Calculadora de Taxa de Vazamento do Pré-aquecedor de Ar (APH)

O que chamamos de fuga de APH (pré-aquecedor de ar) é, na maioria das vezes, a infiltração do fluxo pressurizado do lado do ar para o lado dos gases de combustão. Em pré-aquecedores de ar regenerativos, especialmente nos do tipo Ljungström com elementos rotativos, isso não é uma situação desconhecida. Enquanto o rotor gira, o gás de combustão quente passa de um lado e o ar de combustão do outro. Entre eles, existem elementos de vedação, placas setoriais, folgas radiais e axiais. Com o aumento das horas de operação, essas folgas mudam. Às vezes, o ajuste se desvia, às vezes o elemento de vedação se desgasta, às vezes as condições de carga fazem a medição parecer pior do que realmente é.

Esta ferramenta de cálculo é usada para encontrar aproximadamente a taxa de fuga com base nos valores de O₂ ou CO₂ na entrada e saída do APH. Se a vazão de ar de fuga e a vazão de gás de combustão forem conhecidas diretamente, o método de vazão também pode ser usado. Em sistemas com lados A e B (2 pré-aquecedores de ar paralelos), os dois lados podem ser comparados separadamente. Assim, mais do que responder "há fuga?", aproxima-se da pergunta "qual lado parece mais problemático?".

Correspondência em Campo da Fuga de APH

O ar que escapa da vedação do APH parece um pequeno detalhe no desempenho da caldeira, mas seu efeito é sentido em vários lugares. Quando ar extra se mistura aos gases de combustão, o O₂ na saída do APH aumenta e o CO₂ é diluído, ou seja, seu valor diminui. O ventilador de tiragem induzida (ID fan) precisa transportar um volume maior. As velocidades no lado dos gases de combustão mudam. Ao calcular a eficiência, os valores de oxigênio medidos podem ser interpretados de forma diferente do real.

Se na tela do DCS for observado que o O₂ após o APH está maior do que antes do APH, uma das primeiras suspeitas é a fuga de ar do APH. Claro, não é correto fazer um diagnóstico direto. A linha de amostragem pode estar vazando, a calibração do analisador pode ter se desviado, a carga pode ter mudado recentemente. Mas se o aumento de O₂ for regular e repetível, é necessário olhar para o lado do APH.

Para o CO₂, existe uma lógica semelhante. Como a mistura de ar dilui os gases de combustão, o CO₂ na saída do APH diminui. Algumas plantas usam o O₂, outras fazem verificação cruzada com CO₂. Ver os dois juntos geralmente é mais confortável; se um não sustenta o outro, primeiro se suspeita da medição.

Visualizando a Direção do Fluxo

Vamos imaginar uma seção simples. De um lado, o gás de combustão quente entra no APH, transfere calor para os elementos do rotor e sai. Do outro lado, o ar de combustão frio entra, aquece e vai para a caldeira. Quando a pressão no lado do ar é maior, ele tende a infiltrar-se para o lado do gás de combustão onde encontrar uma folga.

Medições e Entrada de Dados

Na calculadora, primeiro você deve selecionar o método. Se o método O₂ for selecionado, insira os valores de O₂ na entrada e na saída do APH. Se o método CO₂ for selecionado, use os valores de CO₂ nos mesmos pontos. No método de vazão, são necessárias a vazão de ar de fuga e a vazão de gás de combustão. Na comparação A/B, insira os valores de O₂ de entrada e saída para o lado A e para o lado B separadamente.

A questão mais crítica aqui é a base da medição. Se o valor de O₂ de entrada for base seca e o valor de O₂ de saída for base úmida, o resultado não será tecnicamente confiável. O mesmo vale para o CO₂. A calculadora não faz conversão automática entre base seca e úmida; você deve inserir ambos os lados na mesma base em que fez a medição. Esse aviso pode parecer cansativo, mas é um dos pontos que mais prejudica os resultados em campo.

