Transferência Térmica do Vapor

Propriedades Básicas do Aquecimento a Vapor

Quando considerado do ponto de vista de um meio de calor, o vapor apresenta propriedades superiores não oferecidas por outros meios de calor. Entre elas, as duas a seguir são as de mais destaque:

  • Proporciona aquecimento uniforme
  • Proporciona aquecimento rápido

Neste artigo, abordaremos estas propriedades a partir do ponto de vista da transferência térmica.

 

Como o Vapor Fornece Aquecimento Estável e Uniforme?

No caso do vapor saturado, se a pressão do vapor for conhecida, então a temperatura do vapor poderá ser determinada. A pressão muda instantaneamente dentro do espaço. Quando o vapor saturado é condensado, isto ocorre à temperatura de saturação, e a água saturada (condensado) formada tem a mesma temperatura do vapor saturado. Isto significa que se a pressão na superfície de transferência térmica (a jaqueta ou o interior espiral dos equipamentos) for mantida constante, poderá ocorrer aquecimento contínuo com a mesma temperatura em todas as partes da superfície de transferência térmica.

 

Velocidade de Aquecimento

A quantidade de transferência térmica é indicada pelo coeficiente transferência térmica (= coeficiente de filme ou transferência térmica).

As unidades são em [W/m² K].

W = J/seg., então se ocorrer troca de calor na mesma área de superfície da transferência térmica e com a mesma diferença de temperatura, quanto maior for a taxa de transferência térmica menor será o tempo necessário para o aquecimento.

Os valores aproximados para as taxas de transferência térmica de água quente e vapor são os seguintes:

  • A taxa com que o calor é transferido para a superfície de transferência térmica de um trocador de calor usando água quente como fonte de calor:
    • 1000 – 6000 [W/m² K]
  • A taxa com que o calor é transferido para a superfície de transferência térmica de um trocador de calor usando vapor como fonte de calor:
    • 6000 – 15000 [W/m² K]

Em situações reais de aquecimento, o processo de transferência térmica será uma combinação do mecanismo de transferência térmica dentro das paredes do trocador de calor e o mecanismo de transferência térmica da superfície da parede do trocador de calor para o produto sendo aquecido. As avaliações do aquecimento devem usar um coeficiente geral de transferência térmica [W/m² K] para indicar esta combinação. Este coeficiente varia muito de trocador de calor para trocador de calor, mas ainda assim, o aquecimento a vapor apresenta números 1,5 – 2 vezes maiores que aqueles do aquecimento por água quente.

 

Como o Vapor Fornece Aquecimento Rápido?

Transferência Térmica do Condensado (Vapor)

O segredo, é claro, é a transferência térmica provocada pelo processo de condensação.

O calor latente contido no vapor é liberado no instante que o vapor se condensa na fase líquida. A quantidade de calor latente liberada é de 2 – 5 vezes maior que a quantidade de calor sensível na água quente (água saturada) após a condensação. Este calor latente é liberado instantaneamente e é transferido através de um trocador de calor para o produto sendo aquecido.

Transferência Térmica por Convecção (Água e Óleo Quentes)

Em comparação, a água e o óleo quentes são usados no aquecimento convectivo, o que não envolve uma mudança de fase. Ao invés disso, o meio de calor reduz sua própria temperatura para transferir calor para o produto sendo aquecido. Na indústria, é normal usar a convecção forçada através de equipamentos como uma bomba para criar um contra fluxo na superfície de transferência térmica.