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CENTRO UNIVERSITAacuteRIO DO SUL DE MINAS UNIS ndash MG
ENGENHARIA MECAcircNICA
LUIS FELIPE REIS BELLO
INTRODUCcedilAtildeO DE CALDEIRA DE BIOMASSA EM UMA FAacuteBRICA DO RAMO DE
NUTRICcedilAtildeO ANIMAL UTILIZANDO CAVACO DE EUCALIPTO COMO
COMBUSTIacuteVEL
Varginha - MG
2018
LUIS FELIPE REIS BELLO
INTRODUCcedilAtildeO DE CALDEIRA DE BIOMASSA EM UMA FAacuteBRICA DO RAMO DE
NUTRICcedilAtildeO ANIMAL UTILIZANDO CAVACO DE EUCALIPTO COMO
COMBUSTIacuteVEL
Trabalho de Conclusatildeo de Curso
apresentado ao curso de Engenharia
Mecacircnica do Centro Universitaacuterio do Sul de
Minas ndash UNISMG como preacute-requisito para
a obtenccedilatildeo do grau de Engenheiro Mecacircnico
sob a orientaccedilatildeo do Prof Luiz Carlos Vieira
Guedes
Varginha - MG
2018
LUIS FELIPE REIS BELLO
INTRODUCcedilAtildeO DE CALDEIRA DE BIOMASSA EM UMA FAacuteBRICA DO RAMO DE
NUTRICcedilAtildeO ANIMAL UTILIZANDO CAVACO DE EUCALIPTO COMO
COMBUSTIacuteVEL
Trabalho de Conclusatildeo de Curso
apresentado ao curso de Engenharia Mecacircnica
do Centro Universitaacuterio do Sul de Minas ndash
UNISMG como preacute-requisito para a obtenccedilatildeo
do grau de Engenheiro Mecacircnico pela banca
Examinadora composta pelos membros
Aprovado em
_________________________________________________________
Profordm
_________________________________________________________
Profordm
_________________________________________________________
Profordm
OBS
Dedico este trabalho primeiramente a
Deus por ter me dado sabedoria e
competecircncia para fazecirc-lo Depois
dedico este trabalho agrave minha famiacutelia
pela compreensatildeo e ajuda durante todo o
periacuteodo deste curso
Agradeccedilo agrave minha namorada por todo o
apoio Agradeccedilo aos professores que se
empenharam ao maacuteximo para transmitir
todo o conhecimento possiacutevel para a
minha formaccedilatildeo
ldquoTalvez natildeo tenha conseguido fazer o
melhor mas lutei para que o melhor
fosse feito Natildeo sou o que deveria ser
mas Graccedilas a Deus natildeo sou o que era
antesrdquo
Marthin Luther King
RESUMO
O progressivo aumento no preccedilo do petroacuteleo e seus derivados os creacuteditos de carbonos
a preocupaccedilatildeo com o meio ambiente adeptos ao deacuteficit de precipitaccedilatildeo de aacutegua de chuva e
falta de recursos hiacutedricos que o Brasil sofreu no ano de 2014 promoveu uma migraccedilatildeo da
participaccedilatildeo das fontes de energia na matriz energeacutetica brasileira O presente trabalho tem
como objetivo o estudo do uso do cavaco de madeira como uma biomassa alternativa para a
queima numa caldeira flamotubular em uma faacutebrica que necessita do vapor como forccedila
motriz para o funcionamento de seus equipamentos e diversas operaccedilotildees como as de limpeza
de tubulaccedilotildees buscando a otimizaccedilatildeo do custo de produccedilatildeo do vapor analisou-se
economicamente atraveacutes de simulaccedilotildees a substituiccedilatildeo da caldeira antiga que utilizava Gaacutes
como combustiacutevel pela caldeira de biomassa Apontando o projeto de introduccedilatildeo como um
todo o referencial traz uma introduccedilatildeo sobre caldeiras combustiacuteveis e aplicaccedilatildeo logo apoacutes eacute
introduzido a proposta de necessidade e o projeto da caldeira seus componentes todos os
cuidados ao armazenar a biomassa e sua viabilidade tendo como base inicial dos estudos o
aumento do custo de aquisiccedilatildeo do Gaacutes preocupaccedilatildeo com a preservaccedilatildeo do meio ambiente e
reduccedilatildeo de custos Utilizou-se para o estudo a caldeira de uma fabricante de raccedilatildeo animal
localizada na cidade de Trecircs Coraccedilotildees interior do estado de Minas Gerais que atualmente
emprega como combustiacutevel o cavaco de eucalipto para gerar o vapor de aacutegua que eacute utilizado
na produccedilatildeo da raccedilatildeo Apoacutes a introduccedilatildeo da caldeira o projeto cumpriu com o seu intuito os
resultados foram favoraacuteveis e a otimizaccedilatildeo dos custos eacute eminente
Palavras-chave Caldeira Biomassa Geraccedilatildeo Projeto
ABSTRACT
The progressive increase in the price of oil and its derivatives the carbon credits
the concern with the environment the precipitation deficit supporters of rain water and lack of
water resources that the Brazil suffered in the year 2014 promoted a migration of
participation of energy sources in the brazilian energy matrix The present work aims at the
study of the use of wood chips as an alternative to burning biomass in a firetube boiler in a
factory that needs the steam as a driving force for the functioning of its equipment and
various operations as the pipe cleaner seeking the optimization of the cost of production of
the steam it was examined whether economically through simulations replacing the old
boiler using Gas as fuel for biomass boiler Pointing the introduction project as a whole the
benchmark brings an introduction about boilers fuel and immediately after application is
introduced the proposal of necessity and the boiler project its components all care when
storing biomass and your viability based on studies of the increase in the cost of gas concern
with preserving the environment and reducing costs It was used for the study the boiler of a
pet food manufacturer located in the Trecircs Coraccedilotildees interior of the State of Minas Gerais
which currently employs as fuel the eucalyptus chips to generate steam which is used in the
production of feed After the introduction of the boiler the project complied with your order
the results were favorable and the optimization of costs is paramount
Keywords boiler Biomass LNG Generation Project
LISTA DE ILUSTRACcedilOtildeES
Figura 01 ndash Ilustrativo da caldeira 11
Figura 02 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925 12
Figura 03 ndash Caldeira Flamotubular 13
Figura 04 ndash Caldeira Aquatubular 14
Figura 05 ndash Biomassa X Gaacutes 17
Figura 06 ndash Consumidores de vapor 18
Figura 07 ndash Desenho da caldeira estudada 18
Figura 08 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira 19
Figura 09 ndash Componente Tambor de vapor 20
Figura 10 ndash Componente Fornalha 21
Figura 11 ndash Componente Grelha moacutevel 22
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas 22
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas 23
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar 24
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone 24
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio 25
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio 26
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem 27
Figura 19 ndash Componente Chamineacute 27
Figura 20 ndash Componente Soprador de Fuligem 28
Figura 21 ndash Componente Tanque de Condensado 29
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo 29
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor 30
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa 30
Figura 25 ndash Sistema de controle 31
Figura 26 ndash Armazenagem da biomassa 33
Figura 27 ndash Investir na biomassa 34
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 11
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO 12
21 Caldeiras e geradores de vapor 12
211 Breve histoacuterico sobre caldeiras 12
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras 13
2121 Caldeiras flamotubulares 13
2122 Caldeiras aquatubulares 13
213 Manutenccedilatildeo de caldeira 14
22 Combustiacuteveis 15
23 Aplicaccedilatildeo 15
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA 15
4 NECESSIDADE DO PROJETO 16
41 Combustiacutevel renovaacutevel 16
42 Biomassa x gaacutes natural 16
43 Consumidores 17
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor 18
5 PROJETO DA CALDEIRA 18
51 Paracircmetros de projeto 19
52 Configuraccedilatildeo da caldeira 19
53 Principais componentes 20
531 Tambor de vapor 20
532 Fornalha 20
533 Grelha moacutevel 21
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha 22
535 Silo dosador om roscas 23
536 Preacute-aquecedor de ar 23
537 Filtro Multiciclone 24
538 Ventilador de ar primaacuterio 25
539 Ventilador de ar secundaacuterio 25
5310 Exaustor de tiragem 26
5311 Chamineacute 27
5312 Sopradores de fuligem 28
5313 Tanque de condensado 28
5314 Tambor de descarga de fundo 29
5315 Coletor e distribuidor de vapor 29
54 Funcionamento 30
541 Arquitetura do sistema de controle 31
542 Combustiacutevel utilizado 31
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco 32
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco 32
5423 Armazenamento apropriado 32
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO 33
7 RESULTADOS 34
CONCLUSOtildeES 35
REFEREcircNCIAS 36
11
1 INTRODUCcedilAtildeO
ldquoO elevado preccedilo do petroacuteleo e os impactos ao meio ambiente principalmente pela
queima dos combustiacuteveis foacutesseis satildeo fatores que viabilizam o uso da energia renovaacutevel rdquo
(BARROS et al 2006)
O objetivo deste trabalho eacute viabilizar a introduccedilatildeo de uma caldeira de biomassa
flamobutublar em uma induacutestria do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o
cavaco de eucalipto substituindo o antigo meacutetodo de produccedilatildeo de vapor Utilizando como
motivaccedilatildeo inicial a altiacutessima demanda de gaacutes GNL (gaacutes natural liquefeito) na induacutestria
disposto como combustiacutevel na caldeira antiga e seu instaacutevel valor de aquisiccedilatildeo surge a
necessidade de uma reduccedilatildeo de custos uma vez que a unidade depende da geraccedilatildeo de vapor
que eacute utilizado como forccedila motriz em diversas operaccedilotildees de sua produccedilatildeo qualidade e
preocupaccedilatildeo com o meio ambiente Ao longo de todo o tratado acadecircmico dissertado eacute
comentado a necessidade e o projeto da caldeira implementada demonstrando seus principais
componentes e tambeacutem sua configuraccedilatildeo com o objetivo de firmar a proposta de sua
utilizaccedilatildeo
Segundo PERA (1966 p1) ldquogerador de vapor eacute um trocador de calor complexo que
produz vapor a partir de energia teacutermica (combustiacutevel) ar e fluido vaporizante constituiacutedo por
diversos equipamentos associadosrdquo A unidade geradora de vapor instalada possui muitos
componentes que tem como objetivo aproveitar ao maacuteximo a energia liberada na queima do
combustiacutevel e o projeto vem com o intuito de aproveitar ao maacuteximo estes recursos utilizando
uma caldeira dimensionada e de gral tecnoloacutegico elevado otimizando os custos
Figura 1 ndash Ilustrativo da caldeira estudada
Fonte Adaptado de Icavi (2015)
12
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO
Este capiacutetulo tem por objetivo analisar as contribuiccedilotildees teoacutericas que seratildeo utilizadas
para a estruturaccedilatildeo deste estudo Neste sentido ele estaacute dividido em 3 seccedilotildees encadeando os
assuntos selecionados de acordo com o eixo que rege a pesquisa
21 Caldeiras e Geradores de Vapor
As caldeiras ou geradores de vapor satildeo equipamentos anaacutelogos que permitem a
geraccedilatildeo de formas de energia teacutermica de ampla utilizaccedilatildeo tanto em niacutevel industrial quanto
comercial ou residencial o vapor e a aacutegua quente de pressatildeo elevada a partir do calor liberado
pela queima de um combustiacutevel ou pelo calor recuperado de outras fontes (geralmente gases
quentes)
211 Breve histoacuterico sobre Caldeiras
Segundo Mitamura 2005 foi no seacuteculo II aC que Heron de Alexandria realizou uma
seacuterie de experiecircncia e construiu um aparelho que foi o precursor das caldeiras e das turbinas a
vapor Esse aparelho eacute chamado de Eoliacutepila vaporizava aacutegua e movimentava uma esfera em
torno de um eixo Na eacutepoca o estudioso natildeo conseguiu enxergar nenhuma utilidade praacutetica
para seu invento visto que nenhum trabalho uacutetil era produzido por esse movimento mas
muitos seacuteculos mais tarde sua invenccedilatildeo e uso foram uma das bases tecnoloacutegicas da
Revoluccedilatildeo Industrial onde surgiram as primeiras caldeiras
Figura 2 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925
Fonte Memoria22 (2015)
13
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras
Segundo Pazian (2004) conforme o modo de transferecircncia de calor para vaporizar a
aacutegua as caldeiras podem ser classificadas em flamotubulares ou aquatubulares
2121 Caldeiras flamotubulares
Nas caldeiras com a configuraccedilatildeo de flamotubulares ou fogotubulares ocorre que os
gases quentes da combustatildeo circulam no interior de tubos que atravessam o reservatoacuterio de
aacutegua a ser aquecida para produzir vapor Conforme Mitamura (2005) normalmente as
capacidades satildeo restritas agrave pressatildeo maacutexima de 20 kgfcm-2 e produccedilatildeo de 30 tonh -1 e de
acordo com o mesmo autor as caldeiras flamotubulares satildeo mais econocircmicas que as
aquatubulares visto que ateacute 20th -1 de geraccedilatildeo de vapor o custo eacute menor
Figura 3 ndash Caldeira Flamotubular
Fonte Togawa (2017)
2122 Caldeiras Aquatubulares
As caldeiras aquatubulares a aacutegua a ser vaporizada passa no interior de tubos que por
sua vez satildeo envolvidos pelos gases de combustatildeo Os tubos podem estar organizados em
feixes como nos trocadores de calor e as caldeiras que os contecircm aparentam a forma de um
corpo ciliacutendrico ou de paredes de aacutegua como nas caldeiras maiores
14
ldquoSomente foi possiacutevel a obtenccedilatildeo de maiores produccedilotildees de vapor a pressotildees
elevadas e altas temperaturas com o advento das caldeiras de tubos de aacutegua A
circunstacircncia dos tubos estarem situados fora dos corpos das caldeiras a eles se
unindo para constituiacuterem um feixe tubular de aacutegua que compotildee a parte principal de
absorccedilatildeo do calor permite a obtenccedilatildeo de superfiacutecies de aquecimento praticamente
ilimitadas rdquo (PERA 1966 p138)
Esse tipo de caldeira tem mais rendimento por gerar uma maior quantidade de vapor
elevando tambeacutem o niacutevel de pressatildeo
Figura 4 ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Adaptado de Murilo (2013)
213 Manutenccedilatildeo das caldeiras
A manutenccedilatildeo da caldeira eacute fundamental na prevenccedilatildeo de acidentes Os tipos mais
comuns satildeo a manutenccedilatildeo preventiva que eacute a mais barata jaacute que ela conserva o equipamento
e pode ser ateacute considerada como investimento evitando que ela se estrague o proacuteprio
operador de caldeira apoacutes um treinamento eacute capaz de executa-la O outro tipo de manutenccedilatildeo
eacute a corretiva que eacute mais cara e muitas vezes a caldeira deixa de operar por periacuteodos longos o
que reflete no faturamento A norma brasileira NR13 obriga inspeccedilotildees perioacutedicas em um
periacuteodo nunca superior a 12 meses E quando a caldeira completar 25 (vinte e cinco) anos de
15
uso na sua inspeccedilatildeo subsequente deve ser submetida a rigorosa avaliaccedilatildeo de integridade para
determinar a sua vida remanescente e novo prazo maacuteximo para a inspeccedilatildeo caso ainda esteja
em condiccedilotildees de uso
22 Combustiacuteveis
Podem ser utilizados diversos combustiacuteveis em caldeiras sendo eles soacutelidos liacutequidos
ou gasosos o que lhes garante uma oacutetima flexibilidade operacional Dependendo do tipo de
combustiacutevel variam as personalidades de projeto e os componentes baacutesicos da instalaccedilatildeo de
vapor Satildeo inuacutemeras as opccedilotildees de combustiacuteveis para a queima em caldeira e os mais
utilizados satildeo gaacutes GLP gaacutes natural oacuteleos pesados como BPF e biomassas (lenha resiacuteduos de
madeira etc) Os criteacuterios para a escolha do combustiacutevel devem ser adotados por cada
