Que bomba de vácuo pode ser usada ao processar vapores?
Quando os vapores devem ser bombeados, além dos fatores pressão de trabalho e velocidade de bombeamento, é acrescentado um terceiro fator determinante, a pressão parcial de vapor, que pode variar consideravelmente durante um processo. Esse fator é decisivo na determinação do arranjo de bombeamento a ser instalado. A este respeito, os condensadores são adjuntos muito importantes para bombas de deslocamento rotativo. Eles têm uma velocidade de bombeamento particularmente alta ao bombear vapores. Essa página abrange o bombeamento de vapor de água (o caso mais frequente). As considerações se aplicam de forma semelhante a outros vapores não agressivos.
Bombeamento de vapor de água
O vapor de água é frequentemente removido por bombas que operam com água ou vapor como um fluido de bomba, por exemplo, bombas de anel de água ou bombas ejetoras de vapor. Isso depende consideravelmente das circunstâncias, no entanto, porque a economia das bombas ejetoras de vapor a baixas pressões geralmente é muito inferior à das bombas mecânicas. Para bombear uma mistura vapor-gás em que a porção de vapor é grande, mas a porção de ar é pequena, o vapor pode ser bombeado por condensadores e gases permanentes, por bombas mecânicas relativamente pequenas que operam com lastro de gás.
Comparativamente, então, um conjunto de bombas que consiste em uma bomba tipo roots, condensador e bomba de apoio, que pode transportar 100kg (220 lbs)/h de vapor e 18 kg (39 lbs)/h de ar a uma pressão de entrada de 50 mbar, tem um requisito de potência de 4 – 10 kW (dependendo da quantidade de ar envolvida). Uma bomba ejetora de vapor com o mesmo desempenho requer cerca de 60 kW sem alterar a quantidade de ar envolvida. Para o bombeamento de vapor de água, bombas de lastro de gás e combinações de bombas de lastro de gás, bombas tipo roots e condensadores são especialmente adequados.
Bombeamento de vapor de água com bombas de lastro de gás
A relação entre a pressão parcial de vapor pv e a pressão parcial de ar pp é decisiva na avaliação da disposição correta das bombas de lastro de gás, como anteriormente demonstrado pelas equações 2.2 e 2.3. Portanto, se a tolerância a vapor de água da bomba de lastro de gás for conhecida, gráficos podem ser obtidos para indicar claramente o uso correto das bombas de lastro de gás para bombeamento de vapor de água (consulte a Fig. 2.73). As grandes bombas de palheta rotativa de estágio único têm, em geral, uma temperatura operacional de cerca de (60 a 80 °C) e, portanto, uma tolerância a vapor de água de cerca de 40-60 mbar. Esse valor é usado para determinar as diferentes regiões de operação na Fig. 2.73. Além disso, assume-se que a pressão na porta de saída de descarga da bomba de lastro de gás pode aumentar até um máximo de 1330 mbar até que a válvula de saída de descarga se abra.
Fig. 2.73 Áreas de aplicação para bombas de lastro de gás e condensadores bombeando vapor de água (sem GB = sem lastro de gás)
Região A: Bombas de palheta rotativa de estágio único sem entrada de lastro de gás.
A uma pressão de vapor de saturação pS de 419 mbar a 77 °C (170 °F), de acordo com a equação 2.2, a exigência é dada a que pv < 0,46 pp, onde
pv é a pressão parcial do vapor de água
pp é a pressão parcial do ar
pv + pp = ptot pressão total
Este requisito é válido em toda a área de trabalho da bomba de palheta rotativa de estágio único – portanto, em pressões totais entre 10-1 e 1013 mbar
Região B: Bombas de palheta rotativa de estágio único com lastro de gás e um condensador de entrada.
Nesta região, a pressão do vapor de água excede a pressão parcial admissível na entrada. A bomba de lastro de gás deve, portanto, ter um condensador inserido na entrada, o que é classificado de modo que a pressão parcial do vapor de água na porta de entrada da bomba de palheta rotativa não exceda o valor admissível. As dimensões corretas do condensador são selecionadas dependendo da quantidade de vapor de água envolvida. A uma tolerância a vapor de água de 60 mbar, o limite inferior desta região é
pv > 6O + 0,46 pp mbar
Região C: Bombas de palheta rotativa de estágio único com lastro de gás
O limite inferior da região C é caraterizado pelo limite inferior da região de trabalho desta bomba. Encontra-se, portanto, em cerca de ptot = 1 mbar. Se grandes quantidades de vapor surgirem nessa região, geralmente é mais econômico inserir um condensador: 44 lbs (20 kg) de vapor a 28 mbar resulta em um volume de cerca de 1000 m3. Não é sensato bombear este volume com uma bomba de apoio. Como regra geral:
Um condensador deve ser sempre inserido na entrada da bomba se o vapor de água saturado surgir durante um período considerável.
