caldeiras_prominp

ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS DISCIPLINA DE FABRICAO E MONTAGEM DE CALDEIRAS E

TROCADORES DE CALOR AGOSTO/SETEMBRO DE 2008

Escola Politcnica Depto. Enga. Mecnica

TIPOS E APLICAES DE CALDEIRAS

Nilson Ribeiro Leite, [email protected] Renato de Abreu Milito, [email protected]

1 Escola Politcnica- Depto. de Engenharia Mecnica da EPUSP-PROMINP, [email protected]


Resumo: Este trabalho teve como objetivo, estudar as caldeiras ou geradores de vapor, que so equipamentos utilizadosn a transformar gua em vapor. Abordaremoos as suas classificaes: Flamotubulares e Aquotubulares.

Esse equipamentos so usados para insta1aes onde se deseja ter a obteno de vapor ou vapor superaquecido, na qual trocara calor com um fluuido de menor temperatura. Este trabalho foi desenvolvido na disciplina do curso de Fabricao e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor do programa do Curso de Especializao de Engenheiro de Suprimentos Construo e Montagem amparado pelo Depto. de Engenharia Mecnica da EPUSP.

Palavras-chave: caldeiras , flamotubula, aquotubular

1. INTRODUO

Caldeira ou Gerador de vapor um equipamento que se destina a gerar vapor atravs de um troca trmica entre o combustvel e a gua , sendo que isto feito por este equipamento construdo com chapas e tubos cuja finalidade fazer com que gua se aquece e passe do estado lquido para o gasoso, aproveitando o calor liberado pelo combustvel que faz com as partes metlicas da mesma se aquea e transfira calor gua produzindo o vapor.

A finalidade de se gerar o vapor veio da revoluo industrial e os meios da poca que se tinha era de pouca utilizao , mas o vapor no inicio serviu para a finalidade de mover mquinas e turbinas para gerao de energia e locomotivas, com advento da necessidade industrial se fez necessrio necessidade de cozimentos e higienizao e fabricao de alimentos, se fez necessrio evoluo das caldeiras.

Com isto se utiliza o vapor em lacticnios, fabricas de alimentos ( extrato de tomate, doces), gelatinas, curtumes, frigorficos, industrias de vulcanizao, usinas de acar e lcool, tecelagem , fabricas de papel e celulose entre outras.

2. CALDEIRAS

2.1. Descrio

As caldeiras ou geradores de vapor, so equipamentos destinados a transformar gua em vapor. A energia necessria operao, isto , o fornecimento de calor sensvel gua at alcanar a temperatura de

ebulio, mais o calor latente a fim de vaporizar a gua e mais o calor de superaquecimento para transform-la em vapor superaquecido, dada pela queima de um combustvel.

2.2. Classificao Conforme o tipo, as caldeiras podem ser classificadas em:

Flamotubulares; Aquotubulares.

2.2.1. Caldeiras flamotubulares

No primeiro caso, os gases quentes passam por dentro de tubos, ao redor dos quais est a gua a ser aquecida e evaporada. Os tubos so montados maneira dos feixes de permutadores de calor, com um ou mais passos dos gases quentes atravs do mesmo. Na figura 01, podemos ver em corte uma caldeira deste tipo. As caldeiras flamotubulares so empregadas apenas para pequenas capacidades e quando se quer apenas vapor saturado de baixa presso.

P R OM IN P E N GE N H E IR O D E S U P R IM E N T OS D i s c i p l i n a : F a br ic a o e M o n t ag em d e C a l d e i r a s e Tr o ca d or e s d e C a l or

Figura 1. Caldeira flamotubular de traseira molhada, com dois passes, para leo e gs.

Figura 2. Caldeira flamotubular de trs passes.

2.2.2. Caldeiras aquotubulares

O outro tipo, que o mais empregado, como o prprio nome indica, tem circulao de gua por dentro dos tubos e os gases quentes envolvendo-os. So usados para insta1aes de maior porte e na obteno de vapor superaquecido. Sendo este tipo o mais importante, veremos com mais detalhes seus componentes.

2.2.2.1. Componentes

Encontramos nestas caldeiras, geralmente, os seguintes componentes:

Cmara de combusto Tubos Coletores Tubulo Superaquecedor Sopradores de fuligem Pr-aquecedor de ar. Economizado Alvenaria (refratrios) Queimadoras Ventiladores Chamin Vlvulas de segurana


A cmara de combusto a regio onde se d a queima do combustvel, com produo dos gases de combusto que fornecem calor gua.

Os tubos servem para a circulao de vapor e gua dentro da caldeira, a fim de permitir a troca de calor entre os gases quentes de combusto e a gua ou vapor.

Os coletores so peas cilndricas, s quais chegam e saem conjuntos de tubos, cuja finalidade, como o prprio nome indica, coletar gua ou vapor.

O tubulo um tambor horizontal, situado no ponto mais alto do corpo principal da caldeira, ao qual acham-se conectados, atravs de tubos, os coletores, que se encontram em nveis diferentes dentro da caldeira.

A gua circula vrias vezes atravs do conjunto tubulo-coletores descendo pelos tubos externos e retornando pelos internos. Essa circulao natural provocada pela diferena de presso exercida pelas colunas lquidas e pelas correntes de conveco formadas. A coluna externa contendo somente gua mais pesada do que a coluna interna contendo gua + vapor, promovendo ento a circulao. A parte vaporizada vai se armazenando no tubulo, enquanto o lquido volta a circular.

Alm de acumular o vapor, o tubulo recebe tambm a gua de alimentao, que vem do economizador. O espao acima do nvel dgua no tubulo, chama-se espao de vapor.

Para evitar o arraste de gotculas de lquido junto ao vapor no espao de vapor existem chicanas com a finalidade de separar o lquido arrastado.

O vapor saturado separado no tubulo passa a outro conjunto de serpentinas, o superaquecedor, onde obtido o seu superaquecimento. As serpentinas do superaquecedor tm suas extremidades ligadas a dois coletores de vapor. O superaquecedor pode situar-se na zona de radiao ou conveco, conforme o grau de superaquecimento para o qual as caldeiras so projetadas.

O pr-aquecedor de ar utilizado para, aproveitando parte do calor dos gases residuais de combusto, aquecer o ar de alimentao das chamas.

No economizador, a gua de a1imentao passa por uma serpentina ou feixe tubular, a fim de aproveitar tambm o calor dos gases residuais da combusto, para depois ir, ento, ao tubulo j pr-aquecido, o que representa uma economia de energia.

As paredes da caldeira so revestidas internamente de tijolos refratrios, resistentes a altas temperaturas, que protegem as partes metlicas estruturais da caldeira contra deteriorao por alta temperatura e produzem homogeneizao da temperatura por reflexo do calor das chamas.

Os maaricos das caldeiras so semelhantes aos dos fornos. Os sopradores de fuligem so tubos providos de orifcios, inseridos transversalmente aos tubos das serpentinas, em

diversos locais da caldeira. So ligados, externamente caldeira, ao sistema de vapor. Durante a operao da caldeira, h deposio de fuligem nos tubos, o que dificulta a transferncia de calor. De tempos em tempos, ento, injetado vapor atravs deste sistema com a finalidade de remover a fuligem. Para melhorar a atuao dos mesmos, os sopradores geralmente tm movimento de rotao, atuando assim em maior rea.

Os ventiladores tm a finalidade de movimentar o ar de combusto at os queimadores na cmara de combusto e os gases da cmara de combusto at a chamin. Existem dois tipos funcionais de ventiladores: de tiragem forada, que apanha o ar atmosfrico e o envia atravs dos dutos da caldeira para os queimadores e o de tiragem induzida, instalado na sada da caldeira, que succiona os gases de combusto de dentro da cmara e os conduz chamin.

A chamin a parte que conduz os gases de combusto atmosfera (em altura suficientemente grande para que no venham a ser danosos ao meio ambiente).

As vlvulas de segurana so vlvulas especiais, instaladas no tubulo, cuja finalidade dar sada ao vapor no caso deste atingir uma presso superior a um mximo admitido pelas condies de segurana operacional.


Figura 3. Caldeira aquotubular tpica.

Figura 4. Superaquecedor.

2.3. Causas de deteriorao de caldeiras

Veremos a seguir trs tipos de males que ocorrem em caldeiras, os quais podem ser agravados pela ocorrncia de mais de um, simultaneamente.

2.3.1. Superaquecimento

O superaquecimento consiste na elevao da temperatura de componentes ou de partes de componentes, acima da temperatura mxima a que o material pode resistir sem sofrer danos.

Esta elevao de temperatura localizada pode ser devida:

Deposies nas paredes dos tubos: externas > devido ao leo combustvel; internas > devido incrustao de material existente na gua.

Incidncia de chama, provocada por: funcionamento anormal deficincia de montagem defeito do queimador. Circulao deficiente de gua devido a: Obstrues internas; Falha de alimentao. Deteriorao do refratrio

2.3.2. Corroso

Internamente aos tubos, tubulo, coletores etc., devido a deficincia de tratamento da gua e, no caso da presena de oxignio( O2 )e dixido de carbono (CO2) dissolvidos, devido a m desaerao.

Externamente aos tubos, devido formao de sais de vandio, no caso de o mesmo estar presente no leo combustvel, que agem como catalisadores na formao de cido sulfrico a partir de S02 (formado pela combusto

de produtos de enxofre, que se encontram no leo combustvel). Na parte externa da caldeira, devido s condies atmosfricas.

2.3.3. Deteriorao mecnica

Aparecimento de trincas e ruptura de materiais devido a: Fadiga trmica Fluncia ou creep Choques trmicos


Exploso na cmara de combusto Uso imprprio das ferramentas de limpeza Recalque das fundaes.

2.4. Tipos de Caldeiras Flamotubulares

As caldeiras de tubos de fogo ou tubos de fumaa, fogotubulares, flamotubulares ou ainda gs-tubulares so aquelas em que os gases provenientes da combusto (gases quentes) circulam no interior dos tubos e a gua a ser aquecida ou vaporizada circula pelo lado de fora.

Este tipo de caldeira o de construo mais simples, e pode ser classificado quanto distribuio dos tubos, que podem ser tubos verticais ou horizontais.

2.4.1. Caldeiras de Tubos Verticais

Nas caldeiras de tubos verticais, os tubos so colocados verticalmente num corpo cilndrico fechado nas extremidades por placas, chamadas espelhos. A fornalha interna fica no corpo cilndrico logo abaixo do espelho inferior. Os gases de combusto sobem atravs dos tubos, aquecendo e vaporizando a gua que est em volta deles.

