caldeiras funcionamento e operação

8/3/2019 Caldeiras Funcionamento e Operao

1/74

Ttulo da Apresentao

Autor

CaldeirasFuncionamento e Operao

Uso Exclusivo do CTC

Macei - 12 e 13 / agosto / 2008

Eng. Francisco A. B. Linero


2/74

CTC

O CTC uma associao civil de direito privado, semfins lucrativos, voltada ao desenvolvimento tecnolgico

dos setores de cana-de-acar, acar, lcool ebioenergia.176 associados (Centro Sul e Nordeste)www.ctc.com.br


3/74

Programao Noes de Grandezas Fsicas e Unidades

Presso; Temperatura; Potncia; Energia;

Vapor Saturado e Superaquecido;

Transferncia de Calor.

Tipos, Modelos e Perifricos de Caldeiras a Bagao Tipos de caldeiras;

Principais modelos;

Bombas, ventiladores, pr-aquecedores-ar,economizador, retentores de fuligem, chamins.


4/74

Programao

Combusto do bagao, excesso de ar, mediesde CO2, controle de operao.

Legislao NR-13, Normalizao e Tratamento

de gua.

Instrumentao e Controle da Caldeira.

Eng. Francisco Salviano


5/74


6/74

Definio

Caldeiras: so equipamentos que produzemvapor. O vapor pode ser dgua ou de outrosfludos.

Caldeiras vapor so equipamentosdestinados a produzir e acumular vapor sobpresso superior a atmosfrica, utilizandoqualquer fonte de energia (NR-13).


7/74

Fluxograma antigo

Bagao Caldeira

TG Contrapresso

Vapor 22 bar

Vapor 2,5 bar

Processo

Turbinas AM

gua


8/74

TG EXTRAOE CONTRA-PRESSO

BAGAO

VAPOR 63 ou 82 bar - 480C

VAPOR 22 bar-300C

VAPOR 2,5 barPROCESSO

TURBINAS A. M.

Fluxograma - migrao


9/74

Bagao Caldeira

TG Extrao e

contrapresso

Vapor 63 ou 82 bar / 480C ou 520C

Vapor 22 bar

Vapor 2,5 bar

Processo

Turbinas AM

Fluxog. Cald. Alta Presso

gua


10/74

Fluxograma Futuro

Bagao /Palha

Caldeira

TGCondensao

Vapor 82 bar / 480C ou 520 C

Vapor 2,5 barProcesso

TGContra Presso

CD

TR

gua


11/74

Ttulo da Apresentao

AutorTreinamento de segurana paraOperadores de Caldeiras

Centro de Tecnologia Canavieira

Noes de Grandezas Fsicas e

Unidades


12/74

Mltiplos

Mltiplos Superiores Mltiplos Inferiores

Quilo (k) = 103 Mili (m) = 10-3

Mega (M) = 106 Micro () = 10-6

Giga (G) =109 Nano (n) = 10-9

Tera (T) = 1012 Pico (p) = 10-12Peta (P) = 1015 Femto (f) = 10-15

Exa (E) = 10 18 Atto (a) = 10-18


13/74

Massa

a quantidade de matria que constitui um corpo.

Exemplo: 1 kg de acar1 ton bagao1 ton vapor

Unidades de massaNo Sistema Internacional: 1 kg

Outras unidades: grama g 1 kg = 1.000 gtonelada t 1 t = 1.000 kglibra lb 1 kg = 2,205 lb


14/74

Fora a causa, qualquer que seja, que pode modificar o

estado de repouso ou de movimento de um corpo.

Quando um corpo se move, ou pra, ou se deforma,a causa uma fora.

A fora se exprime pelo produto da massa pelaacelerao:F = m x a1 N = 1 kg x 1 m/s

Acelerao: valor que a velocidade aumenta oudiminui na unidade de tempo


15/74

Unidades de Fora

Unidades:

1 N Newton1 kg quilograma-fora 1 kgf = 9,81 N

1 lbf libra-fora 1 kgf = 2,205 lbf


16/74

Peso

a fora de atrao que a terra exerce sobreum corpo

P = m x g

P = 1 kg x 9,81 m/s = 9,81 N

O quilograma-fora definido como sendoo peso do quilograma-massa:

1 kgf = 1 kg x 9,81 m/s = 9,81 N


17/74

Peso

O peso depende da acelerao local da gravidade.

