1

ÁREA TECNOLÓGICA:

Identificação do MDI:Reciclagem - Segurança em Operação de Caldeira

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VISÃO

“Consolidar-se como o líder estadual em educação profissional e tecnológica e ser reconhecido como indutor da inovação e da transferência de tecnologias para a indústria brasileira, atuando com padrão internacional de excelência”.

MISSÃO

Promover a educação profissional e tecnológica, a inovação e a transferência de tecnologias industriais, contribuindo para elevar a competitividade da indústria brasileira.

VALORES

Transparência Iniciativa Satisfação ao Cliente Ética Alta Performance Valorização das Pessoas

POLÍTICA DA QUALIDADE

Satisfazer as necessidades dos clientes com produtos competitivos reconhecidos pelo mercado.

Intensificar ações de aperfeiçoamento e valorização de competências dos empregados. Assegurar o aprimoramento contínuo dos processos e serviços com padrões de

qualidade, para o alcance de resultados.

Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial

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FEDERAÇÃO DAS INDÚSTRIAS NO ESTADO DE MATO GROSSO – FIEMT

Jandir José MilanPresidente em Exercício

CONSELHO REGIONALJandir José MilanPresidente em Exercício

SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL

Lélia Rocha Abadio BrunDiretor Regional do Departamento Regional de Mato Grosso

Lélia Rocha Abadio Brun Gerente de Educação e Tecnologia – GETEC

Silvania Maria de HolandaCoordenadora da Unidade de Desenvolvimento em Educação Inicial e Continuada - UEDE

Eveline Pasqualin de Souza Coordenadora da Unidade de Desenvolvimento em Educação Técnica e Tecnológica - UNETEC

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SUMÁRIO

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1. NOÇÕES DE GRANDEZAS FÍSICAS E UNIDADES

1.1. PRESSÃO

1.1.1. Pressão Atmosférica

Você já deve saber que a Terra está envolta por uma camada de ar chamada atmosfera. Também já deve saber que o ar tem peso.

Pressão atmosférica é a pressão exercida pela camada de ar em um determinado ponto. Segundo a experiência de Torricelli, em uma cidade ao nível do mar, como o Rio de Janeiro, em relação a outra com altitude elevada, como La Paz, na Bolívia, as pressões são diferentes.

PRESSÃO ATMOSFÉRICA

1.1.2. Pressão Interna de um Vaso

Tomando como base a experiência de Pascal, aonde p = F/A, isto significa que a massa de ar, líquido ou vapor, atuando internamente em um recipiente fechado, exercerá uma pressão sobre as paredes do mesmo; esta pressão será aplicada igualmente em todos os sentidos, conforme ilustração.Observa-se que a pressão P fará com que o líquido atue nos pontos 1, 2, 3 e 4 da garrafa.

1

2 3

4

Patm

Figura 1 - Pressão interna de um vaso

6

1.1.3. Pressão Relativa, Manométrica e Absoluta

Pressão Relativa também chamada pressão manométrica: é a pressão que um líquido ou gás exerce nas paredes de um vaso. Ex.: panela de pressão, pneu de automóvel, etc.Esta pressão é registrada pelo manômetro, sofre influência direta da variação de temperatura.Pressão Absoluta é a soma da pressão manométrica ou relativa com a pressão atmosférica.

1.1.4. Unidades de Pressão

Segundo Pascal, pressão é uma força exercida sobre uma determinada área. As unidades de medidas de peso, força e área variam de acordo com as normas de cada país. Devido a este fato existe uma variedade de unidades usuais nas indústrias. As figuras abaixo apresentam manômetros com escala em lb/pol2 e Kgf/cm2 .As normas Brasileiras recomendam a utilização das unidades no Sistema Internacional (SI).

Figura 2 - Mecanismo interno de um manômetro

0

20

0

1

40

60 80100

120

150

2

3MANÔMETRO

IND. BRAS.

45 6

7

8

9

10kg/cm2

Figura 3 - Manômetro

7

Tabela 1: Conversão de Unidades

bar Kgf/cm2 Psi (lbf/pol2) atm MmHg (torr) mH20 (mca)kPa

(KN/m2)*

1 1,019716 14,503 0,9869 750,062 10,19716 100

0,980665

1 14,2233 0,967841 735,556 10,00 98,0665

0,068947

0,070307 1 0,068046 51,715 0,70307 6,8947

1,01325 1,03323 14,6959 1 760 10,33226 101,325

1,33322 1,3595 19,368 1,31579 1000 13,59 133,322

0,09806 0,1000 1,42233 0,09677 73,556 1 9,80665

0,0100 0,01019 0,14503 0,009869 7,50062 0,10197 1

* Unidade do Sistema Internacional

1.2. CALOR E TEMPERATURA

1.2.1. Noções gerais de calor e temperatura.

Calor: é uma forma de energia que se propaga de um corpo para outro, quando entre eles há uma diferença de temperatura.Temperatura: é a grandeza que caracteriza o nível de energia de um corpo.

1.2.2. Modos de Transferência de Calor

Quando o calor se propaga de um ponto de maior temperatura para outro de menor temperatura, ocorre um fenômeno chamado transmissão de calor. Este fenômeno pode se dar de três formas: condução, convecção e radiação.

a) Transmissão de calor por condução

Ao se colocar no fogo a extremidade de uma barra de ferro, após um certo tempo o outro extremo começa a aquecer-se. Caso se permaneça segurando o material, sentiremos a temperatura aumentar gradativamente.

8

Figura 4 - Transmissão de calor por indução

b) Transmissão de Calor por Convecção

Considera-se a barra mencionada no item anterior, porém sendo retirada a fonte de calor. Ao se colocar a mão sobre o material aquecido, mantendo-se uma certa distância, conforme ilustra a figura 6, percebe-se que o calor do material aquece o ar.

Figura 5 - Transmissão de calor por convecção

O ar torna-se leve e sobe, tal como ocorre com os balões de papéis cheios de ar quente. O lugar deixado livre pelo ar quente é ocupado pelo ar mais frio (mais pesado) que, por sua vez, se aquece, repetindo o ciclo anterior. Dessa forma, estabelece-se uma corrente ascendente do ar quente, que atua como veículo transportador de calor desde a barra de ferro até a mão.

c) Transmissão de Calor por Radiação

Coloca-se um ferro em brasa, recém saído do fogo, na posição vertical. Aproximando-se a mão em direção ao material aquecido, tem-se a sensação de calor. Este calor se propaga em todas as direções através de ondas de energia radiante, conforme ilustra a figura.

Figura 6 - Transmissão de calor por radiação

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Nos itens anteriores observa-se que, ao aquecer uma barra de ferro, o outro extremo pode atingir uma temperatura quase semelhante ao lado exposto diretamente ao fogo. Todavia, tornando-se um pedaço de madeira com as mesmas dimensões da barra de ferro, quase não ocorrerá a transmissão de calor. Isto ocorre porque , ao contrário do ferro, a madeira não é um bom condutor de calor.

Por outro lado, a quantidade de calor que passa através de uma parede, em um dado tempo, depende dos seguintes fatores:

Da diferença de temperatura que existe entre ambos os lados do material;Da superfície da face exposta ao calor (uma parede de aço de 10m2 de superfície transmite mais calor do que uma com superfície de 1m2 );Da espessura da parede;Do material de construção da parede (passa menos calor através de uma prancha de amianto do que através de uma chapa de cobre, com a mesma espessura e igual superfície).

O calor pode propagar-se através das substâncias com facilidade ou dificuldade. É a condutibilidade térmica que caracteriza as substâncias em isolantes e condutores.Ao se aproximar um corpo de uma fonte de calor, observam-se vários fenômenos. Eleva-se sua temperatura e modifica-se a maioria de suas propriedades físicas, tais como dimensões, volume, calor específico, entre outras.

Em geral, os sólidos dilatam-se quando aquecidos, ou seja, suas dimensões aumentam. Mas nem todos os corpos dilatam-se ao serem aquecidos. A borracha estendida, por exemplo, contrai-se ao ser aquecida, e a argila, sob a ação do calor, sofre uma contração que conserva depois de haver esfriado. Chamam-se coeficiente de dilatação linear a razão da variação do comprimento por unidade de comprimento de um sólido, quando sua temperatura varia de 1ºC. Por outro lado, chamam-se coeficientes de dilatação volumétrica a razão da variação do volume deste corpo por unidade de volume, quando sua temperatura varia de 1ºC. Esta definição é válida também para líquidos e gases.

Os líquidos têm um coeficiente de dilatação volumétrico maior que os sólidos, e exercem pressão ao serem aquecidos em recipientes fechados. Chama-se coeficiente de dilatação volumétrica dos gases a variação do volume que 1cm3 de gás sofre quando varia sua temperatura em 1ºC, mantendo-se constante sua pressão. Um exemplo é ilustrado pela figura abaixo.

P

PISTÃO

GÁS

Figura 7 - Dilatação Volumétrica

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1.2.3. Calor Específico e Calor Sensível

Calor específico indica a quantidade de calor que cada unidade de massa do corpo precisa receber ou ceder para que sua temperatura possa variar de 1ºC.O calor específico é uma característica de natureza da substância, isto é, cada substância tem seu próprio calor específico.

Para os gases, o calor específico varia com a pressão e o volume. Além disso o calor específico depende do estado físico do sistema, sendo maior no estado líquido que no estado sólido.Calor sensível é a quantidade de calor que a substância recebe ou cede provocando mudança de temperatura sem mudanças de estado físico.

Figura 8 - Calor Específico

Quando houver a mudança de estado físico à temperatura constante este calor é denominado calor latente.

Figura 9 - Calor Latente

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1.2.4. Transferência de Calor à Temperatura Constante

Nos processos industriais é muito empregado a fenômeno da troca de calor para atingir determinadas exigências do processo. Em muitos casos é importante que este aquecimento ocorra com um mínimo de variação de temperatura.Tomando como exemplo o óleo combustível, conseguimos através da regulagem do fluxo de vapor, controlar e garantir que o aquecimento do óleo seja feito a uma temperatura constante.