As fornalhas externas so utilizadas principalmente no aproveitamento da queima de combustveis de baixo poder calorfico, tais como: serragem, palha, casca de caf e de amendoim e leo combustvel (1A, 2A ... etc.)

Figura 5. Exemplo de caldeira flamotubular vetical.

Figura 6. Um outro exemplo de caldeira flamotubular vetical.


2.4.2. Caldeiras de tubos horizontais

As caldeiras de tubos horizontais abrangem vrios modelos, desde as caldeiras Cornulia e Lancaster, de grande volume de gua, at as modernas unidades compactas. As principais caldeiras horizontais apresentam tubules internos nos quais ocorre a combusto e atravs dos quais passam os gases quentes. Podem ter de 1 a 4 tubules por fornalha.

2.4.2.1. Tipos de caldeiras de tubos horizontais

2.4.3. Caldeiras de Cornulia

Aa caldeiraa Cornulia, um dos primeiros modelos desenvolvidos, constituda de um tubulo horizontal ligando a fornalha ao local de sada de gases. de funcionamento simples, porm de rendimento muito baixo.

Suas principais caractersticas so: presso mxima de operao de 10 kgf/cm, vaporizao especfica 12 a 14 kg de vapor/m e mximo de 100m de superfcie.

Figura 7. Exemplo de caldeira Cornulia.

2.4.4. Caldeiras Lancaster

Aa caldeira aLancaster so de construo idntica anterior, porm tecnicamente mais evoluda. Pode ser constituda de dois a quatro tubules internos e suas caractersticas so: rea de troca trmica de 120 a

140m e vaporizao de 15 a 18 kg de vapor/m. Algumas delas apresentam tubos de fogo e de retorno, o que apresenta uma melhoria de rendimento trmico em relao s anteriores.

Figura 8. Exemplo de caldeira caldeira Lancaster.


2.4.5. Caldeiras multitubulares de fornalha interna

Como o prprio nome indica possui vrios tubos de fumaa. Podem ser de trs tipos:

2.4.5.1. Tubos de fogo diretos

Os gases percorrem o corpo da caldeira uma nica vez.

2.4.5.2. Tubos de fogo de retorno

Os gases provenientes da combusto no tubulao da fornalha circulam tubos de retorno.

2.4.5.3. Tubos de fogo diretos e de retorno

Os gases quentes circulam pelos tubos diretos e voltam pelos de retorno.

2.4.6. Caldeiras multitubulares de fornalha externa

Em algumas caldeiras deste tipo a fornalha constituda pela prpria alvenaria, situada abaixo do corpo cilndrico. Os gases quentes provindos da combusto entram inicialmente em contato com a base inferior do cilindro,

retornando pelos tubos de fogo. Na caldeira multitubular, a queima de combustvel efetuada em uma fornalha externa, geralmente construda em

alvenaria instalada abaixo do corpo cilndrico. Os gases quentes passam pelos tubos de fogo, e podem ser de um ou dois passes. A maior vantagem poder queimar qualquer tipo de combustvel.

Na figura a seguir, temos um exemplo de caldeira multitubular:

Figura 9. Exemplo de caldeiras multitubulares.

2.4.7. Caldeiras locomvel

As caldeiras locomveis, tambm do tipo multitubular, tm como principal caracterstica apresentar uma dupla parede em chapa na fornalha, pela qual a gua circula.

Sua maior vantagem est no fato de ser fcil a sua transferncia de local e de poder produzir energia eltrica. usada em serrarias junto matria-prima e em campos de petrleo.


Figura 10. Exemplo de caldeiras locomvel.

2.4.8. Caldeiras escocesas

A caldeira escocesa, criada basicamente para uso martimo, o modelo de caldeira industrial mais difundido no mundo. destinada queima de leo ou gs, tendo ainda presso mxima de 18 kgf/cm, rendimento trmico em torno de 83% e taxa de vaporizao de 30 a 35 kg de vapor/m.

2.4.9. Vantagens e Desvantagens das Caldeiras Flamotubulares

2.4.9.1. Vantagens

As principais vantagens das caldeiras deste tipo so: custo de aquisio mais baixo; exigem pouca alvenaria; atendem bem a aumentos instantneos de demanda de vapor.

2.4.9.2. Desvantagens

Como desvantagens, apresentam: baixo rendimento trmico; partida lenta devido ao grande volume interno de gua; limitao de presso de operao (mx. 15 kgf/cm); baixa taxa de vaporizao (kg de vapor / m . hora); capacidade de produo limitada; dificuldades para instalao de economizador, superaquecedor e pr-aquecedor

2.5. Partes das Caldeiras Flamotubulares

As caldeiras flamotubulares apresentam as seguintes partes principais: corpo, espelhos, feixe tubular ou tubos de fogo e caixa de fumaa.

O corpo da caldeira, tambm chamado de casco ou carcaa, construdo a partir de chapas de ao carbono calandradas e soldadas. Seu dimetro e comprimento esto relacionados capacidade de produo de vapor. As presses de trabalho so limitadas (normalmente mximo de 20 kgf/cm) pelo dimetro do corpo destas caldeiras.

Os espelhos so chapas planas cortadas em forma circular, de modo que encaixem nas duas extremidades do corpo da caldeira e so fixadas atravs de soldagem. Sofrem um processo de furao, por onde os tubos de fumaa devero passar. Os tubos so fixados por meio de mandrilamento ou soldagem.

O feixe tubular, ou tubos de fogo, composto de tubos que so responsveis pela absoro do calor contido nos gases de exausto usados para o aquecimento da gua. Ligam o espelho frontal com o posterior, podendo ser de um, dois ou trs passes.


2.6. Figura 11. Partes das caldeiras flamotubulares.

A caixa de fumaa o local por onde os gases da combusto fazem a reverso do seu trajeto, passando novamente pelo interior da caldeira (pelos tubos de fogo).

O desenho a seguir mostra os componentes de uma caldeira flamotubular tpica.

Figura 12. Caldeira flamotubular tpica

2.7. Eficincia de uma caldeira fogotubular

A eficincia de uma caldeira fogotubular no um clculo misterioso. esta breve explanao tem o objetivo de orientar tcnicos e engenheiros sobre a eficincia das caldeiras e para os usurios do programa eficincia steammaster. e, se para muitos o assunto j repetitivo, para outros pode ser muito esclarecedor. persistindo dvidas entre em contato. eficincia da combusto eficincia de combusto a indicao da habilidade do queimador em queimar o combustvel.

a quantidade de combustvel no queimado e o ar em excesso so usados para definir a eficincia de combusto de um queimador. a maior parcela das perdas apresentadas por uma caldeira se d pelos gases da combusto que so lanados pela chamin. se um queimador no consegue obter uma queima limpa com baixo excesso de ar, ento regulado para trabalhar com excesso de ar, sendo que este excesso de ar s abaixa a temperatura da chama e reduz a capacidade de gerao da caldeira, rebaixando tambm drasticamente a eficincia.


Queimadores trabalhando com nveis baixos de combustveis no queimados e operando a um nvel de excesso de ar baixo (em torno de 15%) so considerados eficientes.

2.7.1. Eficincia Trmica

Eficincia trmica a medida da eficcia da troca de calor da caldeira. Ela mede a habilidade em transferir calor do processo de combusto para a gua ou vapor na caldeira. Por ser unicamente uma medida da eficcia da troca de calor da caldeira, ela no leva em conta a radiao e perdas de conveco do casco da caldeira, coluna dgua, ououtros componentes. Desta forma no verdadeira sua indicao do uso do combustvel na caldeira; Contudo, aliada verificao da combusto, pode nos fornecer uma boa indicao de como est a eficincia da caldeira. De fato, se voc verifica que no h pontos com temperaturas muito altas, no casco ou outras partes da caldeira, no h vazamentos de vapor ou gases de combusto. Uma simples anlise da temperatura e composio dos gases da chamin pode nos oferecer dados confiveis para o clculo da eficincia. Alm disto existem graficos fornecido pela Steammaster com a estimativa das perdas diversas de acordo com a carga de trabalho.

2.7.2. Eficincia da Caldeira

Eficincia da caldeira a eficincia pura da transferncia de calor do combustvel para o vapor, a qual leva em conta a radiao e perdas de conveces. uma indicao verdadeira da eficincia total da caldeira.

Como descrito no ASME POWER TEST CODE, PTC 4.1, a eficincia combustvel-vapor de uma caldeira pode ser determinada por 02 mtodos; o mtodo entrada-sada e o mtodo perdas de calor.

2.7.2.1. Mtodo entrada-sada: A eficincia por este mtodo baseada na proporo da sada e entradas de calor na caldeira. Ela calculada em se

dividindo a sada da caldeira (Kcal) pela entrada da caldeira (Kcal) e multiplicando por 100. A entrada atual e sada da caldeira so determinadas pela instrumentao e os dados so usados nos clculos que resultam na eficincia combustvel para vapor sendo ainda hoje o mtodo mais difcil de se realizar devido necessidade de se conhecer com preciso, no mnimo os seguintes parmetros: vazo de vapor, gua, combustvel e a temperatura destes.

2.7.2.2. Mtodo perdas de calor:

O mtodo de medida de eficincia Equilbrio de Calor baseado na considerao de todas as perdas de calor da caldeira. O mtodo para clculo atual consiste da subtrao de 100% do total das perdas, sendo que o valor resultante a eficincia combustvel vapor da caldeira.

2.7.3. Perdas na chamin:

a maior poro das perdas do calor onde muito dinheiro jogado fora todos os dias. Este um bom indicador da eficincia da caldeira. A temperatura na chamin a temperatura dos gases de combusto (seco ou mido) deixando a caldeira e refletindo diretamente na energia que no se transferiu do combustvel para o vapor ou gua quente.

Quanto menor a temperatura na chamin, maior ser a eficincia da caldeira, e hoje nenhuma caldeira no Brasil consegue temperaturas de chamin menores que a Steammaster.

2.7.4. Perdas de Conveco e Radiao:

Todas as caldeiras tm perdas de conveco e radiao. As perdas representam a radiao do calor da caldeira para o ambiente.

