aplicação do vapor diretamente no processo, desde soluções “de casa” a sistemas mais engenheirados. Abaixo apresentaremos algumas dessas formas de aplicação.
Aspersores de Vapor
O sistema mais simples de injeção de vapor é por aspersores (inglês: sparger, ou popularmente chamado de “flauta”). Construtivamente, consiste basicamente em um tubo com pequenos furos que criam bolhas vapor.
O conceito de funcionamento dessa solução é gerar pequenas bolhas de vapor que trocarão calor com fluido durante seu trajeto de subida até a superfície.
As principais vantagens desse sistema são o custo consideravelmente reduzido e a instalação de fácil execução. Porém sua principal desvantagem é o não aproveitamento do calor total do vapor, pois, dependendo da pressão do vapor, do diâmetro dos orifícios do aspersor e de sua posição de instalação, muitas dessas bolhas não condensam, sendo assim perdidas para o ambiente.
Outras dificuldades que podemos citar para esse tipo de sistema são:
- Dificuldade no controle de temperatura
- Baixa eficiência
- Golpe de aríete e vibração
- Tempo elevado em processos de partida (início do aquecimento)
Adicionalmente, pela sua simplicidade construtiva, encontra-se muitas soluções caseiras instaladas por aí, diminuindo ainda mais a eficiência desse processo.
Tee Misturado
Essa solução consiste na utilização de um tee com 02 entradas: fluido quente e fluido a ser aquecido, e 01 saída: fluido aquecido, com a mistura dos fluidos ocorrendo no próprio elemento. Trata-se de um sistema bem simples e amplamente utilizado na construção civil para mistura de água quente e água fria.
Para aplicações industriais com vapor, é um sistema de difícil controle de temperatura, por variações de vazão e pressão do vapor e da água, e suscetível a golpes de aríete e incrustação pela água fria. No entanto, é uma solução de baixo custo de aquisição e instalação.
Sistema de Injeção tipo Venturi
Esses são sistemas mais sofisticados de injeção direta de vapor para aquecimento, no qual ocorre a injeção de vapor no fluido a ser aquecido através de um bocal cuja área de passagem é ajustada por um sistema de modulação interno.
Esse sistema de controle ajusta a vazão de vapor injetado o que garante um controle extremamente fino da temperatura de saída do fluido aquecido.
O vapor, ao passar pelo bocal localizado no ponto de contato entre o vapor e o fluido a ser aquecido, acelera e atinge altíssima velocidade, que garante o processo praticamente instantâneo de transferência de calor.
Para sistemas de aquecimento nos quais o controle de temperatura é de extrema importância, como água quente de sanitização em frigoríficos e indústrias alimentícias, essa é a melhor solução.
Hydro-Thermal
Obs.: Cabe aqui o comentário (se não a menção honrosa) de ejetores de vapor ou termocompressores. Esses são também dispositivos tipo venture, com operação e controle muito similares ao sistema apresentado acima, com a adição de um difusor. Porém, nesse caso, o objetivo do equipamento é o fluxo de determinado fluido através do uso de vapor ou outro gás como fluido motriz, e não o aquecimento, que é o tema desse post.
Embora pouco aplicado, a injeção direta de vapor para processo de aquecimento pode trazer diversos benefícios para a indústria, como redução do consumo de vapor e maior controle da temperatura do processo. O uso dessa tecnologia em conjunto com sistemas de filtragem de vapor, como filtros culinários, podem trazer economias consideráveis tanto de custo energético como de manutenção e parada de processo.
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