1.2.5. Vapor Saturado e Vapor Superaquecido

Considere o aquecimento de um determinado volume de água fria. Após algum tempo de aquecimento ao atingir uma determinada temperatura a água iniciará a ebulição, com formação de vapor que se denomina vapor saturado.Define-se vapor superaquecido como sendo todo vapor que esteja a uma temperatura superior à sua temperatura de vaporização.

1.2.6. Tabela de Vapor Saturado

Mostramos a seguir uma tabela de vapor saturado onde a um dado valor de pressão corresponde uma temperatura.

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Tabela 2: Vapor Saturado

PRESSÃO ABSOLUTA

TEMPERATURA PRESSÃO ABSOLUTA

TEMPERATURA

KG/CM2 ºC KG/CM2 ºC

0,01 6,7 8,0 169,60,015 12,7 8,5 172,10,02 17,2 9,0 174,5

0,025 20,8 9,5 176,80,03 23,8 10 179,00,04 28,6 11 183,20,05 32,5 12 187,10,06 35,8 13 190,70,08 41,2 14 194,10,10 45,4 15 197,40,12 49,1 16 200,40,15 53,6 17 203,40,20 59,7 18 206,10,25 64,6 19 208,80,30 68,7 20 211,40,35 72,2 22 216,20,40 75,4 24 220,80,50 80,9 26 225,00,60 85,5 28 229,00,70 89,5 30 232,80,80 92,9 32 236,30,90 96,2 34 239,81,0 99,1 36 243,01,1 101,8 38 246,21,2 104,2 40 249,21,3 106,6 42 252,11,4 108,7 44 254,91,5 110,8 46 257,61,6 112,7 48 260,21,8 116,3 50 262,72,0 119,6 55 268,72,2 122,6 60 274,32,4 125,5 65 279,52,6 128,1 70 284,52,8 130,5 75 289,23,0 132,9 80 293,63,2 135,1 85 297,93,4 137,2 90 301,93,6 139,2 95 305,8

13

3,8 141,1 100 309,54,0 142,9 110 316,64,5 147,2 120 323,25,0 151,1 130 329,35,5 154,7 140 335,16,0 158,1 150 340,66,5 161,2 160 345,77,0 164,2 180 355,37,5 167,0 200 364,18,0 169,6 220 373,6

OBS.: Pressão Absoluta = Pressão Relativa + Pressão Atmosférica

ANOTAÇÕES

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___________________________________________________________________________

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2. CALDEIRAS - CONSIDERAÇÕES GERAIS

A crescente necessidade de produção leva o homem ao aprimoramento e à racionalização da transformação dos materiais. O parque fabril hoje, conta, em 95% de suas indústrias, com o uso do vapor para esta transformação.

Em 130 AC, Heron de Alexandria criou a Eolípila, uma forma bem rudimentar de turbina a vapor que iria provocar, séculos mais tarde, uma verdadeira revolução industrial, com a invenção da máquina a vapor.

Utilizada em seus primeiros anos de vida, por Thomas Saveny no trabalho de extração de águas das minas, a nova máquina foi sendo aperfeiçoada passando a funcionar com cilindro e êmbolo a partir de 1705.

Em 1763, James Watt, estudando a nova máquina a vapor, chegou a outras conclusões e terminou por inventar o seu próprio tipo que corresponde, aproximadamente, à moderna máquina a vapor.

Em 1782, Watt patenteou um novo modelo, máquina rotativa de ação dupla que permitiu o aproveitamento do vapor para impulsionar toda espécie de mecanismos.

Depois de Watt, em torno de 1800, Richard Tvevithick e Oliver Evans, observando o fenômeno de alta pressão, aperfeiçoaram a engenhosa máquina que logo teve aplicação nas locomotivas e rapidamente na navegação.

Esta última é atribuída ao americano Robert Fulton que depois, de algumas experiências malogradas no Rio Sena conseguiu cruzar o Rio Hudson dando início a navegação comercial.

2.1. TIPOS DE CALDEIRAS E SUAS UTILIZAÇÕES

2.1.1. Caldeiras a Vapor

Caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia, excetuando-se os refervedores e equipamentos similares utilizados em unidades de processo.

Na prática, a geração de vapor é obtida através de geradores de vapor propriamente ditos e pelo aproveitamento de calor residual que se desenvolve em alguns tipos de processo.

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CLASSIFICAÇÃO DAS CALDEIRAS

As caldeiras podem ser classificadas de acordo com: classes de pressão, grau de automatização, tipo de energia empregada, tipo de troca térmica.

De acordo com as classes de pressão, as caldeiras foram classificadas segundo a NR-13 em:

CATEGORIA A: Caldeira cuja pressão de operação é superior a 1960 kPa (19,98 kgf/cm²).

CATEGORIA B: Caldeiras com pressão de operação igual ou inferior a 588 kPa (5,99 kgf/cm) e o volume interno é igual ou inferior a 100 litros.

CATEGORIA C: Caldeiras que não se enquadram nas categorias anteriores.

De acordo com o grau de automatização podem se classificar em: manuais, semi-automática e automática.

De acordo com o tipo de energia empregada, elas podem ser do tipo: combustível sólido, liquido, gasoso, caldeiras elétricas, caldeiras de recuperação.

Existem outras maneiras particulares de classificação, a saber: quanto ao tipo de montagem, circulação de água, sistema de tiragem e tipo de sustentação.

A classificação de caldeiras mais usual refere-se ao tipo de troca térmica e divide-as em: flamotubulares, aquotubulares e mistas.

2.1.2. Caldeira Flamotubulares

As caldeiras Flamotubulares ou Fogotubulares são aquelas em que os gases provenientes da combustão (gases quentes) circulam no interior dos tubos, ficando por fora a água, conforme mostra a figura.

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2.1.3. Caldeiras Cornuália

Sendo um dos primeiros modelos desenvolvidos, é constituída de um tubulão horizontal ligando a fornalha ao local de saída de gases. É de funcionamento simples, porém rendimento muito baixo. As suas principais características são: pressão máxima de 10 kg/cm², vaporização específica 12 a 14 kg de vapor/m² e máximo de 100 m² de superfície (figura a seguir).

2.1.4. Caldeira Lancaster

De construção idêntica, porém apresentando uma evolução técnica em relação a anterior. Pode ser constituída de dois a quatro tubulões internos. Algumas características são área de troca térmica de 120 a 140 m² e 15 a 18 kg de vapor/m².Há caldeiras que apresenta tubos de fogo e de retorno, o que apresenta uma melhoria em relação às anteriores.

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2.1.5. Caldeira Multitubular

A queima de combustível é efetuada em uma fornalha externa, geralmente construída em alvenaria instalada abaixo do corpo cilíndrico. Os gases quentes passam pelos tubos de fogo, podendo ser de um ou dois passes. A maior vantagem é poder queimar qualquer tipo de combustível.

2.1.6. Caldeira Locomóvel

Também é do tipo multitubular, cuja principal característica é apresentar uma dupla parede em chapa na fornalha, onde circula água. A vantagem maior está no fato de ser fácil a sua transferência de local e poder produzir energia elétrica. Sua aplicação seria em serrarias junto à matéria-prima e campos de petróleo.

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2.1.7. Caldeira Escocesa

Foi criada basicamente para uso marítimo, servindo como modelo das caldeiras industriais mais difundidas no mundo. São destinadas à queima de óleo ou gás, tendo ainda: pressão máxima de 18 kg/cm², rendimento térmico 83% e taxa de vaporização de 30 a 35 kg de vapor/m².

Este tipo de caldeira é o de construção mais simples e quanto a distribuição dos tubos pode ser de tubos verticais ou horizontais.

PORTA

FORNALHA

TUBOS DE FUMAÇA

ÁGUAVAPORIZANDO

SAÍDA DE VAPOR

CONTROLE DE TIRAGEM

CHAMINÉ

CALDEIRA VERTICAL DE FORNALHA INTERNA CALDEIRA VERTICAL DE FORNALHA EXTERNA

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Nas caldeiras verticais os 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 dos tubos aquecendo e vaporizando a água que se encontra externamente aos mesmos. As fornalhas externas são utilizadas principalmente para combustíveis de baixo poder calorífico.

As caldeiras horizontais abrangem várias modalidades, desde as caldeiras Cornuália e Lancaster, de grande volume de água, até as modernas unidades compactas. As principais caldeiras horizontais apresentam tubulões internos, por onde passam os gases quentes. Podem ter de 1 a 4 tubos de fornalha.

VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS CALDEIRAS FLAMOTUBULARES

VANTAGENS:– Custo de aquisição mais baixo;– Exigem pouca alvenaria;– Atendem bem a aumentos instantâneos de demanda de vapor.

DESVANTAGENS:– Baixo rendimento térmico;– Partida lenta devido ao grande volume interno de água;– Limitação de pressão de operação (até 20 kgf/cm²);– Baixa taxa de vaporização (kg de vapor / m². hora);– Capacidade de produção limitada;– Apresentam dificuldades para instalação de economizador,

superaquecedor e pré-aquecedor.

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2.1.8. Caldeira Aquotubulares

Ao acompanharmos o processo evolutivo por que passaram os geradores de vapor, notamos que nas caldeiras Flamotubulares primitivas, a superfície de aquecimento era muito pequena, tendo como consequência uma baixa vaporização específica (12 a 14 kg de vapor / m²) e que gradualmente foi sendo aumentada com o aumento do número de tubos. Por mais tubos que se colocasse dentro da caldeira, essa superfície ainda continuariam pequena causando alguns inconvenientes, tais como baixo rendimento térmico, demora na produção de vapor, etc.

Com a evolução técnica das indústrias, estas começaram a necessitar de caldeiras com maior rendimento, menos consumo, rápida produção e grandes quantidades de vapor. Baseado nos princípios da termodinâmica e na experiência com os tipos de caldeiras existentes resolveram os fabricantes inverter a situação, ou seja, trocaram os tubos de fogo por tubos de água, tendo assim aumentado em muito a superfície de aquecimento e surgindo a caldeira aquotubular.