usuaacuterio devendo ser analisados o custo do combustiacutevel posto no local do consumo a
disponibilidade na regiatildeo disponibilidade de matildeo-de-obra influecircncia do meio ambiente e
custobenefiacutecio
23 Aplicaccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo do vapor produzido nas caldeiras assume as mais variadas aplicaccedilotildees
como secagem cozimento geraccedilatildeo de energia lavagem de utensiacutelios desinfecccedilatildeo
aquecimento ambiental pasteurizaccedilatildeo (a parte referente ao aquecimento) dentre outros
Encontrado nos mais variados setores tais como industrial terciaacuterio e residencial
(notadamente nos paiacuteses de clima frio e no Brasil no sul do paiacutes e em certas localidades de
temperatura mais baixa como Campos do Jordatildeo) sua forma mais usual eacute a estacionaacuteria
poreacutem pode ocorrer de se verificar o emprego de caldeiras em sistemas moacuteveis tal como as
antigas locomotivas a vapor certas embarcaccedilotildees navais de grande porte e mesmo existe o
registro de pequenas caldeiras compactas transportadas em caminhotildees
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA
A demonstraccedilatildeo da importacircncia do objeto de estudo se deu em uma importante
empresa multinacional que atua no ramo alimentiacutecio com alimentos para catildees e gatos raccedilotildees
para animais de produccedilatildeo e ldquosnacksrdquo para catildees e gatos com sede fabril situada em Trecircs
Coraccedilotildees a empresa estaacute entre as 10 maiores empresas do ramo de ldquoPet Foodrdquo do mundo
16
4 NECESSIDADE DO PROJETO
O setor hidreleacutetrico tem sofrido grande baixa de alguns anos atraacutes ateacute o momento
cooperando portanto para a geraccedilatildeo e cogeraccedilatildeo de energia em termeleacutetricas que utilizam
fontes renovaacuteveis de energia como combustiacutevel como por exemplo bagaccedilo de cana cavaco
casca de arroz cavaco de eucalipto entre outros
Na empresa estudada o vapor eacute utilizado principalmente no processo de extrusatildeo de
alimentos completos na forma de energia teacutermica para cozimento da massa Antes do projeto
a fonte de combustiacutevel (gaacutes natural) era fornecida em caminhatildeo tanque que abastecia a
central de armazenagem e distribuiccedilatildeo do fornecedor instalada na planta posteriormente
alimentando a caldeira O combustiacutevel representa uma parcela consideraacutevel do custo
operacional o objetivo principal basicamente eacute reduzir o custo da tonelada de vapor
consequentemente o custo operacional da tonelada do produto acabado
41 Combustiacutevel Renovaacutevel
Os combustiacuteveis renovaacuteveis utilizam como mateacuteria-prima elementos renovaacuteveis para a
natureza como a cana-de-accediluacutecar usada na fabricaccedilatildeo do aacutelcool e tambeacutem de vaacuterios outros
vegetais como a mamona utilizado para a fabricaccedilatildeo do biodiesel ou outros oacuteleos vegetais que
podem ser utilizados diretamente em motores agrave diesel com algumas adaptaccedilotildees A biomassa
substitui a utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis como o carvatildeo e o petroacuteleo que agridem o meio
ambiente no processo de geraccedilatildeo de vapor nas induacutestrias aleacutem de ser um combustiacutevel mais
barato e renovaacutevel A biomassa proveniente do cavaco de madeira atua como alternativa de
fonte renovaacutevel para reduzir a produccedilatildeo de dioacutexido de carbono (CO2) pelos polos industriais
em um momento em que a comunidade global sobretudo os profissionais das aacutereas voltadas
ao meio ambiente mencionam o aquecimento global
42 Biomassa x Gaacutes Natural
Atraveacutes do desenvolvimento industrial diversas induacutestrias aderiram a geraccedilatildeo e
produccedilatildeo de vapor em suas plantas utilizando o mesmo em seu processo de produccedilatildeo O
grande ponto negativo eacute a dependecircncia do combustiacutevel utilizado assim o procedimento pode
levar emissatildeo de CO2 um dos principais causadores do aquecimento global Segundo Duarte
(2017) o gaacutes natural eacute uma fonte natildeo-renovaacutevel que foi formada por milhotildees de anos nos
17
reservatoacuterios subterracircneos do planeta Seu processo de produccedilatildeo desde a exploraccedilatildeo
processamento ateacute o transporte pode gerar grandes impactos no ambiente como
derramamentos de navios petroleiros vazamentos em plataformas e gasodutos Tem tambeacutem
a desvantagem de ter contaminantes altamente toacutexicos que tem de ser eliminados no processo
de refinamento
Figura 5 ndash Biomassa X Gaacutes
Fonte O autor
Os problemas gerados por seu uso nas usinas termeleacutetricas em especial a necessidade
de um sistema de resfriamento causando desperdiacutecio de aacutegua
Conforme Magalhatildees (2018) a biomassa eacute obtida atraveacutes da decomposiccedilatildeo de uma
variedade de recursos renovaacuteveis como plantas madeira resiacuteduos agriacutecolas restos de
alimentos excrementos e ateacute do lixo O Brasil possui situaccedilatildeo privilegiada para produccedilatildeo de
biomassa em larga escala pois existem extensas aacutereas cultivaacuteveis e condiccedilotildees climaacuteticas
favoraacuteveis ao longo do ano
43 Consumidores
Na faacutebrica onde estaacute situada a caldeira estudada o vapor eacute utilizado principalmente no
processo de extrusatildeo e peletizaccedilatildeo de alimentos completos na forma de energia teacutermica para
cozimento da massa e tambeacutem na parte de higienizaccedilatildeo das tubulaccedilotildees que recebem o vapor
para limpeza destes Estas operaccedilotildees satildeo de suma importacircncia para um produto final de
qualidade a confiabilidade na geraccedilatildeo de vapor deve ser de extrema precisatildeo para que as
maacutequinas que necessitam de forccedila motriz atingem seu maior potencial de produccedilatildeo tendo
como base a alta demanda de produto acabado
18
Figura 6 ndash Consumidores de vapor
Fonte (O Autor)
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor
O projeto possui uma seacuterie de questotildees positivas referente a parte ambiental e
econocircmica como base a geraccedilatildeo de vapor com recursos sustentaacuteveis no processo de
gerenciamento de produccedilatildeo de vapor esta operaccedilatildeo conta com pacotes computacionais para o
monitoramento do volume e da pressatildeo de vapor gerados pelas caldeiras de maneira a atender
agrave demanda de vapor com seguranccedila trabalhando ldquocorretamenterdquo levando a reduccedilatildeo de custo
por tonelada de vapor e reduccedilatildeo do custo do produto final
5 PROJETO DA CALDEIRA
As caracteriacutesticas gerais do projeto tendo como base as necessidades solicitadas foram
divididas em partes para facilitar o entendimento durante e consulta poacutes projeto conforme
imagem a baixo
Figura 7 ndash Desenho da caldeira
Fonte O autor
19
51 Paracircmetros de projeto
A seleccedilatildeo do tipo de unidade ou o projeto de uma nova unidade para uma certa
atividade depende de muitos fatores dentre os quais
Vazatildeo pressatildeo e temperatura do vapor vivo
Temperatura e condiccedilotildees da aacutegua de alimentaccedilatildeo da caldeira
Caracteriacutesticas de consumo do vapor gerado e tipo de serviccedilo a ser atendido
Esquema de atendimento da unidade de processo
Combustiacuteveis empregados e processo de combustatildeo
Eficiecircncia operacional
52 Configuraccedilatildeo da caldeira
A configuraccedilatildeo escolhida foi do tipo flamotubular mista com fornalha aquatubular e
corpo de evaporaccedilatildeo fogotubular de dois passes A fornalha tem paredes de tubos envolvidos
por tijolos refrataacuterios e dividem-se em cacircmara de combustatildeo e cacircmara poacutes queima O
grelhado eacute moacutevel e inclinado
Figura 8 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira
Fonte O autor
20
53 Principais Componentes
Abaixo listado alguns dos principais componentes que compotildeem a configuraccedilatildeo da
caldeira
531 Tambor de Vapor
O tambor de vapor da caldeira seraacute dimensionado de forma a propiciar um volume de
aacutegua e vapor que permita variaccedilotildees na carga com miacutenima variaccedilatildeo de pressatildeo na caldeira
mantendo a pureza do vapor na saiacuteda da mesma
Figura 9 ndash Componente Tambor de Vapor
Fonte O autor
532 Fornalha
A fornalha onde eacute instalada a grelha oscilante para a queima do combustiacutevel eacute
construiacuteda de tubos espaccedilados e recobertos de tijolos refrataacuterios especiais de forma a revestir
completamente os tubos de aacutegua formando uma superfiacutecie radiante para otimizar a
combustatildeo da biomassa Constituiacuteda de tubos soldados a coletores formando as paredes de
aacutegua resultando em uma oacutetima absorccedilatildeo de calor Conjuntamente com a fornalha satildeo
fornecidos dutos de ar de alta pressatildeo cuja finalidade eacute fornecer ar para o sistema de ar
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
lt httpstodamateriacombrgas-natural-utilizacao-vantagens-e-desvantagensgt Acesso em
26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
lthttpswwwtodamateriacombrbiomassagt Acesso em 26 Jul 2018
MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
LUIS FELIPE REIS BELLO
INTRODUCcedilAtildeO DE CALDEIRA DE BIOMASSA EM UMA FAacuteBRICA DO RAMO DE
NUTRICcedilAtildeO ANIMAL UTILIZANDO CAVACO DE EUCALIPTO COMO
COMBUSTIacuteVEL
Trabalho de Conclusatildeo de Curso
apresentado ao curso de Engenharia
Mecacircnica do Centro Universitaacuterio do Sul de
Minas ndash UNISMG como preacute-requisito para
a obtenccedilatildeo do grau de Engenheiro Mecacircnico
sob a orientaccedilatildeo do Prof Luiz Carlos Vieira
Guedes
Varginha - MG
2018
LUIS FELIPE REIS BELLO
INTRODUCcedilAtildeO DE CALDEIRA DE BIOMASSA EM UMA FAacuteBRICA DO RAMO DE
NUTRICcedilAtildeO ANIMAL UTILIZANDO CAVACO DE EUCALIPTO COMO
COMBUSTIacuteVEL
Trabalho de Conclusatildeo de Curso
apresentado ao curso de Engenharia Mecacircnica
do Centro Universitaacuterio do Sul de Minas ndash
UNISMG como preacute-requisito para a obtenccedilatildeo
do grau de Engenheiro Mecacircnico pela banca
Examinadora composta pelos membros
Aprovado em
_________________________________________________________
Profordm
_________________________________________________________
Profordm
_________________________________________________________
Profordm
OBS
Dedico este trabalho primeiramente a
Deus por ter me dado sabedoria e
competecircncia para fazecirc-lo Depois
dedico este trabalho agrave minha famiacutelia
pela compreensatildeo e ajuda durante todo o
periacuteodo deste curso
Agradeccedilo agrave minha namorada por todo o
apoio Agradeccedilo aos professores que se
empenharam ao maacuteximo para transmitir
todo o conhecimento possiacutevel para a
minha formaccedilatildeo
ldquoTalvez natildeo tenha conseguido fazer o
melhor mas lutei para que o melhor
fosse feito Natildeo sou o que deveria ser
mas Graccedilas a Deus natildeo sou o que era
antesrdquo
Marthin Luther King
RESUMO
O progressivo aumento no preccedilo do petroacuteleo e seus derivados os creacuteditos de carbonos
a preocupaccedilatildeo com o meio ambiente adeptos ao deacuteficit de precipitaccedilatildeo de aacutegua de chuva e
falta de recursos hiacutedricos que o Brasil sofreu no ano de 2014 promoveu uma migraccedilatildeo da
participaccedilatildeo das fontes de energia na matriz energeacutetica brasileira O presente trabalho tem
como objetivo o estudo do uso do cavaco de madeira como uma biomassa alternativa para a
queima numa caldeira flamotubular em uma faacutebrica que necessita do vapor como forccedila
motriz para o funcionamento de seus equipamentos e diversas operaccedilotildees como as de limpeza
de tubulaccedilotildees buscando a otimizaccedilatildeo do custo de produccedilatildeo do vapor analisou-se
economicamente atraveacutes de simulaccedilotildees a substituiccedilatildeo da caldeira antiga que utilizava Gaacutes
como combustiacutevel pela caldeira de biomassa Apontando o projeto de introduccedilatildeo como um
todo o referencial traz uma introduccedilatildeo sobre caldeiras combustiacuteveis e aplicaccedilatildeo logo apoacutes eacute
introduzido a proposta de necessidade e o projeto da caldeira seus componentes todos os
cuidados ao armazenar a biomassa e sua viabilidade tendo como base inicial dos estudos o
aumento do custo de aquisiccedilatildeo do Gaacutes preocupaccedilatildeo com a preservaccedilatildeo do meio ambiente e
reduccedilatildeo de custos Utilizou-se para o estudo a caldeira de uma fabricante de raccedilatildeo animal
localizada na cidade de Trecircs Coraccedilotildees interior do estado de Minas Gerais que atualmente
emprega como combustiacutevel o cavaco de eucalipto para gerar o vapor de aacutegua que eacute utilizado
na produccedilatildeo da raccedilatildeo Apoacutes a introduccedilatildeo da caldeira o projeto cumpriu com o seu intuito os
resultados foram favoraacuteveis e a otimizaccedilatildeo dos custos eacute eminente
Palavras-chave Caldeira Biomassa Geraccedilatildeo Projeto
ABSTRACT
The progressive increase in the price of oil and its derivatives the carbon credits
the concern with the environment the precipitation deficit supporters of rain water and lack of
water resources that the Brazil suffered in the year 2014 promoted a migration of
participation of energy sources in the brazilian energy matrix The present work aims at the
study of the use of wood chips as an alternative to burning biomass in a firetube boiler in a
factory that needs the steam as a driving force for the functioning of its equipment and
various operations as the pipe cleaner seeking the optimization of the cost of production of
the steam it was examined whether economically through simulations replacing the old
boiler using Gas as fuel for biomass boiler Pointing the introduction project as a whole the
benchmark brings an introduction about boilers fuel and immediately after application is
introduced the proposal of necessity and the boiler project its components all care when
storing biomass and your viability based on studies of the increase in the cost of gas concern
with preserving the environment and reducing costs It was used for the study the boiler of a
pet food manufacturer located in the Trecircs Coraccedilotildees interior of the State of Minas Gerais
which currently employs as fuel the eucalyptus chips to generate steam which is used in the
production of feed After the introduction of the boiler the project complied with your order
the results were favorable and the optimization of costs is paramount
Keywords boiler Biomass LNG Generation Project
LISTA DE ILUSTRACcedilOtildeES
Figura 01 ndash Ilustrativo da caldeira 11
Figura 02 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925 12
Figura 03 ndash Caldeira Flamotubular 13
Figura 04 ndash Caldeira Aquatubular 14
Figura 05 ndash Biomassa X Gaacutes 17
Figura 06 ndash Consumidores de vapor 18
Figura 07 ndash Desenho da caldeira estudada 18
Figura 08 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira 19
Figura 09 ndash Componente Tambor de vapor 20
Figura 10 ndash Componente Fornalha 21
Figura 11 ndash Componente Grelha moacutevel 22
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas 22
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas 23
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar 24
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone 24
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio 25
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio 26
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem 27
Figura 19 ndash Componente Chamineacute 27
Figura 20 ndash Componente Soprador de Fuligem 28
Figura 21 ndash Componente Tanque de Condensado 29
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo 29
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor 30