Como precaução, portanto, uma bomba tipo roots sempre deve ser inserida na frente do condensador em baixas pressões de entrada, para que a capacidade de condensação seja essencialmente aumentada. A capacidade de condensação não depende apenas da pressão do vapor, mas também da temperatura do refrigerante. Em baixas pressões de vapor, portanto, a condensação efetiva somente pode ser obtida se a temperatura do refrigerante for correspondentemente baixa. Em pressões de vapor abaixo de 6,5 mbar, por exemplo, a inserção de um condensador é sensível somente se a temperatura do refrigerante for inferior a 0 °C (32 °F). Muitas vezes, a baixas pressões, uma mistura de gás/vapor é bombeada com vapor de água não saturado (para mais informações, consulte a página sobre condensadores. Em geral, então, pode-se dispensar com o condensador.
Região D: Bombas de palheta rotativa de dois estágios, bombas tipo roots e bombas ejetoras de vapor, sempre de acordo com a pressão total envolvida no processo
Deve-se observar novamente que a tolerância a vapor de água das bombas de lastro de gás de dois estágios é frequentemente menor do que a das bombas de estágio único correspondentes.
Bombeamento de vapor de água com bombas do tipo roots
Normalmente, as bombas tipo roots não são tão econômicas como as bombas de lastro de gás para operação contínua em pressões superiores a 40 mbar. Operar a bomba tipo roots com um conversor de frequência, limitando assim a velocidade da bomba em pressões mais rigorosas, no entanto, o consumo específico de energia é, de fato, mais favorável. Se as bombas tipo roots forem instaladas para bombear vapores, como no caso das bombas de lastro de gás, pode ser fornecida uma tabela que inclua todos os casos possíveis (consulte a Fig. 2.74).
Fig. 2.74 Áreas de aplicação para bombas tipo roots e condensadores bombeando vapor de água (sem GB = sem lastro de gás)
Região A: Uma bomba tipo roots com uma bomba de palheta rotativa de estágio único sem lastro de gás.
Como há apenas uma compressão entre a bomba tipo roots e a bomba de palheta rotativa, o seguinte também se aplica aqui:
pv < 0,46 pp
O requisito é válido em toda a região de trabalho da combinação de bombas e, portanto, para pressões totais entre 10-2 e 40 mbar (ou 1013 mbar para bombas tipo roots com uma linha de derivação ou acionamento do conversor de frequência).
Região B: Um condensador principal, uma bomba tipo roots com uma linha de derivação ou um conversor de frequência, um condensador intermediário e uma bomba de lastro de gás.
Esta combinação é econômica somente se grandes quantidades de vapor de água forem bombeadas continuamente em pressões de entrada acima de cerca de 40 mbar. O tamanho do condensador principal depende da quantidade de vapor envolvido. O condensador intermédio deve diminuir a pressão parcial de vapor abaixo de 60 mbar. Assim, a bomba de lastro de gás deve ser grande o suficiente apenas para evitar que a pressão parcial do ar atrás do condensador intermédio exceda um determinado valor; por exemplo, se a pressão total atrás da bomba tipo roots (que é sempre igual à pressão total atrás do condensador intermédio) for de 133 mbar, a bomba de lastro de gás deve bombear pelo menos uma pressão de ar parcial de 73 mbar, a quantidade de ar transportada para ela pela bomba tipo roots. Caso contrário, ele deve absorver mais vapor de água do que pode tolerar. Este é um requisito básico: o uso de bombas de lastro de gás só é recomendável se o ar também for bombeado!
Com um reservatório idealmente livre de vazamentos, a bomba de lastro de gás deve ser isolada após a pressão de operação necessária ser atingida e o bombeamento continuado apenas com o condensador. A página sobre condensadores explica a melhor combinação possível de bombas e condensadores
Região C: Bomba tipo roots, condensador intermediário e bomba de lastro de gás.
O limite inferior da pressão parcial do vapor de água é determinado através da taxa de compressão da bomba tipo roots na pressão de apoio, que é determinada pela pressão do vapor de saturação da água condensada. Além disso, nesta região, o condensador intermédio deve ser capaz de reduzir a pressão parcial de vapor para, pelo menos, 60 mbar. O arranjo indicado é adequado – ao resfriar o condensador com água a 15 °C (59 °F) – para pressões de vapor de água entre cerca de 4 e 40 mbar.
Região D: Uma bomba tipo roots e uma bomba de lastro de gás.
Nesta região D, os limites também dependem essencialmente dos estágios e proporções dos tamanhos das bombas. Em geral, no entanto, esta combinação sempre pode ser usada entre os limites discutidos anteriormente – portanto, entre 10-2 e 4 mbar.
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Tabela XII Dados importantes (figuras de características) para solventes comuns.
Fig. 9.19 Diagrama de fase da água
Fundamentos da tecnologia de vácuo
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Referências
- Símbolos de vácuo
- Glossário de unidades
- Referências e fontes
Símbolos de vácuo
Um glossário de símbolos normalmente usados em diagramas de tecnologia de vácuo como uma representação visual dos tipos de bomba e peças em sistemas de bombeamento
Glossário de unidades
Uma visão geral das unidades de medida usadas na tecnologia de vácuo e o que os símbolos significam, bem como os equivalentes modernos das unidades históricas
Referências e fontes
Referências, fontes e leitura adicional relacionadas aos conhecimentos fundamentais da tecnologia de vácuo