Exemplo: a acelerao da gravidade na lua 1/6 daacelerao da gravidade na terra.Portanto, uma pessoa com massa de 72 kg pesa: Na terra P = 72 kg x 9,81 m/s = 706 N

= 72 kgf Na lua P = 72 kg x 1,64 m/s = 118 N

= 12 kgf


18/74

Peso


19/74

Presso

o esforo determinado de uma dada forasobre uma superfcie:

Presso = Fora / rea

1 N/m = 1 Pa (Pascal)


20/74

Presso

Presso = Fora atuando sobre uma rea

Presso = Fora / rea

Se bloco pesar 100 kgf

P = 100 kgf / 1 m2

Presso = 100 kgf/m2


21/74

Unidades de Presso

1 kPa = 1.000 Pa (Pascal)

1 bar = 100.000 Pa = 100 kPa= 1,02 kgf/cm

1 kgf/cm = 0,98 bar

= 14,2 psi (libra/pol)

= 10.000 mmca


22/74

Unidades de Presso

Exemplo: uma caldeira opera com presso de

20 kgf/cm:

P = 20 kgf/cm

= 20 x 14,2 psi = 284 psi

= 20 x 0,98 bar = 19,6 bar

= 20 x 98 kPa = 1.960 kPa


23/74

Presso exercida por um lquido

gua

mercrio


24/74


Peso = Volume do lquido x peso especfico

Volume do lquido = rea x altura

Presso = Peso / rea

Presso = rea x altura x peso especfico / rea Presso = Altura x peso especfico

Para lquidos, a presso no fundo do reservatrio,independe da rea do mesmo!!!


25/74


Presso do fundo do tanque A Presso no fundo do tanque B

PA = HA x PH2O PB = HB x PHg

PA = 300 cm x 0,001 kgf/cm3 PB = 100 cm x 0,0136 kgf/cm3

PA = 0,3 kgf/cm2 PB = 1,36 kgf/cm2

Portanto PB >>>> PA


26/74

Presso atmosfrica O ar tem um peso muito pequeno, porm, a altura

da camada de ar sobre a superfcie da terra muitogrande e este fato provoca uma presso em cadaponto da terra que denominamos pressoatmosfrica.

Fora exercida sobre a superfcie de um corpo

devido ao peso do ar atmosfrico.1 atmosfera = 760 mm Hg (0C 0 m.a.n.m.)

= 101 kPa

= 1,01 bar= 1,03 kgf/cm= 14,7 psi


27/74

Barmetro de Mercrio

Os barmetros so instrumentos destinados a medira presso atmosfrica. O barmetro constitudo

por um tubo de vidro, envolvido por um tubometlico que serve de proteo, de cerca de ummetro e fechado numa das extremidades, que se

enche de mercrio e se inverte numa tina de vidro,contendo tambm mercrio. Encontra-se acopladoao corpo do barmetro um termmetro que d a

temperatura a que se encontra o mercrio.


28/74

Presso interna de um vaso

Um fluido (lquido ou vapor) dentro de um recipienteexerce uma presso sobre as paredes do recipiente e

em direo perpendicular superfcie.(Princpio de Pascal).

P

t

D


29/74

PMTA

Presso Mxima de Trabalho Permissvel

Mxima Presso de Trabalho Permissvel

a maior presso que uma determinadacaldeira ou vaso de presso pode operar

com segurana.Funo: espessura, dimetro, material, furao


30/74

2 * S * E * t

DPMTA =


31/74

Eficincia de Furao - E


32/74

Furao


33/74

Presso interna de um vaso

A presso dentro de um recipiente medida porum instrumento chamado manmetro.