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa 30
Figura 25 ndash Sistema de controle 31
Figura 26 ndash Armazenagem da biomassa 33
Figura 27 ndash Investir na biomassa 34
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 11
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO 12
21 Caldeiras e geradores de vapor 12
211 Breve histoacuterico sobre caldeiras 12
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras 13
2121 Caldeiras flamotubulares 13
2122 Caldeiras aquatubulares 13
213 Manutenccedilatildeo de caldeira 14
22 Combustiacuteveis 15
23 Aplicaccedilatildeo 15
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA 15
4 NECESSIDADE DO PROJETO 16
41 Combustiacutevel renovaacutevel 16
42 Biomassa x gaacutes natural 16
43 Consumidores 17
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor 18
5 PROJETO DA CALDEIRA 18
51 Paracircmetros de projeto 19
52 Configuraccedilatildeo da caldeira 19
53 Principais componentes 20
531 Tambor de vapor 20
532 Fornalha 20
533 Grelha moacutevel 21
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha 22
535 Silo dosador om roscas 23
536 Preacute-aquecedor de ar 23
537 Filtro Multiciclone 24
538 Ventilador de ar primaacuterio 25
539 Ventilador de ar secundaacuterio 25
5310 Exaustor de tiragem 26
5311 Chamineacute 27
5312 Sopradores de fuligem 28
5313 Tanque de condensado 28
5314 Tambor de descarga de fundo 29
5315 Coletor e distribuidor de vapor 29
54 Funcionamento 30
541 Arquitetura do sistema de controle 31
542 Combustiacutevel utilizado 31
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco 32
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco 32
5423 Armazenamento apropriado 32
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO 33
7 RESULTADOS 34
CONCLUSOtildeES 35
REFEREcircNCIAS 36
11
1 INTRODUCcedilAtildeO
ldquoO elevado preccedilo do petroacuteleo e os impactos ao meio ambiente principalmente pela
queima dos combustiacuteveis foacutesseis satildeo fatores que viabilizam o uso da energia renovaacutevel rdquo
(BARROS et al 2006)
O objetivo deste trabalho eacute viabilizar a introduccedilatildeo de uma caldeira de biomassa
flamobutublar em uma induacutestria do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o
cavaco de eucalipto substituindo o antigo meacutetodo de produccedilatildeo de vapor Utilizando como
motivaccedilatildeo inicial a altiacutessima demanda de gaacutes GNL (gaacutes natural liquefeito) na induacutestria
disposto como combustiacutevel na caldeira antiga e seu instaacutevel valor de aquisiccedilatildeo surge a
necessidade de uma reduccedilatildeo de custos uma vez que a unidade depende da geraccedilatildeo de vapor
que eacute utilizado como forccedila motriz em diversas operaccedilotildees de sua produccedilatildeo qualidade e
preocupaccedilatildeo com o meio ambiente Ao longo de todo o tratado acadecircmico dissertado eacute
comentado a necessidade e o projeto da caldeira implementada demonstrando seus principais
componentes e tambeacutem sua configuraccedilatildeo com o objetivo de firmar a proposta de sua
utilizaccedilatildeo
Segundo PERA (1966 p1) ldquogerador de vapor eacute um trocador de calor complexo que
produz vapor a partir de energia teacutermica (combustiacutevel) ar e fluido vaporizante constituiacutedo por
diversos equipamentos associadosrdquo A unidade geradora de vapor instalada possui muitos
componentes que tem como objetivo aproveitar ao maacuteximo a energia liberada na queima do
combustiacutevel e o projeto vem com o intuito de aproveitar ao maacuteximo estes recursos utilizando
uma caldeira dimensionada e de gral tecnoloacutegico elevado otimizando os custos
Figura 1 ndash Ilustrativo da caldeira estudada
Fonte Adaptado de Icavi (2015)
12
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO
Este capiacutetulo tem por objetivo analisar as contribuiccedilotildees teoacutericas que seratildeo utilizadas
para a estruturaccedilatildeo deste estudo Neste sentido ele estaacute dividido em 3 seccedilotildees encadeando os
assuntos selecionados de acordo com o eixo que rege a pesquisa
21 Caldeiras e Geradores de Vapor
As caldeiras ou geradores de vapor satildeo equipamentos anaacutelogos que permitem a
geraccedilatildeo de formas de energia teacutermica de ampla utilizaccedilatildeo tanto em niacutevel industrial quanto
comercial ou residencial o vapor e a aacutegua quente de pressatildeo elevada a partir do calor liberado
pela queima de um combustiacutevel ou pelo calor recuperado de outras fontes (geralmente gases
quentes)
211 Breve histoacuterico sobre Caldeiras
Segundo Mitamura 2005 foi no seacuteculo II aC que Heron de Alexandria realizou uma
seacuterie de experiecircncia e construiu um aparelho que foi o precursor das caldeiras e das turbinas a
vapor Esse aparelho eacute chamado de Eoliacutepila vaporizava aacutegua e movimentava uma esfera em
torno de um eixo Na eacutepoca o estudioso natildeo conseguiu enxergar nenhuma utilidade praacutetica
para seu invento visto que nenhum trabalho uacutetil era produzido por esse movimento mas
muitos seacuteculos mais tarde sua invenccedilatildeo e uso foram uma das bases tecnoloacutegicas da
Revoluccedilatildeo Industrial onde surgiram as primeiras caldeiras
Figura 2 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925
Fonte Memoria22 (2015)
13
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras
Segundo Pazian (2004) conforme o modo de transferecircncia de calor para vaporizar a
aacutegua as caldeiras podem ser classificadas em flamotubulares ou aquatubulares
2121 Caldeiras flamotubulares
Nas caldeiras com a configuraccedilatildeo de flamotubulares ou fogotubulares ocorre que os
gases quentes da combustatildeo circulam no interior de tubos que atravessam o reservatoacuterio de
aacutegua a ser aquecida para produzir vapor Conforme Mitamura (2005) normalmente as
capacidades satildeo restritas agrave pressatildeo maacutexima de 20 kgfcm-2 e produccedilatildeo de 30 tonh -1 e de
acordo com o mesmo autor as caldeiras flamotubulares satildeo mais econocircmicas que as
aquatubulares visto que ateacute 20th -1 de geraccedilatildeo de vapor o custo eacute menor
Figura 3 ndash Caldeira Flamotubular
Fonte Togawa (2017)
2122 Caldeiras Aquatubulares
As caldeiras aquatubulares a aacutegua a ser vaporizada passa no interior de tubos que por
sua vez satildeo envolvidos pelos gases de combustatildeo Os tubos podem estar organizados em
feixes como nos trocadores de calor e as caldeiras que os contecircm aparentam a forma de um
corpo ciliacutendrico ou de paredes de aacutegua como nas caldeiras maiores
14
ldquoSomente foi possiacutevel a obtenccedilatildeo de maiores produccedilotildees de vapor a pressotildees
elevadas e altas temperaturas com o advento das caldeiras de tubos de aacutegua A
circunstacircncia dos tubos estarem situados fora dos corpos das caldeiras a eles se
unindo para constituiacuterem um feixe tubular de aacutegua que compotildee a parte principal de
absorccedilatildeo do calor permite a obtenccedilatildeo de superfiacutecies de aquecimento praticamente
ilimitadas rdquo (PERA 1966 p138)
Esse tipo de caldeira tem mais rendimento por gerar uma maior quantidade de vapor
elevando tambeacutem o niacutevel de pressatildeo
Figura 4 ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Adaptado de Murilo (2013)
213 Manutenccedilatildeo das caldeiras
A manutenccedilatildeo da caldeira eacute fundamental na prevenccedilatildeo de acidentes Os tipos mais
comuns satildeo a manutenccedilatildeo preventiva que eacute a mais barata jaacute que ela conserva o equipamento
e pode ser ateacute considerada como investimento evitando que ela se estrague o proacuteprio
operador de caldeira apoacutes um treinamento eacute capaz de executa-la O outro tipo de manutenccedilatildeo
eacute a corretiva que eacute mais cara e muitas vezes a caldeira deixa de operar por periacuteodos longos o
que reflete no faturamento A norma brasileira NR13 obriga inspeccedilotildees perioacutedicas em um
periacuteodo nunca superior a 12 meses E quando a caldeira completar 25 (vinte e cinco) anos de
15
uso na sua inspeccedilatildeo subsequente deve ser submetida a rigorosa avaliaccedilatildeo de integridade para
determinar a sua vida remanescente e novo prazo maacuteximo para a inspeccedilatildeo caso ainda esteja
em condiccedilotildees de uso
22 Combustiacuteveis
Podem ser utilizados diversos combustiacuteveis em caldeiras sendo eles soacutelidos liacutequidos
ou gasosos o que lhes garante uma oacutetima flexibilidade operacional Dependendo do tipo de
combustiacutevel variam as personalidades de projeto e os componentes baacutesicos da instalaccedilatildeo de
vapor Satildeo inuacutemeras as opccedilotildees de combustiacuteveis para a queima em caldeira e os mais
utilizados satildeo gaacutes GLP gaacutes natural oacuteleos pesados como BPF e biomassas (lenha resiacuteduos de
madeira etc) Os criteacuterios para a escolha do combustiacutevel devem ser adotados por cada
usuaacuterio devendo ser analisados o custo do combustiacutevel posto no local do consumo a
disponibilidade na regiatildeo disponibilidade de matildeo-de-obra influecircncia do meio ambiente e
custobenefiacutecio
23 Aplicaccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo do vapor produzido nas caldeiras assume as mais variadas aplicaccedilotildees
como secagem cozimento geraccedilatildeo de energia lavagem de utensiacutelios desinfecccedilatildeo
aquecimento ambiental pasteurizaccedilatildeo (a parte referente ao aquecimento) dentre outros
Encontrado nos mais variados setores tais como industrial terciaacuterio e residencial
(notadamente nos paiacuteses de clima frio e no Brasil no sul do paiacutes e em certas localidades de
temperatura mais baixa como Campos do Jordatildeo) sua forma mais usual eacute a estacionaacuteria
poreacutem pode ocorrer de se verificar o emprego de caldeiras em sistemas moacuteveis tal como as
antigas locomotivas a vapor certas embarcaccedilotildees navais de grande porte e mesmo existe o
registro de pequenas caldeiras compactas transportadas em caminhotildees
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA
A demonstraccedilatildeo da importacircncia do objeto de estudo se deu em uma importante
empresa multinacional que atua no ramo alimentiacutecio com alimentos para catildees e gatos raccedilotildees
para animais de produccedilatildeo e ldquosnacksrdquo para catildees e gatos com sede fabril situada em Trecircs
Coraccedilotildees a empresa estaacute entre as 10 maiores empresas do ramo de ldquoPet Foodrdquo do mundo
16
4 NECESSIDADE DO PROJETO
O setor hidreleacutetrico tem sofrido grande baixa de alguns anos atraacutes ateacute o momento
cooperando portanto para a geraccedilatildeo e cogeraccedilatildeo de energia em termeleacutetricas que utilizam
fontes renovaacuteveis de energia como combustiacutevel como por exemplo bagaccedilo de cana cavaco
casca de arroz cavaco de eucalipto entre outros
Na empresa estudada o vapor eacute utilizado principalmente no processo de extrusatildeo de
alimentos completos na forma de energia teacutermica para cozimento da massa Antes do projeto
a fonte de combustiacutevel (gaacutes natural) era fornecida em caminhatildeo tanque que abastecia a
central de armazenagem e distribuiccedilatildeo do fornecedor instalada na planta posteriormente
alimentando a caldeira O combustiacutevel representa uma parcela consideraacutevel do custo
operacional o objetivo principal basicamente eacute reduzir o custo da tonelada de vapor
consequentemente o custo operacional da tonelada do produto acabado
41 Combustiacutevel Renovaacutevel
Os combustiacuteveis renovaacuteveis utilizam como mateacuteria-prima elementos renovaacuteveis para a
natureza como a cana-de-accediluacutecar usada na fabricaccedilatildeo do aacutelcool e tambeacutem de vaacuterios outros
vegetais como a mamona utilizado para a fabricaccedilatildeo do biodiesel ou outros oacuteleos vegetais que
podem ser utilizados diretamente em motores agrave diesel com algumas adaptaccedilotildees A biomassa
substitui a utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis como o carvatildeo e o petroacuteleo que agridem o meio
ambiente no processo de geraccedilatildeo de vapor nas induacutestrias aleacutem de ser um combustiacutevel mais
barato e renovaacutevel A biomassa proveniente do cavaco de madeira atua como alternativa de
fonte renovaacutevel para reduzir a produccedilatildeo de dioacutexido de carbono (CO2) pelos polos industriais
em um momento em que a comunidade global sobretudo os profissionais das aacutereas voltadas
ao meio ambiente mencionam o aquecimento global
42 Biomassa x Gaacutes Natural
Atraveacutes do desenvolvimento industrial diversas induacutestrias aderiram a geraccedilatildeo e
produccedilatildeo de vapor em suas plantas utilizando o mesmo em seu processo de produccedilatildeo O
grande ponto negativo eacute a dependecircncia do combustiacutevel utilizado assim o procedimento pode
levar emissatildeo de CO2 um dos principais causadores do aquecimento global Segundo Duarte
(2017) o gaacutes natural eacute uma fonte natildeo-renovaacutevel que foi formada por milhotildees de anos nos
17
reservatoacuterios subterracircneos do planeta Seu processo de produccedilatildeo desde a exploraccedilatildeo
processamento ateacute o transporte pode gerar grandes impactos no ambiente como
derramamentos de navios petroleiros vazamentos em plataformas e gasodutos Tem tambeacutem
a desvantagem de ter contaminantes altamente toacutexicos que tem de ser eliminados no processo
de refinamento
Figura 5 ndash Biomassa X Gaacutes
Fonte O autor
Os problemas gerados por seu uso nas usinas termeleacutetricas em especial a necessidade
de um sistema de resfriamento causando desperdiacutecio de aacutegua
Conforme Magalhatildees (2018) a biomassa eacute obtida atraveacutes da decomposiccedilatildeo de uma
variedade de recursos renovaacuteveis como plantas madeira resiacuteduos agriacutecolas restos de
alimentos excrementos e ateacute do lixo O Brasil possui situaccedilatildeo privilegiada para produccedilatildeo de
biomassa em larga escala pois existem extensas aacutereas cultivaacuteveis e condiccedilotildees climaacuteticas
favoraacuteveis ao longo do ano
43 Consumidores
Na faacutebrica onde estaacute situada a caldeira estudada o vapor eacute utilizado principalmente no
processo de extrusatildeo e peletizaccedilatildeo de alimentos completos na forma de energia teacutermica para
cozimento da massa e tambeacutem na parte de higienizaccedilatildeo das tubulaccedilotildees que recebem o vapor
para limpeza destes Estas operaccedilotildees satildeo de suma importacircncia para um produto final de
qualidade a confiabilidade na geraccedilatildeo de vapor deve ser de extrema precisatildeo para que as
maacutequinas que necessitam de forccedila motriz atingem seu maior potencial de produccedilatildeo tendo
como base a alta demanda de produto acabado
18
Figura 6 ndash Consumidores de vapor
Fonte (O Autor)
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor
O projeto possui uma seacuterie de questotildees positivas referente a parte ambiental e
econocircmica como base a geraccedilatildeo de vapor com recursos sustentaacuteveis no processo de
gerenciamento de produccedilatildeo de vapor esta operaccedilatildeo conta com pacotes computacionais para o
monitoramento do volume e da pressatildeo de vapor gerados pelas caldeiras de maneira a atender
agrave demanda de vapor com seguranccedila trabalhando ldquocorretamenterdquo levando a reduccedilatildeo de custo
por tonelada de vapor e reduccedilatildeo do custo do produto final
5 PROJETO DA CALDEIRA
As caracteriacutesticas gerais do projeto tendo como base as necessidades solicitadas foram
divididas em partes para facilitar o entendimento durante e consulta poacutes projeto conforme
imagem a baixo
Figura 7 ndash Desenho da caldeira
Fonte O autor
19
51 Paracircmetros de projeto
