Caldeira - Gerador de Vapor

Caldeira ou Gerador de vapor é um equipamento que se destina a gerar vapor através de um troca térmica entre o combustível e a água , sendo que isto é feito por este equipamento construído com chapas e tubos cuja a finalidade é fazer com que água se aquece e passe do estado líquido para o gasoso, aproveitando o calor liberado pelo combustível que faz com as partes metálicas da mesma se aqueça e transfira calor a água produzindo o vapor.

A finalidade de se gerar o vapor veio da revolução industrial e os meios da época que se tinha era de pouca utilização , mas o vapor no inicio serviu para a finalidade de mover máquinas e turbinas para geração de energia e locomotivas, com advento da necessidade industrial se fez necessário a necessidade de cozimentos e higienização e fabricação de alimentos, se fez necessário a evolução das caldeiras.

Com isto se utiliza o vapor em lacticínios, fabricas de alimentos ( extrato de tomate, doces), gelatinas, curtumes, frigoríficos, industrias de vulcanização, usinas de açúcar e álcool, tecelagem , fabricas de papel e celulose etc,.

As nossas Usinas e o álcool deram certo porque utilizamos o próprio bagaço de cana para gerar energia da usina e hoje as usinas estão aproveitando este combustível que é a sobra da fabricação do açúcar e o álcool para gerar energia elétrica, sendo uns dos produtos comercializados pelas mesmas.

As nossas caldeiras são classificadas em caldeiras flamatubulares ou fogotubular e aquatubular ou mista (Flamatubulares e aquatubulares)

As caldeiras flamatubulares são aquelas cuja a troca térmica se da com gases quentes passando por dentro dos tubos e água por fora do tubos.

As caldeiras aquatubulares são caldeiras que os gases quentes estão por fora dos tubos e água por dentro dos tubos.

As caldeiras flamatubulares são caldeiras que gera vapor da ordem 50 a 20.000 kg/h com pressão máxima de 15 bar ou 15 kg/cm2, devido a sua própria concepção de construção se torna inviável economicamente e também devido a segurança acima destes valores a construção mecânica da mesma.

As caldeiras Aquatubulares são caldeiras que tem grande área de troca térmica podendo trabalhar com pressões de 120 bar , “120 kg/cm2” e vazões da ordem de 150.000 kg/h, pois trabalham com balões e paredes de água com painéis de tubos.

As aplicações de caldeiras flamatubulares com vazões da ordem 300 a 20.000 kg/h e pressões de 8,0 kg/cm2 a 15 kg/cm2, em industrias de alimentos, frigoríficos, bebidas , lacticínios, industrias testeis, e fábricas de óleos que usam caldeiras da ordem de 15000 kg/h.

As caldeiras aquatubulares são caldeiras usadas em usinas de açúcar, fabricas de papel e celulose e em geração de energia, com presões de 120

kg/cm2 e vazões da ordem 150.000 kg/h. ou mais.

Com advento da Maria fumaça e sucateamento da linha de trem estas caldeiras flamatubulares locomovel como eram chamadas, foram usadas em nossas industrias frigoríficas, curtumes e lacticínios sendo reformadas e instaladas em nossas fábricas para atender a demanda industrial.

Estas caldeiras de um passe só e pouco rendimento da ordem 18kg/m2 ou 60%, foram substituídas por caldeiras de dois e três passes dos gases quentes por dentro dos tubos com superfície de troca de calor para combustíveis sólidos da ordem de 25 kg/m2 , com isto compactando mais as caldeiras, e chegando a 85% de rendimento. Já nas caldeiras a combustíveis líquidos, chegamos a ordem de 33 kg/m2 , hoje até 45 kg/m2 e com rendimentos da ordem de 98%.

As caldeiras aquatubulares trabalham com 45kg/m2, taxa de troca térmica pela superfície de troca de calor, a área de superfície de troca de calor e toda área metálica que esta em contato com gases(fogo) e água, que trocam calor e geram o vapor por isso é chamada área de superfície de troca de calor e dada em m2. No inicio da usinas de álcool cuja a finalidade era só a fabricação de álcool, se fazia caldeiras com grande quantidade de refratários e fornalhas tipo ferradura para ter um baixo rendimento 60% para consumir todo bagaço da cana que se tornava um problema a sobra do mesmo, logo em seguida, foi se achando alternativas para o bagaço e com isto foi se melhorando a eficiência das caldeiras, e hoje a grande alternativa é co geração de energia elétrica para as cidades, melhorando a eficiência das caldeiras trabalhando com rendimentos de 90%.

Caldeira é um recipiente metálico cuja função é, entre muitas, a produção de vapor através do aquecimento da água. As caldeiras em geral são empregadas para alimentar máquinas térmicas, autoclaves para esterilização de materiais diversos, cozimento de alimentos através do vapor, ou calefação ambiental.

Conforme Bazzo (1995), nas indústrias do início do século XVIII muitos eram os inconvenientes gerados pela combustão local de carvão para geração de calor. As primeiras máquinas destinadas a geração de vapor surgiram para sanar este problema, uma vez que a energia era captada em uma unidade central e distribuída para os diversos setores da empresa, através do vapor

Caldeiras flamotubularesAs caldeiras de tubos de fogo ou tubos de fumaça, flamotubulares ou ainda gás-tubulares são aquelas em que os gases provenientes da combustão "fumos" (gases quentes e/ou gases de exaustão) atravessam a caldeira no interior de tubos que se encontram circundados por água, cedendo calor a mesma.