Seu princípio de funcionamento baseia-se no fato de que “quando um líquido é aquecido, as primeiras partículas aquecidas ficam mais leves e sobem, enquanto que as frias que são mais pesadas descem; recebendo calor elas tornam a subir, formando assim um movimento contínuo, até que a água entre em ebulição”.

Na figura a seguir podemos notar que a água é vaporizada nos tubos que constituem a parede mais interna, subindo ao tambor de vapor, dando lugar a nova quantidade de água fria que será vaporizada e assim sucessivamente.

Para fins didáticos, dividimos as caldeiras aquotubulares em 3 grandes grupos:

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– Caldeiras aquotubulares de tubos retos

– Caldeiras aquotubulares de tubos curvos

– Caldeiras aquotubulares de circulação positiva.

2.1.9. Caldeira Aquotubulares de Tubos Retos

Consiste em um feixe tubular, de transmissão de calor, com uma série de tubos retos e paralelos que são coletados em câmaras onduladas. Estas câmaras comunicam-se com os tambores de vapor (superior) através de tubos curvos, formando um circuito fechado por onde circula a água, conforme o sentido indicado na figura. Nesta figura também se ilustra a circulação dos gases quentes mediante 3 passes.

Este tipo de caldeiras, incluindo as de tambor transversal, conforme figuras abaixo são as primeiras concepções industriais, que supriram uma gama de capacidade de 3 até 30 toneladas-vapor/hora, com pressões de até 45 kgf/cm². Os projetos foram apresentados pelas firmas BABCOK & WILCOX e a STEAM MULLER CORP.

Com tambor transversal

com tambor longitudinal

Com 4 ou mais tambores;

Com 3 tambores, podendo ser longitudinais ou transversais;

23

15º

ÁGUA

VAPOR

CORPOTRANSVERSAL

SAÍDA DE GASESTUBULÃODE VAPOR

FEIXETUBULAR

CAIXATRASEIRA

FORNALHA

CAIXAFRONTAL

VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS CALDEIRAS AQUOTUBULARES DE TUBOS RETOS

As principais vantagens das caldeiras deste tipo são:

– Os tubos retos são de fácil substituição;– Inspeção e limpeza fáceis;– Não necessitam chaminés elevadas ou tiragem forçada.

Como desvantagens apresentam:

– São necessárias duas tampas para cada tubo;– Baixa vaporização específica;– Rigoroso processo de aquecimento (grande quantidade de material refratário)

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2.1.10. Caldeiras Aquotubulares de Tubos Curvos

A principal característica deste tipo de caldeira é de não oferecer limites de capacidade de produção de vapor. A forma construtiva foi idealizada por STIRLING, interligando os tubos curvos aos tambores por meio de solda ou mandrilagem. Na figura abaixo apresentamos um esquema de caldeira com quatro tambores, podendo ter de três a cinco, o que confere a este tipo de gerador de vapor um grande volume de água.

Partindo deste modelo, foram projetadas novas caldeiras. Com o objetivo de se aproveitar melhor o calor irradiado na fornalha, reduziu-se o número e o diâmetro dos tubos, e acresceu-se uma parede de água em volta da fornalha, o que serviu como meio de proteção ao refratário da mesma, além de aumentar a capacidade de produção de vapor.

2.1.11. Caldeira com dois Tambores Transversais e Parede de Água

25

2.1.12. Caldeira Aquotubular de Tubos Curvos e Parede de Água

Vantagens das caldeiras aquotubulares de tubos curvos

– Redução do tamanho da caldeira;– Queda da temperatura de combustão;– Eliminação da necessidade de uso de refratários de alta qualidade;– Vaporização específica maior, sendo de 28, 30 kg de vapor / m² a

50 kg de vapor / m² para as caldeiras com tiragem forçada;– Fácil manutenção e limpeza;– Rápida entrada em regime;– Fácil inspeção nos componentes.

2.1.13. Caldeira Aquotubular Compacta

Dentro da categoria das caldeiras de tubos curvos surgiram as caldeiras compactas; são úteis para instalações móveis, e são entregues, praticamente, em condições de operação pelo fabricante. As capacidades das caldeiras compactas são limitadas pelo transporte nas vias carroçáveis. No Brasil fica limitada, praticamente, a unidades não superiores a 30 ton.vapor/hora. Porém, tem sido construída unidade compacta de até 90 ton.vapor/hora. A figura abaixo é exemplo típico dessa modalidade de caldeiras.

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2.1.14. Caldeira de Circulação Positiva

Como já foi mencionada anteriormente, a circulação da água nas caldeiras pode ser natural ou forçada. A figura abaixo mostra alguns exemplos de circulação natural (devido à diferença de densidade da água). Caso esta circulação seja deficiente, poderá ocorrer um superaquecimento do tubo e consequente ruptura do mesmo.

CALOR

TAMBOR DE LAMA

ALIMENTAÇÃOSAÍDADE VAPOR

CALORTAMBORDE LAMA

SAÍDA DE VAPOR

ALIMENTAÇÃO

Para resolver estes problemas, surgiram as caldeiras de circulação positiva, as quais garantem uma circulação de água unidirecional através de todo o sistema tubular.

A primeira caldeira deste tipo foi a de Fluxo Unidirecional ou Caldeira de Benson, a qual não possui tambor de vapor nem bomba de recirculação. Existe também a Caldeira Belser que é idêntica à Benson acrescida de tambor de vapor, o qual coleta uma pequena parte do vapor para aquecer a água de alimentação.A Caldeira Le Mont segue as mesmas características, acrescidas de um separador e uma bomba de recirculação que funciona a uma pressão superior a caldeira.

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VANTAGENS E DESVANTAGENS DE CALDEIRAS DE CIRCULAÇÃO POSITIVA

VANTAGENS– São de tamanho reduzido;– Não necessitam de grandes tambores;– A produção de vapor é instantânea;– Quase não há formação de incrustações.

DESVANTAGENS– É muito sensível, causando paradas constantes;– Ocorrem muitos problemas com a bomba de circulação, quando

operada a altas pressões.

2.1.15. Caldeiras Mistas

São caldeiras flamotubulares que possuem uma ante-fornalha com parede d’água. Normalmente são projetadas para a queima de combustível sólido.

2.1.16. Caldeiras Elétricas

Caldeira elétrica é um equipamento cujo papel principal é transformar energia elétrica em térmica, para transmiti-la a um fluido apropriado, geralmente água.

Os tipos fundamentais de caldeiras elétricas são:a) de resistênciab) de eletrodo submerso

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c) de jato de água

PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO

A produção de vapor, em uma caldeira elétrica, baseia-se no seguinte fato: a corrente elétrica, ao atravessar qualquer condutor, encontra resistência a sua livre circulação e desprende calor (Efeito Joule).

A água pura é considerada um mau condutor de corrente elétrica, portanto deve-se adicionar determinados sais à mesma para que se possa obter uma determinada condutividade. Alguns fabricantes recomendam a adição de soda cáustica ou fosfato trisódico na água de alimentação (observe que esta adição deve ser calculada e colocada após o tratamento químico da água de alimentação).A quantidade de vapor gerada (kg/h) depende diretamente dos seguintes parâmetros:

– Condutividade da água;– Nível de água;– Distância entre os eletrodos.

TIPOS DE CALDEIRAS ELÉTRICAS

a) TIPO RESISTÊNCIADestinada, geralmente, para pequenas produções de vapor. Na maioria das

vezes são do tipo horizontal, utilizando resistências de imersão.

b) TIPO ELETRODO SUBMERSOGeralmente destinadas a trabalhar com pressões de vapor não muito elevadas (aproximadamente 15 kgf/cm²). A figura abaixo mostra um dos possíveis esquemas utilizando o sistema de eletrodos submersos.

CC – Sensor de condutividade VC2 – Válvula de controleLIC – Indicador e controlador de nível TC – Transdutor de correnteLG – Indicador de nível TP – Transdutor de pressãoPIC – Controlador de pressão VA – Válvula agulhaBD – Bomba d’água VS – Válvula solenoide

–ID – Hidrômetro HS – Limitador de potênciaPI – Manômetro A/M – Extrator ou redutor de

sinais

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PT – Transmissor de pressão PCV – Válvula controladora de pressãoLT – Transmissor de nível LCV – Válvula controladora nívelVBV – Válvula de bloqueio de vapor PSH – Segurança de alta pressãoVR – Válvula de retenção CAH – Controlador de limite de condutividadeVB – Válvula borboleta IV/I

PSV – Válvula de segurança I/P

2.1.17. Tipo Jato de Água (Cascata)

Destinado a pressões de vapor elevadas e grandes quantidades de vapor. Observa-se um dos esquemas na figura abaixo.

12

1

2

3

5

6

7

8

9

1011

13

4

Figura 10 - Caldeira elétrica Jato de Água

– Transdutor de potência

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Principais Características das Caldeiras Elétricas

– Não necessita de área para estocagem de combustível;– Ausência total de poluição (não há emissão de gases);– Baixo nível de ruído;– Modulação da produção de vapor de forma rápida e precisa;– Alto rendimento térmico (aproximadamente 98%);– Melhora do Fator de Potência e Fator de Carga;– Área reduzida para instalação da caldeira;– Necessidade de aterramento da caldeira de forma rigorosa;– Tratamento de água rigoroso.

2.1.18. Utilizações do Vapor

O vapor produzido em um gerador de vapor pode ser usado de diversas formas, dependendo do tipo de indústria e da região. De uma forma geral pode-se destinar o vapor para:

a) O processo de fabricação, beneficiamento;b) Gerar energia elétrica;c) Gerar trabalho mecânico;d) Aquecimento de linhas e reservatórios de óleo combustível;e) Prestação de serviços.

a) Processos de Fabricação; Beneficiamento

Indústria de bebidas e conexos: utiliza-se o vapor nas lavadoras de garrafas, tanques de xarope, pasteurizadoras.

Indústrias madeireiras: cozimento de toras, secagem de tábuas ou lâminas em estufas, em prensas para compensados.