A seleccedilatildeo do tipo de unidade ou o projeto de uma nova unidade para uma certa
atividade depende de muitos fatores dentre os quais
Vazatildeo pressatildeo e temperatura do vapor vivo
Temperatura e condiccedilotildees da aacutegua de alimentaccedilatildeo da caldeira
Caracteriacutesticas de consumo do vapor gerado e tipo de serviccedilo a ser atendido
Esquema de atendimento da unidade de processo
Combustiacuteveis empregados e processo de combustatildeo
Eficiecircncia operacional
52 Configuraccedilatildeo da caldeira
A configuraccedilatildeo escolhida foi do tipo flamotubular mista com fornalha aquatubular e
corpo de evaporaccedilatildeo fogotubular de dois passes A fornalha tem paredes de tubos envolvidos
por tijolos refrataacuterios e dividem-se em cacircmara de combustatildeo e cacircmara poacutes queima O
grelhado eacute moacutevel e inclinado
Figura 8 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira
Fonte O autor
20
53 Principais Componentes
Abaixo listado alguns dos principais componentes que compotildeem a configuraccedilatildeo da
caldeira
531 Tambor de Vapor
O tambor de vapor da caldeira seraacute dimensionado de forma a propiciar um volume de
aacutegua e vapor que permita variaccedilotildees na carga com miacutenima variaccedilatildeo de pressatildeo na caldeira
mantendo a pureza do vapor na saiacuteda da mesma
Figura 9 ndash Componente Tambor de Vapor
Fonte O autor
532 Fornalha
A fornalha onde eacute instalada a grelha oscilante para a queima do combustiacutevel eacute
construiacuteda de tubos espaccedilados e recobertos de tijolos refrataacuterios especiais de forma a revestir
completamente os tubos de aacutegua formando uma superfiacutecie radiante para otimizar a
combustatildeo da biomassa Constituiacuteda de tubos soldados a coletores formando as paredes de
aacutegua resultando em uma oacutetima absorccedilatildeo de calor Conjuntamente com a fornalha satildeo
fornecidos dutos de ar de alta pressatildeo cuja finalidade eacute fornecer ar para o sistema de ar
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
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DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
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HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
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MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
LUIS FELIPE REIS BELLO
INTRODUCcedilAtildeO DE CALDEIRA DE BIOMASSA EM UMA FAacuteBRICA DO RAMO DE
NUTRICcedilAtildeO ANIMAL UTILIZANDO CAVACO DE EUCALIPTO COMO
COMBUSTIacuteVEL
Trabalho de Conclusatildeo de Curso
apresentado ao curso de Engenharia Mecacircnica
do Centro Universitaacuterio do Sul de Minas ndash
UNISMG como preacute-requisito para a obtenccedilatildeo
do grau de Engenheiro Mecacircnico pela banca
Examinadora composta pelos membros
Aprovado em
_________________________________________________________
Profordm
_________________________________________________________
Profordm
_________________________________________________________
Profordm
OBS
Dedico este trabalho primeiramente a
Deus por ter me dado sabedoria e
competecircncia para fazecirc-lo Depois
dedico este trabalho agrave minha famiacutelia
pela compreensatildeo e ajuda durante todo o
periacuteodo deste curso
Agradeccedilo agrave minha namorada por todo o
apoio Agradeccedilo aos professores que se
empenharam ao maacuteximo para transmitir
todo o conhecimento possiacutevel para a
minha formaccedilatildeo
ldquoTalvez natildeo tenha conseguido fazer o
melhor mas lutei para que o melhor
fosse feito Natildeo sou o que deveria ser
mas Graccedilas a Deus natildeo sou o que era
antesrdquo
Marthin Luther King
RESUMO
O progressivo aumento no preccedilo do petroacuteleo e seus derivados os creacuteditos de carbonos
a preocupaccedilatildeo com o meio ambiente adeptos ao deacuteficit de precipitaccedilatildeo de aacutegua de chuva e
falta de recursos hiacutedricos que o Brasil sofreu no ano de 2014 promoveu uma migraccedilatildeo da
participaccedilatildeo das fontes de energia na matriz energeacutetica brasileira O presente trabalho tem
como objetivo o estudo do uso do cavaco de madeira como uma biomassa alternativa para a
queima numa caldeira flamotubular em uma faacutebrica que necessita do vapor como forccedila
motriz para o funcionamento de seus equipamentos e diversas operaccedilotildees como as de limpeza
de tubulaccedilotildees buscando a otimizaccedilatildeo do custo de produccedilatildeo do vapor analisou-se
economicamente atraveacutes de simulaccedilotildees a substituiccedilatildeo da caldeira antiga que utilizava Gaacutes
como combustiacutevel pela caldeira de biomassa Apontando o projeto de introduccedilatildeo como um
todo o referencial traz uma introduccedilatildeo sobre caldeiras combustiacuteveis e aplicaccedilatildeo logo apoacutes eacute
introduzido a proposta de necessidade e o projeto da caldeira seus componentes todos os
cuidados ao armazenar a biomassa e sua viabilidade tendo como base inicial dos estudos o
aumento do custo de aquisiccedilatildeo do Gaacutes preocupaccedilatildeo com a preservaccedilatildeo do meio ambiente e
reduccedilatildeo de custos Utilizou-se para o estudo a caldeira de uma fabricante de raccedilatildeo animal
localizada na cidade de Trecircs Coraccedilotildees interior do estado de Minas Gerais que atualmente
emprega como combustiacutevel o cavaco de eucalipto para gerar o vapor de aacutegua que eacute utilizado
na produccedilatildeo da raccedilatildeo Apoacutes a introduccedilatildeo da caldeira o projeto cumpriu com o seu intuito os
resultados foram favoraacuteveis e a otimizaccedilatildeo dos custos eacute eminente
Palavras-chave Caldeira Biomassa Geraccedilatildeo Projeto
ABSTRACT
The progressive increase in the price of oil and its derivatives the carbon credits
the concern with the environment the precipitation deficit supporters of rain water and lack of
water resources that the Brazil suffered in the year 2014 promoted a migration of
participation of energy sources in the brazilian energy matrix The present work aims at the
study of the use of wood chips as an alternative to burning biomass in a firetube boiler in a
factory that needs the steam as a driving force for the functioning of its equipment and
various operations as the pipe cleaner seeking the optimization of the cost of production of
the steam it was examined whether economically through simulations replacing the old
boiler using Gas as fuel for biomass boiler Pointing the introduction project as a whole the
benchmark brings an introduction about boilers fuel and immediately after application is
introduced the proposal of necessity and the boiler project its components all care when
storing biomass and your viability based on studies of the increase in the cost of gas concern
with preserving the environment and reducing costs It was used for the study the boiler of a
pet food manufacturer located in the Trecircs Coraccedilotildees interior of the State of Minas Gerais
which currently employs as fuel the eucalyptus chips to generate steam which is used in the
production of feed After the introduction of the boiler the project complied with your order
the results were favorable and the optimization of costs is paramount
Keywords boiler Biomass LNG Generation Project
LISTA DE ILUSTRACcedilOtildeES
Figura 01 ndash Ilustrativo da caldeira 11
Figura 02 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925 12
Figura 03 ndash Caldeira Flamotubular 13
Figura 04 ndash Caldeira Aquatubular 14
Figura 05 ndash Biomassa X Gaacutes 17
Figura 06 ndash Consumidores de vapor 18
Figura 07 ndash Desenho da caldeira estudada 18
Figura 08 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira 19
Figura 09 ndash Componente Tambor de vapor 20
Figura 10 ndash Componente Fornalha 21
Figura 11 ndash Componente Grelha moacutevel 22
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas 22
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas 23
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar 24
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone 24
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio 25
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio 26
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem 27
Figura 19 ndash Componente Chamineacute 27
Figura 20 ndash Componente Soprador de Fuligem 28
Figura 21 ndash Componente Tanque de Condensado 29
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo 29
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor 30
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa 30
Figura 25 ndash Sistema de controle 31
Figura 26 ndash Armazenagem da biomassa 33
Figura 27 ndash Investir na biomassa 34
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 11
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO 12
21 Caldeiras e geradores de vapor 12
211 Breve histoacuterico sobre caldeiras 12
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras 13
2121 Caldeiras flamotubulares 13
2122 Caldeiras aquatubulares 13
213 Manutenccedilatildeo de caldeira 14
22 Combustiacuteveis 15
23 Aplicaccedilatildeo 15
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA 15
4 NECESSIDADE DO PROJETO 16
41 Combustiacutevel renovaacutevel 16
42 Biomassa x gaacutes natural 16
43 Consumidores 17
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor 18
5 PROJETO DA CALDEIRA 18
51 Paracircmetros de projeto 19
52 Configuraccedilatildeo da caldeira 19
53 Principais componentes 20
531 Tambor de vapor 20
532 Fornalha 20
533 Grelha moacutevel 21
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha 22
535 Silo dosador om roscas 23
536 Preacute-aquecedor de ar 23
537 Filtro Multiciclone 24
538 Ventilador de ar primaacuterio 25
539 Ventilador de ar secundaacuterio 25
5310 Exaustor de tiragem 26
5311 Chamineacute 27
5312 Sopradores de fuligem 28
5313 Tanque de condensado 28
5314 Tambor de descarga de fundo 29
5315 Coletor e distribuidor de vapor 29
54 Funcionamento 30
541 Arquitetura do sistema de controle 31
542 Combustiacutevel utilizado 31
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco 32
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco 32
5423 Armazenamento apropriado 32
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO 33
7 RESULTADOS 34
CONCLUSOtildeES 35
REFEREcircNCIAS 36
11
1 INTRODUCcedilAtildeO
ldquoO elevado preccedilo do petroacuteleo e os impactos ao meio ambiente principalmente pela
queima dos combustiacuteveis foacutesseis satildeo fatores que viabilizam o uso da energia renovaacutevel rdquo
(BARROS et al 2006)
O objetivo deste trabalho eacute viabilizar a introduccedilatildeo de uma caldeira de biomassa
flamobutublar em uma induacutestria do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o
cavaco de eucalipto substituindo o antigo meacutetodo de produccedilatildeo de vapor Utilizando como
motivaccedilatildeo inicial a altiacutessima demanda de gaacutes GNL (gaacutes natural liquefeito) na induacutestria
disposto como combustiacutevel na caldeira antiga e seu instaacutevel valor de aquisiccedilatildeo surge a
necessidade de uma reduccedilatildeo de custos uma vez que a unidade depende da geraccedilatildeo de vapor
que eacute utilizado como forccedila motriz em diversas operaccedilotildees de sua produccedilatildeo qualidade e
preocupaccedilatildeo com o meio ambiente Ao longo de todo o tratado acadecircmico dissertado eacute
comentado a necessidade e o projeto da caldeira implementada demonstrando seus principais
componentes e tambeacutem sua configuraccedilatildeo com o objetivo de firmar a proposta de sua
utilizaccedilatildeo
Segundo PERA (1966 p1) ldquogerador de vapor eacute um trocador de calor complexo que
produz vapor a partir de energia teacutermica (combustiacutevel) ar e fluido vaporizante constituiacutedo por
diversos equipamentos associadosrdquo A unidade geradora de vapor instalada possui muitos
componentes que tem como objetivo aproveitar ao maacuteximo a energia liberada na queima do
combustiacutevel e o projeto vem com o intuito de aproveitar ao maacuteximo estes recursos utilizando
uma caldeira dimensionada e de gral tecnoloacutegico elevado otimizando os custos
Figura 1 ndash Ilustrativo da caldeira estudada
Fonte Adaptado de Icavi (2015)
12
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO
Este capiacutetulo tem por objetivo analisar as contribuiccedilotildees teoacutericas que seratildeo utilizadas
para a estruturaccedilatildeo deste estudo Neste sentido ele estaacute dividido em 3 seccedilotildees encadeando os
assuntos selecionados de acordo com o eixo que rege a pesquisa
21 Caldeiras e Geradores de Vapor
As caldeiras ou geradores de vapor satildeo equipamentos anaacutelogos que permitem a
geraccedilatildeo de formas de energia teacutermica de ampla utilizaccedilatildeo tanto em niacutevel industrial quanto
comercial ou residencial o vapor e a aacutegua quente de pressatildeo elevada a partir do calor liberado
pela queima de um combustiacutevel ou pelo calor recuperado de outras fontes (geralmente gases
quentes)
211 Breve histoacuterico sobre Caldeiras
Segundo Mitamura 2005 foi no seacuteculo II aC que Heron de Alexandria realizou uma
seacuterie de experiecircncia e construiu um aparelho que foi o precursor das caldeiras e das turbinas a
vapor Esse aparelho eacute chamado de Eoliacutepila vaporizava aacutegua e movimentava uma esfera em
torno de um eixo Na eacutepoca o estudioso natildeo conseguiu enxergar nenhuma utilidade praacutetica
para seu invento visto que nenhum trabalho uacutetil era produzido por esse movimento mas
muitos seacuteculos mais tarde sua invenccedilatildeo e uso foram uma das bases tecnoloacutegicas da
Revoluccedilatildeo Industrial onde surgiram as primeiras caldeiras
Figura 2 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925
Fonte Memoria22 (2015)
13
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras
Segundo Pazian (2004) conforme o modo de transferecircncia de calor para vaporizar a
aacutegua as caldeiras podem ser classificadas em flamotubulares ou aquatubulares
2121 Caldeiras flamotubulares
Nas caldeiras com a configuraccedilatildeo de flamotubulares ou fogotubulares ocorre que os
gases quentes da combustatildeo circulam no interior de tubos que atravessam o reservatoacuterio de
aacutegua a ser aquecida para produzir vapor Conforme Mitamura (2005) normalmente as
capacidades satildeo restritas agrave pressatildeo maacutexima de 20 kgfcm-2 e produccedilatildeo de 30 tonh -1 e de
acordo com o mesmo autor as caldeiras flamotubulares satildeo mais econocircmicas que as
aquatubulares visto que ateacute 20th -1 de geraccedilatildeo de vapor o custo eacute menor
Figura 3 ndash Caldeira Flamotubular
Fonte Togawa (2017)
2122 Caldeiras Aquatubulares
As caldeiras aquatubulares a aacutegua a ser vaporizada passa no interior de tubos que por
sua vez satildeo envolvidos pelos gases de combustatildeo Os tubos podem estar organizados em
feixes como nos trocadores de calor e as caldeiras que os contecircm aparentam a forma de um
corpo ciliacutendrico ou de paredes de aacutegua como nas caldeiras maiores
14
ldquoSomente foi possiacutevel a obtenccedilatildeo de maiores produccedilotildees de vapor a pressotildees
elevadas e altas temperaturas com o advento das caldeiras de tubos de aacutegua A
circunstacircncia dos tubos estarem situados fora dos corpos das caldeiras a eles se
unindo para constituiacuterem um feixe tubular de aacutegua que compotildee a parte principal de
absorccedilatildeo do calor permite a obtenccedilatildeo de superfiacutecies de aquecimento praticamente
ilimitadas rdquo (PERA 1966 p138)
Esse tipo de caldeira tem mais rendimento por gerar uma maior quantidade de vapor
elevando tambeacutem o niacutevel de pressatildeo
Figura 4 ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Adaptado de Murilo (2013)
213 Manutenccedilatildeo das caldeiras