P M t i


34/74

Presso Manomtrica

O manmetro l presso acima da atmosfrica.Na atmosfera, o manmetro indica zero.

Presso Absoluta a soma da presso atmosfrica e a presso manomtrica.

Exemplo:Presso atmosf. = 1,03 kgf/cm = 1,01 bar

Presso caldeira = 20 kgf/cm = 19,6 bar

Presso abs. = 1,03 + 20 = 21,0 kgf/cm abs

= 1,01 + 19,6 = 20,6 bar abs


35/74

Aplicao direta

Fora = Presso x rea

Fora = Presso x rea


36/74

Vlvula de Segurana - Instalao

Fonte: Hiter - Crosby


37/74

Trabalho

Quando o ponto de aplicao de uma Fora se desloca deuma certa distncia, dizemos que a fora est realizando

um Trabalho

Portanto, trabalho uma medida da energia transferida

pela aplicao de uma fora ao longo de um deslocamento.


38/74

Unidades de Trabalho

Unidades:

1J (Joule) = 1 N * 1 m

1 J = 1 W * s

1 J = 10,197 kgf * 1 cm


39/74

PotnciaPotncia a grandeza que determina a quantidade de energiaconcedida por uma fonte a cada unidade de tempo.

Potncia a rapidez com a qual uma certa quantidade deenergia transformada.

Potncia a razo entre o trabalho realizado por

uma fora e o tempo gasto em sua realizao.


40/74

Potncia


41/74

Unidades de Potncia

1 W = 1 J / s = (1 N * 1 m) / s1 hp = 746 W

1 kW = 1,341 hp

1 cv = 0,9896 hp

No SI, a unidade de potncia o W (watt), ou sua unidadeequivalente, J/s. Em sistemas motorizados tambm frequente

a especificao de potncias nas unidades cavalo-vapor (cv)ou hp.


42/74

Energia

Em geral o conceito de energia se refere "ao potencial paraexecutar trabalho ou realizar uma ao".

O termo energia tambm pode designar as reaes de umadeterminada condio de trabalho, como por exemplo o calor,

trabalho mecnico (movimento) ou a luz, ou ainda graas aotrabalho realizado por uma mquina por exemplo: motor,caldeira, refrigerador, alto-falante, lmpada, vento.

O petrleo um recurso natural no renovvel e atualmente a principal fonte de energia utilizada no planeta.


43/74

Unidades de Energia

1 kcal = 1,163 W * h

1 BTU = 0,252 kcal

1 J = 1 W * s

1 k J = 0,239 kcal


44/74

Exemplos

1 lmpada 100 W

Potncia = 100 W

1 ms = 720 hs Energia = 72.000 W*h

Ou 72 kW*h por ms

1 motor de 100 hp

Potncia = 100 hp

1 hp = ~746 W 100 hp = 74.600 W

1 ms = 720 hs Energia = 53.712.000 W*h Energia = 53.712 kW*h por

ms


45/74

Temperatura

uma medio de intensidade da sensao quente oufrio de um corpo.

Unidades: grau Celsius Cgrau Fahrenheit F

Pontos de referncia:Ponto de fuso do gelo = 0 C = 32 FPonto de vaporizao da gua presso atmosfrica

= 100 C = 212 F

T


46/74

Temperatura

A temperatura mais baixa teoricamente possvel =

- 273,15 C

Corresponde ao zero absoluto = 0 K (zero Kelvin)Termmetro: tipo PT100 digital

T


47/74

Temperatura

Converso de Unidades:

C = (F 32) / 1,8

F = 1,8 * C + 32

Ex: 25C = 1,8 * 25 + 32 = 77 F


48/74

C l


49/74

Calor

a energia que passa de um corpo a uma certatemperatura para outro corpo a uma temperatura

mais baixa.Exemplo: energia que passa dos gases quentespara gua numa caldeira.

Unidades: kcal kJ1 kcal = 4,186 kJ

1 caloria a unidade de calor necessrio paraelevar 1 grama de gua pura de 14,5 at 15,5C,sob presso atmosfrica normal.

