**Ejetores de vapor**


**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) <sup>\[1\]</sup> 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.

![](./image1.gif)

**Figura 1 -** Princípio de Venturi (adaptado de <sup>\[3\]</sup>)

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.


![](./image2.jpeg)

**Figura 2** - Funcionamento de um ejetor de vapor (adaptado de <sup>\[3\]</sup>)

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.


![](./image3.jpeg)

**Figura 3** - Capacidades de sucção (adaptado de <sup>\[4\]</sup>)

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.


![](./image4.jpeg)

**Figura 4 -** Ejetores de estágios múltiplos com e sem condensador
intermédio (adaptado de <sup>\[4\]</sup>)


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 <sup>\[3\]</sup>]. 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).


![](./image5.png)

**Figura 5 -** Representação esquemática de ejetores em série com
condensadores barométricos (adaptado de <sup>\[4\]</sup>)


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 <sup>\[1\]</sup>.

**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 <sup>\[4\]</sup>:

-   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 <sup>\[1\]</sup>:

-   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 custo de 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
<sup>\[1\]</sup>:

$$m\left( \frac{lb}{hr} \right) = K{V\left( {ft}^{3} \right)}^{0.67}$$

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 <sup>\[1\]</sup>:

$$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*<sub>1</sub>, *f*<sub>2</sub> *e* *f*<sub>3</sub> são fatores
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
<sup>\[1\]</sup>, 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>
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9