A manutenccedilatildeo da caldeira eacute fundamental na prevenccedilatildeo de acidentes Os tipos mais
comuns satildeo a manutenccedilatildeo preventiva que eacute a mais barata jaacute que ela conserva o equipamento
e pode ser ateacute considerada como investimento evitando que ela se estrague o proacuteprio
operador de caldeira apoacutes um treinamento eacute capaz de executa-la O outro tipo de manutenccedilatildeo
eacute a corretiva que eacute mais cara e muitas vezes a caldeira deixa de operar por periacuteodos longos o
que reflete no faturamento A norma brasileira NR13 obriga inspeccedilotildees perioacutedicas em um
periacuteodo nunca superior a 12 meses E quando a caldeira completar 25 (vinte e cinco) anos de
15
uso na sua inspeccedilatildeo subsequente deve ser submetida a rigorosa avaliaccedilatildeo de integridade para
determinar a sua vida remanescente e novo prazo maacuteximo para a inspeccedilatildeo caso ainda esteja
em condiccedilotildees de uso
22 Combustiacuteveis
Podem ser utilizados diversos combustiacuteveis em caldeiras sendo eles soacutelidos liacutequidos
ou gasosos o que lhes garante uma oacutetima flexibilidade operacional Dependendo do tipo de
combustiacutevel variam as personalidades de projeto e os componentes baacutesicos da instalaccedilatildeo de
vapor Satildeo inuacutemeras as opccedilotildees de combustiacuteveis para a queima em caldeira e os mais
utilizados satildeo gaacutes GLP gaacutes natural oacuteleos pesados como BPF e biomassas (lenha resiacuteduos de
madeira etc) Os criteacuterios para a escolha do combustiacutevel devem ser adotados por cada
usuaacuterio devendo ser analisados o custo do combustiacutevel posto no local do consumo a
disponibilidade na regiatildeo disponibilidade de matildeo-de-obra influecircncia do meio ambiente e
custobenefiacutecio
23 Aplicaccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo do vapor produzido nas caldeiras assume as mais variadas aplicaccedilotildees
como secagem cozimento geraccedilatildeo de energia lavagem de utensiacutelios desinfecccedilatildeo
aquecimento ambiental pasteurizaccedilatildeo (a parte referente ao aquecimento) dentre outros
Encontrado nos mais variados setores tais como industrial terciaacuterio e residencial
(notadamente nos paiacuteses de clima frio e no Brasil no sul do paiacutes e em certas localidades de
temperatura mais baixa como Campos do Jordatildeo) sua forma mais usual eacute a estacionaacuteria
poreacutem pode ocorrer de se verificar o emprego de caldeiras em sistemas moacuteveis tal como as
antigas locomotivas a vapor certas embarcaccedilotildees navais de grande porte e mesmo existe o
registro de pequenas caldeiras compactas transportadas em caminhotildees
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA
A demonstraccedilatildeo da importacircncia do objeto de estudo se deu em uma importante
empresa multinacional que atua no ramo alimentiacutecio com alimentos para catildees e gatos raccedilotildees
para animais de produccedilatildeo e ldquosnacksrdquo para catildees e gatos com sede fabril situada em Trecircs
Coraccedilotildees a empresa estaacute entre as 10 maiores empresas do ramo de ldquoPet Foodrdquo do mundo
16
4 NECESSIDADE DO PROJETO
O setor hidreleacutetrico tem sofrido grande baixa de alguns anos atraacutes ateacute o momento
cooperando portanto para a geraccedilatildeo e cogeraccedilatildeo de energia em termeleacutetricas que utilizam
fontes renovaacuteveis de energia como combustiacutevel como por exemplo bagaccedilo de cana cavaco
casca de arroz cavaco de eucalipto entre outros
Na empresa estudada o vapor eacute utilizado principalmente no processo de extrusatildeo de
alimentos completos na forma de energia teacutermica para cozimento da massa Antes do projeto
a fonte de combustiacutevel (gaacutes natural) era fornecida em caminhatildeo tanque que abastecia a
central de armazenagem e distribuiccedilatildeo do fornecedor instalada na planta posteriormente
alimentando a caldeira O combustiacutevel representa uma parcela consideraacutevel do custo
operacional o objetivo principal basicamente eacute reduzir o custo da tonelada de vapor
consequentemente o custo operacional da tonelada do produto acabado
41 Combustiacutevel Renovaacutevel
Os combustiacuteveis renovaacuteveis utilizam como mateacuteria-prima elementos renovaacuteveis para a
natureza como a cana-de-accediluacutecar usada na fabricaccedilatildeo do aacutelcool e tambeacutem de vaacuterios outros
vegetais como a mamona utilizado para a fabricaccedilatildeo do biodiesel ou outros oacuteleos vegetais que
podem ser utilizados diretamente em motores agrave diesel com algumas adaptaccedilotildees A biomassa
substitui a utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis como o carvatildeo e o petroacuteleo que agridem o meio
ambiente no processo de geraccedilatildeo de vapor nas induacutestrias aleacutem de ser um combustiacutevel mais
barato e renovaacutevel A biomassa proveniente do cavaco de madeira atua como alternativa de
fonte renovaacutevel para reduzir a produccedilatildeo de dioacutexido de carbono (CO2) pelos polos industriais
em um momento em que a comunidade global sobretudo os profissionais das aacutereas voltadas
ao meio ambiente mencionam o aquecimento global
42 Biomassa x Gaacutes Natural
Atraveacutes do desenvolvimento industrial diversas induacutestrias aderiram a geraccedilatildeo e
produccedilatildeo de vapor em suas plantas utilizando o mesmo em seu processo de produccedilatildeo O
grande ponto negativo eacute a dependecircncia do combustiacutevel utilizado assim o procedimento pode
levar emissatildeo de CO2 um dos principais causadores do aquecimento global Segundo Duarte
(2017) o gaacutes natural eacute uma fonte natildeo-renovaacutevel que foi formada por milhotildees de anos nos
17
reservatoacuterios subterracircneos do planeta Seu processo de produccedilatildeo desde a exploraccedilatildeo
processamento ateacute o transporte pode gerar grandes impactos no ambiente como
derramamentos de navios petroleiros vazamentos em plataformas e gasodutos Tem tambeacutem
a desvantagem de ter contaminantes altamente toacutexicos que tem de ser eliminados no processo
de refinamento
Figura 5 ndash Biomassa X Gaacutes
Fonte O autor
Os problemas gerados por seu uso nas usinas termeleacutetricas em especial a necessidade
de um sistema de resfriamento causando desperdiacutecio de aacutegua
Conforme Magalhatildees (2018) a biomassa eacute obtida atraveacutes da decomposiccedilatildeo de uma
variedade de recursos renovaacuteveis como plantas madeira resiacuteduos agriacutecolas restos de
alimentos excrementos e ateacute do lixo O Brasil possui situaccedilatildeo privilegiada para produccedilatildeo de
biomassa em larga escala pois existem extensas aacutereas cultivaacuteveis e condiccedilotildees climaacuteticas
favoraacuteveis ao longo do ano
43 Consumidores
Na faacutebrica onde estaacute situada a caldeira estudada o vapor eacute utilizado principalmente no
processo de extrusatildeo e peletizaccedilatildeo de alimentos completos na forma de energia teacutermica para
cozimento da massa e tambeacutem na parte de higienizaccedilatildeo das tubulaccedilotildees que recebem o vapor
para limpeza destes Estas operaccedilotildees satildeo de suma importacircncia para um produto final de
qualidade a confiabilidade na geraccedilatildeo de vapor deve ser de extrema precisatildeo para que as
maacutequinas que necessitam de forccedila motriz atingem seu maior potencial de produccedilatildeo tendo
como base a alta demanda de produto acabado
18
Figura 6 ndash Consumidores de vapor
Fonte (O Autor)
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor
O projeto possui uma seacuterie de questotildees positivas referente a parte ambiental e
econocircmica como base a geraccedilatildeo de vapor com recursos sustentaacuteveis no processo de
gerenciamento de produccedilatildeo de vapor esta operaccedilatildeo conta com pacotes computacionais para o
monitoramento do volume e da pressatildeo de vapor gerados pelas caldeiras de maneira a atender
agrave demanda de vapor com seguranccedila trabalhando ldquocorretamenterdquo levando a reduccedilatildeo de custo
por tonelada de vapor e reduccedilatildeo do custo do produto final
5 PROJETO DA CALDEIRA
As caracteriacutesticas gerais do projeto tendo como base as necessidades solicitadas foram
divididas em partes para facilitar o entendimento durante e consulta poacutes projeto conforme
imagem a baixo
Figura 7 ndash Desenho da caldeira
Fonte O autor
19
51 Paracircmetros de projeto
A seleccedilatildeo do tipo de unidade ou o projeto de uma nova unidade para uma certa
atividade depende de muitos fatores dentre os quais
Vazatildeo pressatildeo e temperatura do vapor vivo
Temperatura e condiccedilotildees da aacutegua de alimentaccedilatildeo da caldeira
Caracteriacutesticas de consumo do vapor gerado e tipo de serviccedilo a ser atendido
Esquema de atendimento da unidade de processo
Combustiacuteveis empregados e processo de combustatildeo
Eficiecircncia operacional
52 Configuraccedilatildeo da caldeira
A configuraccedilatildeo escolhida foi do tipo flamotubular mista com fornalha aquatubular e
corpo de evaporaccedilatildeo fogotubular de dois passes A fornalha tem paredes de tubos envolvidos
por tijolos refrataacuterios e dividem-se em cacircmara de combustatildeo e cacircmara poacutes queima O
grelhado eacute moacutevel e inclinado
Figura 8 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira
Fonte O autor
20
53 Principais Componentes
Abaixo listado alguns dos principais componentes que compotildeem a configuraccedilatildeo da
caldeira
531 Tambor de Vapor
O tambor de vapor da caldeira seraacute dimensionado de forma a propiciar um volume de
aacutegua e vapor que permita variaccedilotildees na carga com miacutenima variaccedilatildeo de pressatildeo na caldeira
mantendo a pureza do vapor na saiacuteda da mesma
Figura 9 ndash Componente Tambor de Vapor
Fonte O autor
532 Fornalha
A fornalha onde eacute instalada a grelha oscilante para a queima do combustiacutevel eacute
construiacuteda de tubos espaccedilados e recobertos de tijolos refrataacuterios especiais de forma a revestir
completamente os tubos de aacutegua formando uma superfiacutecie radiante para otimizar a
combustatildeo da biomassa Constituiacuteda de tubos soldados a coletores formando as paredes de
aacutegua resultando em uma oacutetima absorccedilatildeo de calor Conjuntamente com a fornalha satildeo
fornecidos dutos de ar de alta pressatildeo cuja finalidade eacute fornecer ar para o sistema de ar
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
lt httpstodamateriacombrgas-natural-utilizacao-vantagens-e-desvantagensgt Acesso em
26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
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MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
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energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
Dedico este trabalho primeiramente a
Deus por ter me dado sabedoria e
competecircncia para fazecirc-lo Depois
dedico este trabalho agrave minha famiacutelia
pela compreensatildeo e ajuda durante todo o
periacuteodo deste curso
Agradeccedilo agrave minha namorada por todo o
apoio Agradeccedilo aos professores que se
empenharam ao maacuteximo para transmitir
todo o conhecimento possiacutevel para a
minha formaccedilatildeo
ldquoTalvez natildeo tenha conseguido fazer o
melhor mas lutei para que o melhor
fosse feito Natildeo sou o que deveria ser
mas Graccedilas a Deus natildeo sou o que era
antesrdquo
Marthin Luther King
RESUMO
O progressivo aumento no preccedilo do petroacuteleo e seus derivados os creacuteditos de carbonos
a preocupaccedilatildeo com o meio ambiente adeptos ao deacuteficit de precipitaccedilatildeo de aacutegua de chuva e
falta de recursos hiacutedricos que o Brasil sofreu no ano de 2014 promoveu uma migraccedilatildeo da
participaccedilatildeo das fontes de energia na matriz energeacutetica brasileira O presente trabalho tem
como objetivo o estudo do uso do cavaco de madeira como uma biomassa alternativa para a
queima numa caldeira flamotubular em uma faacutebrica que necessita do vapor como forccedila
motriz para o funcionamento de seus equipamentos e diversas operaccedilotildees como as de limpeza
de tubulaccedilotildees buscando a otimizaccedilatildeo do custo de produccedilatildeo do vapor analisou-se
economicamente atraveacutes de simulaccedilotildees a substituiccedilatildeo da caldeira antiga que utilizava Gaacutes
como combustiacutevel pela caldeira de biomassa Apontando o projeto de introduccedilatildeo como um
todo o referencial traz uma introduccedilatildeo sobre caldeiras combustiacuteveis e aplicaccedilatildeo logo apoacutes eacute
introduzido a proposta de necessidade e o projeto da caldeira seus componentes todos os
cuidados ao armazenar a biomassa e sua viabilidade tendo como base inicial dos estudos o
aumento do custo de aquisiccedilatildeo do Gaacutes preocupaccedilatildeo com a preservaccedilatildeo do meio ambiente e
reduccedilatildeo de custos Utilizou-se para o estudo a caldeira de uma fabricante de raccedilatildeo animal
localizada na cidade de Trecircs Coraccedilotildees interior do estado de Minas Gerais que atualmente
emprega como combustiacutevel o cavaco de eucalipto para gerar o vapor de aacutegua que eacute utilizado
na produccedilatildeo da raccedilatildeo Apoacutes a introduccedilatildeo da caldeira o projeto cumpriu com o seu intuito os
resultados foram favoraacuteveis e a otimizaccedilatildeo dos custos eacute eminente
Palavras-chave Caldeira Biomassa Geraccedilatildeo Projeto
ABSTRACT
The progressive increase in the price of oil and its derivatives the carbon credits
the concern with the environment the precipitation deficit supporters of rain water and lack of
water resources that the Brazil suffered in the year 2014 promoted a migration of
participation of energy sources in the brazilian energy matrix The present work aims at the
study of the use of wood chips as an alternative to burning biomass in a firetube boiler in a
factory that needs the steam as a driving force for the functioning of its equipment and
various operations as the pipe cleaner seeking the optimization of the cost of production of
the steam it was examined whether economically through simulations replacing the old
boiler using Gas as fuel for biomass boiler Pointing the introduction project as a whole the
benchmark brings an introduction about boilers fuel and immediately after application is
introduced the proposal of necessity and the boiler project its components all care when
storing biomass and your viability based on studies of the increase in the cost of gas concern
with preserving the environment and reducing costs It was used for the study the boiler of a
pet food manufacturer located in the Trecircs Coraccedilotildees interior of the State of Minas Gerais
which currently employs as fuel the eucalyptus chips to generate steam which is used in the
production of feed After the introduction of the boiler the project complied with your order
the results were favorable and the optimization of costs is paramount
Keywords boiler Biomass LNG Generation Project
LISTA DE ILUSTRACcedilOtildeES
Figura 01 ndash Ilustrativo da caldeira 11
Figura 02 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925 12
Figura 03 ndash Caldeira Flamotubular 13
Figura 04 ndash Caldeira Aquatubular 14
Figura 05 ndash Biomassa X Gaacutes 17
Figura 06 ndash Consumidores de vapor 18
Figura 07 ndash Desenho da caldeira estudada 18
Figura 08 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira 19
Figura 09 ndash Componente Tambor de vapor 20
Figura 10 ndash Componente Fornalha 21
Figura 11 ndash Componente Grelha moacutevel 22
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas 22
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas 23
