GERAÇÃO DE VAPOR: IMPORTÂNCIA DOS CONTROLES DOS INSUMOS

A aquisição e o uso de uma Caldeira ou Gerador de Vapor decorre sempre da necessidade de energia térmica em um processo de fabricação seja industrial ou não. Isto porque Hospitais, Hotéis, Motéis, Lavanderias, Clubes e outras atividades não industriais também usam vapor.

O dimensionamento inicial do gerador é baseado sempre na demanda dos equipamentos consumidores, simultaneidade de operação, previsões de crescimentos e fator de segurança (vide artigo Dimensionamento da Geração de Vapor). Nesta fase, muitos dados são estimativos e, o fator de segurança garante uma capacidade segura para atender as necessidades com folga.

O vapor é, portanto, um custo a ser considerado nestas atividades e, o controle do mesmo de forma eficaz é extremamente importante para a lucratividade do negócio.

Na Geração, os seguintes insumos principais e variáveis devem ser considerados para a obtenção do custo:

1. Água
2. Tratamento da Água
3. Combustível
4. Geração de Vapor

Porém, controles individualizados de cada um destes insumos não dizem absolutamente nada à não ser o quanto está sendo gasto. O mais importante é saber se o sistema está operando corretamente e eficientemente.

O objetivo deste artigo é esclarecer principalmente o dirigente da empresa sobre a importância e o uso adequado dos controles dos insumos e seus efeitos, de maneira simples e objetiva pois, a falta de compreensão ou desconhecimento leva muitas vezes a considerá-los como despesas quando na realidade, a análise dos controles mostra o comportamento do sistema resultando em economia e maior vida útil do sistema.

A primeira consideração é que, cada litro (kg) de água que entra no gerador se transforma em 1 kg de vapor. Este é um dado primordial para a análise de todos os demais insumos;

A. ÁGUA

A água de reposição (make-up) que alimenta o gerador deve ser tratada para eliminar impurezas e componentes que possam prejudicar a eficiência da troca térmica. Estas impurezas são separadas e eliminadas através da Descargas de Fundo (lodo) e Descargas de Superfície (Sais em suspensão - STD).

Temos, portanto, que:

1 kg água = (1 kg vapor – perdas nas descargas).

A instalação de um HIDRÔMETRO e TERMÔMETRO na alimentação do gerador (Reposição + Condensado Retornado) vai permitir o controle deste insumo dando o primeiro indicativo de quanto vapor está sendo produzido deduzindo-se as perdas. Deve-se considerar aqui a água removida intencionalmente para controlar os sólidos totais dissolvidos (STD) através da Válvulas de Descarga de Fundo e Superfície. Estas perdas situam-se aproximadamente em 3% da geração de vapor, mas, dependendo da qualidade da água, este valor pode ser mais elevado.

B. TRATAMENTO DA ÁGUA

O condensado resultante dos processos deve sempre ser retornado para o tanque de água de alimentação do gerador por 2 motivos:

Motivo 1:

• Otimiza o tratamento químico pois é água limpa já tratada. Quanto mais condensado retornar, menos água de make-up (reposição) será necessária, reduzindo o custo do tratamento e de água.
• Auxilia no ajuste das taxas de purga, alinhando-as ao volume real de água de reposição que entra no sistema.

A empresa que efetua o tratamento da água calcula a dosagem de produtos de acordo com a quantidade de água de make-up que varia de acordo com a quantidade de condensado retornado e, também determina qual a quantidade de água a ser eliminada pelas purgas.

Motivo 2:

• É água quente, contém ainda uma parcela considerável de energia (Calor Sensível). Quanto mais condensado retornar, menos combustível será necessário para produzir vapor. Reduzindo o consumo!
• Para cada 6°C de aumento na temperatura da água de alimentação ocorre uma economia de 1% de combustível.

O controle do consumo de água requer a instalação de um conjunto HIDROMETRO e TERMÔMETRO na entrada da água de reposição (make-up) do gerador.

A diferença entre os 2 HIDRÔMETROS (Alimentação - Reposição) é a quantidade de condensado retornada. Entretanto, para fechar o Balanço Energético do sistema, um conjunto HIDRÔMETRO e TERMÔMETRO deverá também ser instalado na tubulação de condensado conferindo se não apresenta algum desvio por perdas.

C. COMBUSTÍVEL

O combustível é a maior despesa operacional na geração de vapor.

A medição do seu consumo monitora a eficiência da conversão de energia e detecta degradação mecânica ou perdas de calor. Quando o consumo de combustível e a produção de vapor são medidos em conjunto, obtém-se a eficiência térmica global (combustível-vapor) e o consumo específico de combustível (quanto combustível é necessário para gerar vapor).