Outro ponto é o tempo da medição. Os valores de entrada e saída do APH devem representar a mesma condição de operação. Fazer o cálculo de fuga com valores obtidos enquanto a carga da caldeira muda, o O₂ varia ou o amortecedor do ventilador está se movendo não é uma boa ideia. Ver valores estáveis por alguns minutos é mais confiável do que uma única captura de tela instantânea.

Coeficiente de Correção

Nos métodos O₂ e CO₂, o coeficiente de correção padrão é 0,9. Esse coeficiente pode ser considerado um fator de correção usado em cálculos práticos de campo. Você pode alterá-lo conforme o procedimento da planta, nota de teste ou seu próprio método de aceitação.

O importante aqui é não "embelezar" o resultado com o coeficiente. Se o procedimento diz 0,9, use 0,9. Se outro valor estiver definido, insira esse valor. Em um cálculo a ser reportado, a escolha do coeficiente deve ser claramente indicada.

Métodos de Cálculo

O método O₂ é o controle rápido mais utilizado. A lógica é: se o O₂ na saída do APH está maior do que na entrada, esse aumento pode ser relacionado ao efeito do ar de fuga. No cálculo, a porcentagem de oxigênio no ar é considerada praticamente como 21.

A fórmula do O₂ é lida da seguinte forma:

Por exemplo, suponha que o valor de O₂ na entrada do APH seja 2,8%, na saída 5,7% e o coeficiente de correção seja 0,9. A diferença de O₂ é 2,9 pontos. O cálculo: \( \frac{2{,}9}{21 - 5{,}7} \times 0{,}9 \times 100 \). O resultado é aproximadamente %17,06.

Não podemos dizer que esse valor isoladamente indica "esta peça está com defeito". Mas é bastante razoável dizer que é necessário verificar a vedação no lado do APH.

Método CO₂

No método CO₂, são usados os valores de CO₂ de entrada e saída. Como a mistura de ar dilui o CO₂, o valor de CO₂ na saída do APH diminui. O cálculo é feito pela razão dessa queda em relação ao valor de CO₂ na saída.

Fórmula do CO₂:

Por exemplo, se CO₂ entrada 14%, CO₂ saída 12%, coeficiente de correção 0,9, o cálculo é \( \frac{2}{12} \times 0{,}9 \times 100 \). O resultado é %15.

Se o método O₂ dá cerca de 17% e o método CO₂ dá cerca de 15%, esses dois valores podem ser considerados próximos. Mas se um dá 5% e o outro 25%, antes de culpar a calculadora, é preciso verificar o sistema de amostragem. Pode haver condensação, vazamento, desvio de calibração ou ponto de amostragem incorreto na linha do analisador.

Método de Vazão

O método de vazão parece mais direto: divide-se a vazão de ar de fuga pela vazão de gás de combustão e converte-se em porcentagem. Se a vazão de ar de fuga é 10 e a vazão de gás de combustão é 100, o resultado é %10.

Mas aqui a questão das unidades é importante. As duas vazões devem estar na mesma base. Se ambas estiverem em Nm³/h, não há problema; mas se uma está em kg/h e a outra em m³/h, não se pode fazer a razão diretamente. Correções de temperatura, pressão e densidade entram em jogo. No papel, o método de vazão é o mais curto; na prática, obter bons dados de vazão às vezes é o mais difícil.

Comparação A/B O₂

A comparação A/B é especialmente útil em arranjos de APH de dois lados. Às vezes, a taxa de fuga total não dispara alarmes, mas um dos lados está visivelmente pior. Essa diferença dá uma boa pista para a equipe de manutenção.

Por exemplo, no lado A, O₂ entrada 2,8%, O₂ saída 5,7%. No lado B, O₂ entrada também 2,8%, O₂ saída 4,5%. Com coeficiente de correção 0,9, o lado A dá aproximadamente %17,06 e o lado B aproximadamente %9,27. A diferença é de %7,79.