Radiaes e perdas de conveces expressas em Kcal/h, so essencialmente constantes na rea de caldeira, mas variam entre diferentes tipos de caldeiras, tamanhos, presses de operao e carga de trabalho. Todas as caldeiras Steammaster FOUR, so isoladas com 100 mm de l de rocha de alta densidade, com proteo em ao inoxidvel (toda a caldeira isenta de amianto).

2.7.5. Componentes da Eficincia:

A eficincia da caldeira, quando calculada pelo mtodo de equilbrio de calor ASME, inclui perdas na chamin e radiao e conveces. Mas que fatores tm efeito maior na eficincia de uma caldeira? Em uma primeira discusso, o projeto da caldeira o maior fator.

So fatores-chaves para entendermos os clculos de eficincia da caldeira:Temperatura dos gases (Temperatura da chamin); Especificaes do combustvel; Ar excesso; Temperatura do ar ambiente; Perdas por radiao e conveco.


2.7.5.1. Temperatura dos gases:

a temperatura dos gases combustos assim que saem da caldeira. Um modo em potencial de manipular um valor de eficincia utilizar uma temperatura dos gases menor do que a

real nos clculos. Quando estiver analisando um clculo de eficincia, verifique a temperatura dos gases. Ela real? Ela prxima ou menor do que a temperatura dos fluidos (gua) no interior da caldeira?

Para caldeiras FOUR Steammaster, garantimos temperaturas de gases de chamin to baixas quanto 45C acima da gua da caldeira, para 100% da carga. E isto s a Steammaster faz.

No seja tolo em estimar temperaturas de chamin. Tenha certeza da prova dela.

2.7.5.2. Especificao do Combustvel:

A especificao do combustvel pode tambm ter um efeito dramtico sobre a eficincia. No caso de combustveis gasosos, o maior teor de hidrognio forma mais vapor de gua durante a combusto. Este vapor de gua usa energia

assim que muda de fase no processo de combusto. (A gua que acaba de ser formada na combusto do hidrognio formando H2O, se evapora exigindo para isto seu calor de vaporizao que ento lanado na chamin). Esta a razo porque o leo combustvel queima em um nvel de eficincia maior do que o gs natural.

Quando estiver analisando o clculo ou eficincia garantida, verifique as especificaes do combustvel, a representao do combustvel que voc usar na caldeira? A representao da eficincia da combusto usando baixo teor de hidrognio poder no ser uma avaliao apurada do seu consumo de combustvel.

2.7.5.3. Excesso de ar:

Excesso de ar o ar extra provido para o queimador, alm do ar requerido para a completa combusto. Ele fornecido para o queimador porque uma queima sem ar suficiente ou o estritamente necessrio (queima estequiomtrica) no e possvel em queimadores industriais.

Mudanas sazonais na temperatura e presso baromtrica, podem causar excesso de ar em uma caldeira numa mdia de 5% a 10%, ou provocar a queima num nvel de baixo excesso de ar podendo resultar em alto CO e fuligem na caldeira.

O ar ento provido em excesso para o queimador permitindo um fator de segurana, jogando fora porm energia em potencial que poderia ser transferida para gua na caldeira. Neste caso, ar em excesso acima do tecnicamente correto, reduz a eficincia da caldeira, aumentando drasticamente as perdas nos gases da chamin, lembre-se que o ar entra no queimador, a temperatura ambiente sai na chamin a centenas de graus acima.

Um projeto de queimador de qualidade permitir queima a um nvel mximo de excesso de ar em torno de 15% (3% como 02).

O O2 representa a porcentagem de oxignio no gs. Excesso de ar medido por coleta (amostra) no gs. Para por exemplo 15% de excesso de ar, O2 3%.

O fato que, mesmo com a capacidade terica do queimador de rodar com nvel de excesso de ar menor que 15%, raramente esto disponveis para isto na prtica. O nvel de excesso de ar real para uma caldeira em operao 15%, se um fator de segurana apropriado estiver sendo mantido. Se menos que 15% de excesso de ar estiver sendo usado para calcular a eficincia, isto pouco provvel de se obter, pelo menos no por muito tempo e voc estar provavelmente baseando seu uso de combustvel numa eficincia maior do que a real no dia-a-dia. Solicite ao vendedor do equipamento para recalcular a eficincia a um valor de excesso real.

2.7.5.4. Temperatura ambiente:

A temperatura ambiente pode ter um efeito dramtico na eficincia da caldeira. Uma variao de 5C na temperatura ambiente pode ter uma conseqncia na eficincia de 1% ou mais. A maioria das casas de caldeira so relativamente quentes. Logo, a maioria dos clculos de eficincia so baseados em temperaturas ambientes de 26 C. Quando analisar os clculos da eficincia garantida, verifique as condies do ar ambiente utilizado. Se um valor maior que 26 C for utilizado, ele no est consistente com a boa prtica. E, se a caldeira ficar do lado de fora (da casa), a eficincia ser ainda menor, independentemente do projeto da caldeira. Para determinar seu uso atual de combustvel, pea para que a eficincia seja calculada nas condies de ambiente reais.

2.7.5.5. Perdas de conveco e radiao:

As perdas de conveco e radiao representam as perdas de calor do vaso de presso. Caldeiras so isoladas para minimizar estas perdas. No entanto, toda caldeira tem perdas de conveco e radiao.

s vezes, a eficcia representada sem as perdas de conveco e radiao. Isto no um reflexo verdadeiro do uso do combustvel da caldeira.

O projeto da caldeira tambm pode ter um efeito nas perdas de conveco e radiao.


Perdas de radiao e conveco so tambm uma funo da velocidade do ar na casa de caldeiras. Uma tpica casa de caldeira no tem velocidades de vento altas. Caldeiras operando do lado de fora no entanto, tero maiores perdas de conveco e radiao.

O termo eficincia da caldeira freqentemente substitudo por eficincia trmica. E para ns da Steammaster importante fazer esta distino, porque se para uma anlise/comparao entre momentos diferentes do mesmo equipamento, ou entre equipamentos distintos com a mesma metodologia, a eficincia trmica aceitvel, bem vinda devido a facilidade em se obter o teor de CO2 ou O2, e temperatura; Porm para comprovao na entrega tcnica das

caldeiras preciso definir claramente o que se est e como se esta medindo, afim de se evitar aborrecimentos para ambas as partes.

2.7.6. Steammaster four a caldeira mais eficiente do brasil

Os dados sobre a eficincia, usados para comparao entre caldeiras devem ser baseados em dados comprovados de performance, para dar uma comparao precisa do combustvel usado.

Nem todas as caldeiras so igualmente criadas. Algumas diferenas bsicas de projeto podem mostrar claramente variaes na expectativa do nvel de performance de eficincia. A maneira com que afirmam alguns fabricantes de que suas caldeiras apresentam por exemplo 91% de eficincia no tem valor algum, sem a informao clara e inequvoca das condies em que este nmero obtido, haja visto que h enorme variao da eficincia perante a alterao por exemplo da presso de trabalho, da temperatura ambiente e outros. claro que uma simplificao bem vinda para uma olhada rpida, porm devemos ter cuidado ao analisar eficincia das caldeiras pois, uma determinada caldeira poder consumir muitas vezes, o capital inicial a ser gasto, somente com o combustvel queimado anualmente.

Conseqentemente, a diferena de poucos percentuais na eficincia da caldeira, entre diferentes unidades, pode se traduzir em economias substanciais. Assim, o custo inicial (da aquisio e instalao) de uma caldeira a menor poro do investimento. Custos de combustvel e custos de manuteno representam a maior poro, tendo isto em mente a Steammaster prefere esclarecer este assunto de forma clara e como sempre em linguagem a mais acessvel possvel.

Toda caldeira opera sob os mesmos princpios termodinmicos fundamentais e imutveis em todo o planeta. Na Steam Master ns temos construdo nossa reputao; produzindo um produto de maior valor e eficincia na indstria. Ns nos orgulhamos em fornecer isto e os fatos dizem que h uma diferena entre caldeiras e fbricas de caldeiras. O valor de uma caldeira Steammaster, pagar a si mesma, todos os dias e todos os anos, durante toda sua vida til.

A escolha de uma caldeira Steammaster de baixo custo de manuteno e alta eficincia pode realmente fornecer economias e maximizar seu investimento na caldeira. Os dividendos que retornam cada ano, excedem em valor de qualquer economia de custo inicial de um projeto mais barato. o importante no e apenas iniciar eficientemente mas continuar a operar eficientemente ano apos ano, mesmo aps muito tempo e aps reparos e consertos. Com relao eficincia vale fazer um observao, a eficincia s til se for mantida e sustentada por toda a vida da caldeira.

Escolher a caldeira mais eficiente mais do que s escolher o fabricante/vendedor que est vencendo quanto questo de atender ao valor da eficincia dado, ou melhor preo. A tecnologia da caldeira deve prever uma velocidade alta e constante nos gases da combusto sem utilizao de artifcios como tubuladores ou tubos aspiralados que causam ao contrrio do que se prega, uma maior reteno de fuligens e reduo na vida til dos tubos.

Ns da Steam Master, temos slidas parcerias com fabricantes dos melhores componentes para as caldeiras. So em sua grande maioria lideres em todo o mundo no ramo em que atuam. Isto muito melhor do que usar, vlvulas, bombas e outros feitos em casa. Ns nos especializamos em caldeiras e queimadores e no abrimos mo, assim como todo tcnico no deveria abrir mo de ter os melhores componentes em sua caldeira.

S o conjunto caldeira/queimador Steammaster, trabalham com baixa perda de carga, vlvulas moduladoras com ajuste varivel acoplada a cames; garantindo a mesma proporo ar/combustvel por longos perodos, e baixa presso no combustvel e fluido de atomizao. Cuidado com queimadores que trabalham com alta presso de ar ou combustvel, pois estes tendem a no garantir a proporo ar/combustvel por longo perodo.

Quando considerando a substituio de uma caldeira velha, considere os seguintes pontos para ter certeza de que est fazendo a avaliao correta de sua situao:

2.7.6.1. Custos de Manuteno

Verifique seus custos de manuteno cuidadosamente. A caldeira velha est lhe custando dinheiro de vrias formas, seja por manutenes emergenciais; tempo parado; maior tempo em manuteno (passado e pendentes); dificuldade em encontrar peas e s vezes caras; tempo do operador em manter a unidade em linha; alm de problemas no vaso, queimador e refratrios. Muitos destes custos podem estar escondidos em seu oramento de manuteno geral. Voc est pagando o preo por ter desatualizado sua casa de caldeira. Mas o custo precisa ser investigado e totalizado.