A medição de combustíveis Líquidos ou Gasosos é efetuada com equipamentos disponíveis no mercado e, instalados nas tubulações de alimentação dos queimadores.

Para o uso de eletricidade, a medição também é muito simples.

Para BIOMASSA (Lenha, Cavaco, Bagaço de Cana, Casca de Arroz, etc...) que são atualmente os combustíveis mais procurados por questões de preço, a medição nem sempre é feita de modo adequado para fornecer valores confiáveis. Normalmente são vendidos / fornecidos por m³ (Volume) o que pode variar drasticamente devido a fatores como formato, umidade, compactação e granulometria, o que impossibilita o cálculo exato de energia real que entra no sistema.

A medição em Volume na biomassa é enganosa devido às seguintes considerações:

• Efeito da Umidade: Pode absorver ou perder muita água. Dois (2) metros cúbicos de cavaco de madeira podem ter o mesmo volume, mas se um estiver úmido e o outro seco, o úmido pesará muito mais (e renderá muito menos energia por quilo).
• Granulometria e Espaços Vazios (Densidade Aparente): O tamanho e o formato dos pedaços de biomassa mudam a quantidade de "ar" que fica preso entre eles. Formatos irregulares criam grandes vazios no mesmo espaço volumétrico, enquanto materiais mais finos se compactam mais.
• Compactação: O material no fundo de um silo ou caminhão é compactado pelo próprio peso, reduzindo o volume ocupado, mas mantendo a mesma massa.

Medir em Peso garante a precisão do Balanço Energético e a Eficiência Operacional!

Vantagens da medição em Peso (Biomassa)

O controle ideal do consumo da BIOMASSA é através de seu peso. Não é o modo mais simples ou fácil, mas, é o modo correto para um controle eficiente e preciso.

D. GERAÇÃO DE VAPOR

A instalação de um medidor de vazão de vapor permite monitorar a eficiência energética, calcular a vazão, alocar custos de produção, estabelecer parâmetros de referência para o consumo de combustível e identificar vazamentos de vapor ocultos ou perdas na distribuição.

Ao comparar essa produção de energia com o consumo de combustível e a entrada de água de alimentação, é possível calcular a eficiência térmica em tempo real além de identificar vazamentos e desperdícios de vapor da combustão do combustível.

RESUMO

As vantagens obtidas com as medições e controles indicados acima, são:

• Reduzir o custo do Tratamento da Água;
• Detectar perdas de Água/Energia no sistema;
• Adequar e reduzir a quantidade de Água eliminada/Energia nas descargas de Fundo e Superfície;
• Economizar combustível com o retorno de Condensado.

O esquema abaixo indica os pontos de instalação dos medidores de vazão e termômetros onde, tanto pode-se avaliar o BALANÇO de MASSA quanto o BALANÇO DE ENERGIA.

MEDIÇÕES RECOMENDADAS – GERAÇÃO DE VAPOR

BALANÇO DE MASSA:

A + B = C - Quantidade de Água que entra no Gerador (l/h ou kg/h)
C – F = E - Produção de Vapor (kg/h)

BALANÇO DE ENERGIA:

Obs.: O calor específico da água é = 1 kcal/kg/°C (Água a 20°C = 20 kcal/litro ou kg). Por este motivo, opta-se por instalar TERMÔMETROS para poder efetuar o Balanço Energético em kcal.

(H₁ x T₁) + (H₂ x T₂) = H₃ x T₃ (kcal/h)
Peso ou Volume x PCI = kcal / h
(H₃ x T₃) x D = kg/h

Um fato à ser considerado é que, o Medidor de Vazão para Vapor é o instrumento de maior valor nesta montagem e, dependendo do tamanho do Gerador e da instalação, pode tornar-se inviável seu uso. No entanto, a medição do vapor pode ser efetuada com a locação temporária do Medidor ou ainda, pode-se calcular teoricamente as perdas da água eliminada nas descargas onde a equação muda para:

C + F = E - Produção de Vapor (kg/h)

O fundamental sempre é medir e controlar os insumos para poder avaliar a eficiência e o rendimento do sistema, obtendo-se economia e aumento de rentabilidade!

Consulte em nosso site assuntos correlatos a este informativo:

• Dimensionamento da Geração de Vapor;
• Economia de Energia em Instalações de Vapor;
• Redução de Perdas e Aumento de Eficiência nas Descargas de Fundo de Caldeiras;
• Medição de Vazão – Gerenciando o Sistema de Vapor.

UTILIZAR VAPOR É SIMPLES.
UTILIZAR VAPOR COM MÁXIMA EFICIÊNCIA E MENOR CUSTO É A ESPECIALIDADE DA