Princípios básicos sobre vapor: vapor saturado seco em comparação com vapor insaturado húmido
Descubra a diferença entre vapor saturado seco e vapor insaturado húmido. Quais as suas vantagens e em que aplicações são utilizados?
Vapor saturado, insaturado, seco, húmido, flash, supercrítico e sobreaquecido… Existem várias designações diferentes que indicam que nem todo o vapor é o mesmo. Assim, será que a aplicação define o tipo de vapor de que necessita?
As respetivas propriedades dependem do volume, da pressão e da temperatura. Isto significa que é a aplicação que define o tipo de vapor de que necessita.
Analisemos os diferentes tipos de vapor existentes e as suas vantagens e desvantagens.
Vapor saturado ou seco
O vapor saturado ou seco é o tipo de vapor que obtemos se todas as moléculas de água permanecerem no estado gasoso. Uma chaleira, por exemplo, sibila quando a água ferve. O vapor não é libertado livremente pois a pressão é controlada conforme a sua utilização prevista. Por vezes, vemos vapor a sair da chaleira: trata-se de vapor seco.
O vapor seco perde alguma da sua energia quando é libertado para um ambiente mais frio. Este transfere essa energia para o ar ambiente, levando à sua condensação e respetiva formação de vapor. Por outras palavras, é possível gerar vapor seco através do aquecimento de água numa câmara fechada.
A temperatura do vapor fica próxima do ponto de ebulição a essa pressão.
Vapor insaturado ou húmido
É possível obter vapor insaturado ou húmido quando o vapor absorve pequenas gotas de água ao aquecer. Durante o aquecimento de água numa caldeira de vapor, surgem bolhas à superfície. Assim, quando o vapor começa a formar-se, contém líquido. É este líquido que torna o vapor parcialmente húmido, exceto se for utilizado um sobreaquecedor. Até as melhores caldeiras de vapor podem libertar vapor com 3–5% de humidade.
De que forma a pressão e a temperatura influenciam a água e o vapor
De forma geral, o vapor tem uma relação direta com a pressão e a temperatura.
- Quanto maior for a pressão na caldeira, maior será a energia necessária para gerar vapor.
- Com o aumento da pressão, o vapor é gerado a temperaturas mais elevadas. Este vapor proveniente de temperaturas mais elevadas contém mais energia por kg.
- O vapor sobreaquecido é uma exceção a esta regra.
Este gráfico apresenta o estado da água (líquido ou gasoso) a uma determinada temperatura e pressão. A 1 bar (pressão atmosférica normal), a água congela a 0 °C (32 °F) e ferve a 100 °C (212 °F). A 2 bar, o ponto de congelação será mais baixo e o ponto de ebulição mais elevado.
Tabela de vapor sobreaquecido como guia
As tabelas de vapor são ferramentas essenciais para quem trabalha com vapor. É possível comparar a sua importância com um horário de comboios ou um mapa de GPS ao viajar para um local novo. Normalmente, as tabelas de vapor são utilizadas para verificar a temperatura a uma determinada pressão ou vice-versa.
O que torna as tabelas de vapor uma ferramenta valiosa é o facto de estas também incluírem a entalpia e o volume específicos. A entalpia é a quantidade de energia contida em 1 kg. É possível calcular a entalpia do vapor efetuando a soma das entalpias dos diferentes estados (líquido e gasoso).
Esta tabela de vapor apresenta a relação entre a pressão e a temperatura para obter vapor sobreaquecido a partir de água
Fração de secura do vapor
Conforme mencionado acima, é quase impossível para as caldeiras de vapor gerar vapor totalmente seco. O nível de vapor real é medido através da fração de secura.
Se o vapor contiver 5% de água, diz-se que está 95% seco e possui uma fração de secura de 0,95.
A fração de secura tem um efeito direto na quantidade total de energia transferível. Por sua vez, afeta a qualidade e a eficiência do aquecimento.
Lembra-se da diferença entre calor latente e calor sensível? O vapor totalmente seco também contém 100% do calor latente disponível (a essa pressão específica). A água saturada com 0% de secura contém apenas calor sensível.
Caso pretenda relembrar a diferença entre os dois, poder ler sobre o assunto neste artigo.
Sabia que pode aquecer o vapor para além do ponto de ebulição para obter vapor sobreaquecido?
Ao contrário do vapor saturado, o vapor sobreaquecido não tem uma relação direta entre a temperatura e a pressão. Isto significa que pode existir uma vasta gama de temperaturas. Preferimos vapor saturado para aplicações de aquecimento e vapor sobreaquecido para geração de energia ou utilização em turbinas.
Parece improvável, mas sabia que a secura do vapor pode ser superior a 100%? Neste caso, estamos a falar de vapor sobreaquecido. Preferimos vapor saturado seco para aplicações de aquecimento. O vapor sobreaquecido é a opção ideal para geração de energia ou utilização em turbinas.
O vapor saturado (seco) constitui uma excelente fonte de calor pelos seguintes motivos:
- Devido ao aquecimento rápido e uniforme, a qualidade e a produtividade do produto serão melhoradas.
- Uma vez que a pressão controla a temperatura, é possível atingir uma temperatura específica de forma rápida e precisa.
- Tendo em conta que existe um elevado coeficiente de transferência de calor, é necessário aplicar uma superfície de calor mais reduzida. Isto significa que é possível diminuir as despesas iniciais de equipamento.
- Como o vapor é gerado a partir de água, é seguro, ecológico e de baixo custo.
No entanto, já sabemos que o vapor não está totalmente seco. A perda de calor radiante leva à condensação de uma parte do vapor, tornando o vapor húmido ainda mais húmido e conduzindo à formação de condensados. Caso não seja efetuada uma gestão e manutenção adequada com o equipamento (e acessórios) adequado, este pode ter efeitos prejudiciais:
- Afetar a eficiência da transferência de calor.
- Provocar a corrosão de tubagens e equipamento crítico.
O que é o coeficiente de transferência de calor?
Utilizamos o coeficiente de transferência de calor para calcular a forma como o calor é transferido. Anteriormente escrevemos: "Um elevado coeficiente de transferência de calor exige uma superfície de calor reduzida. Isto resulta numa redução das despesas iniciais de equipamento". Uma vez que ocorre uma maior evaporação de água em vapor saturado, o vapor também absorve mais calor latente. Consequentemente, existe mais calor contido na mesma massa. Assim, este vapor tem a capacidade de obter mais resultados.
Qual a diferença entre vapor saturado (seco) e vapor insaturado (húmido)?
O vapor seco ou saturado não contém quaisquer gotas de água e é gerado através do aquecimento de água numa câmara fechada. O vapor húmido ou insaturado contém gotas de água. O vapor saturado (seco) é uma excelente fonte de aquecimento. O vapor insaturado (húmido) pode provocar corrosão ou reduzir a eficiência da transferência de calor caso não seja gerido corretamente.
O que é a fração de secura?
É a medida utilizada para definir o nível de secura do vapor seco. Este tem um impacto nas capacidades de aquecimento do vapor.