2.7.6.2. Performance da Caldeira


As caldeiras Steammaster tm um padro de performance muito maior do que o de projetos antigos e os ditos modernos. Baixo excesso de ar; Operao automtica; Projeto de queimador; Controle da combusto eletrnico; Tecnologia de baixa emisso, e Garantia da alta eficincia; Baixa manuteno.

2.7.6.3. Mudana de combustvel.

Se sua caldeira antiga utiliza um combustvel e voc deseja trocar ou precisa avaliar diferentes combustveis, reveja os custos de converso e manuteno, avalie a performance e vazo realmente garantida, talvez seje a hora certa para se considerar a compra de uma caldeira nova. Muitas vezes um investimento feito em uma caldeira velha, onde os custos associados com a prxima maior exigncia de manuteno ir justificar a compra da nova unidade. O resultado perder dinheiro na atualizao da unidade antiga.

2.7.6.4. Eficincia Trmica Seu representante Steam Master pode ajud-lo a checar a eficincia de sua caldeira antiga com uma simples

anlise da chamin. Os dados daro a voc uma idia geral da diferena entre o custo do combustvel da caldeira existente e o de uma nova unidade. Baseado nos resultados da avaliao da chamin, uma avaliao mais completa das necessidades de sua casa de caldeiras seria formada.

A Steammaster disponibiliza a todos um programa de computador desenvolvido por seus tcnicos que pode ser usado por qualquer um sem dificuldade, para uma correta avaliao de sua casa de caldeiras.

Espessura do casco, peso, necessidades de turndown, necessidades de troca do tipo de combustvel, necessidade de controles de emisses, tudo deve ser avaliado. O resultado ser uma reviso precisa das economias potenciais em combustveis, manuteno e eficincia na casa de caldeira, o que poder significar melhora de custo substancial.

Alta eficincia o resultado de consideraes de projetos reais, incorporados na caldeira. Examinar algumas diferenas de projetos bsicos de uma caldeira para outra, pode dar a voc uma viso sobre a performance da eficincia esperada.

2.7.7. Diferenas chaves entre caldeiras fogotubulares.

As seguintes questes devero ser consideradas durante sua avaliao da caldeira:

2.7.7.1. Nmero de passes da caldeira

O nmero de passes da caldeira representa o nmero de vezes que a combusto dos gases quentes passam atravs da caldeira (existem trocadores de calor com 10 passes dos fluidos ou mais). Uma caldeira com 03 passes fornece 03 oportunidades para os gases quentes transferirem calor para a gua na caldeira. Uma unidade de 04 passes, fornece 04 oportunidades. Alm disto, a velocidade dos gases permanece alta e uniforme durante todo o trajeto pela caldeira.

Os fatos so claros e incontestveis. A temperatura da chamin de uma caldeira 04 passes mais baixa do que a temperatura da chamin de uma caldeira similar de 02 ou 03 passes, operando sob as condies similares. A caldeira 04 passes ter sempre eficincia maior e custo menor de combustvel. Isto no uma opinio. Isto fsica bsica sobre a troca de calor. O projeto da caldeira 04 passes produz incontestavelmente coeficientes de troca de calor mais altos. No se engane, tubos aspiralados e outros artifcios podem ajudar em um teste de eficincia, mas custar a voc em manuteno posteriormente. Na verdade, uma boa caldeira no necessita de manuteno intensiva nos tubos, se a caldeira foi projetada para trabalhar com a velocidade correta dos gases. Cada passe da caldeira possui uma rea seccional que garante a velocidade correta do gs e alta taxa de transferncia de calor.

2.7.7.2. Superfcie de aquecimento

Em termos gerais a superfcie de aquecimento em metros quadrado exatamente a porta por onde o calor gerado na combusto pode ser transmitido para a gua, gerando o vapor, de nada adianta um bom queimador e qualquer outro artifcio sem rea de aquecimento, no se reduz a rea de aquecimento sem graves prejuzos para a eficincia da caldeira e at para a produo de vapor. Uma caldeira com pequena rea de aquecimento pode produzir o vapor prometido (muitas vezes no o fazem); porm a durabilidade do equipamento ser seriamente afetada, e a eficincia alcanada pode durar por apenas algumas semanas, A superfcie de aquecimento padro para uma caldeira fogotubular Steammaster abaixo de 270cm2 x Kg de vapor.

Porque este padro? Na Steam Master cada detalhe do projeto calculado com preciso e na rea de aquecimento no diferente. A transferncia por radiao/conveco na fornalha, a conveco e radiao gasosa nos tubos, tudo calculado; o que no caso da rea de aquecimento pode resultar em reduo da superfcie. Porm nossos testes nos mostram e comprovam ano aps ano que somente nosso padro adotado - 270cm2/Kg de vapor garante a produo de vapor e eficincia contnua por toda a vida da caldeira.


2.7.7.3. Queimador/Compatibilidade da Caldeira

Uma caldeira compacta, inclui uma caldeira e um queimador desenvolvidos como uma nica unidade, considerando a geometria da fornalha, a radiao e a transferncia de calor por conveco, e devem ser testados em conjunto

exaustivamente. Somente com estes requisitos podemos assegurar a performance realmente boa. O queimador comprado de terceiros ir funcionar na caldeira. Mas, ter capacidade, eficincia,

turndown(Capacidade de modular a chama ajustando a queima do combustvel a demanda do vapor), performance de excesso de ar e de Emisses tambm?

E, quem lhe dar a certeza da performance depois do start-up inicial? Haver um nico fabricante responsvel pela performance da unidade na primeira colocao? Queimadores comprados separadamente podem resultar em um nvel de performance menor, um start-up maior e

exigncias de manuteno. Isto pode custar seu dinheiro toda vez que tiver um problema e os tcnicos da assistncia local no puderem lhe dar o suporte da fbrica.

Quando se trata em escolher a caldeira, insista numa montagem simples e num projeto de queimador acessvel para uma verdadeira eficincia e economia real.

2.7.7.4. Projeto do vaso

O projeto do vaso de presso tambm tem importncia na conduo de uma caldeira, uma circulao da gua adequada proporciona maior durabilidade e eficincia a caldeira, um bom acesso as partes internas tanto do gs quanto da gua, pode facilitar as limpezas e manutenes e inspees, o projeto e construo do vaso de presso tambm e importante com vista a segurana.

A seleo de uma caldeira com projeto de baixo-custo de manuteno e alta eficincia, pode realmente retornar atravs de economias, seu investimento feito na hora da compra .

Caldeira de alta eficincia o resultado de critrios especficos de projeto, incluindo:

Nmero de passes da caldeira; Compatibilidade caldeira/queimador; Superfcie de aquecimento; Projeto do vaso de presso.

Clculos de eficincia da caldeira que so precisos e representam de fato o combustvel usado, necessita do uso da prova e verificao de dados que incluem, como j citado:

Prova da temperatura da chamin; Especificao precisa do combustvel; Nvel do excesso de ar em operao; Temperatura da casa de caldeiras.

Quando for avaliar sua caldeira adquirida, pea ao seu vendedor / fabricante para que atravs dos clculos, mostre e prove a eficincia da caldeira. Tambm verifique o tipo da caldeira e o queimador que est sendo utilizado.

Voc pagar pelo combustvel na verdade usado, no o combustvel estimado, baseado no clculo de eficincia com dados irreais. Uma vez instalada a caldeira, voc no pode voltar atrs e mudar o projeto de eficincia dela.

Tenha certeza que os dados que lhe oferecem sero reais e repetitivos por toda vida do equipamento. A Steammaster uma das empresa que garantem a performance superior com seus projetos, provando com os clculos de eficincia e as caldeiras em funcionamento, e podem assim afirmar isto.

3. AGRADECIMENTOS Agradecemos o Ricardo Suzano do departamento comercial da CBC Indstrias Pesadas S.A pela colaborao e informaes para realizao deste.

4. REFERNCIAS

CBC INDSTRIAS PESADAS S.A. Eastop e Mconkey;Applied Thermodynamics for Engineering Technologists, Prentice Hall, 1993 Jorge Martins;Motores de Combusto Interna, Publindstria, 2005


INCROPERA, F. P. Fundamentos de Transferncia de Calor e Massa. Rio de Janeiro: Livros Tcnicos e Cientficos Editora S.A. Mendes Juanico;Geradores de Vapor, 1995 Mota, scar;Apontamentos de Maquinas Trmicas, 1999

MARTINELLI, Luiz Carlos Jr. Geradores de Vapor. Disponvel em: PERA, H. Geradores de Vapor. So Paulo: Editora Fama, 1990.



Escola Politcnica Depto. Eng. Mecnica

CALDEIRAS DE RECUPERAO

Thiago Souza de Oliveira, [email protected] Wanderley Pedro Rodrigues Soares, [email protected]

Prominp, Escola Politcnica Depto. Eng Mecnica

Resumo: O propsito deste trabalho apresentar as caractersticas e particularidades das caldeiras de recuperao, que um sistema de coogerao de energia, e tem por finalidade reaproveitar resduos de processos que seriam descartados reintroduzindo-os no sistema evitando assim os desperdcios.

Palavras-chave: caldeiras, recuperao, calor, energia.

1. INTRODUO

Desde que o homem dominou os mtodos de transformao de energia, o aproveitamento do calor nos meios cientficos e tecnolgicos vem sendo constante. O melhor aproveitamento da energia e como conseguir o maior rendimento possvel uma questo que pode ser respondida com a utilizao das caldeiras de recuperao. Todos os investimentos em relao s reas de conservao de energia passaram a oferecer respostas positivas quanto s vantagens na diminuio dos custos. O trabalho mostra alguns exemplos de caldeiras de recuperao que so aplicadas em diversas reas, com diferentes procedimentos, mas com a mesma finalidade de reaproveitar resduos e transform-los em energia.

Um enfoque maior na apresentao ser atribudo s Caldeiras de Recuperao de Calor e de Produtos Qumicos em Fbricas de Celulose devido ao grande volume de informaes contidas neste trabalho e tambm pelo prvio conhecimento adquirido nas aulas.

2. AS CALDEIRAS DE RECUPERAO

Alguns processos de fabricao geram gases de processo ou de combusto com temperatura alta o suficiente para se recuperar calor. Gases de alto forno ou gases de processos de fabricao de produtos qumicos, ou produtos de combusto de incineradores e fornos de alta temperatura. Em alguns destes casos a caldeira pode ser tanto aquotubular como flamotubular, valendo ainda a escolha pela capacidade de produo de vapor.

