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2025-06-30 19:37:10 David Gonçalves: Added attachment(s): Ejectores_de_Vapor.md.| /dev/null .. Utilidades industriais/Equipamentos/Ejectores_de_Vapor.md | |
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| + | **Trabalho realizado por:** |
| + | |
| + | João Pedro Leonor Coutinho |
| + | |
| + | José Manuel Santos Campos |
| + | |
| + | **Introdução** |
| + | |
| + | Determinadas operações em processos químicos necessitam de operar sobre |
| + | pressões abaixo da atmosférica, sob vácuo. Esta pressão pode ser mantida |
| + | através do uso de equipamentos como, por exemplo, bombas centrífugas, |
| + | ou, alternativamente, ejetores de vapor. |
| + | |
| + | Ejetores de vapor são equipamentos usados para manter a pressão de |
| + | equipamentos abaixo da atmosférica e operam de acordo com o efeito de |
| + | Venturi e a equação de Bernoulli, usando vapor de média pressão (cerca |
| + | de 7 barg) \[1\] para purgar ar ou outros gases de um equipamento, de |
| + | forma a manter o vácuo pretendido. Podem ter vários estágios e |
| + | diferentes tipos de condensadores. |
| + | |
| + | **Princípio de Funcionamento e descrição do equipamento** |
| + | |
| + | O princípio de operação de ejetores de vapor é a transformação da |
| + | pressão do fluido circulante em energia cinética através de uma expansão |
| + | adiabática no “nozzle”. A zona de baixa pressão na câmara de mistura é |
| + | criada pelo aumento da velocidade do fluido circulante e devido a esta |
| + | baixa pressão, o fluido a purgar irá para a câmara de mistura onde se |
| + | mistura com o fluido circulante. A energia cinética proveniente do |
| + | fluido misturado é utilizada para pressurizar o fluido circulante. |
| + | |
| + | <img src="./Ejectores de Vapor/media/image1.gif" |
| + | style="width:4.33333in;height:2.90299in" |
| + | alt="Resultado de imagem para bernoulli principle" /> |
| + | |
| + | **Figura 1 -** Princípio de Venturi (adaptado de \[3\]) |
| + | |
| + | Como se pode observar na figura 3, o fluido pressurizado entra por A e |
| + | expande através do “Nozzle”, B. O fluido irá criar uma zona de pressão |
| + | mínima e velocidade máxima, na câmara de mistura, D. Devido esta |
| + | redução, o fluido é aspirado através da zona C, para a câmara de |
| + | mistura. A mistura de fluidos segue para o difusor onde a sua energia |
| + | cinética será utilizada para pressurização. |
| + | |
| + | <img src="./Ejectores de Vapor/media/image2.jpeg" |
| + | style="width:4.91483in;height:3.78125in" |
| + | alt="Uma imagem com texto, mapa Descrição gerada automaticamente" /> |
| + | |
| + | **Figura 2** - Funcionamento de um ejetor de vapor (adaptado de \[3\]) |
| + | |
| + | As diferentes necessidades de pressões de sucção podem levar à |
| + | obrigatoriedade da utilização de múltiplos ejetores em serie, aumentado |
| + | assim a capacidade de sucção. Uma representação da capacidade de sucção |
| + | em função do número de estágios encontra-se na figura 4. |
| + | |
| + | 1<img src="./Ejectores de Vapor/media/image3.jpeg" |
| + | style="width:3.34314in;height:3.55208in" |
| + | alt="Uma imagem com captura de ecrã Descrição gerada automaticamente" /> |
| + | |
| + | **Figura 3** - Capacidades de sucção (adaptado de \[4\]) |
| + | |
| + | Dependendo do tipo de fluido pode ou não ser necessário ser condensá-lo, |
| + | diminuindo o consumo de vapor. Uma representação esquemática de ejetores |
| + | de vapor em série com e sem condensador intermédio encontra-se na figura |
| + | 5. |
| + | |
| + | <img src="./Ejectores de Vapor/media/image4.jpeg" |