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Indústria de papel, celulose: cozimento de madeira nos digestores, secagem através de cilindros rotativos, secagem de cola na fabricação de papelão corrugado.

Curtumes: aquecimento de tanques de água, secagem de couros, estufas, prensas, prensas a vácuo.

Indústrias de laticínios: pasteurização, esterilização de recipientes, fabricação de creme de leite, aquecimento de tanques de água, produção de queijos, produção de iogurte e requeijão (fermentação).

Frigoríficos: estufas para cozimento, digestores, prensas para extração de óleo.

Indústria de doces em geral: aquecimento do tanque de glucose, cozimento da massa em panelas sob pressão, mesas para o preparo da massa, estufas.

Indústria de vulcanização e recauchutagem: estufas para secagem dos pneus, vulcanização, prensas.

Indústrias químicas: autoclaves, tanques de armazenamento, reatores, vasos de pressão, trocadores de calor.

Indústria têxtil: utiliza vapor no aquecimento de grandes quantidades de água para alvejar e tingir tecidos, bem como realizar a secagem em estufas.

Indústria de petróleo e seus derivados: refervedores, trocadores de calor, torres de fracionamento e destilação, fornos, vasos de pressão, reatores e turbinas.

Indústria metalúrgica: banhos químicos, secagem e pintura.

b) Geração de energia elétrica

Pode-se obter energia elétrica através de vapor nas usinas termoelétricas e outros polos industriais, os quais são compostos basicamente de um equipamento de geração de vapor superaquecido, uma turbina, um gerador elétrico e um condensador.

c) Geração de trabalho mecânico

Onde o vapor é utilizado para a movimentação de equipamentos rotativos.

d) Aquecimento de linhas e reservatórios de óleo combustível

No caso de trabalharmos com “óleo combustível pesado”, torna-se necessário o aquecimento das tubulações e reservatórios, sob pena do mesmo não fluir livremente e também não proporcionar uma boa combustão.e) Prestação de serviços

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Hospitais, indústrias de refeições, hotéis e similares utilizam o vapor em lavanderias, cozinhas e conforto térmico.

ANOTAÇÕES

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3. PARTES DE UMA CALDEIRA

Este item apresentará separadamente os componentes de caldeira flamotubulares e aquotubulares.

3.1. PARTES DE CALDEIRAS FLAMOTUBULARES

O desenho abaixo mostra uma caldeira flamotubular típica, cujos componentes estão detalhados a seguir:

a) CORPO DA CALDEIRA.

Também chamado de casco ou carcaça. É construído a partir de chapas de aço carbono calandradas e soldadas.

Seu diâmetro e comprimento é função da capacidade de produção de vapor.

As pressões de trabalho são limitadas (normalmente máximo de 20 kgf/cm²) pelo diâmetro do corpo destas caldeiras.

b) ESPELHOS

São chapas planas cortadas em forma circular, de modo que encaixem nas duas extremidades do corpo da caldeira e são fixadas através de soldagem. Sofrem um processo de furação, por onde os tubos de fumaça deverão passar: são fixados através de mandrilamento ou soldagem.

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c) FEIXE TUBULAR OU TUBOS DE FOGO

São os tubos responsáveis pela absorção do calor contido nos gases de exaustão para aquecimento de água. ligam o espelho frontal com o posterior, podendo ser de um, dois ou três passes.

d) CAIXA DE FUMAÇA

É o local onde os gases da combustão fazem a reversão do seu trajeto, passando novamente pelo interior da caldeira (pelos tubos de fogo).

3.2. PARTES DE CALDEIRAS AQUOTUBULARES

As partes principais de uma caldeira aquotubular são:

a) Tubulão superior (ou tambor de vapor);b) Tubulão inferior (ou tambor de lama);c) Feixe tubular;d) Fornalha;e) Superaquecedor;

a) Tubulão Superior

O tambor de vapor, ou tubulão superior é o elemento da caldeira onde é injetada a água de alimentação e é retirado o vapor. No interior dele estão dispostos vários equipamentos, conforme mostra a figura a seguir.

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1. Área dos tubos de descida da água do feixe tubular (downcomers);

2. Área de tubos vaporizantes (riser), que descarregam a mistura de vapor e água

contra a chicana 6. Esta forma uma caixa fechada no fundo e dos lados, com

abertura em cima, que projeta o vapor e a água contra a chicana 8;

3. Área dos tubos do superaquecedor, mandrilados no tambor;

4. Filtro de tela ou Chevron;

5. Tubo de drenagem da água retirada no filtro;

6. Tubo distribuidor da água de alimentação; observa-se a posição dos furos;

7. Tubo coletor de amostras de água e da descarga contínua.

O tubulão de vapor é construído com chapa de aço carbono de alta qualidade (ASTM A285 grau C, ASTM A515-60 ou A515-70).

O dimensionamento da espessura do tubulão é feito baseado no código ASME SECTION I e depende do material usado na fabricação.

Os tubos são mandrilados nos tubulões e se dividem em tubos de descida d’água e tubos de geração de vapor que descarregam a mistura água + vapor no tubulão. Os internos são descritos a seguir.

Na descarga dos tubos de geração de vapor é instalada uma chicana (chapa defletora) que é uma caixa fechada no fundo e nos lados destinada a separar a água contida no tubulão e amenizar as variações do nível de água.

Existe em alguns casos uma segunda chapa defletora cuja finalidade é separar partículas de água ainda contidas no vapor.

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FILTRO PRIMÁRIO

DRENO

COLETOR DA DESCARGACONTÍNUA

CHICANADEFLETORA

COLETOR DISTRIBUIDORDA ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO

NÍVEL NORMAL DE ÁGUA

FILTROSECUNDÁRIO

SAÍDA DE VAPOR

Existe ainda no tubulão superior um conjunto constituído de chapas corrugadas, denominado de chevron ou filtro, cuja finalidade é reter a maior quantidade possível de partículas sólidas ou líquidas arrastadas pelo vapor, antes do vapor sair para o superaquecedor.

O tubo de alimentação de água é por onde a água entra no tubulão, a furação deste tubo deve ser posicionada de modo a que o jato d’água não se dirija contra a chapa do tubulão.

O tubo de descarga contínua, também chamado de coletor é o responsável pela captação constante de água de drenagem que elimina sólidos em suspensão prejudiciais à caldeira.

Em algumas caldeiras podemos ter também um tubo de injeção de produtos químicos instalado no tubulão superior.

b) Tubulão Inferior (ou tambor de lama)

Da mesma forma que o tubulão superior, também é construído em chapas de aço carbono, e tem como principal finalidade armazenar impurezas existentes na água da caldeira que são removidas conforme necessário, através das descargas de fundo.

No interior do tubulão recomenda-se instalar uma cantoneira conforme mostra a figura a seguir. A cantoneira tem a função de promover uma sucção ao longo do tambor; devido à diferença de pressão no tambor e na descarga para a atmosfera,

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esta sucção arrasta a lama de toda extensão do tambor. Em caldeiras que não possuam cantoneira a descarga somente remove a lama ao redor do furo.

1. CANTONEIRA2. CHAPA DE FECHAMENTO3. BARRA DE APOIO4. BARRA DIRECIONADORA

2 1

4

3

c) Feixe Tubular

É um conjunto de tubos que faz a ligação entre os tubulões da caldeira. Pelo interior deste tubo circulam água e vapor. Os tubos que servem para conduzir água do tubulão superior para o inferior são chamados de “downcomers”; os tubos que fazem o sentido inverso (mistura de água e vapor) são conhecidos por “risers” ou tubos vaporizantes.

TIPOS PRINCIPAIS

Feixe Tubular Reto: Muito usado em caldeiras antigas, onde os tubos eram ligados através de caixas ligadas ao tubulão de vapor, conforme mostra o esquema.

CAIXAFRONTAL

TUBULÃODE VAPOR

CAIXATRASEIRA

FEIXE TUBULAR

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Feixe tubular curvado

Feixe tubular com fluxo cruzado

GÁS

GÁS

CHICANADEFLETORA

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Feixe tubular com fluxo axial: Utilizado em caldeiras à carvão com alto teor de cinzas.

GÁS GÁS

PLACADIRECIONADORA

GÁSTUBOS DO FEIXE

Materiais mais comumente utilizados:

ASTM-A-178 - Tubos com costura

ASTM-A-192

ASTM-A-210

Parede d’água: Nas caldeiras a fornalha é formada por tubos que estão em contato com as chamas e os gases, permitindo maior taxa de absorção de calor por radiação. Os tipos mais comuns de parede d’água são:

Parede d’água com tubos tangentesMateriais mais comuns:

– Tubo A-178 com costura– Tubo A-192 sem costura

Sem costura

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ch. 1

/8”

isolante térmicoalumínio corrugado

cimento refratário ~ 3mm

Paredes de água com tubos aletados

ch. 1

/8”

isolante térmicoalumínio corrugado

cimento refratário

~ 3mmaletastubos O 3”

distanciamento 1,33 x O

Podemos encontrar também paredes d’água com distanciamento entre tubos de 1,5, 2 e 2,5 mm. Com as paredes d’água o calor ganho por convecção é relativamente pequeno.

Fornalha

Também chamada de câmara de combustão, é o local onde se processa a queima de combustível. De acordo com o tipo de combustível a ser queimado, a fornalha pode ser dividida em:

o Fornalhas Para Queima de Combustível Sólido:

São as que possuem suporte e grelhas as quais podem ser planas, inclinadas ou dispostas em formas de degraus que ainda podem ser fixos ou móveis. Estas fornalhas destinam-se principalmente a queima de: lenha, carvão, sobras de produtos, cacau, bagaço de cana, casca de castanha, etc.

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A alimentação do combustível pode ser feita de maneira manual ou automatizada.