As unidades de recuperao ocupam hoje uma posio importante na tecnologia do aproveitamento e racionalizao da energia.

O funcionamento das caldeiras de recuperao muito complexo, deste modo, a forma como ser apresentada neste trabalho segue a partir da fonte supridora de calor, apontando as aplicaes mais expressivas na tcnica de aproveitamento dos desperdcios. Estas unidades esto agrupadas como:

Caldeiras de Recuperao de Calor Sensvel; Caldeiras de recuperao de Gases Combustveis Residuais de Processos Industriais; Caldeiras de Recuperao de Calor e de Produtos Qumicos em Fbricas de Celulose; Caldeiras de Recuperao de Calor nos Ciclos Combinados; Caldeiras para aproveitamento do Lixo Urbano.

O calor gerado por um processo primrio pode ser recuperado numa fase secundria mediante a introduo de uma caldeira. O aproveitamento deste calor pode representar uma economia de combustvel.

O retorno do custo de investimento verifica-se em prazos bastante curtos e a reduo dos custos de produo chega a resultados muito favorveis.

O equipamento de recuperao, visando maior utilizao possvel de energia, deve atender as seguintes condies:

Ser dimensionado para reduzir a temperatura de sada dos gases a valores menores possveis sob o ponto de vista tcnico e econmico;


Ser projetado para promover a troca de calor em processo de circulao de fluidos em contra corrente; Ser projetado no sentido de minimizar as resistncias oferecidas ao escoamento de calor entre as placas

metlicas a fim de possibilitar diferenas de temperaturas bem baixas; Possuir um isolamento cuidadosamente projetado e elaborado para reduzir as perdas de irradiao a

valores inexpressivos; Ser projetado de forma a permitir amplo acesso as partes internas para assegurar inspees e limpezas

regulares nas superfcies de troca de calor.

2.1. Caldeiras de Recuperao de Calor Sensvel

Representa uma das tcnicas da utilizao do calor disponvel nos gases rejeitados de diferentes processos industriais.

As primeiras aplicaes destas caldeiras provm da metade do sculo XIX formuladas com projetos de baixo rendimento, na maioria dos casos limitados ao suprimento do vapor necessrio aos processos contando com gases de escape de temperaturas elevadas em torno de 1200C.

Aps a segunda guerra mundial, a tecnologia de aproveitamento de energia liberada pelos processos passou a merecer ateno de engenheiros voltados para a utilizao de gases residuais com temperaturas de at 400C.

Portanto, esta posio da tecnologia resultou no desenvolvimento de caldeiras bem diferentes das caractersticas bsicas de caldeiras a combustvel, por que:

Operando-se com gases de baixa temperatura, se altera consideravelmente o conceito de troca de calor nas superfcies metlicas. A caldeira passa a ser dimensionada praticamente mediante a utilizao do processo de troca de calor por conveco.

A relao entre o peso dos gases disponveis e a evaporao maior quando comparada com a obtida nas caldeiras convencionais a combustvel, devido baixa temperatura envolvendo o processo.

A velocidade dos gases atravs das passagens da caldeira deve ser altas para proporcionar fluxos turbulentos altamente favorveis a obteno de coeficientes de transferncia de calor compatveis como projeto.

As caldeiras de recuperao so sempre introduzidas no caminho dos gases, existente entre o processo e a chamin. Por essa razo operam sempre com presso negativa do lado gs e, por conseguinte sobrepe uma carga adicional na tiragem que deve ser vencida pelo exaustor do sistema.

As caldeiras de calor sensvel podem ser tanto aquotubulares quanto flamotubulares. Analisados sob vrios pontos de vista a seguir seguem uma comparao entre os dois tipos.

Quanto eficincia na transferncia de calor: Ambas as concepes alcanam eficincia equivalente, apenas uma questo de projeto.

Quanto participao de refratrios: A menor participao de refratrios e isolamentos favorece indiscutivelmente a caldeira flamotubular. O revestimento metlico neste tipo mais compacto.

Quanto infiltrao de ar: A caldeira flamotubular permite uma hermeticidade mais perfeita. Quanto s perdas por irradiao: Novamente a flamotubular a favorecida. Quanto energia paralela necessria a operao: As caldeiras flamotubulares exigem uma perda de carga

superior s aquotubulares. A necessidade de aumentar o coeficiente de conveco geralmente determina velocidades de escoamento nas flamotubulares maiores do que nas aquotubulares J na regio do regime turbulento.

Quanto ao custo: definitivamente o fator mais a favor da caldeira flamotubular. Quanto a presses: A inclinao natural das caldeiras aquotubulares de recuperao a alta presso do

vapor.


Figura 1. Caldeira Flamotubular para Recuperao de Calor Sensvel.

2.2. Caldeiras de Recuperao de Gases Combustveis Residuais

Nesta categoria se incluem todas as unidades que queimam gases combustveis proveniente de misturas gasosas despreendidas de processos industriais.

Como exemplos notveis pela importncia da recuperao de calor, se encontra no processo de Cracking do petrleo e na industrializao do ferro gusa. Ambos liberam uma mistura contendo como combustvel bsico, o CO. Mas h outros processos de regenerao que liberam misturas ricas em hidrognio, tambm aproveitadas na combusto.

A quantidade de vapor necessrio ao processo, parte produzido com o prprio gs residual, complementada por outro combustvel auxiliar, geralmente leo, que desempenha importante papel na sustentao da queima deste gs combustvel to pobre, porm de importncia energtica numa refinaria.

A queima do CO se verifica ao ser atingida sua temperatura de ignio da ordem de 785C. Os projetos existentes estabelecem a temperatura de 980C para assegurar a estabilidade da chama, o que evidentemente se obtm com a queima simultnea do combustvel suplementar. O controle de excesso de ar igualmente bsico, para a segurana da combusto. indicado manter o teor de oxignio na mistura dos gases de escape da chamin, em torno de 2%.

A unidade de recuperao, portanto, no inicio de operao, deve atingir as condies de trabalho apenas com a queima de leo, sendo o gs residual, encaminhado a um circuito de by-passagem para a chamin. Atingida a temperatura de operao segura, o CO introduzido para a queima simultnea passando a representar de 65 a 75% das necessidades energticas do sistema.

Ao sarem dos fornos, estes gases alm de possurem uma temperatura elevada, da ordem de 300 a 600C, arrastam consigo, aprecivel quantidade de particulados, indesejveis ao processo de recuperao de calor e danoso ao meio ambiente. Portanto, estes fluidos obrigatoriamente devem ser submetidos a uma lavagem ou a um captador eletrosttico.

Entretanto, o atual estgio de conhecimentos sobre estes processos, permitiu o desenvolvimento de unidades de recuperao que admitem os gases combustveis tal qual so extrados dos fornos com o benefcio de serem acompanhados do calor sensvel resultante das suas elevadas temperaturas. Neste caso, esta parcela de calor deve ser somada ao calor gerado pela queima.


Figura 2. Caldeira de Projeto Especial para a Queima de Gs de Refinaria Contendo Queimadores para o Prprio Gs e Queimadores Auxiliares a leo e Gs Combustvel.


2.3. Caldeira de Recuperao de Calor e Produtos Qumicos em Fbrica de Celulose

A tecnologia de aproveitamento da energia trmica e dos produtos qumicos contidos nos rejeitos de extrao da celulose contida em determinadas espcies vegetais constitui o exemplo mais notvel de caldeiras de recuperao.

O processo tem a particularidade de gerar vapor para atender as necessidades da prpria instalao e extrao da celulose, como ainda de reciclar at 90% dos insumos de produtos qumicos exigidos no cozimento da madeira. A participao destes insumos na fabricao da celulose to representativa que sua recuperao promove expressiva reduo no custo de produo.

Uma instalao completa compreende inicialmente uma evaporao, para concentrar o lquido residual que sobra da fabricao da celulose. Este licor negro, como normalmente se denomina, com teor de slidos totais de 13 a 17%,bastante fluido, portanto, concentra-se at 60- 63%,com aspecto de um lquido negro viscoso que apresenta caractersticas de um combustvel.

A figura 3 reproduz um esquema de um evaporador mltiplo efeito, com caixas evaporadoras de tubos longos, operando a presses inferiores a atmosfrica. O aparelho aproveita o prprio vapor gerado com a queima do licor negro. Associado a evaporadores de circulao forada permite obter fluido com a concentrao de slidos capaz de ser queimado diretamente na caldeira.

Esta concentrao atingindo 63%de slidos totais contm ainda 37% de gua, sendo as partes slidas, representadas por substncias de natureza orgnica e inorgnica. Estas ltimas fazem parte dos componentes qumicos que atuam nos cozimentos de madeira para liberar a celulose e dissolver as ligninas.

Este licor negro concentrado, injetado na caldeira, sustenta uma combusto, graas ao seu teor de matrias orgnicas, gerando calor numa quantidade tal que funde a parte mineral da sua constituio e ainda produz importante quantidade de vapor, suficiente para dar autonomia energtica ao prprio processo de fabricao de celulose.

Figura 3. Evaporador de cinco Efeitos para a Concentrao de Licor Negro tendo Concentrao Inicial de 15 a 19% e final de 45 a 55%.

O principal objetivo de caldeiras de recuperao qumica recuperar os inorgnicos do licor. As outras funes so de gerar o vapor, ao aproveitar o calor dos gases de combusto do licor, e reduzir o nvel de emisses. Parte da energia do vapor produzido na caldeira abastece as diferentes etapas do processo de celulose e a maior parte utilizada para gerar energia eltrica, via turbo gerador. A recuperao dos inorgnicos por meio de bicas, pela parte inferior do equipamento.Os componentes inorgnicos no fundido so basicamente sulfeto de sdio (Na2S) e carbonato de sdio (Na2CO3). Este ciclo se encerra coma obteno a partir do licor residual do subproduto das


operaes de obteno e lavagem da polpa celulsica, e tambm dos agentes qumicos para a etapa de cozimento dos cavacos de madeira. O equipamento da caldeira de recuperao dividido em duas partes: a fornalha e os equipamentos para troca trmica entre os gases de combusto e gua lquida e vapor, como mostra a figura 4. A primeira localizada na parte inferior da caldeira responsvel pela combusto da matria orgnica contida no licor e, a segunda pela produo de vapor superaquecido. O nariz da caldeira a demarcao entre essas duas partes. Esse nariz serve para proteger o superaquecedor das radiaes incidentes da parte inferior e reduziras taxas de corroso desse equipamento. Aps a caldeira de recuperao, tm-se o precipitador eletrosttico e a chamin. A parte inferior da caldeira consiste em uma fornalha vertical, completamente resfriada gua por um arranjo de tubos, no fundo e nas paredes, ligados ao sistema de circulao de gua, onde o licor negro queimado como combustvel.