| + | style="width:4.46875in;height:4.29008in" |
| + | alt="Uma imagem com texto, mapa Descrição gerada automaticamente" /> |
| + | |
| + | **Figura 4 -** Ejetores de estágios múltiplos com e sem condensador |
| + | intermédio (adaptado de \[4\]) |
| + | |
| + | Apesar dos custos de investimento serem mais elevados quando são usados |
| + | condensadores, existe um menor consumo de vapor, levando à diminuição de |
| + | custos operatórios. O uso de condensadores intermédios também resulta em |
| + | estágios subsequentes de menor dimensão. |
| + | |
| + | Os condensadores podem ser de contacto direto (barométricos) ou de |
| + | superfície \[1\]. No primeiro caso, o vapor e outros gases são |
| + | condensados diretamente por ação de um spray de água fria. Os |
| + | condensados são depois drenados no fundo do condensador por ação da |
| + | gravidade ou descarregados através de uma bomba. (figura 6). |
| + | |
| + | <img src="./Ejectores de Vapor/media/image5.png" |
| + | style="width:2.90625in;height:3.0589in" /> |
| + | |
| + | **Figura 5 -** Representação esquemática de ejetores em série com |
| + | condensadores barométricos (adaptado de \[4\]) |
| + | |
| + | Neste tipo de condensadores, os condensados não são recuperados, sendo |
| + | descarregados para tratamento. Quando os condensados têm contaminações |
| + | ou possuem compostos de valor a recuperar, são usados condensadores de |
| + | superfície. Estes permitem a recuperação de condensados, podendo a água, |
| + | após purificação ser enviada novamente para a caldeira \[1\]. |
| + | |
| + | **Aplicações** |
| + | |
| + | Os ejetores de vapor são usados quando um determinado processo requer |
| + | pressões abaixo da atmosférica, podendo ser usados diversas indústrias |
| + | como a petroquímica, indústria alimentar, metalúrgica, farmacêutica, |
| + | entre outras. |
| + | |
| + | Podem ser utilizados em vários equipamentos \[2\]: |
| + | |
| + | - Colunas de destilação |
| + | |
| + | - Tanques de destilação flash |
| + | |
| + | - Reatores |
| + | |
| + | - Filtros a vácuo |
| + | |
| + | - Cristalizadores |
| + | |
| + | - Evaporadores |
| + | |
| + | - Secadores |
| + | |
| + | Além de serem usados para manter a pressão desejada num destes |
| + | processos, os ejetores de vapor podem ser usados para outros fins como |
| + | desodorização de óleos alimentares ou desarejamento de soluções. |
| + | |
| + | **Vantagens do uso de ejetores de vapor** |
| + | |
| + | O uso de ejetores de vapor oferece várias vantagens \[1\]: |
| + | |
| + | - Ausência de peças móveis |
| + | |
| + | - Fácil instalação |
| + | |
| + | - Baixa manutenção |
| + | |
| + | - Uso de vapor gerado na instalação fabril |
| + | |
| + | - Adaptáveis a resistir a vapores corrosivos |
| + | |
| + | - Simplicidade |
| + | |
| + | - Nível de ruído baixo |
| + | |
| + | - Custos operatórios moderados |
| + | |
| + | **Dimensionamento e custos do equipamento** |
| + | |
| + | O custode um ejetor de vapor depende do tipo de condensador, do número |
| + | de estágios, o caudal de ar a remover, diferença de pressão (ou pressão |
| + | de sucção) a manter e tipo de material de construção usado. |
| + | Relativamente a material de construção, o aço carbónico e o aço |
| + | inoxidável os materiais mais utilizados, mas outras ligas metálicas ou |
| + | polímeros podem também ser utilizados. |
| + | |
| + | O caudal de ar a remover, ou seja, caudal de ar que entra no equipamento |
| + | devido a fugas, é determinado de acordo com a seguinte relação empírica |
| + | \[1\]: |
| + | |
| + | $$m\\\left( \frac{lb}{hr} \right) = K{V\left( {ft}^{3} \right)}^{0,67}$$ |