Apresentam como desvantagem, o abaixamento de temperatura na entrada de combustível, grande geração de resíduos e ter seu uso limitado em caldeiras de pequena capacidade. Ainda para caldeiras de combustíveis sólidos, podemos comentar sobre alguns tipos de fornalha que possuem grelhas basculantes e rotativas.

o Grelha Basculante

Dividida em vários setores, cada setor possui elementos de grelha denominados de barrotes. Estes barrotes se inclinam sob a ação de um acionamento externo, que pode ser de ar comprimido ou de vapor. Com a inclinação dos barrotes a cinza escoa-se para baixo da grelha, limpando-a. Isto é feito sem cortar a alimentação de combustível da caldeira, sem riscos humanos e garantindo um melhor controle na admissão de ar de combustão. A redução de ar da combustão e a melhor distribuição do bagaço sobre a grelha aumentam consideravelmente o rendimento da caldeira.

o Grelha Rotativa

A queima e a alimentação se processam da mesma maneira que na grelha basculante, mas a limpeza é feita continuamente; não há basculamento dos barrotes.

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A grelha é acionada por um conjunto motor-redutor, o que lhe dá pequena velocidade, suficiente para retirar da fornalha as cinzas formadas num certo período. O ar de combustão entra por baixo da grelha e serve para refrigeração, da mesma forma que na grelha basculante.

o Fornalha para Queima de Combustível em Suspensão

São aquelas usadas quando se queimam óleo, gás ou combustíveis sólidos pulverizados.

Para caldeiras que queimam óleo ou gás, a introdução do combustível na fornalha é feita através do queimador.

Para combustíveis sólidos pulverizados, a introdução do mesmo na fornalha pode ser feita através de dispositivos que garantam a granulometria e dispersão para queima dentro da fornalha.

Superaquecedor

O superaquecedor é constituído de tubos (lisos ou aletados) de aço resistente a altas temperaturas, distribuídos em forma de serpentina que aproveitam os gases de combustão para dar o devido aquecimento ao vapor saturado transformando-o em vapor superaquecido. Quando instalados dentro das caldeiras podem estar localizados atrás do último feixe de tubos, entre dois feixes, sobre os feixes ou ainda na fornalha.

Existem alguns tipos de caldeira onde o superaquecedor é instalado da forma separada da caldeira. Existem três mecanismos de transferência de calor nos superaquecedores: radiação, convecção e mista.

Os superaquecedores correm risco de ter seus tubos danificados se não forem tomados alguns cuidados relativos a garantia de circulação de água / vapor na superfície interna, nas partidas e paradas da caldeira.

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3.3. PARTES DE CALDEIRAS ELÉTRICAS

A forma construtiva das caldeiras elétricas difere das outras caldeiras por não haver necessidade de queima de combustível para geração de vapor, ou seja, não possuem fornalha, ventiladores, queimadores e chaminé. Os três principais tipos de caldeiras elétricas, são:

a) Tipo Resistência

São caldeiras de pequeno porte, com baixas pressões e produção de vapor. Em geral esta caldeira é formada por um vaso, geralmente na posição horizontal, e as suas extremidades são de tampos abaulados. Internamente, possui um conjunto de resistências, submersas, controladas por um pressostato.

b) Tipo Eletrodo Submerso

O casco é construído na posição vertical. Internamente possui um elemento denominado de câmara de vapor onde ficam instalados os eletrodos.

O controle de pressão desta caldeira, ocorre com a variação de nível de água na câmara de vapor, controlada por uma PCV. Existe também um conjunto de bombas de circulação que coleta água na parte inferior da caldeira e alimenta esta câmara.

c) Tipo Jato de Água (Cascata)

O casco é construído na posição vertical, internamente possui um elemento denominado de corpo da cascata que tem como função criar jatos de água que incidem sobre os eletrodos e destes aos contra-eletrodos. Este tipo de caldeira possui uma bomba de circulação que coleta água no fundo da caldeira e alimenta o corpo da cascata. O controle de pressão é feito pelo volume de água introduzido no corpo da cascata.

3.4. PARTES DE CALDEIRAS A COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS

Existe uma variedade muito grande de caldeiras para queima de combustível sólido. As principais características que diferenciam este tipo de caldeira das demais se referem ao tipo e dimensões de fornalha.

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3.5. PARTES DE CALDEIRAS A COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS

Este tipo de caldeira por possuir condições de queima de combustíveis líquidos e gasosos vai ser caracterizado pelas dimensões da fornalha e tipos de queimadores próprios para cada tipo de combustível.

3.6. PARTES DE CALDEIRAS A GÁS

A diferença principal que caracteriza este tipo de caldeira se prende ao tipo de queimador utilizado.

3.7. QUEIMADORES

Os queimadores são equipamentos destinados a promover, de forma adequada e eficiente, a queima dos combustíveis em suspensão. Ao contrário dos combustíveis gasosos, que já se encontram em condições de reagir com o oxigênio, os óleos combustíveis devem ser preparados antes da queima. A preparação consiste em:

Dosar as quantidades adequadas de ar e combustível;

Atomizar o combustível líquido, ou seja, transformá-lo em pequenas gotículas (semelhante a uma névoa);

Gaseificação das gotículas através da absorção do calor ambiente (câmara de combustão);

Mistura do combustível com o oxigênio do ar;

Direcionar a mistura nebulizada na câmara de combustão.

O principal problema dos queimadores é a fase de atomização, ou seja, a transformação do combustível em pequenas gotículas, o que aumenta a superfície específica, facilitando sobremaneira a sua gaseificação rápida e o contato com o oxigênio do ar de combustão. Os tipos de atomização podem ser:

a) Mecânica–Atomização por óleo sob pressão;

–Atomização por ação centrífuga (copo rotativo).

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b) Por Fluido Auxiliar–Atomização a vapor;

–Atomização com ar a baixa, média ou alta pressão.

Para que todo o combustível lançado dentro da fornalha queime, é necessário jogar um excedente de ar além da quantidade estequiométrica. Este excesso varia conforme o tipo de combustível, sendo normal 10 a 15% para gás combustível, 20 a 30 % para óleo combustível e 30 a 40% para lenha.

De grande importância para uma adequada queima do combustível lançado pelo queimador é o refratário localizado na sua parte posterior. As suas finalidades são:

Auxiliar na homogeneização da mistura ar/combustível, graças ao seu formato;

Aumentar a eficiência da queima, graças a sua característica de irradiar o calor absorvido;

Dar forma ao corpo da chama.

Como já foi dito, os tipos de atomização podem ser mecânica ou por fluido auxiliar. Na atomização mecânica podemos ter:

Atomização Por Óleo Sob Pressão

Esse tipo de queimador, também denominado jato-pressão, é normalmente, empregado em instalações de grande porte nas quais predomina o fator econômico e em instalações marítimas, devido não só ao menor consumo de energia, como, principalmente, devido à economia de água. A pulverização de óleo combustível é produzida pela passagem do óleo sob alta pressão através de um orifício. A pressão do óleo varia normalmente de 60 a 140 PSI, mas pode atingir valores bem maiores e é produzida por uma bomba.

RETÔRNOCONTROLADODE ÓLEO

ENTRADA DE ÓLEO

BICO PULVERIZADOR

A

A

CORTE “A - A”

QUEIMADOR COM ATOMIZAÇÃO POR ÓLEO SOB PRESSÃO

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Atomização Por Ação Centrifuga

Este processo consiste em injetar combustível no interior de um elemento rotativo (copo nebulizador)

O óleo injetado no interior do copo é forçado pela ação centrifuga da rotação (3000 a 8000 rpm) contra as paredes internas desse copo que, devido à sua conicidade, faz o óleo mover-se para fora dele.

Atomização por fluido auxiliar

A atomização por fluido auxiliar mais comumente adotada pode ser feita através de ar a alta pressão e através de vapor.

Os queimadores com atomização de ar a alta pressão possuem um gerador que faz a geração de ar primário. Quanto maior a pressão do ar primário menor a quantidade na porcentagem total de ar necessário; assim complementa-se com ar secundário, facilitando o controle da combustão.

A pressão de operação do ar no queimador é superior a 1,5 kgf/cm² e este tipo de queimador pode ser utilizado com atomização a vapor.

A atomização a vapor é semelhante à de ar, onde o vapor passa por um estreitamento arrastando consigo o combustível em forma de gotículas.

O consumo de vapor é de 0,15 a 0,40 kg de vapor por kg de óleo combustível.

ÓLEO

VAPOR

AR

- QUEIMADOR A VAPOR

Além dos queimadores descritos, temos que descrever particularidades dos queimadores a gás que em um sistema de combustão tem as seguintes funções:

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Fornecer o gás combustível e o carburente à câmara de combustão, fixando adequadamente o posicionamento da chama.

Misturar convenientemente o gás combustível e o carburente.

Proporcionar os meios necessários para manter uma ignição contínua da mistura gás combustível/ar (evitando a extinção da chama).

Observação: É necessária uma adaptação do sistema de queima normal a óleo, para queima de gás natural (ou outro) com a utilização obrigatória dos seguintes equipamentos:

Reguladores de vazão;

Válvula solenoide;

Pressostatos e válvulas reguladoras;

Manômetros especiais para gases;

Lança de queima principal para melhor homogeneização;

Materiais para instalação elétrica, tubos e conexões.

Queimador a Gás

São considerados também como parte integrante de uma caldeira, outros equipamentos denominados como auxiliares ou periféricos, cujo bom desempenho e controle ajudam a boa operação de uma caldeira. Dentre eles destacamos:

o Economizador

Sua finalidade é aquecer a água de alimentação da caldeira. Está localizado na parte alta da caldeira entre o tambor de vapor e os tubos geradores de vapor sendo que os gases são obrigados a circular através dele, antes de saírem pela chaminé.

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Existem vários tipos de economizadores e na sua construção podem ser empregados tubos de aço maleável ou tubos de aço fundido com aletas. Os economizadores podem ser:

o Separado: Usado nas caldeiras de baixa pressão (25 kg/cm²) e

construído geralmente de tubos de aço ou ferro fundido com aletas; no seu interior circula a água e por fora os gases de combustão.

o Integral: Empregado na maioria dos geradores de vapor, apesar de

requerer mais cuidados que o economizador em separado. Deverá ser retirado da água de alimentação todo o gás carbônico e o oxigênio, isto porque quando estes elementos são aquecidos aumentam a corrosão dos tubos.