Figura 4. Representao Esquemtica da Caldeira de Recuperao.

2.4. Caldeiras de Recuperao de Calor nos Ciclos Combinados

A unidade geradora de vapor, nestes ciclos, opera como verdadeira caldeira de recuperao do calor sensvel que escapa de uma turbina a gs, produzindo vapor para acionar uma turbina a vapor.

O esquema da figura 5 representa uma das composies mais clssicas, onde a caldeira uma espcie de trocador de calor.

O combustvel queima na camada (2) cujos gases resultantes so dirigidos a um superaquecedor (5) para serem resfriados at uma temperatura prxima de 700C. Seguindo seu curso, os gases atravessam a turbina (3) e a caldeira (4) despreendendo-se na atmosfera. O vapor gerado na caldeira se superaquece (5) e alimenta a turbina (6).


Figura 5. Diagrama do ciclo binrio ideal.

2.5. Caldeiras de Incinerao de Resduos Urbanos

A extino dos resduos urbanos passou a preocupar as autoridades das grandes cidades europias, a partir do fim da segunda guerra mundial.

O mtodo adotado foi implantao de grandes complexos receptores de lixos, equipados com fornos incineradores dotados de grelhas acionadas a exausto dos gases de combusto para a atmosfera, atravs de chamins suficientemente elevadas para atenuar os efeitos da poluio.

O aproveitamento do calor sensvel dos produtos da queima, s foram cogitados em meados da dcada de cinqenta.

A figura 6 mostra a primeira caldeira para gerar vapor de calefao.

Figura 6. Caldeira de Recuperao de Forno de incinerao de Resduos Urbanos.


Como princpio de operao, este projeto se comporta como verdadeira caldeira de recuperao de calor sensvel desenvolvida para h algum tempo, impedir o entupimento das superfcies de troca de calor e ainda facilitar a limpeza do feixe de conveco.

Portanto, para um bom funcionamento do sistema, foi implantada a racionalizao da coleta, de forma a obter lixos de caractersticas mais favorveis a gerao de energia eltrica. A grande variao da composio do lixo urbano reflete na forte oscilao de produo de vapor da caldeira.

3. EQUIPAMENTOS ESSENCIAIS DAS CALDEIRAS

Os equipamentos que sero apresentados possuem uma vital importncia no processo de recuperao, so que efetuam troca de calor e que realiza o controle de partculas, so chamados de superaquecedores, economizadores e precipitadores eletrostticos.

3.1. Superaquecedores

No interior dos tambores das cadeiras o vapor formado permanece em equilbrio com a fase lquida temperatura de vaporizao constituindo o chamado vapor saturado. Este vapor extrado da caldeira, geralmente mido, contendo 0,1 a 5% de gua arrastada, dependendo da eficincia de separao dos dispositivos internos do tambor.

Se a este vapor adiciona-se mais calor, mantendo-o mesma presso, elevamos a sua temperatura acima da temperatura de vaporizao, tornando-o superaquecido.

Os aparelhos que permitem esta elevao de temperatura so denominados Superaquecedores, os quais operam sempre mesma presso da caldeira, respondendo pela elevao da temperatura do vapor saturado, aproveitando o calor sensvel dos gases de combusto.

3.2. Economizadores

Economizadores so aparelhos destinados a elevar a temperatura da gua de alimentao, antes de introduzi-las no interior da caldeira, aproveitando o calor sensvel ainda disponvel nos gases de combusto, aps sua passagem pelas ultimas partes da prpria caldeira.

O aumento da temperatura da gua de alimentao benfico ao processo e oferece algumas vantagens. A introduo de gua fria, em torno de 25C, tende a provocar uma queda da presso interna da caldeira principalmente quando o processo de recuperao do nvel se faz internamente. Devem estar localizados aps a ltima superfcie de conveco do gerador de vapor.

3.3. Precipitador Eletrosttico

A precipitao eletrosttica de partculas ocorre atravs de um eletrodo de descarga carregado negativamente, situado perto de outro positivo ligado a terra, chamado eletrodo coletor, de forma esfrica ou de placa plana. Entre os dois eletrodos, por onde passam os gases arrastando partculas, aspirados por ventilador, est aplicada uma diferena de potencial de 50000 a 100000 volts.

Os gases de combusto arrastam as cinzas dos diferentes compostos qumicos, formados no processo de queima do licor, que aderem nas superfcies de aquecimento da caldeira.

4. REFERNCIAS

NETO, F. T.; TURCIO, W. H. L. Caldeira de Recuperao. Escola Politcnica da Universidade de So Paulo. Depto. De Engenharia Mecnica. So Paulo, 1996.

PERA, Hildo. Geradores de Vapor um compndio sobre converso de energia com vistas preservao da ecologia. Editora Fama.

SOSA, I. R. H. Sistema Multi Agente para Controle Inteligente da Caldeira de Recuperao. Tese de Mestrado da Universidade de So Paulo, So Paulo, 2007

5. DIREITOS AUTORAIS

Os autores so os nicos responsveis pelo contedo do material impresso e autorizam o uso do seu contedo pela coordenao do curso e ministrante da disciplina.




INSPEO DE CALDEIRAS

Kleber Monteiro Assuno , [email protected] Mrcia Mendes Ribeiro, [email protected]



Resumo: O propsito deste artigo indicar o que necessrio para se fazer e inspeo de caldeiras, de acordo com as normas existentes, alm dos cuidados que devem ser tomados ao se fazer a inspeo. So apresentados vrios mtodos de ensaios utilizados e os procedimentos que devem ser tomados em caso de emergncia. A inspeo deve ser feita sempre com muito critrio, pois grande o nmero de acidentes que ocorrem em caldeiras. As condies de presso e temperatura, alm dos riscos de corroso e fluncia so fatores que devem ser levados em conta nas questes referentes segurana.

Palavras-chave: profissional habilitado, presso mxima de trabalho admitida, registro de segurana

1. INTRODUO

Caldeira para servio estacionrio, um vaso de presso no qual gerado vapor de gua para uso externo, mediante a aplicao de calor resultante da queima de combustvel slido, lquido ou gasoso, ou pela ao de calor recuperado de gases de combusto, segundo a norma brasileira (NB 227).

Todos os aspectos referentes segurana em vasos de presso tm definio no momento da concepo dos mesmos, quer sejam eles unidades para atender a um trabalho especfico ou como elementos de um parque industrial. Ao projetar um vaso de presso, tudo o que for possvel para evitar leso ou perda de vida do ser humano, e dano ao meio, que tenham comeo em situao perigosa ou acidente, deve ser realizado pelo projetista e pelo proprietrio do equipamento. No difcil notarmos a existncia de dois grandes fatores fsicos reinantes no interior de vasos de presso sujeitos ao de chama, que so: presso e temperatura. Como fatores complementares, em caldeiras, teramos de acrescentar corroso e fluncia, para os casos de temperaturas elevadas.

A NR-13 uma norma regulamentadora do MTE (Ministrio do Trabalho e Emprego) que determina os parmetros de segurana para caldeiras e vasos de presso.

Para efeito da NR-13, considera-se "Profissional Habilitado" aquele que tem competncia legal para o exerccio da profisso de engenheiro nas atividades referentes a projeto de construo, acompanhamento da operao e manuteno, inspeo e superviso de inspeo de caldeiras e vasos de presso, em conformidade com a regulamentao profissional vigente no Pas.

Presso Mxima de Trabalho Permitida - PMTP ou Presso Mxima de Trabalho Admissvel - PMTA o maior valor de presso compatvel com o cdigo de projeto, resistncia dos materiais utilizados, s dimenses do equipamento e seus parmetros operacionais.

O "Registro de Segurana" deve ser constitudo de livro prprio, com pginas numeradas, ou outro sistema equivalente onde sero registradas: todas as ocorrncias importantes capazes de influir nas condies de segurana da caldeira; as ocorrncias de inspees de segurana peridicas e extraordinrias, devendo constar o nome legvel e assinatura de Profissional Habilitado". Nas caldeiras de categorias A e B, a critrio do "Profissional Habilitado", podem ser utilizadas tecnologia de clculo ou procedimentos mais avanados, em substituio aos previstos pelos cdigos de projeto.

Projetos de Alterao ou Reparo devem ser concebidos previamente nas seguintes situaes: a) sempre que as condies de projeto forem modificadas; b) sempre que forem realizados reparos que possam comprometer a segurana. c) ser concebido ou aprovado por "Profissional Habilitado", d) determinar materiais, procedimentos de execuo, controle e qualificao de pessoal.




Todas as intervenes que exijam mandrilamento ou soldagem em partes que operem sob presso devem ser seguidas de teste hidrosttico, com caractersticas definidas pelo "Profissional Habilitado". Os sistemas de controle e segurana da caldeira devem ser submetidos manuteno preventiva ou preditiva.

As caldeiras e vasos de presso devem ser submetidas inspees de segurana inicial, peridica e extraordinria, sendo considerado condio de risco grave e iminente o no-atendimento aos prazos estabelecidos na NR-13. A inspeo de segurana inicial deve ser feita em caldeiras novas, antes da entrada em funcionamento, no local de operao, devendo compreender exames interno e externo, teste hidrostticos.

2. CONSIDERAES GERAIS SOBRE INSPEO DE CALDEIRA

O primeiro passo para entender como funciona e os cuidados que devem ser tomados em uma inspeo de caldeira, conhecer a NR-13 (Caldeiras e Vasos de Presso(113.000-5)).

Como o objetivo deste artigo est relacionado inspeo de segurana de caldeira, estaremos enfatizando os tpicos de 13.5 13.5.14. Onde podemos observar:

NR-13

13.5 Inspeo de segurana de caldeiras.

13.5.1 As caldeiras devem ser submetidas a inspees de segurana inicial, peridica e extraordinria, sendo considerado condio de risco grave e iminente o no - atendimento aos prazos estabelecidos nesta NR. (113.078-1)

13.5.2 A inspeo de segurana inicial deve ser feita em caldeiras novas, antes da entrada em funcionamento, no local de operao, devendo compreender exames interno e externo, teste hidrosttico e de acumulao.

