Caldeiras Renato Allemand CEFET 20091) Histrico No de hoje que o homem percebeu que o vapor podia fazer as coisas se movimentarem. No primeiro sculo da era crist, portanto h mais de 1800 anos, um estudioso chamado Heron de Alexandria, construiu uma espcie de turbina a vapor, chamada eolpila. Nesse engenho, enchia-se uma esfera de metal com gua que produzia vapor que se expandia e fazia a esfera girar quando saa atravs de dois bicos, colocados em posies diametralmente opostas. Todavia, embora isso movimentasse a esfera, nenhum trabalho til era produzido por esse movimento e o sbio no conseguiu ver nenhuma utilidade prtica para seu invento. Muitos sculos mais tarde, a mquina a vapor foi primeira maneira eficiente de produzir energia independentemente da fora muscular do homem e do animal, e da fora do vento e das guas correntes. Sua inveno e uso foi uma das bases tecnolgicas da Revoluo Industrial. Em sua forma mais simples, as mquinas a vapor usam o fato de que a gua, quando convertida em vapor se expande e ocupa um volume de at 1.700 vezes maior do que o original, quando sob presso atmosfrica. Foi somente no sculo XVII, mais precisamente em 1690, que o fsico francs Denis Papin usou esse princpio para bombear gua. O equipamento bastante rudimentar que ele inventou, era composto de um pisto dentro de um cilindro que ficava sobre uma fonte de calor e no qual se colocava uma pequena quantidade de gua. Quando a gua se transformava em vapor, a presso deste forava o pisto a subir. Ento a fonte de calor era removida o que fazia o vapor esfriar e se condensar. Isso criava um vcuo parcial (presso abaixo da presso atmosfrica) dentro do cilindro. Como a presso do ar acima do pisto era a presso atmosfrica, ela o empurrava para baixo, realizando o trabalho. Mas, a utilizao efetiva dessa tecnologia s se iniciou com a inveno de Thomas Savery patenteada em 1698 e aperfeioada em 1712 por Thomas Newcomen e John Calley. Nessa mquina, o vapor gerado em uma caldeira era enviado para um cilindro localizado em cima da caldeira. Um pisto era puxado para cima por um contrapeso. Depois que o cilindro ficava cheio de vapor, injetava-se gua nele, fazendo o vapor condensar. Isso reduzia a presso dentro do cilindro e fazia o ar externo empurrar o pisto para baixo. Um balancim era ligado a uma haste que levantava o mbolo quando o pisto se movia para baixo. O vcuo resultante retirava a gua de poos de mina inundados. Um construtor de instrumentos escocs chamado James Watt notou que a mquina de Newcomen, que usava a mesma cmara para alternar vapor aquecido e vapor resfriado condensado desperdiava combustvel. Por isso, em 1765, ele projetou uma cmara condensadora separada, refrigerada a gua. Ela era equipada com uma bomba que mantinha um vcuo parcial e uma vlvula que retirava periodicamente o vapor do cilindro. Isso reduziu o consumo de combustvel em 75%. Essa mquina corresponde aproximadamente moderna mquina a vapor. Em 1782, ele projetou e patenteou a mquina rotativa de ao dupla na qual o vapor era introduzido de ambos os lados do pisto de modo a produzir um movimento para cima e para baixo. Isso tornou possvel prender o mbolo do pisto a uma manivela ou um conjunto de engrenagens para produzir movimento rotativo e permitiu que essa mquina pudesse ser usada para impulsionar mecanismos, girar rodas de carroas ou ps para movimentar navios em rios.

