João Pedro Leonor Coutinho

José Manuel Santos Campos

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.

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 \[1\].

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.

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

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&lt;$\frac{m}{P}$&lt; 100. P é

a pressão de sucção em Torr,

*f*₁, *f*₂ *e* *f*₃ 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>₁</span></th>

<th>Número de estágios</th>

<th><span class="math display"><em>f</em>₂</span></th>

<th>Material de construção</th>

<th><span class="math display"><em>f</em>₃</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.

\[1\] 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>