13.5.3 A inspeo de segurana peridica, constituda por exames interno e externo, deve ser executada nos seguintes prazos mximos:

a) 12 (doze) meses para caldeiras das categorias A, B e C; b) 12 (doze) meses para caldeiras de recuperao de lcalis de qualquer categoria; c) 24 (vinte e quatro) meses para caldeiras da categoria A, desde que aos 12 (doze) meses sejam testadas as

presses de abertura das vlvulas de segurana; d) 40 (quarenta) meses para caldeiras especiais conforme definido no item 13.5.5.

13.5.4 Estabelecimentos que possuam "Servio Prprio de Inspeo de Equipamentos", conforme estabelecido no Anexo II, podem estender os perodos entre inspees de segurana, respeitando os seguintes prazos mximos:

a) 18 (dezoito) meses para caldeiras das categorias B e C; b) 30 (trinta) meses para caldeiras da categoria A.

13.5.5 As caldeiras que operam de forma contnua e que utilizam gases ou resduos das unidades de processo, como combustvel principal para aproveitamento de calor ou para fins de controle ambiental podem ser consideradas especiais quando todas as condies seguintes forem satisfeitas:

a) estiverem instaladas em estabelecimentos que possuam "Servio Prprio de Inspeo de Equipamentos" citado no Anexo II;

b) tenham testados a cada 12 (doze) meses o sistema de intertravamento e a presso de abertura de cada vlvula de segurana;

c) no apresentem variaes inesperadas na temperatura de sada dos gases e do vapor durante a operao; d) exista anlise e controle peridico da qualidade da gua; e) exista controle de deteriorao dos materiais que compem as principais partes da caldeira; f) seja homologada como classe especial mediante: - acordo entre a representao sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento e o

empregador; - intermediao do rgo regional do MTb, solicitada por qualquer uma das partes quando no houver acordo; - deciso do rgo regional do MTb quando persistir o impasse.

P R O M I N P E N G E N H E I R O D E S U P R I M E N T O S D i s c i p l i n a : F a b r i c a o e M o n t a g e m d e C a l d e i r a s e T r o c a d o r e s d e C a l o r

3

13.5.6 Ao completar 25 (vinte e cinco) anos de uso, na sua inspeo subseqente, as caldeiras devem ser submetidas a rigorosa avaliao de integridade para determinar a sua vida remanescente e novos prazos mximos para inspeo, caso ainda estejam em condies de uso. (113.027-7 / I4)

13.5.6.1 Nos estabelecimentos que possuam "Servio Prprio de Inspeo de Equipamentos", citado no Anexo II, o limite de 25 (vinte e cinco) anos pode ser alterado em funo do acompanhamento das condies da caldeira, efetuado pelo referido rgo.

13.5.7 As vlvulas de segurana instaladas em caldeiras devem ser inspecionadas periodicamente conforme segue: (113.028-5 / I4)

a) pelo menos 1 (uma) vez por ms, mediante acionamento manual da alavanca, em operao, para caldeiras das categorias B e C;

b) desmontando, inspecionando e testando em bancada as vlvulas flangeadas e, no campo, as vlvulas soldadas, recalibrando-as numa freqncia compatvel com a experincia operacional da mesma, porm respeitando-se como limite mximo o perodo de inspeo estabelecido no subitem 13.5.3 ou 13.5.4, se aplicvel para caldeiras de categorias A e B.

13.5.8 Adicionalmente aos testes prescritos no subitem 13.5.7, as vlvulas de segurana instaladas em caldeiras devero ser submetidas a testes de acumulao, nas seguintes oportunidades: (113.029-3 / I4)

a) na inspeo inicial da caldeira; b) quando forem modificadas ou tiverem sofrido reformas significativas; c) quando houver modificao nos parmetros operacionais da caldeira ou variao na PMTA; d) quando houver modificao na sua tubulao de admisso ou descarga.

13.5.9 A inspeo de segurana extraordinria deve ser feita nas seguintes oportunidades: a) sempre que a caldeira for danificada por acidente ou outra ocorrncia capaz de comprometer sua segurana; b) quando a caldeira for submetida alterao ou reparo importante capaz de alterar suas condies de segurana; c) antes de a caldeira ser recolocada em funcionamento, quando permanecer inativa por mais de 6 (seis) meses; d) quando houver mudana de local de instalao da caldeira.

13.5.10 A inspeo de segurana deve ser realizada por "Profissional Habilitado", citado no subitem 13.1.2, ou por "Servio Prprio de Inspeo de Equipamentos".

13.5.11 Inspecionada a caldeira, deve ser emitido "Relatrio de Inspeo", que passa a fazer parte da sua documentao. (113.030-7 / I4)

13.5.12 Uma cpia do "Relatrio de Inspeo" deve ser encaminhada pelo "Profissional Habilitado", citado no subitem 13.1.2, num prazo mximo de 30 (trinta) dias, a contar do trmino da inspeo, representao sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento.

13.5.13 O "Relatrio de Inspeo", mencionado no subitem 13.5.11, deve conter no mnimo: a) dados constantes na placa de identificao da caldeira; b) categoria da caldeira; c) tipo da caldeira; d) tipo de inspeo executada; e) data de incio e trmino da inspeo; f) descrio das inspees e testes executados; g) resultado das inspees e providncias; h) relao dos itens desta NR ou de outras exigncias legais que no esto sendo atendidas; i) concluses; j) recomendaes e providncias necessrias; k) data prevista para a nova inspeo da caldeira; l) nome legvel, assinatura e nmero do registro no conselho profissional do "Profissional Habilitado", citado no

subitem 13.1.2 e nome legvel e assinatura de tcnicos que participaram da inspeo.

13.5.14 Sempre que os resultados da inspeo determinarem alteraes dos dados da placa de identificao, a mesma deve ser atualizada. (113.031-5 / I1).

Para facilitar o entendimento, iremos detalhar um manual que deve ser seguido na prtica de uma inspeo. Onde est descrito de forma simples, deveres, obrigaes e cuidados que devem ser tomado pelo operador da caldeira, inspetor e equipe de inspeo.

Medidas fundamentais para obteno de um resultado confivel em uma inspeo de caldeira.


4

3. PRINCPIOS E ORIENTAES GERAIS PARA A INSPEO

1. Deve ser elaborado e mantido pelo proprietrio da caldeira um programa de inspeo documentado, detalhado e individual para cada caldeira, levando-se em conta diferenas de concepo, idade, condies de operao e outras particularidades. Este programa deve ser continuamente revisado e atualizado, levando em considerao novas observaes e experincias. Prioritariamente o programa deve observar a conformidade aos requisitos legais.

2. Registros histricos de cada inspeo devem ser mantidos documentados para futura referncia.

3. As inspees devem ser executadas por agente qualificado e habilitado, podendo ser pessoal prprio ou contratado.

4. Por ocasio das inspees, quaisquer anomalias j conhecidas pelo proprietrio da caldeira devem ser reportadas ao inspetor comissionado para os trabalhos.

5. Todas as especificaes, critrios e padres gerais de aceitao que possam vir a ser necessrios (ex.: descrio dos materiais de construo utilizados na caldeira, espessura mnima de tubos, valores de ajuste de vlvulas de segurana, parmetros do teste hidrosttico, etc.), devem estar prontamente disponveis nestas ocasies, evitando dvidas e equvocos.

6. As inspees devem ser constitudas de exame interno, exame externo e testes complementares. Cada uma destas etapas descrita neste documento de forma sucinta, como orientao apenas. Cabe ao inspetor utilizar sua experincia e conhecimento para determinar a extenso, abrangncia e detalhamento das verificaes e ensaios a serem aplicados. necessrio que sejam gerados relatrios escritos conclusivos sobre os exames realizados e recomendaes deles resultantes.

7. O inspetor dever certificar-se de que todos os reparos e modificaes advindas das inspees sejam executados em conformidade com as normas e cdigos de projeto e construo da caldeira, conforme estabelecido pela legislao vigente. Exceo a este requisito aceitvel em se tratando de novas tecnologias, j consagradas e ainda no previstas poca do cdigo utilizado no projeto e construo da caldeira.

8. Deve-se assegurar que medidas adequadas de controle e garantia da qualidade para os trabalhos a serem executados na parada tenham sido implementados no tempo devido. Por exemplo, qualificao de soldadores, certificados de materiais e especificaes de procedimentos de soldagem (EPSs) devem estar disponveis no campo por ocasio do incio da parada.

3.1. Preparativos

1. Procedimentos de segurana ocupacional prvios inspeo, especialmente bloqueio e sinalizao dos itens cujo acionamento acidental possa ser perigoso, devem ser rigorosamente providenciados, com suficiente antecedncia.

2. Recomenda-se que se proceda a uma verificao interna preliminar limpeza da caldeira, de forma a observar as possveis incrustaes, obstrues e depsitos excessivos, sua natureza e localizao, arranjo do fundido remanescente, etc. Entretanto esta verificao deve ser cercada das precaues de segurana exigveis, especialmente quanto possvel queda de blocos de sulfato.

3. As cinzas remanescentes devem ser removidas por lavagem a alta presso com gua quente. A lavagem deve ser estendida, inundando-se a fornalha com gua atravs dos sopradores de fuligem e queimadores de licor (bocais spray tm que ser removidos). A qualidade da limpeza resultante deve ser cuidadosamente avaliada antes do encerramento definitivo da lavagem, e antes que se iniciem quaisquer atividades de manuteno na caldeira. Especial ateno deve ser dada remoo de formaes de sulfato que eventualmente ficam presas ao teto, paredes e painis aps a lavagem, evitando acidentes com sua queda durante os trabalhos internos.

4. Todas as portas de visitas e outras aberturas da caldeira precisam ser abertas. Aps a abertura das portas dos bales, ar frio deve ser insuflado em seu interior para promover um resfriamento mais rpido.

5. Iluminao geral interna de baixa voltagem deve ser providenciada, bem como luminrias manuais para todas as partes a serem localmente examinadas.

6. O teto de segurana precisa obrigatoriamente ser montado antes que qualquer trabalho seja iniciado na fornalha baixa. Deve ser observada a perfeita vedao entre as partes do teto de segurana e as paredes da caldeira, garantindo que no haja aberturas que possam permitir a queda de materiais na fornalha. essencial proceder-se a uma cuidadosa


5

inspeo das vigas e demais elementos que compem o teto de segurana, antes de cada montagem e utilizao do mesmo.