| + | |
| + | Onde K é um fator dependente da pressão e do tipo gás, ar ou outro gás, |
| + | a remover do equipamento. O custo do equipamento, no ano 1979, pode ser |
| + | dado por \[1\]: |
| + | |
| + | $$Custo\\(k\\) = 11f\_{1}f\_{2}f\_{3}\left( \frac{m}{P} \right)^{0.41}$$ |
| + | |
| + | Esta equação é geralmente válida para 0,1<$\frac{m}{P}$< 100. P é |
| + | a pressão de sucção em Torr, |
| + | *f*<sub>1</sub>, *f*<sub>2</sub> *e* *f*<sub>3</sub> são factores |
| + | adimensionais que dependem do tipo de condensador, do número de estágios |
| + | e do material de construção: |
| + | |
| + | **Tabela 1** - Correlações de custos |
| + | |
| + | <table> |
| + | <colgroup> |
| + | <col style="width: 24%" /> |
| + | <col style="width: 5%" /> |
| + | <col style="width: 18%" /> |
| + | <col style="width: 9%" /> |
| + | <col style="width: 27%" /> |
| + | <col style="width: 14%" /> |
| + | </colgroup> |
| + | <thead> |
| + | <tr class="header"> |
| + | <th>Tipo de condensador</th> |
| + | <th><span class="math display"><em>f</em><sub>1</sub></span></th> |
| + | <th>Número de estágios</th> |
| + | <th><span class="math display"><em>f</em><sub>2</sub></span></th> |
| + | <th>Material de construção</th> |
| + | <th><span class="math display"><em>f</em><sub>3</sub></span></th> |
| + | </tr> |
| + | </thead> |
| + | <tbody> |
| + | <tr class="odd"> |
| + | <td>Sem condensador</td> |
| + | <td>1,0</td> |
| + | <td>1</td> |
| + | <td>1,0</td> |
| + | <td>Aço carbónico</td> |
| + | <td>1,0</td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="even"> |
| + | <td>1 Condensador de superfície</td> |
| + | <td>1,6</td> |
| + | <td>2</td> |
| + | <td>1,8</td> |
| + | <td>Aço inoxidável</td> |
| + | <td>2,0</td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="odd"> |
| + | <td>1 Condensador barométrico</td> |
| + | <td>1,7</td> |
| + | <td>3</td> |
| + | <td>2,1</td> |
| + | <td>Hastelloy (liga de níquel)</td> |
| + | <td>3,0</td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="even"> |
| + | <td>2 Condensadores de superfície</td> |
| + | <td>2,3</td> |
| + | <td>4</td> |
| + | <td>2,6</td> |
| + | <td></td> |
| + | <td></td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="odd"> |
| + | <td>2 Condensador barométrico</td> |
| + | <td>1,9</td> |
| + | <td>5</td> |
| + | <td>4,0</td> |
| + | <td></td> |
| + | <td></td> |
| + | </tr> |
| + | </tbody> |
| + | </table> |
| + | |
| + | É importante referir que a correlação de custos é relativa ao ano de |
| + | 1979, logo o preço deve ser atualizado tendo em conta o CEPCI deste ano |
| + | e do ano pretendido. Para mais detalhes, o leitor é referenciado para |
| + | \[1\], onde também existem relações que permitem calcular a quantidade |
| + | de vapor necessária para a operação do ejetor de vapor. |
| + | |
| + | **Referências** |
| + | |
| + | \[1\] Walas, S. M., Chemical Process Equipment – Selection and Design, |
| + | Butterworth- |
| + | |
| + | Heinemann, USA, 1990 |
| + | |
| + | \[2\] Transvac, Ejector Solutions, Vaccum Systems, Steam Jet Ejectors |
| + | and Atmospheric Ejectors Brochure. Retirado de: |
| + | <https://www.transvac.co.uk/pdf/brochures/Transvac%20-%20Vacuum,%20Steam%20Ejectors,%20Atmospheric%20Air%20Ejectors.pdf> |
| + | |
| + | \[3\] Mechanical Engineering site, Retirado de: |
| + | <http://www.mechanicalengineeringsite.com/ejector-working-principle/> |
| + | |
| + | \[4\] Schutte & Koerting, Steam Jet Ejectors Brochure, Bulletin 5-EH, |
| + | Retirado de: |
| + | <https://www.s-k.com/pdf/5EH_steam_jet_ejectors_brochure.pdf?fbclid=IwAR3y9saywHHU3HGfUJFu3l0PX1bQEPhKgZCkOoPkdoGQkhzv1Wcj9ES808I> |