F d t i d l


50/74

Formas de transmisso de calor

A literatura reconhece trs meios distintos detransmisso de calor:

Conduo,

Conveco Radiao

Conduo


51/74

Conduo

A conduo um processo pelo qual o calor flui de

uma regio de alta temperatura para outra detemperatura mais baixa, dentro de um meio slido,lquido ou gasoso ou entre meios diferentes em

contato fsico direto.

Conveco


52/74

ConvecoA conveco um processo de transporte de energiapela ao combinada da conduo de calor,armazenamento de energia e movimento da mistura. A

conveco a formas mais importante comomecanismo de transferncia de energia (calor) entreuma superfcie slida e um lquido ou gs.

Radiao


53/74

RadiaoA radiao um processo pelo qual o calor flui de umcorpo de alta temperatura para um de baixa, quando osmesmos esto separados no espao, ainda que exista umvcuo entre eles. A transmisso de calor por radiao funo da temperatura a quarta potncia.

Conveco e Conduo


54/74

Conveco e Conduo

e

Temp. gases

Temp. fluido

recebe calor

Pelcula interna

V=0

Pelcula de gases

V = 0

v. fluido

v. gases

Q = LMTD * U * A


55/74

Radiao

Fonte: Equipalcool

Poder Calorfico do Combustvel


56/74


o valor da energia trmica liberada pelocombustvel quando entra em contato com o

ar atmosfrico (combusto).

PCs Poder calorfico superior: gua nasada dos gases na forma de lquido.

PCi Poder calorfico inferior: gua nasada dos gases na forma de vapor.



57/74


Quantidade de energia liberada na combusto totalde uma determinada massa de combustvel.

PCs Quando a gua formada na combusto secondensa.PCi Quando a gua formada na combusto sai

na forma de vapor junto com os gases combustos.

Bagao de cana (50% umidade):

PCs = 2.280 kcal/kg = 9.540 kJ/kgPCi = 1.800 kcal/kg = 7.530 kJ/kg



58/74

leo combustvel BPF:

PCs = 10.240 kcal/kg = 42.860 kJ/kgPCi = 9.680 kcal/kg = 40.520 kJ/kg

GN Campos:

PCs = 10.060 kcal/Nm3 = 16.200 kcal/kg

PCi = 9.090 kcal/Nm3 = 14.600 kcal/kg

Mudana de Estado gua-vapor


59/74

Mudana de Estado gua-vapor

25C 50C 100C 100C 100C 100C 100C 150C

vapor lquido

mistura lquido-vapor

calor latente

vaporsaturado vaporsuperaq.

lquido

calor sensvel


60/74

Internos do Tubulo


61/74

Circulao de gua


62/74

Circulao de gua


63/74

Consumo de Combustvel


64/74

Ar 25C

Gs 160C

gua 115C

Bagao

Vapor 62-480C

Purga = 3%

Energia contida nos gases


65/74

e g a co t da os gases

A energia contida nos gases de combustodepende praticamente de sua temperatura e docalor especfico.Para gases de combusto de bagao de cana nasada da caldeira temos:c = 0,25 kcal/kgC = 1,05 kJ/kgCT = 160 CE = c * (T t amb)= 0,25 * 135 = ~34 kcal/kg

Energia contida na gua


66/74

g g

A entalpia da gua lquida que entra na caldeira

obtida da Tabela de Vapor em funo de suatemperatura.

Ex.: Para 115 C vale:

h liq = 115,3 kcal/kg = 482,6 kJ/kg

Energia contida na gua / vapor


67/74

tubuloO vapor dgua no tubulo da caldeira est em equilbriocom a fase lquida.

Nesse caso, recebe o nome de vapor saturado.

Para uma caldeira operando no balo com presso de:65 kgf/cm man = 63,7 bar Temp. = 280 C

a entalpia do vapor vale: hv = 664 kcal/kg = 2.780 kJ/kga entalpia da gua vale: ha = 295 kcal/kg = 1.234 kJ/kg

Energia contida no vapor


68/74

g pQuando o vapor saturado sai do tubulo da caldeira, elepassa por um conjunto de tubos que recebe o nome desuperaquecedor. Nesse equipamento, o vapor aumenta asua temperatura e passa a ser chamado de vaporsuperaquecido.

