Noções básicas sobre vapor: vapor sobreaquecido
O vapor sobreaquecido é a combinação perfeita para aplicações como secagem, limpeza ou cura. Descubra hoje as suas vantagens e torne-se um especialista em vapor.
O vapor sobreaquecido é outro tipo de vapor, como o vapor saturado ou insaturado. Este tipo de vapor é obtido ao aquecer o vapor além do ponto de ebulição. Como resultado, a temperatura do vapor é superior (a densidade é inferior). Este tipo de vapor é utilizado principalmente para a geração de energia e em turbinas a vapor.
Na prática, o vapor saturado nunca é 100% seco. Normalmente, contém 3% a 5% de humidade, o que o torna num risco de menor eficiência de transferência de calor ou mesmo de corrosão do tubo. Este nível de humidade é muito reduzido. Como tal, é a combinação perfeita para aplicações como secagem, limpeza ou cura.
Vapor sobreaquecido em comparação com vapor saturado: qual é a diferença?
Quando aquece vapor saturado além do ponto de ebulição, obtém vapor sobreaquecido. Durante esse processo, separa o vapor das restantes gotas de água. Por isso, existem algumas diferenças entre vapor sobreaquecido e saturado.
Relação entre pressão/temperatura
Ao contrário do vapor saturado, o vapor sobreaquecido não tem uma relação direta entre a pressão e a temperatura. Isto significa que pode existir vapor sobreaquecido num grande intervalo de temperaturas. Normalmente, é especificado pela pressão e um grau de sobreaquecimento (o grau acima da temperatura do vapor saturado).
Baixar a temperatura
Em comparação com o vapor saturado, o vapor sobreaquecido também tem uma densidade mais baixa. Baixar a temperatura do vapor saturado irá revertê-lo ao seu estado líquido, incluindo gotas de água. Não é o caso do vapor sobreaquecido.
Utilização em aplicações
Consoante a aplicação, necessitará de um tipo de vapor diferente. Esta tabela fornece-lhe uma visão geral rápida do tipo de vapor preferido para cada aplicação. Mas há algumas nuances, claro! Pode ler mais sobre elas neste artigo.
Aplicação |
Vapor saturado |
Vapor sobreaquecido |
Aquecimento |
V |
|
Esterilização |
V |
X |
Secagem |
|
V |
Decapagem |
|
V |
Limpeza |
X |
V |
Higienização |
|
V |
Catalisação (reformação de vapor) |
|
V |
Como é que pode criar vapor sobreaquecido?
O vapor sobreaquecido é obtido quando o vapor saturado sai do tambor da caldeira para uma área de aquecimento secundária chamada sobreaquecedor. É o aquecimento secundário que transforma o vapor saturado em vapor sobreaquecido. A coexistência de vapor sobreaquecido e água não é possível simplesmente porque o calor fará evaporar a água. Portanto, o vapor sobreaquecido tem de ser criado fora do tambor principal da caldeira.
O vapor sobreaquecido é criado em várias fases
Vantagens e desvantagens do vapor sobreaquecido
Já mencionámos que há falta de humidade no vapor sobreaquecido. Isso é importante por algumas razões:
- A falta de humidade aumenta a eficiência da caldeira.
- Reduz as hipóteses de corrosão ou de ocorrência de golpes de aríete.
Além disso, o vapor sobreaquecido tem outros benefícios:
- Temperatura elevada a uma pressão normal
- Como pode atingir temperaturas elevadas sem aplicar alta pressão, a tubagem pode ser simples. Podem ser atingidas temperaturas elevadas, independentemente das especificações do reservatório de pressão ou da caldeira.
- Condutividade térmica extremamente elevada
- O vapor sobreaquecido proporciona uma condutividade térmica extremamente elevada em comparação com o ar quente. Por isso, tem uma elevada capacidade térmica por volume de unidade.