Caldeiras verticaisOs tubos são colocados verticalmente num corpo cilíndrico, fechado nas extremidades por placas chamadas espelhos . A fornalha interna fica no corpo cilíndrico, logo abaixo do espelho inferior. Os gases de combustão sobem através de tubos, aquecendo e vaporizando a água que se encontra externamente aos mesmos. As fornalhas externas são utilizadas

principalmente para combustíveis de baixo teor calorífico. Podem ser de fornalha interna ou externa (figura a baixo)

Caldeiras horizontaisEsse tipo de caldeira abrange várias modalidades, desde as caldeiras cornuália e lancashire, de grande volume de água, até as modernas unidades compactas. As pricipais caldeiras horizontais apresentam tubulações internas, por onde passam os gases quentes. Podem ter de 1 a 4 tubos de fornalha. As de 3 e 4 são usadas na marinha.

Caldeira cornuáliaFundamentalmente consiste de 2 cilindros horizontais unidos por placas planas. Seu funcionamento é bastante simples, apresentando porém, baixo rendimento. Para uma superfície de aquecimento de 100 m² já apresenta grandes dimensões, o que provoca limitação quanto a pressão; via de regra, a pressão não deve ir além de 10kg/cm².

Caldeira LancashireÉ constituída por duas (às vezes 3 ou 4) tubulações internas, alcançando superfície de aquecimento de 120 a 140 metros quadrados. Atigem até 18 kg de vapor por metro quadrado de superfície de aquecimento. Este tipo de caldeira está sendo substituída gradativamente por outros tipos.

Caldeiras multitubulares de fornalha internaComo o próprio nome indica, possui vários tubos de fumaça. Podem ser de três tipos:

Tubos de fogo diretos Os gases percorrem o corpo da caldeira uma única vez. Tubos de fogo de retorno Os gases provenientes da combustão na tubulação da fornalha circulam pelos tubos de retorno. Tubos de fogo diretos e de retorno Os gases quentes circulam pelos tubos diretos e voltam pelos de retorno.

Caldeiras a vaporA água passa por um recipiente (caldeira) que é esquentado, transformando-se em vapor. Foi projetada em 1708(sec XVIII), por Thomas Newcomen, a fim de retirar a água depositada no interior das minas de carvão, permitindo a mineração do carvão. Foi projetada no período da Revolução Industrial.

Caldeiras multitubulares de fornalha externaEm algumas caldeiras deste tipo a fornalha é constituída pela própria alvenaria, situada abaixo do corpo cilíndrico. Os gases quentes provindos da combustão entram inicialmente em contato com a base inferior do cilindro, retornando pelos tubos de fogo.

Caldeiras escocesas

Esse tipo de caldeira foi concebido para uso marítimo, por ser bastante compacta. São concepções que utilizam tubulação e tubos de menor diâmetro. Os gases quentes, oriundos da combustão verificada na fornalha interna, podem circular em 2,3 e até 4 passes.

Todos os equipamentos indispensáveis ao seu funcionamento são incorporados a uma única peça, constituindo-se, assim num todo trans portável e pronto para operar de imediato.

Essas caldeiras operam exclusivamente com óleo ou gás, e a circulação dos gases é feita por ventiladores. Conseguem rendimentos de até 83%.

Caldeiras locomotivas e locomóveisComo o sugere o nome, caldeiras locomotivas geram vapor movimentar a própria máquina e o restante das composições, praticamente fora de uso atualmete.

A caldeira locomóvel é tipo multitubular, apresentando uma dupla parede metálica, por onde circula a água do próprio corpo. São de largo emprego pela facilidade de transferência de local e por proporcionarem acionamento mecânico em lugares desprovidos de energia elétrica. São construídas para pressão de até 21kg/cm2 e vapor superaquecido.

Vantagens das caldeiras de tubo de fogoPelo grande volume de água que encerram, atendem também as cargas flutuantes, ou seja, aos aumentos instantâneos na demanda de vapor. Construção fácil, de custo relativamente baixo. São bastante robustas. Exigem tratamento de água menos apurado. Exigem pouca alvenaria.

Desvantagens das caldeiras de tubo de fogoPressão manométrica limitada em até 2,2 MPa (aproximadamente 22 atmosferas), o que se deve ao fato de que a espessura necessária às chapas dos vasos de pressão cilíndricos aumenta com a segunda potência do diâmetro interno, tornando mais vantajoso distribuir a água em diversos vasos menores, como os tubos das caldeiras de tubos de água. Em ciclo a vapor para geração de energia elétrica, esta limitação de pressão faz com que a eficiência do ciclo seja fisicamente mais limitada, não sendo vantojoso o emprego deste tipo de equipamento em instalações de médio (em torno de 10 MW) ou maior porte. Pequena capacidade de vaporização(kg de vapor /hora) São trocadores de calor de pouca área de troca por volume (menos compactos). Oferecem dificuldades para a instalação de superaquecedor e preaquecedor de ar.

Caldeiras aquatubularesCaldeiras aquatubulares são também chamadas caldeiras de paredes de água ou de tubos de água. São as mais comuns em se tratando de plantas termelétricas ou geração de energia elétrica em geral, exceto em unidades de pequeno porte. A pressão de trabalho de caldeiras deste tipo pode

chegar a 26 MPa, ou seja, superior a pressão do ponto crítico. Neste caso, o período de ebulição (transição de líquido para vapor) passa a não existir.