Noções básicas sobre vapor: vapor seco saturado versus vapor úmido não saturado
Descubra a diferença entre vapor seco saturado e vapor úmido não saturado. Quais são as vantagens e onde você usa?
Vapor saturado, não saturado, seco, úmido, flash, supercrítico e superaquecido... Há muito mais por aí que indica que nem todo o vapor é igual. Então a aplicação define que tipo de vapor você precisa?
As propriedades dependem do volume, da pressão e da temperatura, isso significa que é a aplicação que define que tipo de vapor você precisa.
Vamos analisar os diferentes tipos de vapor existentes, suas vantagens e desvantagens.
Vapor saturado ou vapor seco
Vapor saturado ou vapor seco é o tipo de vapor que obtemos se todas as moléculas de água permanecerem no estado gasoso. Pegue uma chaleira, por exemplo, que apita quando está pronta. O vapor não escapa livremente porque a pressão é controlada de acordo com o uso pretendido. Às vezes, você vê névoa saindo de sua chaleira: isso é vapor seco.
O vapor seco perde parte de sua energia quando liberado na atmosfera mais fria. Ele transfere essa energia para o ar ambiente, fazendo com que se condense e apareça como névoa. Em outras palavras: você produz vapor seco aquecendo a água em uma câmara fechada.
A temperatura do vapor está próxima do ponto de ebulição nessa pressão.
Vapor não saturado ou úmido
Obtemos vapor não saturado ou vapor úmido quando o vapor puxa minúsculas gotículas de água durante o aquecimento. Quando uma caldeira de vapor aquece a água, bolhas rompem na superfície. Então, quando o vapor começa a se formar, ele contém líquido. É este líquido que deixa o vapor parcialmente úmido, a menos que você use um superaquecedor. Mesmo as melhores caldeiras de vapor podem liberar vapor contendo de 3% a 5% de umidade.
Como a pressão e a temperatura influenciam a água e o vapor
De um modo geral, o vapor tem uma relação direta com a pressão e a temperatura.
- Quanto maior a pressão na caldeira, mais energia precisamos aplicar para gerar vapor.
- Com o aumento da pressão, o vapor será criado em temperaturas mais elevadas. Este vapor de temperatura mais alta contém mais energia por kg.
- O vapor superaquecido é uma exceção a esta regra.
Este gráfico mostra qual será o estado da água (líquida ou gasosa) a uma dada temperatura e pressão. A 1 bar (pressão atmosférica normal), a água congelará a 0 °C (32 °F) e ferverá a 100 °C (212 °F). A 2 bar, seu ponto de congelamento será menor e seu ponto de ebulição maior.
Tabela de vapor superaquecida como guia
As tabelas de vapor são ferramentas essenciais para quem trabalha com vapor. Você pode comparar sua importância com um horário para pegar o trem, ou o mapa em um GPS ao dirigir em algum lugar novo. Normalmente, usamos uma tabela de vapor para determinar a temperatura a uma determinada pressão, ou o contrário.
O que torna essa ferramenta valiosa é que ela também inclui uma entalpia e um volume específicos. Entalpia é a quantidade de energia contida em 1 kg. Você calcula a entalpia do vapor efetuando a soma da entalpia dos vários estados (líquido e gasoso).
Para passar da água para o vapor superaquecido, essa tabela de vapor mostra a relação entre pressão e temperatura
Fração da secura do vapor
Como mencionado acima, é quase impossível para caldeiras de vapor produzir vapor 100% seco. Medimos o nível real de vapor na fração de secura.
Se o vapor contém 5% de água, diz-se que está 95% seco e tem uma fração de secura de 0,95.
A fração de secura tem um efeito direto na quantidade total de energia transferível. Por sua vez, isso afeta a qualidade e a eficiência do aquecimento.
Você se lembra da diferença entre calor latente e sensível? O vapor 100% seco também contém 100% do calor latente disponível (nessa pressão específica). A água saturada a 0% de secura conterá apenas calor sensível.
Caso você não tenha certeza sobre a diferença entre os dois, você pode ler sobre isso neste artigo.
Você sabia que pode aquecer o vapor além do ponto de ebulição para obter vapor superaquecido?
Ao contrário do vapor saturado, o vapor superaquecido não tem uma relação direta entre temperatura e pressão. Isso significa que ele pode existir em uma ampla faixa de temperaturas. Preferimos vapor saturado para aplicações de aquecimento e vapor superaquecido para geração de energia ou em turbinas.
Parece improvável, mas você sabia que a secura do vapor pode ser superior a 100%? Nesse caso, estamos falando de vapor superaquecido. Preferimos vapor seco saturado para aplicações de aquecimento. Enquanto o vapor superaquecido é a opção de acesso para geração de energia ou em turbinas.
O vapor saturado (seco) é uma excelente fonte de calor pelas seguintes razões:
- Devido ao aquecimento rápido e uniforme, a qualidade e a produtividade do seu produto irão melhorar.
- Como a pressão controla a temperatura, podemos atingir uma temperatura específica de forma rápida e precisa.
- Como há um alto coeficiente de transferência de calor, é necessária uma superfície menor de calor. Isso significa que você pode reduzir o gasto inicial com equipamentos.
- Como o vapor se origina da água, é seguro, limpo e de baixo custo.
Todavia, sabemos agora que o vapor não é 100% seco. A perda de calor radiante faz com que parte do vapor se condense, deixando o vapor úmido ainda mais úmido, e o condensado se forma. Se não for gerenciado e mantido de forma adequada com os equipamentos (e acessórios) corretos, isso pode ter efeitos prejudiciais:
- Afetar a eficiência da transferência de calor.
- Causar corrosão nas tubulações e equipamentos críticos.
O que é coeficiente de transferência de calor?
Usamos o coeficiente de transferência de calor para calcular quão bem o calor é transferido. Anteriormente escrevemos: “Um alto coeficiente de transferência de calor requer uma pequena superfície de transferência de calor, resultando em redução do gasto inicial do equipamento.” Como mais água evaporou-se em vapor saturado, o vapor também absorveu mais calor latente. Como resultado, há mais calor contido na mesma massa. E, assim, ele tem capacidade de fazer mais trabalho.
Qual é a diferença entre vapor saturado (seco) e vapor não saturado (úmido)?
O vapor seco ou vapor saturado não contém gotículas de água e você o produz aquecendo a água em uma câmara fechada. Vapor úmido ou insaturado contém gotículas de água. O vapor saturado (seco) é uma excelente fonte de aquecimento. O vapor não saturado (úmido) pode causar corrosão ou diminuir a eficiência da transferência de calor se não for gerenciado adequadamente.
Qual é a fração de secura?
É a medida que usamos para definir como o vapor seco é realmente. Isso tem um impacto nas capacidades de aquecimento do vapor.