- Condições de baixo teor de oxigénio
- O vapor sobreaquecido é um gás com baixos níveis de oxigénio, o que evita a oxidação de pontos aquecidos e reduz a possibilidade de incêndios ou explosões.
O que é a corrosão ao gerar vapor?
Quando o vapor evapora do tambor da caldeira, deixa algumas impurezas, e quando o vapor está húmido, as gotas de água dissolvem-se nessas impurezas. Consequentemente, as impurezas são transportadas para a rede de vapor e para o equipamento. Esses condensados podem causar danos devido a erosão ou corrosão carbónica.
O que é um golpe de aríete?
O golpe de aríete é o fenómeno em que o líquido em movimento provoca uma onda ou oscilação de pressão. Também é conhecido como choque hidráulico. No caso do vapor: um pedaço de condensado que viaja a alta velocidade que atinge a tubulação. Pode causar diferentes problemas, desde ruído e vibração até rutura ou colapso do tubo. Existem meios para evitar ou reduzir estes efeitos, como utilizar o vapor certo para cada aplicação e utilizar válvulas de descarga, entre outros.
Há também algumas desvantagens do vapor sobreaquecido, se pretender utilizá-lo para aquecimento:
- Coeficiente de transferência de calor baixo
- Isto resulta numa produtividade reduzida e na necessidade de uma maior área de superfície de transferência de calor.
- Temperatura de vapor variável, mesmo a pressões constantes
- O vapor sobreaquecido tem de manter uma velocidade elevada. Se isso não acontecer, as temperaturas baixam à medida que o calor é perdido.
- Calor sensível utilizado para transferir calor
- Isto significa que, quando a temperatura desce, pode ter um impacto negativo na qualidade do produto.
- As temperaturas podem ser extremamente elevadas
- Não necessita de tubagens especiais, porque o vapor sobreaquecido funciona à pressão normal. No entanto, como as temperaturas podem ser extremamente elevadas, poderá necessitar de materiais de construção mais fortes e isso exige gastos iniciais mais elevados com o equipamento.
O que é o coeficiente de transferência de calor?
Utilizamos o coeficiente de transferência de calor para calcular a forma como o calor é transferido. Anteriormente escrevemos: "Um coeficiente elevado de transferência de calor exige uma pequena superfície de calor, o que resulta numa redução do equipamento inicial". Uma vez que mais água evaporou e se transformou em vapor saturado, o vapor também absorveu mais calor latente. Consequentemente, há mais calor contido na mesma massa. E, como tal, tem a capacidade de obter mais resultados.
Conclusão
- O vapor sobreaquecido é um vapor que é aquecido além do ponto de ebulição.
- O vapor sobreaquecido tem uma temperatura mais elevada e uma densidade mais baixa.
- É utilizado principalmente para geração de energia elétrica e em turbinas a vapor, o que o torna uma combinação perfeita para aplicações como secagem, limpeza ou cura. No entanto, não pode ser utilizado para esterilização.
- O vapor sobreaquecido não contém humidade. Isto faz com que seja uma boa abordagem para processos que não permitem qualquer humidade. Além disso, reduz as hipóteses de corrosão ou de golpe de aríete.
- Não existe uma relação direta entre pressão e temperatura. Como tal, ao contrário do vapor saturado, pode existir vapor sobreaquecido a uma grande variedade de temperaturas.
- O grau de sobreaquecimento é o grau acima da temperatura saturada do vapor.
- Baixar a temperatura do vapor sobreaquecido não resultará na reversão para um estado líquido como no caso do vapor saturado.
Os 3 principais benefícios do vapor sobreaquecido são:
- Temperaturas elevadas à pressão normal: isto significa que pode utilizar tubagens simples.
- Condutividade térmica extremamente elevada em comparação com o ar quente devido à elevada capacidade por volume de unidade.
- Condições de baixo teor de oxigénio: prevenção da oxidação e redução da possibilidade de incêndios ou explosões