GASES QUENTES

ENTRADA DE ÁGUA FRIASAÍDA DE ÁGUA QUENTE

ESQUEMA DO ECONOMIZADOR

A corrosão nos tubos de economizadores pode ocorrer tanto na superfície interna quanto na externa. Internamente a corrosão pode ser causada por impurezas geradas por deficiência no tratamento d’água. Externamente a corrosão pode ser causada pelos gases que arrastam contaminantes do processo de combustão.

3.8. PRÉ AQUECEDOR DE AR

Pode ser definido como equipamento (trocador de calor) que eleva a temperatura do ar antes que este entre na fornalha. O calor é cedido pelos gases residuais quentes ou pelo vapor da própria caldeira. A instalação desses equipamentos oferece as seguintes vantagens: melhoria de eficiência da caldeira pelo aumento da temperatura de equilíbrio na câmara de combustão. Pelo aumento de temperatura na fornalha, exigem tijolos refratários de melhor qualidade e maior consumo de energia para acionamento dos ventiladores, em função do aumento na perda de carga no circuito do ar/gás de combustão.

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ENTRADA DE GASESQUENTES 350ºC

ENTRADA DE ARATMOSFÉRICO

FRIO 30ºC

SAÍDA DE AR PARACOMBUSTÃO

AQUECIDO130ºC

SAÍDA DE GASESFRIOS 100ºC

ESQUEMA DE UM PRE-AQUECEDOR DE AR

De acordo com o princípio de operação os pré-aquecedores de ar podem se classificar em:

a) Pré Aquecedor Regenerativo

Nos pré-aquecedores regenerativos, o calor dos gases de combustão é transferido indiretamente para o ar, através de um elemento de “armazenagem”, por onde passa o ar e o gás de combustão, alternadamente.

b) Pré Aquecedor Regenerativo (Tipo Ljungstron)

Esse pré-aquecedor é constituído de placas de aço finas e corrugadas que são aquecidas quando da passagem dos gases de combustão e resfriadas quando da passagem do ar. Seu formato assemelha-se a uma roda gigante, girando lenta e uniformemente.

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c) Pré Aquecedor Tipo Colméia

Os gases quentes, ao passarem pela colméia refratária trocam o calor com o ar frio para a combustão.

GÁS

COLMÉIA

AR PARA COMBUSTÃO QUENTEAR PARA COMBUSTÃO FRIO

GÁS FRIO DE COMBUSTÃO GÁS QUENTE DE COMBUSTÃO

Alguns tipos de caldeiras fazem o pré-aquecimento do ar, utilizando-se do próprio vapor gerado. Este equipamento é denominado pré-aquecedor de ar a vapor.

3.9. SOPRADORES DE FULIGEM (RAMONADORES)

Este dispositivo permite uma distribuição rotativa de um jato de vapor no interior da caldeira, na superfície externa dos tubos. A figura abaixo mostra como é feita esta sopragem.

SOPRADOR DE FULIGEM

Os tubos sopradores são providos de orifícios e são distribuídos em pontos convenientes de modo a garantir jateamento na maior área de aquecimento possível.

Outro tipo de ramonador consiste de um dispositivo que introduz o tubo de sopragem no interior da zona de convecção, sendo acionado manual ou automaticamente.

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TUBO SOPRADOR

REFRATÁRIO

ENTRADADE VAPOR

MOVIMENTORETILINEO(CREMALHEIRA)

MOVIMENTOCIRCULAR

ESQUEMA DO SOPRADOR DE FULIGEM

3.10. CHAMINÉ

Chaminé é uma parte importante na caldeira. Ela ajuda na tiragem (saída dos gases da combustão) devido à diferença de pressão atmosférica que existe entre a sua base e o seu topo, provocada pela diferença de temperatura dos gases de combustão.

Pode ser constituída de chapas de aço ou alvenaria de tijolo comum porém em qualquer um dos casos, sua construção deve ser rigorosamente projetada e executada, levando-se em conta a quantidade de gases que deverá passar pela mesma, a velocidade destes gases, a temperatura (tanto na base como no topo) e a pressão atmosférica local. Também deve ser observado, que não haja qualquer fenda que possibilite uma entrada falsa de ar.

A tiragem chama-se forçada, quando é promovida por ventiladores ou exaustores.

D

Di

X

X=Máximo 0,5m Di = D

B

B1

C

B>C B1>B

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4. INSTRUMENTOS E DISPOSITIVOS DE CONTROLE DE CALDEIRA

Instrumentos e dispositivos são itens indispensáveis a qualquer unidade geradora de vapor, pois servem para garantir operação segura, econômica e confiável do equipamento.

4.1. DISPOSITIVOS DE ALIMENTAÇÃO

Dispositivos para alimentação de água nas caldeiras

Estes equipamentos desempenham um importante papel nas caldeiras, pois mantém o nível de água para que a caldeira possa atender à demanda de vapor. Deve ser muito bem controlados para repor exatamente a quantidade de água que foi evaporada e manter o regime de geração de forma segura para os operadores, equipamentos, etc.

Os equipamentos para a alimentação de água podem variar seus modelos e suas capacidades, de acordo com a capacidade da caldeira, porém os principais são:

Injetores

São equipamentos para alimentação de água usados em pequenas caldeiras de comando manual. Seu princípio baseia-se no uso do próprio vapor da caldeira ou de ar comprimido que é injetado dentro do aparelho, onde existem os cônicos divergentes e as válvulas de retenção, de controle, e de sobrecarga.

Quando o ar ou vapor passa pelos cônicos divergentes, forma vácuo, faz com que a válvula de admissão seja aberta e arrasta por sucção a água do reservatório dentro da caldeira. Se a água entrar em excesso, sai através da válvula de sobrecarga.

INJETOR DE ÁGUA

AGULHA REGULADORA

ENTRADA DE VAPOR

ENTRADA DE ÁGUA

ÁGUA E VAPOR

CÂMARA DE BAIXA PRESSÃO

VÁLVULA DE RETENÇÃO

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Bombas d’água

É um equipamento que deve ter uma pressão superior à pressão de trabalho da caldeira para que possa introduzir água no sistema. Na sua instalação hidráulica é dotada de válvulas de retenção evitando o retorno do líquido de trabalho, bem como a entrada de ar no circuito de aspiração.

Bombas Alternativas

Esse equipamento também é encontrado em vários modelos e tamanhos; as bombas alternativas podem aproveitar diferentes fontes de energia para o seu acionamento. Podem ser movidas por intermédio de turbinas a vapor, conjunto de êmbolos, motor elétrico ou, ainda, nas locomotivas a vapor aproveitam o movimento das rodas.

A grande vantagem deste tipo de bomba é a economia de força, porém apresenta a desvantagem de que sua capacidade é limitada a uma vazão máxima de 50 ton/h e tem grande facilidade de arrastar, junto com a água, grandes quantidades do óleo lubrificante que é empregado no sistema.

Sua construção é bastante simples, constando de uma câmara, duas válvulas de retenção e um êmbolo. A água é admitida e eliminada da câmara pelo movimento alternativo do êmbolo.

As bombas alternativas são vulgarmente chamadas de bombas de “p i s t ã o” e aqueles que usam conjunto de êmbolos para seu acionamento são chamadas de “burro” ou “burrinho d’água”.

SAÍDA DE ÁGUA

BOMBA ALTERNATIVA (OU DE ÊMBOLO)

VÁLVULA DE RETENÇÃO

ÊMBOLO

RODA MOTORAENTRADA DE ÁGUA

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Bombas Centrífugas

São bombas que tem dado os melhores resultados, pela simplicidade de seus componentes, facilidade de manutenção e pela grande vazão que nos oferece. Seu funcionamento consiste em um disco (rotor) com um jogo de palhetas, que gira em alta velocidade succionando a água pelo centro e recalcando-a na sua periferia. Os discos são chamados de estágios, cuja quantidade pode variar de acordo com a capacidade da bomba. Nas caldeiras de baixa pressão empregam-se bombas com apenas 1 (um) estágio e nas de alta pressão são usados multiestágios. Da mesma forma que as alternativas, as bombas centrífugas podem ser acionadas por turbina ou motor elétrico.

Dispositivos de Alimentação de Combustível

Para queima de combustível líquido, dependendo das propriedades (viscosidade, temperatura) do óleo é necessária uma bomba que apresente determinadas características, que garantam vazão uniforme para queima. Normalmente são utilizadas bombas de engrenagens, ou de rosca (de fuso).

Para combustíveis gasosos (seja via reservatório ou queima de gás residual), a alimentação é feita através de válvulas de controle de vazão, pressão e alívio.

Para combustíveis sólidos, uma vez já processados (via martelo picador, moenda, etc) são introduzidos para queima, através de esteiras rolantes e alimentação por gravidade.

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Dispositivos de Alimentação de Ar

Para caldeiras de maior eficiência, o percurso do ar / gases dentro da mesma é o seguinte, na sequência:

Ventilador (responsável pelo insuflamento). Pré aquecedor de ar (para aquecimento do ar). Fornalha (onde se dará a combustão). Zona de convecção (superaquecedor e feixe tubular). Economizador. Pré-aquecedor de ar. Ventilador (responsável pela exaustão). Duto de gases. Chaminé.

4.2. VISOR DE NÍVEL

Consiste de um tubo de vidro ou uma placa de vidro presa numa caixa metálica, e que tem a finalidade de dar ao operador a noção exata da altura de água existente na caldeira.

Os visores são posicionados na caldeira de modo a que o nível no centro do visor corresponda ao centro do tubulão de vapor.

Existem algumas caldeiras onde isso não ocorre e cabe ao operador certificar-se desta correspondência: “nível do visor x nível real do tubulão”.

É importante papel do operador manter uma atenção especial ao visor de nível, verificando vazamentos, nível de limpeza do vidro e efetuando as drenagens de rotina.

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REGISTRO PARA DRENAGEM

TUBO DE VIDROACOPLAMENTOÀ CALDEIRA

SAÍDA DE DRENO

4.3. SISTEMAS DE CONTROLE DE NÍVEL

Os dispositivos para controle de nível de água podem ser com bóia, com eletrodos, termostático, termo hidráulico ou com transmissor de pressão diferencial.