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar 24
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone 24
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio 25
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio 26
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem 27
Figura 19 ndash Componente Chamineacute 27
Figura 20 ndash Componente Soprador de Fuligem 28
Figura 21 ndash Componente Tanque de Condensado 29
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo 29
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor 30
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa 30
Figura 25 ndash Sistema de controle 31
Figura 26 ndash Armazenagem da biomassa 33
Figura 27 ndash Investir na biomassa 34
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 11
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO 12
21 Caldeiras e geradores de vapor 12
211 Breve histoacuterico sobre caldeiras 12
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras 13
2121 Caldeiras flamotubulares 13
2122 Caldeiras aquatubulares 13
213 Manutenccedilatildeo de caldeira 14
22 Combustiacuteveis 15
23 Aplicaccedilatildeo 15
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA 15
4 NECESSIDADE DO PROJETO 16
41 Combustiacutevel renovaacutevel 16
42 Biomassa x gaacutes natural 16
43 Consumidores 17
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor 18
5 PROJETO DA CALDEIRA 18
51 Paracircmetros de projeto 19
52 Configuraccedilatildeo da caldeira 19
53 Principais componentes 20
531 Tambor de vapor 20
532 Fornalha 20
533 Grelha moacutevel 21
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha 22
535 Silo dosador om roscas 23
536 Preacute-aquecedor de ar 23
537 Filtro Multiciclone 24
538 Ventilador de ar primaacuterio 25
539 Ventilador de ar secundaacuterio 25
5310 Exaustor de tiragem 26
5311 Chamineacute 27
5312 Sopradores de fuligem 28
5313 Tanque de condensado 28
5314 Tambor de descarga de fundo 29
5315 Coletor e distribuidor de vapor 29
54 Funcionamento 30
541 Arquitetura do sistema de controle 31
542 Combustiacutevel utilizado 31
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco 32
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco 32
5423 Armazenamento apropriado 32
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO 33
7 RESULTADOS 34
CONCLUSOtildeES 35
REFEREcircNCIAS 36
11
1 INTRODUCcedilAtildeO
ldquoO elevado preccedilo do petroacuteleo e os impactos ao meio ambiente principalmente pela
queima dos combustiacuteveis foacutesseis satildeo fatores que viabilizam o uso da energia renovaacutevel rdquo
(BARROS et al 2006)
O objetivo deste trabalho eacute viabilizar a introduccedilatildeo de uma caldeira de biomassa
flamobutublar em uma induacutestria do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o
cavaco de eucalipto substituindo o antigo meacutetodo de produccedilatildeo de vapor Utilizando como
motivaccedilatildeo inicial a altiacutessima demanda de gaacutes GNL (gaacutes natural liquefeito) na induacutestria
disposto como combustiacutevel na caldeira antiga e seu instaacutevel valor de aquisiccedilatildeo surge a
necessidade de uma reduccedilatildeo de custos uma vez que a unidade depende da geraccedilatildeo de vapor
que eacute utilizado como forccedila motriz em diversas operaccedilotildees de sua produccedilatildeo qualidade e
preocupaccedilatildeo com o meio ambiente Ao longo de todo o tratado acadecircmico dissertado eacute
comentado a necessidade e o projeto da caldeira implementada demonstrando seus principais
componentes e tambeacutem sua configuraccedilatildeo com o objetivo de firmar a proposta de sua
utilizaccedilatildeo
Segundo PERA (1966 p1) ldquogerador de vapor eacute um trocador de calor complexo que
produz vapor a partir de energia teacutermica (combustiacutevel) ar e fluido vaporizante constituiacutedo por
diversos equipamentos associadosrdquo A unidade geradora de vapor instalada possui muitos
componentes que tem como objetivo aproveitar ao maacuteximo a energia liberada na queima do
combustiacutevel e o projeto vem com o intuito de aproveitar ao maacuteximo estes recursos utilizando
uma caldeira dimensionada e de gral tecnoloacutegico elevado otimizando os custos
Figura 1 ndash Ilustrativo da caldeira estudada
Fonte Adaptado de Icavi (2015)
12
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO
Este capiacutetulo tem por objetivo analisar as contribuiccedilotildees teoacutericas que seratildeo utilizadas
para a estruturaccedilatildeo deste estudo Neste sentido ele estaacute dividido em 3 seccedilotildees encadeando os
assuntos selecionados de acordo com o eixo que rege a pesquisa
21 Caldeiras e Geradores de Vapor
As caldeiras ou geradores de vapor satildeo equipamentos anaacutelogos que permitem a
geraccedilatildeo de formas de energia teacutermica de ampla utilizaccedilatildeo tanto em niacutevel industrial quanto
comercial ou residencial o vapor e a aacutegua quente de pressatildeo elevada a partir do calor liberado
pela queima de um combustiacutevel ou pelo calor recuperado de outras fontes (geralmente gases
quentes)
211 Breve histoacuterico sobre Caldeiras
Segundo Mitamura 2005 foi no seacuteculo II aC que Heron de Alexandria realizou uma
seacuterie de experiecircncia e construiu um aparelho que foi o precursor das caldeiras e das turbinas a
vapor Esse aparelho eacute chamado de Eoliacutepila vaporizava aacutegua e movimentava uma esfera em
torno de um eixo Na eacutepoca o estudioso natildeo conseguiu enxergar nenhuma utilidade praacutetica
para seu invento visto que nenhum trabalho uacutetil era produzido por esse movimento mas
muitos seacuteculos mais tarde sua invenccedilatildeo e uso foram uma das bases tecnoloacutegicas da
Revoluccedilatildeo Industrial onde surgiram as primeiras caldeiras
Figura 2 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925
Fonte Memoria22 (2015)
13
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras
Segundo Pazian (2004) conforme o modo de transferecircncia de calor para vaporizar a
aacutegua as caldeiras podem ser classificadas em flamotubulares ou aquatubulares
2121 Caldeiras flamotubulares
Nas caldeiras com a configuraccedilatildeo de flamotubulares ou fogotubulares ocorre que os
gases quentes da combustatildeo circulam no interior de tubos que atravessam o reservatoacuterio de
aacutegua a ser aquecida para produzir vapor Conforme Mitamura (2005) normalmente as
capacidades satildeo restritas agrave pressatildeo maacutexima de 20 kgfcm-2 e produccedilatildeo de 30 tonh -1 e de
acordo com o mesmo autor as caldeiras flamotubulares satildeo mais econocircmicas que as
aquatubulares visto que ateacute 20th -1 de geraccedilatildeo de vapor o custo eacute menor
Figura 3 ndash Caldeira Flamotubular
Fonte Togawa (2017)
2122 Caldeiras Aquatubulares
As caldeiras aquatubulares a aacutegua a ser vaporizada passa no interior de tubos que por
sua vez satildeo envolvidos pelos gases de combustatildeo Os tubos podem estar organizados em
feixes como nos trocadores de calor e as caldeiras que os contecircm aparentam a forma de um
corpo ciliacutendrico ou de paredes de aacutegua como nas caldeiras maiores
14
ldquoSomente foi possiacutevel a obtenccedilatildeo de maiores produccedilotildees de vapor a pressotildees
elevadas e altas temperaturas com o advento das caldeiras de tubos de aacutegua A
circunstacircncia dos tubos estarem situados fora dos corpos das caldeiras a eles se
unindo para constituiacuterem um feixe tubular de aacutegua que compotildee a parte principal de
absorccedilatildeo do calor permite a obtenccedilatildeo de superfiacutecies de aquecimento praticamente
ilimitadas rdquo (PERA 1966 p138)
Esse tipo de caldeira tem mais rendimento por gerar uma maior quantidade de vapor
elevando tambeacutem o niacutevel de pressatildeo
Figura 4 ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Adaptado de Murilo (2013)
213 Manutenccedilatildeo das caldeiras
A manutenccedilatildeo da caldeira eacute fundamental na prevenccedilatildeo de acidentes Os tipos mais
comuns satildeo a manutenccedilatildeo preventiva que eacute a mais barata jaacute que ela conserva o equipamento
e pode ser ateacute considerada como investimento evitando que ela se estrague o proacuteprio
operador de caldeira apoacutes um treinamento eacute capaz de executa-la O outro tipo de manutenccedilatildeo
eacute a corretiva que eacute mais cara e muitas vezes a caldeira deixa de operar por periacuteodos longos o
que reflete no faturamento A norma brasileira NR13 obriga inspeccedilotildees perioacutedicas em um
periacuteodo nunca superior a 12 meses E quando a caldeira completar 25 (vinte e cinco) anos de
15
uso na sua inspeccedilatildeo subsequente deve ser submetida a rigorosa avaliaccedilatildeo de integridade para
determinar a sua vida remanescente e novo prazo maacuteximo para a inspeccedilatildeo caso ainda esteja
em condiccedilotildees de uso
22 Combustiacuteveis
Podem ser utilizados diversos combustiacuteveis em caldeiras sendo eles soacutelidos liacutequidos
ou gasosos o que lhes garante uma oacutetima flexibilidade operacional Dependendo do tipo de
combustiacutevel variam as personalidades de projeto e os componentes baacutesicos da instalaccedilatildeo de
vapor Satildeo inuacutemeras as opccedilotildees de combustiacuteveis para a queima em caldeira e os mais
utilizados satildeo gaacutes GLP gaacutes natural oacuteleos pesados como BPF e biomassas (lenha resiacuteduos de
madeira etc) Os criteacuterios para a escolha do combustiacutevel devem ser adotados por cada
usuaacuterio devendo ser analisados o custo do combustiacutevel posto no local do consumo a
disponibilidade na regiatildeo disponibilidade de matildeo-de-obra influecircncia do meio ambiente e
custobenefiacutecio
23 Aplicaccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo do vapor produzido nas caldeiras assume as mais variadas aplicaccedilotildees
como secagem cozimento geraccedilatildeo de energia lavagem de utensiacutelios desinfecccedilatildeo
aquecimento ambiental pasteurizaccedilatildeo (a parte referente ao aquecimento) dentre outros
Encontrado nos mais variados setores tais como industrial terciaacuterio e residencial
(notadamente nos paiacuteses de clima frio e no Brasil no sul do paiacutes e em certas localidades de
temperatura mais baixa como Campos do Jordatildeo) sua forma mais usual eacute a estacionaacuteria
poreacutem pode ocorrer de se verificar o emprego de caldeiras em sistemas moacuteveis tal como as
antigas locomotivas a vapor certas embarcaccedilotildees navais de grande porte e mesmo existe o
registro de pequenas caldeiras compactas transportadas em caminhotildees
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA
A demonstraccedilatildeo da importacircncia do objeto de estudo se deu em uma importante
empresa multinacional que atua no ramo alimentiacutecio com alimentos para catildees e gatos raccedilotildees
para animais de produccedilatildeo e ldquosnacksrdquo para catildees e gatos com sede fabril situada em Trecircs
Coraccedilotildees a empresa estaacute entre as 10 maiores empresas do ramo de ldquoPet Foodrdquo do mundo
16
4 NECESSIDADE DO PROJETO
O setor hidreleacutetrico tem sofrido grande baixa de alguns anos atraacutes ateacute o momento
cooperando portanto para a geraccedilatildeo e cogeraccedilatildeo de energia em termeleacutetricas que utilizam
fontes renovaacuteveis de energia como combustiacutevel como por exemplo bagaccedilo de cana cavaco
casca de arroz cavaco de eucalipto entre outros
Na empresa estudada o vapor eacute utilizado principalmente no processo de extrusatildeo de
alimentos completos na forma de energia teacutermica para cozimento da massa Antes do projeto
a fonte de combustiacutevel (gaacutes natural) era fornecida em caminhatildeo tanque que abastecia a
central de armazenagem e distribuiccedilatildeo do fornecedor instalada na planta posteriormente
alimentando a caldeira O combustiacutevel representa uma parcela consideraacutevel do custo
operacional o objetivo principal basicamente eacute reduzir o custo da tonelada de vapor
consequentemente o custo operacional da tonelada do produto acabado
41 Combustiacutevel Renovaacutevel
Os combustiacuteveis renovaacuteveis utilizam como mateacuteria-prima elementos renovaacuteveis para a
natureza como a cana-de-accediluacutecar usada na fabricaccedilatildeo do aacutelcool e tambeacutem de vaacuterios outros
vegetais como a mamona utilizado para a fabricaccedilatildeo do biodiesel ou outros oacuteleos vegetais que
podem ser utilizados diretamente em motores agrave diesel com algumas adaptaccedilotildees A biomassa
substitui a utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis como o carvatildeo e o petroacuteleo que agridem o meio
ambiente no processo de geraccedilatildeo de vapor nas induacutestrias aleacutem de ser um combustiacutevel mais
barato e renovaacutevel A biomassa proveniente do cavaco de madeira atua como alternativa de
fonte renovaacutevel para reduzir a produccedilatildeo de dioacutexido de carbono (CO2) pelos polos industriais
em um momento em que a comunidade global sobretudo os profissionais das aacutereas voltadas
ao meio ambiente mencionam o aquecimento global
42 Biomassa x Gaacutes Natural
Atraveacutes do desenvolvimento industrial diversas induacutestrias aderiram a geraccedilatildeo e
produccedilatildeo de vapor em suas plantas utilizando o mesmo em seu processo de produccedilatildeo O
grande ponto negativo eacute a dependecircncia do combustiacutevel utilizado assim o procedimento pode
levar emissatildeo de CO2 um dos principais causadores do aquecimento global Segundo Duarte
(2017) o gaacutes natural eacute uma fonte natildeo-renovaacutevel que foi formada por milhotildees de anos nos
17
reservatoacuterios subterracircneos do planeta Seu processo de produccedilatildeo desde a exploraccedilatildeo
processamento ateacute o transporte pode gerar grandes impactos no ambiente como
derramamentos de navios petroleiros vazamentos em plataformas e gasodutos Tem tambeacutem
a desvantagem de ter contaminantes altamente toacutexicos que tem de ser eliminados no processo
de refinamento
Figura 5 ndash Biomassa X Gaacutes
Fonte O autor
Os problemas gerados por seu uso nas usinas termeleacutetricas em especial a necessidade
de um sistema de resfriamento causando desperdiacutecio de aacutegua
Conforme Magalhatildees (2018) a biomassa eacute obtida atraveacutes da decomposiccedilatildeo de uma
variedade de recursos renovaacuteveis como plantas madeira resiacuteduos agriacutecolas restos de
alimentos excrementos e ateacute do lixo O Brasil possui situaccedilatildeo privilegiada para produccedilatildeo de
biomassa em larga escala pois existem extensas aacutereas cultivaacuteveis e condiccedilotildees climaacuteticas
favoraacuteveis ao longo do ano
43 Consumidores
Na faacutebrica onde estaacute situada a caldeira estudada o vapor eacute utilizado principalmente no
processo de extrusatildeo e peletizaccedilatildeo de alimentos completos na forma de energia teacutermica para
cozimento da massa e tambeacutem na parte de higienizaccedilatildeo das tubulaccedilotildees que recebem o vapor
para limpeza destes Estas operaccedilotildees satildeo de suma importacircncia para um produto final de
qualidade a confiabilidade na geraccedilatildeo de vapor deve ser de extrema precisatildeo para que as
maacutequinas que necessitam de forccedila motriz atingem seu maior potencial de produccedilatildeo tendo
como base a alta demanda de produto acabado
18
Figura 6 ndash Consumidores de vapor
Fonte (O Autor)
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor
O projeto possui uma seacuterie de questotildees positivas referente a parte ambiental e
econocircmica como base a geraccedilatildeo de vapor com recursos sustentaacuteveis no processo de
gerenciamento de produccedilatildeo de vapor esta operaccedilatildeo conta com pacotes computacionais para o