7. Um andaime rgido e seguro deve ser erguido para possibilitar a inspeo em toda a altura da fornalha, bem como em todas as linhas de sopragem nos superaquecedores, at o teto. importante que o andaime proporcione, quando possvel, fcil acesso entre os diferentes nveis dos superaquecedores, e nunca obstrua bocas de visita. Plataformas devem ser montadas nos funis de cinzas sob a bancada e economizador. O acesso a outros stios de interesse alm dos citados, se solicitado pelo inspetor comissionado, deve ser providenciado sem restries.

8. A limpeza mecnica e preparao das superfcies para inspeo e ensaios devem ser feitas pelos meios adequados e com mximo cuidado, a fim de se evitar a abraso excessiva dos tubos e conseqentes perdas de espessura. Precaues especiais se aplicam ao uso de jato de areia, pelas razes expostas.

9. recomendvel, especialmente se houver qualquer suspeita de vazamento na caldeira, a execuo de um teste de estanqueidade na mesma (com no mais que a presso de operao) no incio da parada, antecedendo as inspees propriamente ditas. Esta providncia permite evidenciar os possveis vazamentos em tempo hbil para sua correo, evitando a sua constatao apenas no teste hidrosttico final.

3.2. Exame Interno

O exame visual interno em uma caldeira deve ser extensivo e detalhado, sendo recomendvel que seja executado anualmente. Abaixo so descritos os procedimentos gerais para este exame.

3.2.1. Lado de Gases

3.2.1.1. Exame visual

1. Os tubos da caldeira devem ser examinados visualmente com foco em corroso, eroso, abraso, desalinhamentos, deformaes, amassamento, empolamento, inchamento, porosidade, trincas, rupturas, descolorao, alteraes da textura do material, etc. Devem-se verificar os tubos tambm quanto a danos mecnicos decorrentes de possvel interferncia fsica indevida entre componentes da prpria caldeira, limpeza da caldeira com instrumentos pontiagudos, colises com sopradores de fuligem, queda de objetos pesados, etc.. Tubos de cortina e do fundo da fornalha so particularmente sujeitos a danos por queda de grandes formaes de sulfato, que se desprendem das partes altas da caldeira.

2. Aletas, membranas, chapas de vedao tipo crotch-plate, grampos, espaadores, suportes e outros elementos soldados devem ser atentamente examinados quanto a possveis trincas, que podem se propagar para os tubos. Este problema assume maior criticidade quando ocorrido em locais passveis de contato gua-fundido. As aberturas das bicas de fundido e bocais de ar primrio so portanto locais em que se recomenda mxima ateno.

3. Caldeiras de um balo que possuam convector do tipo long-flow, assim como certos tipos de economizadores longitudinais, apresentam s vezes suscetibilidade a vibraes, e deve-se verificar a existncia de trincas nos seus coletores, soldas e suportes.

4. Tubos compostos so sujeitos ocorrncia de trincas e eroso, devendo ser examinados com este foco.

5. A pinagem protetora, quando existente, deve ser inspecionada, controlando-se o comprimento e dimetro remanescente dos pinos, uma vez que estes se desgastam por ao de corroso e eroso. Outros elementos da caldeira sujeitos a mecanismos similares de desgaste so bocais de ar de combusto e queimadores.

6. Recomenda-se uma verificao amostral das condies dos tubos do fundo da caldeira a cada cinco anos em caldeiras de fundo plano. Para tanto podem ser abertas uma ou mais janelas pequenas (1 x 1 m, por exemplo) no refratrio do piso, de forma a permitir uma verificao visual dos tubos que compem o fundo, e a sua medio de espessura conforme descrito no item 3.2.1.2. Para unidades com fundo inclinado a inspeo nesta regio deve ser anual. Dada a diversidade de materiais, tipos de tubos e formas construtivas de fundos de caldeiras de recuperao, esta recomendao, aqui dada de forma genrica, deve ser cuidadosamente adaptada pelo engenheiro inspetor s condies particulares da caldeira em questo. Ateno especial deve ser dada aos tubos do fundo, nos cantos, em caldeiras que tenham sofrido redimensionamentos importantes de capacidade, devido a possveis alteraes de circulao (estas, verificveis por tubos Pitot). Ateno especial deve ser dispensada a pisos em tubos compostos, que tm apresentado susceptibilidade ao surgimento de trincas na camada austentica. Neste tipo de material recomenda-se a realizao de inspeo por lquidos penetrantes, integral ou por amostragem, dependendo do histrico da caldeira. Nota: extremo cuidado deve ser exercido na remoo do refratrio do piso, para evitar danos mecnicos aos tubos.


6

7. Suportes, tirantes, chicanas e grampos anti-vibrao devem ser examinados quanto sua fixao, partes faltantes ou soltas, atritos e interferncias indevidas.

8. Refratrios de um modo geral devem ser avaliados quanto ao seu possvel desgaste, fragmentao, deteriorao, situao da ancoragem e at mesmo se ainda permanecem nos locais originais.

9. Recomenda-se fortemente que as bicas de fundido sejam substitudas a cada campanha anual. Se isto no ocorrer por alguma razo, imperioso submet-las a inspeo criteriosa incluindo ensaios no-destrutivos para determinar sua espessura remanescente, e eventual degradao (corroso, eroso e trincas), especialmente micro-trincas no material do leito. Nota: bicas substitudas devem ser inutilizadas imediatamente para evitar sua reutilizao, inclusive por terceiros, de forma inadvertida ou mal-intencionada. As bicas usadas devem, contudo, ser objeto de avaliao com vistas a informaes de interesse para o histrico da caldeira (por exemplo, verificar se est havendo trincas ou no).

10. O penthouse e o poro devem ser examinados visualmente, com foco no estado de elementos estruturais ali alojados, corroso em geral, invlucros, isolamentos, possveis infiltraes e acmulos de sulfato, estado de refratrios e selos, estado de termopares e conexes de tubos Pitot. Especialmente deve ser verificada a condio de coletores, distribuidores e tubos, e as conexes entre eles. Em alguns tipos de caldeiras, necessrio inspecionar o sistema de suportao dos superaquecedores, quanto a trincas. Possveis vazamentos de fundido devem ser pesquisados no poro.

11. Inspeo similar descrita no item anterior, no que for aplicvel, deve ser executada na cmara fria do nariz.

3.2.1.2. Ensaios no-destrutivos

Medies de espessura:

Medies ultra-snicas de espessura peridicas so essenciais para controlar a vida til dos tubos, detectar desgastes anormais e confirmar a Presso Mxima de Trabalho Admissvel (PMTA) da unidade. Abaixo so recomendadas linhas gerais para um plano de prospeco ultra-snica para medio de espessura.

Ressalta-se aqui, uma vez mais, que o plano deve ser individualizado para cada caldeira, levando-se em conta sua concepo, idade, histrico de corroso, etc. As medies de espessura devem ser sempre complementadas com uma cuidadosa inspeo visual quanto a perdas de material dos tubos, por exemplo, com o uso de uma lanterna em ngulo. As medies so feitas em um arranjo lgico de localizaes (exemplo: a cada 6 metros, de 5 em 5 tubos), resultando em uma densidade de medies adequada a cada caso, e para cada parte da caldeira. Vrios milhares de pontos podem ser necessrios em uma inspeo, para proporcionar uma adequada avaliao da unidade. O arranjo de medies


7

tambm deve ser tal que permita boa repetibilidade dos ensaios em inspees subseqentes. Tipicamente as medies de espessura so feitas a cada ano. Este perodo, bem como a densidade de pontos, pode ser ajustado dependendo dos resultados. Abaixo so recomendadas prticas para prospeco de cada parte da caldeira.

Os tubos de fornalha so medidos entre 3 e 6 nveis ou elevaes, dependendo do tipo de proteo contra corroso existente. Prioritariamente so medidos os nveis de ar de combusto e queimadores, e os tubos curvados ao redor das diversas aberturas da fornalha. Em reas crticas recomendado que a medio seja feita em trs pontos da semicircunferncia do tubo exposta aos gases, ao invs de uma nica medio central. Partes como o nariz, que sabidamente experimentam maior desgaste, tambm deve receber ateno especial nas medies. As regies altas da fornalha e teto, em contrapartida, geralmente apresentam baixas taxas de corroso e podem ser examinadas com menor freqncia ou amostralmente.

Os tubos de superaquecedores so medidos prioritariamente em partes curvas, e nos trechos retos, nas linhas de centro dos sopradores de fuligem.

Os tubos de economizadores devem ser medidos com prioridade para as partes inferiores, mais frias, e nas linhas de sopragem. Cuidado especial deve ser tomado para verificar a chamada corroso do lado frio, prxima ao invlucro, estendendo-se as medies ultra-snicas a estes locais se necessrio. Isto se aplica de forma especial quando o invlucro estiver corrodo nas regies prximas s entradas de sopradores de fuligem.

Os tubos de cortina (screen) so medidos em 2 a 5 nveis (este nmero pode ser maior dependendo das caractersticas da cortina). As partes prximas s penetraes das paredes, tubos curvados e trechos retos nas regies de sopragem so os focos de interesse principal.

Os tubos de bancada devem ser medidos prximo aos bales, se for o caso, em partes curvadas e nas linhas de sopragem.

Tubos com sinais visuais evidentes de desgaste ou corroso anormais devem ser medidos independentemente da sua localizao.

essencial verificar freqentemente a calibrao do aparelho, durante os trabalhos de medio de espessura.

3.2.1.3. Outros Ensaios No-Destrutivos Recomendveis:

Ensaios no-destrutivos clssicos so usados para evidenciar descontinuidades em partes pressurizadas e estruturais. Abaixo so dadas algumas recomendaes especficas do emprego destes ensaios, tpicas nas inspees peridicas da caldeira de recuperao:

a. Lquido Penetrante:

Lquidos penetrantes ao redor das aberturas das bicas de smelt. Nas fornalhas de tubos compostos, onde a experincia tenha mostrado uma incidncia aprecivel de trincas,

alm da recomendao acima, estender o ensaio tambm s portas de ar de combusto e demais aberturas da fornalha baixa. Dependendo das circunstncias (tipo do tubo composto, projeto, carga da caldeira, composio do smelt), tubos compostos podem sofrer trincas, tanto de corroso sob tenso fraturante (SCC) como de fadiga trmica. por

caldeiras_prominp

Documents