Sistema de Bóia

Consiste de uma câmara ligada ao tubulão de vapor e de uma bóia ligada a uma chave, que comanda o circuito elétrico de acionamento da bomba d’água.

Sistema de Eletrodos:

VISORDE NÍVEL

VAPOR

ÁGUA

NÍVEL DE ÁGUA

TAMBOR DE VAPOR

BÓIA

CÂMARA

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Aproveitando-se a condutividade elétrica da água, e através de eletrodos de tamanhos diferentes, correspondendo cada tamanho a um nível de água, fazemos o controle de nível da caldeira.

Esse dispositivo está instalado em recipiente cilíndrico, anexo à caldeira, de modo a acompanhar variações de nível d’água; e os eletrodos estão ligados a um relê que através de contatos elétricos, comandam a bomba de alimentação de água, alarmes e em alguns casos até a parada da caldeira.

ISOLADOR

CAIXA DE COMANDO

PAREDE DO TUBO DE VAPOR

REGULADOR DE NÍVEL MÁXIMO

REGULADOR DE NÍVEL NORMAL

REGULADOR DE NÍVEL MÍNIMO

NÍVEL DA ÁGUA

Sistema Termostático

Tem a finalidade de controlar o fluxo da água na caldeira. Seu funcionamento baseia-se no princípio da dilatação dos corpos pelo calor.

Sua construção é bastante simples. É formada por dois tubos concêntricos, sendo que o tubo externo é o tubo de expansão e o interno serve para fazer a ligação com o tambor de vapor pela sua parte superior, onde recebe uma quantidade de vapor. Faz também ligação com o tambor de vapor em um ponto correspondente ao nível mínimo, recebendo, portanto, pela parte de baixo, a água do tambor de vapor.

O tubo termostático possui uma das extremidades rígida, ligada à serpentina de aquecimento e a outra permanece livre, a fim de poder dilatar-se e acionar a válvula de admissão de água.

Se houver uma baixa no nível de água, a temperatura do elemento termostático aumentará devido ao aumento da quantidade do vapor dentro do tubo. Com isso, o tubo se dilata movimentando o conjunto de comando da válvula de admissão, aumentando o suprimento de água na caldeira.

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TAMBOR DE VAPORTUBO TERMOSTÁTICO

ÁGUA DEALIMENTAÇÃO

ÁGUA

À medida que a água vai entrando no tambor de vapor, a quantidade de vapor dentro do tubo termostático vai diminuindo, dando lugar à água, que é bem mais fria que o vapor, fazendo, dessa forma, com que o tubo - que se havia expandido pelo calor - agora se contraia em virtude da mudança de temperatura.

Termo hidráulico

Consiste de um sistema de controle, atuado por um sistema hidráulico fechado, entre tubo interno e externo da figura, tubo de conexão e fole da válvula reguladora. O nível de água no tubo interno do gerador acompanha o nível do tubulão. Quando o nível do tubulão diminui, o vapor passa a ocupar uma parte maior do tubo interno, o calor adicional fornecido pelo aumento da quantidade de vapor no tubo interno do gerador faz com que aumente a pressão do sistema hidráulico e o fole da válvula reguladora se expanda.

A expansão do fole aumenta a abertura da válvula reguladora e se admite mais água no tubulão. Se o nível subir, ocorrerá o inverso, pois a água ocupará uma parte maior do tubo interno do gerador.

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Este tipo de controle é mais utilizado em caldeiras onde há pouca variação de carga.

Transmissão de Pressão Diferencial

Este tipo de controle leva em conta a diferença de densidade que existe na fase líquida e vapor da água. Esta diferença de densidade vai criar uma pressão diferencial no transmissor, cujo sinal será enviado ao controlador de nível. Este por sua vez atuará na válvula de admissão de água.

H L

VAPOR

ÁGUA

VAPOR

ÁGUA

POTE DE SELAGEM

PARA CONTROLADORDE NÍVEL

ya = DENSIDADE DA ÁGUA A TEMPERATURA AMBIENTE

yb = DENSIDADE DA ÁGUA NAS CONDIÇÕES DE SATURAÇÃO DO TUBULÃO

h = DISTÂNCIA ENTRE TOMADAS

h

yb

ya ya

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4.4. INDICADORES DE PRESSÃO

Manômetro

Aparelho com o qual se mede a pressão de gases, de vapores e de outros fluídos. É muito utilizado na indústria, entre outros fins, para verificar a pressão de caldeiras e de vasos sob pressão. O conhecimento desta pressão é obrigatório, não só sob o ponto de vista de segurança, como também, para a operação econômica e segura dos equipamentos. São mais conhecidos, dois tipos de manômetro:

a) Com mola

Também chamado de manômetro de Bourdon, consiste de um tubo curvado, o qual quando submetido à pressão superior à pressão atmosférica, tende a se endireitar, descrevendo um movimento que atua sobre as engrenagens fazendo girar a agulha indicadora.

b) Tubular

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Manômetro tubular

Desenvolvido por Schäffer e Budemberg, o manômetro tubular baseia-se na elasticidade produzida sobre uma lâmina ondulada, que suporta, por um lado, a pressão atmosférica e, pelo outro, a pressão da caldeira. Ao variar a pressão da

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caldeira, muda-se a deformação da placa e, em consequência, a indicação fornecida pelo aparelho.

Os manômetros, de um modo geral, indicam a pressão relativa (também denominada pressão manométrica) e não a “pressão absoluta”. Isso quer dizer que, para se obter a pressão dita “absoluta”, tem-se de somar à pressão indicada no manômetro a pressão atmosférica local (pressão absoluta = pressão manométrica + pressão atmosférica).

Cada caldeira tem a capacidade de pressão determinada. Sendo assim, os manômetros utilizados devem ter a escala apropriada. A pressão máxima de funcionamento da caldeira deverá estar sempre marcada sobre a escala do manômetro, com um traço feito a tinta vermelha, para servir de alerta ao operador no controle da pressão.

O range de um manômetro, ou escala é a capacidade de indicação do instrumento.

4.5. DISPOSITIVOS DE SEGURANÇA

Válvulas de Segurança: É um dispositivo capaz de descarregar todo o vapor gerado pela caldeira para a atmosfera, sem que a pressão interna da caldeira ultrapasse certo limite, nunca acima de 6% do valor da P.M.T.A. com a válvula totalmente aberta. Para que uma válvula de segurança opere corretamente, deve:

Abrir totalmente quando a pressão do vapor atingir um valor fixado, nunca antes disto.

Permanecer aberta enquanto não houver queda de pressão. Fechar instantaneamente, vedando perfeitamente, assim que a pressão

retornar às condições de trabalho do gerador. Permanecer fechada, sem vazamento, enquanto a pressão permanecer em

valores inferiores à sua regulagem.

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VÁLVULA DE SEGURANÇA (DE MOLA)

Em caldeiras aquotubulares que possuem superaquecedor, e padrão a seguinte instalação: uma válvula de segurança no superaquecedor e duas no tubulão de vapor, reguladas em pressões diferentes umas das outras. Cada válvula abrirá a uma pressão ligeiramente superior à válvula anterior.

A primeira a abrir é a do superaquecedor, o que garantirá o fluxo de vapor em suas serpentinas. Caso a pressão no interior da caldeira continue subindo, uma das válvulas do “balão” abrirá. Quando necessário, a terceira também abrirá, ocasião em que todo o vapor gerado poderá ser descarregado por elas.

VÁLVULA DE SEGURANÇA (DE CONTRA PESO)

Sistemas de Proteção contra Falhas de Chama.

Aplicável em caldeiras que queimam líquidos, gases ou sólidos pulverizados e devem manter sob supervisão continua procurando evitar:

Procedimento incorreto de partida; Falta de chama por qualquer motivo.

Ocorrendo uma dessas falhas, a fornalha da caldeira poderá ficar sujeita a uma explosão caso não haja imediata interrupção do fornecimento de combustível.Conforme a concentração da mistura (ar/combustível), a magnitude da explosão poderá tornar-se perigosa, causando danos ao equipamento e provocando risco de vida ao seu operador.

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A maior parte dos casos de explosão ocorre durante o acendimento da chama. Qualquer sistema de proteção e controle de chama exige certas características indispensáveis para que possa desempenhar adequadamente suas funções, tais como:

Assegurar que o procedimento de partida seja seguido; Impedir o fornecimento de combustível ao queimador até o estabelecimento

da chama-piloto ou impedir a vazão total ao queimador até que a chama numa vazão tenha sido testada;

Não ter falhas de bloqueio; Cortar o fornecimento de combustível aos queimadores quando houver

ausência de chama e exigir rearme manual.

Usualmente são empregados:

Dispositivos termoelétricos: formado por laminas bimetálicas e por uma chave elétrica;

Dispositivos com células fotoelétricas;

Trata-se de um sistema bem aperfeiçoado que trabalha com uma célula fotoelétrica, um amplificador e um relê. O seu funcionamento é baseado na coloração das chamas. Se estas se apagarem a luminosidade no interior da fornalha será diminuída, a célula fotoelétrica comandará o amplificador e o relê que abrirá seus contatos, interrompendo o circuito dos queimadores.

Também efetua a parada de emergência, comandada pelo circuito de segurança.

Os sistemas fotocondutivos para segurança de uma chama têm quase o mesmo funcionamento dos fotoelétricos, sendo modificado o tipo de célula. Utiliza-se das irradiações infravermelhas das chamas e faz uso de amplificadores especiais.Os amplificadores conseguem estabelecer diferenças entre o calor das chamas e o calor dos refratários da fornalha.

Válvula Solenóide:

É um equipamento auxiliar de controle e destina-se a cortar rapidamente o suprimento de combustível em caso de falha de chama.

4.6. DISPOSITIVOS AUXILIARES

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São considerados como de importância na caldeira os seguintes dispositivos:

Pressostato

Destina-se a controlar a pressão da caldeira, de modo a não permitir que a mesma, ultrapasse certo valor preestabelecido. Para algumas caldeiras de combustível líquido e gasoso, o pressostato atua diretamente no fechamento da válvula solenóide que interrompe a entrada de combustível no queimador.