monitoramento do volume e da pressatildeo de vapor gerados pelas caldeiras de maneira a atender
agrave demanda de vapor com seguranccedila trabalhando ldquocorretamenterdquo levando a reduccedilatildeo de custo
por tonelada de vapor e reduccedilatildeo do custo do produto final
5 PROJETO DA CALDEIRA
As caracteriacutesticas gerais do projeto tendo como base as necessidades solicitadas foram
divididas em partes para facilitar o entendimento durante e consulta poacutes projeto conforme
imagem a baixo
Figura 7 ndash Desenho da caldeira
Fonte O autor
19
51 Paracircmetros de projeto
A seleccedilatildeo do tipo de unidade ou o projeto de uma nova unidade para uma certa
atividade depende de muitos fatores dentre os quais
Vazatildeo pressatildeo e temperatura do vapor vivo
Temperatura e condiccedilotildees da aacutegua de alimentaccedilatildeo da caldeira
Caracteriacutesticas de consumo do vapor gerado e tipo de serviccedilo a ser atendido
Esquema de atendimento da unidade de processo
Combustiacuteveis empregados e processo de combustatildeo
Eficiecircncia operacional
52 Configuraccedilatildeo da caldeira
A configuraccedilatildeo escolhida foi do tipo flamotubular mista com fornalha aquatubular e
corpo de evaporaccedilatildeo fogotubular de dois passes A fornalha tem paredes de tubos envolvidos
por tijolos refrataacuterios e dividem-se em cacircmara de combustatildeo e cacircmara poacutes queima O
grelhado eacute moacutevel e inclinado
Figura 8 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira
Fonte O autor
20
53 Principais Componentes
Abaixo listado alguns dos principais componentes que compotildeem a configuraccedilatildeo da
caldeira
531 Tambor de Vapor
O tambor de vapor da caldeira seraacute dimensionado de forma a propiciar um volume de
aacutegua e vapor que permita variaccedilotildees na carga com miacutenima variaccedilatildeo de pressatildeo na caldeira
mantendo a pureza do vapor na saiacuteda da mesma
Figura 9 ndash Componente Tambor de Vapor
Fonte O autor
532 Fornalha
A fornalha onde eacute instalada a grelha oscilante para a queima do combustiacutevel eacute
construiacuteda de tubos espaccedilados e recobertos de tijolos refrataacuterios especiais de forma a revestir
completamente os tubos de aacutegua formando uma superfiacutecie radiante para otimizar a
combustatildeo da biomassa Constituiacuteda de tubos soldados a coletores formando as paredes de
aacutegua resultando em uma oacutetima absorccedilatildeo de calor Conjuntamente com a fornalha satildeo
fornecidos dutos de ar de alta pressatildeo cuja finalidade eacute fornecer ar para o sistema de ar
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
lt httpstodamateriacombrgas-natural-utilizacao-vantagens-e-desvantagensgt Acesso em
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DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
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HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
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MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
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MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
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PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
Agradeccedilo agrave minha namorada por todo o
apoio Agradeccedilo aos professores que se
empenharam ao maacuteximo para transmitir
todo o conhecimento possiacutevel para a
minha formaccedilatildeo
ldquoTalvez natildeo tenha conseguido fazer o
melhor mas lutei para que o melhor
fosse feito Natildeo sou o que deveria ser
mas Graccedilas a Deus natildeo sou o que era
antesrdquo
Marthin Luther King
RESUMO
O progressivo aumento no preccedilo do petroacuteleo e seus derivados os creacuteditos de carbonos
a preocupaccedilatildeo com o meio ambiente adeptos ao deacuteficit de precipitaccedilatildeo de aacutegua de chuva e
falta de recursos hiacutedricos que o Brasil sofreu no ano de 2014 promoveu uma migraccedilatildeo da
participaccedilatildeo das fontes de energia na matriz energeacutetica brasileira O presente trabalho tem
como objetivo o estudo do uso do cavaco de madeira como uma biomassa alternativa para a
queima numa caldeira flamotubular em uma faacutebrica que necessita do vapor como forccedila
motriz para o funcionamento de seus equipamentos e diversas operaccedilotildees como as de limpeza
de tubulaccedilotildees buscando a otimizaccedilatildeo do custo de produccedilatildeo do vapor analisou-se
economicamente atraveacutes de simulaccedilotildees a substituiccedilatildeo da caldeira antiga que utilizava Gaacutes
como combustiacutevel pela caldeira de biomassa Apontando o projeto de introduccedilatildeo como um
todo o referencial traz uma introduccedilatildeo sobre caldeiras combustiacuteveis e aplicaccedilatildeo logo apoacutes eacute
introduzido a proposta de necessidade e o projeto da caldeira seus componentes todos os
cuidados ao armazenar a biomassa e sua viabilidade tendo como base inicial dos estudos o
aumento do custo de aquisiccedilatildeo do Gaacutes preocupaccedilatildeo com a preservaccedilatildeo do meio ambiente e
reduccedilatildeo de custos Utilizou-se para o estudo a caldeira de uma fabricante de raccedilatildeo animal
localizada na cidade de Trecircs Coraccedilotildees interior do estado de Minas Gerais que atualmente
emprega como combustiacutevel o cavaco de eucalipto para gerar o vapor de aacutegua que eacute utilizado
na produccedilatildeo da raccedilatildeo Apoacutes a introduccedilatildeo da caldeira o projeto cumpriu com o seu intuito os
resultados foram favoraacuteveis e a otimizaccedilatildeo dos custos eacute eminente
Palavras-chave Caldeira Biomassa Geraccedilatildeo Projeto
ABSTRACT
The progressive increase in the price of oil and its derivatives the carbon credits
the concern with the environment the precipitation deficit supporters of rain water and lack of
water resources that the Brazil suffered in the year 2014 promoted a migration of
participation of energy sources in the brazilian energy matrix The present work aims at the
study of the use of wood chips as an alternative to burning biomass in a firetube boiler in a
factory that needs the steam as a driving force for the functioning of its equipment and
various operations as the pipe cleaner seeking the optimization of the cost of production of
the steam it was examined whether economically through simulations replacing the old
boiler using Gas as fuel for biomass boiler Pointing the introduction project as a whole the
benchmark brings an introduction about boilers fuel and immediately after application is
introduced the proposal of necessity and the boiler project its components all care when
storing biomass and your viability based on studies of the increase in the cost of gas concern
with preserving the environment and reducing costs It was used for the study the boiler of a
pet food manufacturer located in the Trecircs Coraccedilotildees interior of the State of Minas Gerais
which currently employs as fuel the eucalyptus chips to generate steam which is used in the
production of feed After the introduction of the boiler the project complied with your order
the results were favorable and the optimization of costs is paramount
Keywords boiler Biomass LNG Generation Project
LISTA DE ILUSTRACcedilOtildeES
Figura 01 ndash Ilustrativo da caldeira 11
Figura 02 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925 12
Figura 03 ndash Caldeira Flamotubular 13
Figura 04 ndash Caldeira Aquatubular 14
Figura 05 ndash Biomassa X Gaacutes 17
Figura 06 ndash Consumidores de vapor 18
Figura 07 ndash Desenho da caldeira estudada 18
Figura 08 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira 19
Figura 09 ndash Componente Tambor de vapor 20
Figura 10 ndash Componente Fornalha 21
Figura 11 ndash Componente Grelha moacutevel 22
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas 22
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas 23
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar 24
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone 24
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio 25
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio 26
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem 27
Figura 19 ndash Componente Chamineacute 27
Figura 20 ndash Componente Soprador de Fuligem 28
Figura 21 ndash Componente Tanque de Condensado 29
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo 29
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor 30
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa 30
Figura 25 ndash Sistema de controle 31
Figura 26 ndash Armazenagem da biomassa 33
Figura 27 ndash Investir na biomassa 34
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 11
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO 12
21 Caldeiras e geradores de vapor 12
211 Breve histoacuterico sobre caldeiras 12
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras 13
2121 Caldeiras flamotubulares 13
2122 Caldeiras aquatubulares 13
213 Manutenccedilatildeo de caldeira 14
22 Combustiacuteveis 15
23 Aplicaccedilatildeo 15
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA 15
4 NECESSIDADE DO PROJETO 16
41 Combustiacutevel renovaacutevel 16
42 Biomassa x gaacutes natural 16
43 Consumidores 17
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor 18
5 PROJETO DA CALDEIRA 18
51 Paracircmetros de projeto 19
52 Configuraccedilatildeo da caldeira 19
53 Principais componentes 20
531 Tambor de vapor 20
532 Fornalha 20
533 Grelha moacutevel 21
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha 22
535 Silo dosador om roscas 23
536 Preacute-aquecedor de ar 23
537 Filtro Multiciclone 24
538 Ventilador de ar primaacuterio 25
539 Ventilador de ar secundaacuterio 25
5310 Exaustor de tiragem 26
5311 Chamineacute 27
5312 Sopradores de fuligem 28
5313 Tanque de condensado 28
5314 Tambor de descarga de fundo 29
5315 Coletor e distribuidor de vapor 29
54 Funcionamento 30
541 Arquitetura do sistema de controle 31
542 Combustiacutevel utilizado 31
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco 32
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco 32
5423 Armazenamento apropriado 32
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO 33
7 RESULTADOS 34
CONCLUSOtildeES 35
REFEREcircNCIAS 36
11
1 INTRODUCcedilAtildeO
ldquoO elevado preccedilo do petroacuteleo e os impactos ao meio ambiente principalmente pela
queima dos combustiacuteveis foacutesseis satildeo fatores que viabilizam o uso da energia renovaacutevel rdquo
(BARROS et al 2006)
O objetivo deste trabalho eacute viabilizar a introduccedilatildeo de uma caldeira de biomassa
flamobutublar em uma induacutestria do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o
cavaco de eucalipto substituindo o antigo meacutetodo de produccedilatildeo de vapor Utilizando como
motivaccedilatildeo inicial a altiacutessima demanda de gaacutes GNL (gaacutes natural liquefeito) na induacutestria
disposto como combustiacutevel na caldeira antiga e seu instaacutevel valor de aquisiccedilatildeo surge a
necessidade de uma reduccedilatildeo de custos uma vez que a unidade depende da geraccedilatildeo de vapor
que eacute utilizado como forccedila motriz em diversas operaccedilotildees de sua produccedilatildeo qualidade e
preocupaccedilatildeo com o meio ambiente Ao longo de todo o tratado acadecircmico dissertado eacute
comentado a necessidade e o projeto da caldeira implementada demonstrando seus principais
componentes e tambeacutem sua configuraccedilatildeo com o objetivo de firmar a proposta de sua
utilizaccedilatildeo
Segundo PERA (1966 p1) ldquogerador de vapor eacute um trocador de calor complexo que
produz vapor a partir de energia teacutermica (combustiacutevel) ar e fluido vaporizante constituiacutedo por
diversos equipamentos associadosrdquo A unidade geradora de vapor instalada possui muitos
componentes que tem como objetivo aproveitar ao maacuteximo a energia liberada na queima do
combustiacutevel e o projeto vem com o intuito de aproveitar ao maacuteximo estes recursos utilizando
uma caldeira dimensionada e de gral tecnoloacutegico elevado otimizando os custos
Figura 1 ndash Ilustrativo da caldeira estudada
Fonte Adaptado de Icavi (2015)
12
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO
Este capiacutetulo tem por objetivo analisar as contribuiccedilotildees teoacutericas que seratildeo utilizadas
para a estruturaccedilatildeo deste estudo Neste sentido ele estaacute dividido em 3 seccedilotildees encadeando os
assuntos selecionados de acordo com o eixo que rege a pesquisa
21 Caldeiras e Geradores de Vapor
As caldeiras ou geradores de vapor satildeo equipamentos anaacutelogos que permitem a
geraccedilatildeo de formas de energia teacutermica de ampla utilizaccedilatildeo tanto em niacutevel industrial quanto
comercial ou residencial o vapor e a aacutegua quente de pressatildeo elevada a partir do calor liberado
pela queima de um combustiacutevel ou pelo calor recuperado de outras fontes (geralmente gases
quentes)
211 Breve histoacuterico sobre Caldeiras
Segundo Mitamura 2005 foi no seacuteculo II aC que Heron de Alexandria realizou uma
seacuterie de experiecircncia e construiu um aparelho que foi o precursor das caldeiras e das turbinas a
vapor Esse aparelho eacute chamado de Eoliacutepila vaporizava aacutegua e movimentava uma esfera em
torno de um eixo Na eacutepoca o estudioso natildeo conseguiu enxergar nenhuma utilidade praacutetica
para seu invento visto que nenhum trabalho uacutetil era produzido por esse movimento mas
muitos seacuteculos mais tarde sua invenccedilatildeo e uso foram uma das bases tecnoloacutegicas da
Revoluccedilatildeo Industrial onde surgiram as primeiras caldeiras
Figura 2 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925
Fonte Memoria22 (2015)
13
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras
Segundo Pazian (2004) conforme o modo de transferecircncia de calor para vaporizar a
aacutegua as caldeiras podem ser classificadas em flamotubulares ou aquatubulares
2121 Caldeiras flamotubulares
Nas caldeiras com a configuraccedilatildeo de flamotubulares ou fogotubulares ocorre que os
gases quentes da combustatildeo circulam no interior de tubos que atravessam o reservatoacuterio de
aacutegua a ser aquecida para produzir vapor Conforme Mitamura (2005) normalmente as
capacidades satildeo restritas agrave pressatildeo maacutexima de 20 kgfcm-2 e produccedilatildeo de 30 tonh -1 e de
acordo com o mesmo autor as caldeiras flamotubulares satildeo mais econocircmicas que as
aquatubulares visto que ateacute 20th -1 de geraccedilatildeo de vapor o custo eacute menor
Figura 3 ndash Caldeira Flamotubular
Fonte Togawa (2017)
2122 Caldeiras Aquatubulares
As caldeiras aquatubulares a aacutegua a ser vaporizada passa no interior de tubos que por
sua vez satildeo envolvidos pelos gases de combustatildeo Os tubos podem estar organizados em
feixes como nos trocadores de calor e as caldeiras que os contecircm aparentam a forma de um
corpo ciliacutendrico ou de paredes de aacutegua como nas caldeiras maiores
14
ldquoSomente foi possiacutevel a obtenccedilatildeo de maiores produccedilotildees de vapor a pressotildees
elevadas e altas temperaturas com o advento das caldeiras de tubos de aacutegua A
circunstacircncia dos tubos estarem situados fora dos corpos das caldeiras a eles se
unindo para constituiacuterem um feixe tubular de aacutegua que compotildee a parte principal de
absorccedilatildeo do calor permite a obtenccedilatildeo de superfiacutecies de aquecimento praticamente
ilimitadas rdquo (PERA 1966 p138)
Esse tipo de caldeira tem mais rendimento por gerar uma maior quantidade de vapor
elevando tambeacutem o niacutevel de pressatildeo
Figura 4 ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Adaptado de Murilo (2013)
213 Manutenccedilatildeo das caldeiras
A manutenccedilatildeo da caldeira eacute fundamental na prevenccedilatildeo de acidentes Os tipos mais