No fim do sculo XVIII, as mquinas a vapor produzidas por Watt e seu companheiro Matthew Boulton forneciam energia para fbricas, moinhos e bombas na Europa e na Amrica. O aparecimento das caldeiras, que podiam operar com altas presses e que foram desenvolvidas por Richard Trevithick na Inglaterra e por Oliver Evans nos Estados Unidos, no incio do sculo XIX, tornou se a base para a revoluo dos transportes uma vez que elas podiam ser usadas para movimentar locomotivas, barcos fluviais e, depois, navios. A mquina a vapor tornou-se a principal fonte produtora de trabalho do sculo XIX e seu desenvolvimento se deu no esforo de melhorar seu rendimento, a confiabilidade e a relao peso/potncia. O advento da energia eltrica e do motor de combusto interna no sculo XX, todavia, condenaram pouco a pouco, nos pases mais industrializados, a mquina a vapor ao quase esquecimento. 2) Geradores de vapor um aparelho trmico que produz vapor a partir do aquecimento de um fluido vaporizante. Na prtica adotam-se alguns nomes, a saber: a) Caldeiras a vapor So geradores de vapor mais simples, queima algum tipo de combustvel como fonte geradora de calor. b) Caldeiras de recuperao So aqueles geradores que no utilizam combustveis como fonte geradora de calor. Aproveitam o calor residual de processos industriais (gs de escape de motores, gs de alto forno, de turbinas a gs, etc. c) Caldeiras de gua quente So aquelas que o fluido no vaporiza, sendo o mesmo aproveitado em fase lquida (calefao, processos qumicos). d) Geradores Reatores nucleares So aqueles que produzem vapor utilizando como fonte de calor a energia liberada por combustveis nucleares (urnio enriquecido).

Caldeira de recuperao

3) Tipos de Caldeiras 3.1) Classificao das caldeiras

As caldeiras podem ser classificadas de acordo com: a) b) c) d) Classes de presso; Grau de automao; Tipo de energia empregada; Tipo de troca trmica.

De acordo com as classes de presso, as caldeiras foram classificadas segundo a NR13 em: a) Categoria A: caldeira cuja presso de operao superior a 1960 kPa (19, 98kgf/cm2); b) Categoria C: caldeiras com presso de operao igual ou inferior a 588 kPa (5,99kgf/cm2) e volume interno igual ou inferior a 100 litros; c) Categoria B: caldeiras que no se enquadram nas categorias anteriores. De acordo com o grau de automao, as caldeiras podem se classificar em: manuais, semi-automtica e automtica. De acordo com o tipo de energia empregada, elas podem ser do tipo: a) Combustvel slido, liquido ou gasoso. b) Caldeiras eltricas c) Caldeiras de recuperao. Existem outras maneiras particulares de classificao, a saber: quanto ao tipo de montagem, circulao de gua, sistema de tiragem e tipo de sustentao. A classificao mais usual de caldeiras de combusto refere-se localizao de gua/gases e divide-as em: flamotubulares, aquatubulares e mistas. Ainda sobre outras caractersticas as caldeiras a vapor podem ser classificadas em: a) Quanto posio dos tubos I. Verticais; II. Horizontais; III. Inclinados. b) Quanto forma dos tubos I. Retos; II. Curvos. c) Quanto natureza da aplicao I. Fixas; II. Portteis; III. Locomoveis (gerao de fora e energia); IV. Martimas.

As caldeiras devem ser escolhidas em funo de: a) b) c) d) e) f) Tipo de servio; Tipo de combustvel disponvel; Equipamento de combusto; Capacidade de produo; Presso e temperatura do vapor; Outros fatores de carter econmico.

4) Caldeiras Flamotubulares Tambm conhecidas como Pirotubulares ou, ainda, como Tubos de Fumaa, so aquelas nas quais os gases da combusto (fumos) atravessam a caldeira no interior, que se encontra circundada por gua, cedendo calor mesma. 4.1 ) Vantagens. I. Menor custo inicial pelo projeto simples; II. Maior flexibilidade de operao; III. Menor tamanho e conseqente menor peso; IV. Menor exigncia da qualidade e pureza da gua alimentao. 4.2 ) Desvantagens. I. Menor produo de vapor; II. Pequena superfcie de troca trmica; III. Maior tempo para subir a presso e entrar em funcionamento; IV. No conseguem gerar grandes presses (at 15Kgf/cm).

Caldeira Flamotubular,

5) Caldeiras Aquatubulares So aquelas nas quais gua circula por dentro de tubos enquanto que os os gases da combusto (fumos) circula ao redor dos tubos, cedendo calor mesma. 5.1 ) Vantagens. I. Geram muito vapor; II. Maior presso gerada pelo vapor; III. Geram vapor superaquecido; IV. Menor tempo para gerar vapor. 5.2 ) Desvantagens. I. Maior tamanho e peso; II. Maior custo por ser equipamento de grande porte; III. Maior exigncia da qualidade e pureza da gua alimentao.

Caldeira Aquotubular, fixa Vertical.