Quando a pressão do vapor da caldeira estiver abaixo de um valor de “set-point” pré-estabelecido o pressostato manda sinal para o programador sequencial, para início de processo de acendimento.

Em certos tipos de pressostato, a atuação pode ser parcial, numa válvula controladora e este pressostato é denominado pressostato modulador.

Para caldeiras de combustíveis sólidos, o pressostato atua diretamente na combustão, seja desligando o ventilador ou cortando alimentação de um combustível.

Programador

Tem como finalidade promover, para caldeiras de combustível líquido ou gasoso, um ciclo com a sequência de acendimento. De uma maneira geral esta sequência envolve:

o Acionamento do ventilador;

o Purga da fornalha;

o Acendimento do piloto (com gás ou óleo diesel);

o Abertura da válvula de combustível (após verificação da foto célula);

o Desligar piloto;

o Término da sequência de acendimento ficando disponível para novo

ciclo.

Ventiladores

Os ventiladores são equipamentos necessários para purga (exaustão) de gases da fornalha, insuflamento de ar para combustão e devem ser dimensionados para vencer as perdas de carga do sistema garantindo a tiragem. As caldeiras possuem ventiladores acionados por motor elétrico e/ou turbinas a vapor.

Quadro de Comando

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É o componente da caldeira onde estão os dispositivos que permitem todas as operações necessárias ao seu funcionamento. As caldeiras podem ter um quadro de comando local, instalados ao lado da caldeira, com no mínimo os seguintes elementos:

o Chave do modo de comando (manual ou automático);

o Chave liga/desliga bomba de água;

o Chave liga/desliga ventilador;

o Alarme sonoro de advertência;

o Lâmpadas piloto;

o Chave magnética de ligação do nível;

o Chave de acendimento manual da caldeira.

As caldeiras mais complexas, possuem uma sala de controle com instrumentos controladores, indicadores e registradores das variáveis de processo. Esta instrumentação pode ser pneumática, hidráulica, elétrica ou eletrônica dependendo das características particulares de cada caldeira.

Compressores de Ar

Existem alguns tipos de caldeiras que possuem um compressor para realizar processo de pulverização do combustível.

4.7. VÁLVULAS E TUBULAÇÕES

Numa caldeira encontramos os mais diversos tipos de válvulas e tubulações, cujas especificações vão depender das classes de pressão e temperatura e do fluido em questão. As principais válvulas numa caldeira são:

Válvulas

A. Válvula principal de saída de vapor

Permite a passagem de todo o vapor produzido na caldeira. Em caldeiras de pequena capacidade utilizam-se válvulas tipo globo; caldeiras maiores utilizam-se de válvulas tipo gaveta.

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B. Válvula de Alimentação de Água

Destina-se a permitir ou interromper o suprimento de água na caldeira normalmente são do tipo globo.

Figura 11 - Válvula Globo

C. Válvula de Retenção

A finalidade deste tipo de válvula é de impedir o retorno do fluido, seja de vapor, água ou óleo combustível.

No caso da água, este tipo de válvula é colocada após a válvula de alimentação, evitando que numa parada da bomba, retorne água por esta tubulação, esvaziando a caldeira.

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Figura 12 - Válvula de Retenção

D. Válvulas de Descarga

Também conhecidas como válvulas de descarga de fundo ou dreno. Permitem a extração da lama ou lodo acumulados no fundo dos coletores ou tambores inferiores da caldeira.

São utilizadas também como recurso de correção dos parâmetros da qualidade da água da caldeira. São sempre instaladas em série e podem ser:

o Descarga Lenta: A função principal é assegurar perfeita vedação do

sistema. Normalmente são usadas válvulas tipo globo.

o Descarga Rápida: Com abertura instantânea, normalmente

acionada por alavanca, proporciona grande vazão assegurando turbulência e arraste dos depósitos internos.

E. Válvulas de Serviço (vapor)

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Utilizam-se normalmente válvulas tipo globo; tem como função assegurar o suprimento de vapor para dispositivos da própria caldeira, tais como: aquecimento de óleo, bombas de alimentação, atomização, injetores, etc.

F. Válvulas de Respiro (Vent’s)

São válvulas tipo globo utilizadas nos procedimentos de parada e partida das caldeiras.

G. Válvulas de Introdução de Produtos Químicos

Normalmente são válvulas do tipo agulha, que permitem regulagem mais precisa da abertura e vazão de produtos químicos para dentro da caldeira.

H. Válvulas de Descarga Contínua

Também são do tipo globo e asseguram a descarga contínua dos sólidos totais dissolvidos na água da caldeira, servindo como ajuste dos parâmetros de qualidade da água.

I. Válvula de Alívio

É uma válvula instalada no circuito de combustível e é responsável por evitar um aumento da pressão da rede a níveis superiores ao permitido.

Para sistemas de óleo combustível, este alívio pode ser feito para a linha de retorno. No caso de combustível gasoso, este alívio pode ser feito para flare (tocha).

Existem algumas caldeiras que possuem um dispositivo de alívio para quando ocorre o aumento da pressão interna da fornalha.

Tubulações

As principais tubulações de uma caldeira são de: água, vapor, óleo ou gás combustível condensado etc. As tubulações da caldeira normalmente exigem isolamento térmico quando trabalham em temperaturas elevadas.

a) Linhas de alimentação de água

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Esta rede se inicia no tanque de água tratada, e através da bomba é enviada para o interior da caldeira, passando por uma série de válvulas (automáticas e manuais). O suprimento de água da caldeira é feito considerando-se a utilização do condensado de retorno do sistema, além da água (make-up).

b) Linhas de óleo combustível

Para linhas de alimentação de óleo de alta viscosidade, que trabalham em faixas de temperatura elevadas, é necessário manter-se sempre alinhado o sistema de aquecimento (traços de vapor ou elétricos), garantindo a circulação na linha e boa pulverização na queima.

A partir de um tanque ou reservatório de armazenamento, o óleo combustível é bombeado até o tanque de serviço, quando houver.Este tanque de serviço serve para diminuir as flutuações de carga e variações de temperatura. O óleo excedente retorna do queimador para este tanque.Dentre os problemas que podem ocorrer com óleos de viscosidade elevada temos:

Dificuldades de bombeamento; Pulverização deficiente; Dificuldades de acendimento; Instabilidade de chama; Entupimento do bico do queimador.

c) Linhas de Vapor

As tubulações de vapor por trabalharem com temperaturas e pressões elevadas exigem dos projetistas alguns cuidados adicionais. As tubulações devem ter um traçado que garanta flexibilidade durante processos de aquecimento / resfriamento. Para tal são inseridos no projeto loops (liras), ancoragens, suportes móveis etc.

O vapor não tem características corrosivas desde que a água utilizada na geração seja de boa qualidade, no entanto caso a rede de vapor não esteja dimensionada adequadamente, o aumento da velocidade em alguns pontos pode causar severo processo erosivo em curvas e pontos de derivação. As tubulações devem possuir pontos baixos de drenagem, purgadores para auxiliar na remoção da fase líquida, diminuindo a ocorrência de “golpes de ariete”.

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d) Linhas de drenagem

Todas as drenagens da caldeira são descarregadas num reservatório denominado tanque de expansão ou tambor de blow dow. O objetivo de concentrar estas drenagens num único local é de separar liquido do vapor, reduzir as pressões e evitar vaporização intensa em vários pontos da área da caldeira.

4.8. TIRAGEM DE FUMAÇA

Tiragem é o processo pelo qual se garante a admissão de ar na fornalha e circulação dos gases de combustão através de todo o sistema, até a saída para a atmosfera. A tiragem deve vencer a perda de carga do sistema e o ventilador deverá ser dimensionado para tal. O valor da perda de carga através do sistema é que determina o processo a ser usado. A tiragem pode ser:

Tiragem natural

Onde a diferença de pressão gerada pela diferença de densidade entre os gases quentes e o ar frio na entrada da fornalha provoca o escoamento natural dos gases de combustão para a chaminé. A altura da chaminé limita a entrada de ar para combustão. A tiragem natural tem por base três fatores:

o Altura da chaminé;

o Temperatura ambiente;

o Temperatura dos gases quentes

Tiragem Mecânica

Quando as perdas de carga ultrapassam determinado limite torna-se necessária à tiragem mecânica, utilizando-se de equipamentos mecânicos para promover o suprimento de ar, ficando a chaminé unicamente com a função de lançar os gases para pontos mais altos, favorecendo a dissipação na atmosfera.

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Tiragem induzida

Consiste da aspiração de gases pode ser feita através de ventilador exaustor ou ejetor. A aspiração com ejetor a vapor encontra aplicações nas locomotivas e caldeiras marítimas. O sistema com ventilador exaustor é empregado em caldeiras a lenha, com alimentação manual, no sentido de evitar-se saída de gás/fogo pela porta de alimentação de combustível.

Tiragem Forçada

A tiragem forçada é realizada com ventiladores sopradores tipo centrífugo ou axial. Estes ventiladores devem ser dimensionados, levando em consideração a perda de carga no sistema, o suprimento de ar de combustão e garantir a circulação dos gases de combustão até a saída para atmosfera. Para impedir fuga de gás no sistema, estas caldeiras têm que ter perfeita vedação. São também chamadas de caldeiras pressurizadas.

Sistema Misto

Utilizam-se dois ventiladores, um ventilador soprador, responsável pela alimentação do ar de combustão, e um ventilador exaustor que vence as perdas de carga no circuito dos gases de combustão, desde a câmara de combustão até a chaminé. Este sistema é utilizado nas caldeiras de grande capacidade de produção.

Controle de Tiragem

O controle de tiragem é indispensável ao bom funcionamento e combustão da caldeira. Os sistemas de tiragem são dimensionados de modo a atender a variações na demanda (vapor). O controle de tiragem é feito através de registros (dampers) colocados nos dutos de circulação de gases de combustão, podendo ser automático ou manual.