Para uma caldeira operando com presso na linha de

62 kgf/cm (60,8 bar) e temperatura 480 C, sua entalpiavale: hv = 806 kcal/kg = 3.374 kJ/kg

P = 22 bar e 300C - h vap = 721 kcal/kg = 3.018 kJ/kg

Tabela de vaporsaturado presso


69/74

Tabela de vapor saturado presso

Pressoabs

Tempsaturao

Entalpiaespec dagua

Entalpiaespec devaporiz

Entalpiaespec dovapor

Volumeespec dagua

Volumeespec dovapor

Entropiaespec dagua

Entropiaespec devaporiz

Entropiaespec dovapor

Calor especvapor

Calor especvapor

pabs tsat hf hfg hg vf vg sf sfg sg cv cp

bar C kJ/kg kJ/kg kJ/kg dm/kg m/kg kJ/kg K kJ/kg K kJ/kg K kJ/kg K kJ/kg K

1 99,6 417,5 2257,6 2675,2 1,043 1,694 1,303 6,056 7,359 1,525 2,0432 120,2 504,8 2201,7 2706,6 1,060 0,886 1,530 5,597 7,127 1,577 2,127

4 143,6 604,9 2133,6 2738,6 1,083 0,462 1,777 5,119 6,896 1,651 2,256

6 158,9 670,7 2086,0 2756,7 1,100 0,316 1,932 4,829 6,760 1,710 2,3658 170,4 721,3 2047,7 2768,9 1,114 0,240 2,046 4,616 6,663 1,762 2,464

10 179,9 762,9 2014,8 2777,8 1,126 0,194 2,139 4,447 6,586 1,808 2,55712 188,0 798,7 1985,7 2784,4 1,137 0,163 2,217 4,306 6,523 1,852 2,646

14 195,1 830,3 1959,1 2789,5 1,147 0,141 2,284 4,184 6,468 1,893 2,732

16 201,4 858,8 1934,6 2793,4 1,157 0,124 2,344 4,077 6,421 1,931 2,81618 207,2 884,7 1911,7 2796,4 1,166 0,110 2,398 3,980 6,378 1,969 2,899

20 212,4 908,7 1890,0 2798,8 1,175 0,100 2,447 3,892 6,340 2,004 2,981

22 217,3 931,0 1869,5 2800,5 1,183 0,091 2,492 3,812 6,304 2,039 3,062

24 221,8 952,0 1849,8 2801,8 1,191 0,083 2,534 3,737 6,272 2,072 3,142

26 226,1 971,7 1830,9 2802,6 1,199 0,077 2,574 3,667 6,241 2,104 3,22228 230,1 990,5 1812,6 2803,1 1,207 0,071 2,611 3,602 6,213 2,136 3,30130 233,9 1008,3 1795,0 2803,3 1,214 0,067 2,645 3,540 6,186 2,166 3,381


70/74

Tabela de vapor superaquecido


71/74

Consumo combustvel caldeira


72/74

Pode-se ento calcular o consumo de combustvel emum caldeira.

Por exemplo, uma caldeira que produz 150.000 kg/h devapor, a 62 kgf/cm (60,8 bar) e temperatura 480 C,com a gua entrando a 115 C, queimando bagao de

cana com umidade 50%, e com eficincia de 85%, oconsumo de combustvel (bagao) calculado por:

Consumo de Combustvel


73/74

Mbag = Mvapor *(hvaphliq)+Mpurga*(haghliq)

(efic * PCi)

Mbag = 150.000*(806-115,3) + 0,03*150.000*(295115,3)(0,85*1.725)

Mbag = 71.210 kg/h bagao

relao = 150.000 / 71.210 = 2,11 kg vapor / kg bagao


74/74

Fim

Francisco Linero

[email protected]

(19) 3429-8229

caldeiras funcionamento e operação

Documents