Com essa diferença, entra na lista de verificação: vedação radial do lado A, vedação axial, ajuste da placa setorial, folga do rotor ou fugas locais no duto. Dizer "o lado A está definitivamente com defeito" é muito forte; mas o lado A merece uma olhada mais de perto.

Interpretando os Resultados

Se a taxa de fuga for baixa, considera-se o pré-aquecedor de ar mais saudável. À medida que o valor aumenta, a carga do ventilador, a vazão de gás de combustão, a perda de calor e as interpretações das medições podem ser afetadas. Ainda assim, não é correto tomar uma decisão definitiva com um único valor percentual. O mesmo APH pode se comportar de forma diferente em cargas diferentes. A vedação pode mudar entre quente e frio. Deformação do rotor ou acúmulo de cinzas pode afetar a medição.

Portanto, o resultado deve ser lido como um indicador, não como um diagnóstico. Uma boa abordagem de campo geralmente segue assim: primeiro confirme a medição, depois repita na mesma condição, depois compare com O₂ e, se possível, com CO₂, e por último passe para a inspeção mecânica. Se a medição não estiver correta, a equipe mecânica será enviada desnecessariamente para dentro do APH; ninguém quer isso.

Qual Valor é Considerado Alto?

Não há uma única resposta para essa pergunta. O tipo de APH, o projeto da caldeira, a carga de operação e os valores de aceitação do fabricante são importantes. Ainda assim, na prática, à medida que a taxa de fuga aumenta, o nível de atenção também aumenta. A nota de avaliação na calculadora não deve ser vista como um critério de aceitação definitivo, mas como um alerta rápido de campo.

Por exemplo, um valor em torno de 5% não é avaliado da mesma forma que um valor em torno de 17%. Ao ver 17%, é lógico repetir a medição, verificar a diferença A/B e fazer uma verificação da vedação. Mas é preciso interpretar isso junto com o procedimento de operação.

Se os Resultados de O₂ e CO₂ Divergirem

Se os métodos O₂ e CO₂ derem resultados muito diferentes, a primeira suspeita deve estar no lado da medição. Pode ter havido mistura de base seca/úmida. As medições de entrada e saída podem não ter sido feitas ao mesmo tempo. Um dos analisadores pode estar desviado. A sonda de amostragem pode estar em um ponto com baixa representatividade dentro do duto.

Nessa situação, antes de discutir o resultado do cálculo, é necessário discutir a cadeia de medição. No cálculo da fuga de APH, a qualidade dos dados tem mais peso do que a fórmula.

Notas Rápidas de Uso

No cálculo do O₂, o valor 21 deve ser considerado como uma aproximação prática da porcentagem de oxigênio no ar. Algumas fontes mostram 20,9; essa diferença pode ser discutida em testes de precisão. A fórmula de O₂ nesta calculadora funciona com a aceitação de 21. O importante é usar a mesma aceitação de forma consistente e indicá-la no relatório.

Não misture base seca e base úmida. Sei que esse ponto parece repetitivo, mas é realmente de onde vêm a maioria dos erros no cálculo de fuga de APH. Se o instrumento de medição fornece base seca, insira os valores de entrada e saída em base seca. Se for base úmida, ambos devem ser base úmida.

Se a fuga der alta, primeiro verifique os dados. O ponto de medição está correto? O analisador está calibrado? A carga está estável? Os valores de O₂ e CO₂ representam o mesmo período de tempo? Se tudo isso estiver limpo, passe para a inspeção mecânica. Ajuste das vedações, folgas do rotor, placas setoriais, conexões de dutos e possibilidades de fugas locais são examinados em sequência.

Em resumo, o cálculo da taxa de fuga de APH não se resume a gerar uma porcentagem a partir de alguns números. A fórmula é rápida; o verdadeiro trabalho é garantir que a medição seja confiável. Quando usada com dados corretos, dá uma direção bastante clara para a equipe de manutenção: há uma fuga geral ou um dos lados A/B parece mais problemático?