Vapor

6) INSPEO DE CALDEIRAS

6.1)

6.2)

6.3)

6.4) Curso Bsico De acordo com a norma regulamentadora 13 (NR13) do Ministrio do Trabalho, portaria 23, de 27/12/94, item 13.3.4, as CALDEIRAS devem ser operadas por profissionais com treinamento de segurana, conforme currculo a baixo:ASSUNTOS 1) Noes de grandezas fsicas e unidades 1.1- Presso 1.2 - Calor e Temperatura. 2) Caldeiras - Consideraes gerais. 2.1- Tipos de Caldeiras e suas utilizaes. 2.2- Partes de uma caldeira. 2.3- Instrumentos e dispositivos de controle. 3) Operao de caldeiras 3.1 - Partidas e parada. 3.2 - Regulagem e controle. 3.3 - Falhas de operao, causas e prov. 3.4 - Roteiro de vistoria diria. 3.5 - Operao de um sistema de vrias caldeiras 3.6 - Procedimentos em situaes de emergncia. Horas Aulas (4 h) ASSUNTOS 4) Tratamento dgua. Manuteno de caldeiras. Horas Aulas (8 h)

(8 h)

5) Preveno contra exp. e outros riscos. 5.1- Riscos gerais de acid. e riscos sade. 5.2- Riscos de exploso.

(4h)

(12 h)

6) Legislao e normalizao. 6.1- Normas regulamentadora. 6.2- Norma regulamentadora 13 (NR13)

(4h)

Segundo a 13.3.7. O Treinamento de Segurana na Operao de Caldeiras deve obrigatoriamente: a) Ser supervisionado tecnicamente por Profissional Habilitado citado no subitem 13.1.2; b) Ser ministrado por profissionais capacitados para esse fim; c) Obedecer, no mnimo, ao currculo proposto no Anexo 1-A desta NR. d) 13.3.9. Todo operador de caldeira deve cumprir um estgio prtico, na operao da prpria caldeira que ir operar, o qual dever ser supervisionado, documentado e ter durao mnima de: e) Caldeiras categoria A: 80 (oitenta) horas;

f) f.caldeiras categoria B: 60 (sessenta) horas; g) g.caldeiras categoria C: 40 (quarenta) horas. 6.4.10 Controle e Registros Exigidos Segundo a NR-13 13.1.6. Toda caldeira deve possuir no estabelecimento onde estiver Instalada, a seguinte documentao, devidamente atualizada: a) Pronturio da Caldeira, contendo as seguintes informaes: I. Cdigo do projeto e ano de edio; II. Especificao dos materiais III. Procedimentos utilizados na fabricao, montagem, inspeo final e determinao da PMTA; IV. Conjunto de desenhos e demais dados necessrios para o monitoramento da vida til da caldeira; V. Caractersticas funcionais VI. Dados dos dispositivos de segurana VII. Ano de fabricao VIII. Categoria da caldeira b) Registro de Segurana, em conformidade com o subitem 13.1.7; c) Projeto de Instalao em conformidade com tem 13.2; d) Projetos de Alterao ou Reparo, em conformidade com os subitens 13.4.2 e 13.4.3; e) Relatrios de Inspeo, em conformidade com os subitens 13.5.11, 13.5.12 e 13.5.13. f) Relatrios de Inspeo, em conformidade com os subitens 13.5.11, 13.5.12 e 13.5.13. g) 13.1.7. O Registro de Segurana deve ser constitudo de livro prprio, com pginas numeradas, ou outro sistema equivalente onde sero registradas: h) todas as ocorrncias importantes capazes de influir nas condies de segurana da caldeira. i) As condies de inspees de segurana, peridicas e extraordinrias, devendo constar o nome legvel e assinatura de "Profissional Habilitado", citado no subitem 13.1.2 e de operador de caldeira na ocasio da inspeo.

7)

PERIODICIDADE DOS TESTES* CATEGORIA DO VASO I II III IV V EXAME EXTERNO 1 ano 2 anos 3 anos 4 anos 5 anos EXAME INTERNO 3 anos 4 anos 6 anos 8 anos 10 anos TESTE HIDROSTTICO 6 anos 8 anos 12 anos 16 anos 20 anos

* Para estabelecimentos que no possuem servio prprio de inspeo