comuns satildeo a manutenccedilatildeo preventiva que eacute a mais barata jaacute que ela conserva o equipamento
e pode ser ateacute considerada como investimento evitando que ela se estrague o proacuteprio
operador de caldeira apoacutes um treinamento eacute capaz de executa-la O outro tipo de manutenccedilatildeo
eacute a corretiva que eacute mais cara e muitas vezes a caldeira deixa de operar por periacuteodos longos o
que reflete no faturamento A norma brasileira NR13 obriga inspeccedilotildees perioacutedicas em um
periacuteodo nunca superior a 12 meses E quando a caldeira completar 25 (vinte e cinco) anos de
15
uso na sua inspeccedilatildeo subsequente deve ser submetida a rigorosa avaliaccedilatildeo de integridade para
determinar a sua vida remanescente e novo prazo maacuteximo para a inspeccedilatildeo caso ainda esteja
em condiccedilotildees de uso
22 Combustiacuteveis
Podem ser utilizados diversos combustiacuteveis em caldeiras sendo eles soacutelidos liacutequidos
ou gasosos o que lhes garante uma oacutetima flexibilidade operacional Dependendo do tipo de
combustiacutevel variam as personalidades de projeto e os componentes baacutesicos da instalaccedilatildeo de
vapor Satildeo inuacutemeras as opccedilotildees de combustiacuteveis para a queima em caldeira e os mais
utilizados satildeo gaacutes GLP gaacutes natural oacuteleos pesados como BPF e biomassas (lenha resiacuteduos de
madeira etc) Os criteacuterios para a escolha do combustiacutevel devem ser adotados por cada
usuaacuterio devendo ser analisados o custo do combustiacutevel posto no local do consumo a
disponibilidade na regiatildeo disponibilidade de matildeo-de-obra influecircncia do meio ambiente e
custobenefiacutecio
23 Aplicaccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo do vapor produzido nas caldeiras assume as mais variadas aplicaccedilotildees
como secagem cozimento geraccedilatildeo de energia lavagem de utensiacutelios desinfecccedilatildeo
aquecimento ambiental pasteurizaccedilatildeo (a parte referente ao aquecimento) dentre outros
Encontrado nos mais variados setores tais como industrial terciaacuterio e residencial
(notadamente nos paiacuteses de clima frio e no Brasil no sul do paiacutes e em certas localidades de
temperatura mais baixa como Campos do Jordatildeo) sua forma mais usual eacute a estacionaacuteria
poreacutem pode ocorrer de se verificar o emprego de caldeiras em sistemas moacuteveis tal como as
antigas locomotivas a vapor certas embarcaccedilotildees navais de grande porte e mesmo existe o
registro de pequenas caldeiras compactas transportadas em caminhotildees
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA
A demonstraccedilatildeo da importacircncia do objeto de estudo se deu em uma importante
empresa multinacional que atua no ramo alimentiacutecio com alimentos para catildees e gatos raccedilotildees
para animais de produccedilatildeo e ldquosnacksrdquo para catildees e gatos com sede fabril situada em Trecircs
Coraccedilotildees a empresa estaacute entre as 10 maiores empresas do ramo de ldquoPet Foodrdquo do mundo
16
4 NECESSIDADE DO PROJETO
O setor hidreleacutetrico tem sofrido grande baixa de alguns anos atraacutes ateacute o momento
cooperando portanto para a geraccedilatildeo e cogeraccedilatildeo de energia em termeleacutetricas que utilizam
fontes renovaacuteveis de energia como combustiacutevel como por exemplo bagaccedilo de cana cavaco
casca de arroz cavaco de eucalipto entre outros
Na empresa estudada o vapor eacute utilizado principalmente no processo de extrusatildeo de
alimentos completos na forma de energia teacutermica para cozimento da massa Antes do projeto
a fonte de combustiacutevel (gaacutes natural) era fornecida em caminhatildeo tanque que abastecia a
central de armazenagem e distribuiccedilatildeo do fornecedor instalada na planta posteriormente
alimentando a caldeira O combustiacutevel representa uma parcela consideraacutevel do custo
operacional o objetivo principal basicamente eacute reduzir o custo da tonelada de vapor
consequentemente o custo operacional da tonelada do produto acabado
41 Combustiacutevel Renovaacutevel
Os combustiacuteveis renovaacuteveis utilizam como mateacuteria-prima elementos renovaacuteveis para a
natureza como a cana-de-accediluacutecar usada na fabricaccedilatildeo do aacutelcool e tambeacutem de vaacuterios outros
vegetais como a mamona utilizado para a fabricaccedilatildeo do biodiesel ou outros oacuteleos vegetais que
podem ser utilizados diretamente em motores agrave diesel com algumas adaptaccedilotildees A biomassa
substitui a utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis como o carvatildeo e o petroacuteleo que agridem o meio
ambiente no processo de geraccedilatildeo de vapor nas induacutestrias aleacutem de ser um combustiacutevel mais
barato e renovaacutevel A biomassa proveniente do cavaco de madeira atua como alternativa de
fonte renovaacutevel para reduzir a produccedilatildeo de dioacutexido de carbono (CO2) pelos polos industriais
em um momento em que a comunidade global sobretudo os profissionais das aacutereas voltadas
ao meio ambiente mencionam o aquecimento global
42 Biomassa x Gaacutes Natural
Atraveacutes do desenvolvimento industrial diversas induacutestrias aderiram a geraccedilatildeo e
produccedilatildeo de vapor em suas plantas utilizando o mesmo em seu processo de produccedilatildeo O
grande ponto negativo eacute a dependecircncia do combustiacutevel utilizado assim o procedimento pode
levar emissatildeo de CO2 um dos principais causadores do aquecimento global Segundo Duarte
(2017) o gaacutes natural eacute uma fonte natildeo-renovaacutevel que foi formada por milhotildees de anos nos
17
reservatoacuterios subterracircneos do planeta Seu processo de produccedilatildeo desde a exploraccedilatildeo
processamento ateacute o transporte pode gerar grandes impactos no ambiente como
derramamentos de navios petroleiros vazamentos em plataformas e gasodutos Tem tambeacutem
a desvantagem de ter contaminantes altamente toacutexicos que tem de ser eliminados no processo
de refinamento
Figura 5 ndash Biomassa X Gaacutes
Fonte O autor
Os problemas gerados por seu uso nas usinas termeleacutetricas em especial a necessidade
de um sistema de resfriamento causando desperdiacutecio de aacutegua
Conforme Magalhatildees (2018) a biomassa eacute obtida atraveacutes da decomposiccedilatildeo de uma
variedade de recursos renovaacuteveis como plantas madeira resiacuteduos agriacutecolas restos de
alimentos excrementos e ateacute do lixo O Brasil possui situaccedilatildeo privilegiada para produccedilatildeo de
biomassa em larga escala pois existem extensas aacutereas cultivaacuteveis e condiccedilotildees climaacuteticas
favoraacuteveis ao longo do ano
43 Consumidores
Na faacutebrica onde estaacute situada a caldeira estudada o vapor eacute utilizado principalmente no
processo de extrusatildeo e peletizaccedilatildeo de alimentos completos na forma de energia teacutermica para
cozimento da massa e tambeacutem na parte de higienizaccedilatildeo das tubulaccedilotildees que recebem o vapor
para limpeza destes Estas operaccedilotildees satildeo de suma importacircncia para um produto final de
qualidade a confiabilidade na geraccedilatildeo de vapor deve ser de extrema precisatildeo para que as
maacutequinas que necessitam de forccedila motriz atingem seu maior potencial de produccedilatildeo tendo
como base a alta demanda de produto acabado
18
Figura 6 ndash Consumidores de vapor
Fonte (O Autor)
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor
O projeto possui uma seacuterie de questotildees positivas referente a parte ambiental e
econocircmica como base a geraccedilatildeo de vapor com recursos sustentaacuteveis no processo de
gerenciamento de produccedilatildeo de vapor esta operaccedilatildeo conta com pacotes computacionais para o
monitoramento do volume e da pressatildeo de vapor gerados pelas caldeiras de maneira a atender
agrave demanda de vapor com seguranccedila trabalhando ldquocorretamenterdquo levando a reduccedilatildeo de custo
por tonelada de vapor e reduccedilatildeo do custo do produto final
5 PROJETO DA CALDEIRA
As caracteriacutesticas gerais do projeto tendo como base as necessidades solicitadas foram
divididas em partes para facilitar o entendimento durante e consulta poacutes projeto conforme
imagem a baixo
Figura 7 ndash Desenho da caldeira
Fonte O autor
19
51 Paracircmetros de projeto
A seleccedilatildeo do tipo de unidade ou o projeto de uma nova unidade para uma certa
atividade depende de muitos fatores dentre os quais
Vazatildeo pressatildeo e temperatura do vapor vivo
Temperatura e condiccedilotildees da aacutegua de alimentaccedilatildeo da caldeira
Caracteriacutesticas de consumo do vapor gerado e tipo de serviccedilo a ser atendido
Esquema de atendimento da unidade de processo
Combustiacuteveis empregados e processo de combustatildeo
Eficiecircncia operacional
52 Configuraccedilatildeo da caldeira
A configuraccedilatildeo escolhida foi do tipo flamotubular mista com fornalha aquatubular e
corpo de evaporaccedilatildeo fogotubular de dois passes A fornalha tem paredes de tubos envolvidos
por tijolos refrataacuterios e dividem-se em cacircmara de combustatildeo e cacircmara poacutes queima O
grelhado eacute moacutevel e inclinado
Figura 8 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira
Fonte O autor
20
53 Principais Componentes
Abaixo listado alguns dos principais componentes que compotildeem a configuraccedilatildeo da
caldeira
531 Tambor de Vapor
O tambor de vapor da caldeira seraacute dimensionado de forma a propiciar um volume de
aacutegua e vapor que permita variaccedilotildees na carga com miacutenima variaccedilatildeo de pressatildeo na caldeira
mantendo a pureza do vapor na saiacuteda da mesma
Figura 9 ndash Componente Tambor de Vapor
Fonte O autor
532 Fornalha
A fornalha onde eacute instalada a grelha oscilante para a queima do combustiacutevel eacute
construiacuteda de tubos espaccedilados e recobertos de tijolos refrataacuterios especiais de forma a revestir
completamente os tubos de aacutegua formando uma superfiacutecie radiante para otimizar a
combustatildeo da biomassa Constituiacuteda de tubos soldados a coletores formando as paredes de
aacutegua resultando em uma oacutetima absorccedilatildeo de calor Conjuntamente com a fornalha satildeo
fornecidos dutos de ar de alta pressatildeo cuja finalidade eacute fornecer ar para o sistema de ar
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
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26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
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HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
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MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
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MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
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MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
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PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
ldquoTalvez natildeo tenha conseguido fazer o
melhor mas lutei para que o melhor
fosse feito Natildeo sou o que deveria ser
mas Graccedilas a Deus natildeo sou o que era
antesrdquo
Marthin Luther King
RESUMO
O progressivo aumento no preccedilo do petroacuteleo e seus derivados os creacuteditos de carbonos
a preocupaccedilatildeo com o meio ambiente adeptos ao deacuteficit de precipitaccedilatildeo de aacutegua de chuva e
falta de recursos hiacutedricos que o Brasil sofreu no ano de 2014 promoveu uma migraccedilatildeo da
participaccedilatildeo das fontes de energia na matriz energeacutetica brasileira O presente trabalho tem
como objetivo o estudo do uso do cavaco de madeira como uma biomassa alternativa para a
queima numa caldeira flamotubular em uma faacutebrica que necessita do vapor como forccedila
motriz para o funcionamento de seus equipamentos e diversas operaccedilotildees como as de limpeza
de tubulaccedilotildees buscando a otimizaccedilatildeo do custo de produccedilatildeo do vapor analisou-se
economicamente atraveacutes de simulaccedilotildees a substituiccedilatildeo da caldeira antiga que utilizava Gaacutes
como combustiacutevel pela caldeira de biomassa Apontando o projeto de introduccedilatildeo como um
todo o referencial traz uma introduccedilatildeo sobre caldeiras combustiacuteveis e aplicaccedilatildeo logo apoacutes eacute
introduzido a proposta de necessidade e o projeto da caldeira seus componentes todos os
cuidados ao armazenar a biomassa e sua viabilidade tendo como base inicial dos estudos o
aumento do custo de aquisiccedilatildeo do Gaacutes preocupaccedilatildeo com a preservaccedilatildeo do meio ambiente e
reduccedilatildeo de custos Utilizou-se para o estudo a caldeira de uma fabricante de raccedilatildeo animal
localizada na cidade de Trecircs Coraccedilotildees interior do estado de Minas Gerais que atualmente
emprega como combustiacutevel o cavaco de eucalipto para gerar o vapor de aacutegua que eacute utilizado
na produccedilatildeo da raccedilatildeo Apoacutes a introduccedilatildeo da caldeira o projeto cumpriu com o seu intuito os
resultados foram favoraacuteveis e a otimizaccedilatildeo dos custos eacute eminente
Palavras-chave Caldeira Biomassa Geraccedilatildeo Projeto
ABSTRACT
The progressive increase in the price of oil and its derivatives the carbon credits
the concern with the environment the precipitation deficit supporters of rain water and lack of
water resources that the Brazil suffered in the year 2014 promoted a migration of
participation of energy sources in the brazilian energy matrix The present work aims at the
study of the use of wood chips as an alternative to burning biomass in a firetube boiler in a
factory that needs the steam as a driving force for the functioning of its equipment and
various operations as the pipe cleaner seeking the optimization of the cost of production of
the steam it was examined whether economically through simulations replacing the old
boiler using Gas as fuel for biomass boiler Pointing the introduction project as a whole the
benchmark brings an introduction about boilers fuel and immediately after application is
introduced the proposal of necessity and the boiler project its components all care when
storing biomass and your viability based on studies of the increase in the cost of gas concern
with preserving the environment and reducing costs It was used for the study the boiler of a
pet food manufacturer located in the Trecircs Coraccedilotildees interior of the State of Minas Gerais
which currently employs as fuel the eucalyptus chips to generate steam which is used in the
production of feed After the introduction of the boiler the project complied with your order
the results were favorable and the optimization of costs is paramount
Keywords boiler Biomass LNG Generation Project
LISTA DE ILUSTRACcedilOtildeES
Figura 01 ndash Ilustrativo da caldeira 11
Figura 02 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925 12
Figura 03 ndash Caldeira Flamotubular 13
Figura 04 ndash Caldeira Aquatubular 14
Figura 05 ndash Biomassa X Gaacutes 17
Figura 06 ndash Consumidores de vapor 18
Figura 07 ndash Desenho da caldeira estudada 18
Figura 08 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira 19
Figura 09 ndash Componente Tambor de vapor 20
Figura 10 ndash Componente Fornalha 21
Figura 11 ndash Componente Grelha moacutevel 22
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas 22
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas 23
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar 24
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone 24
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio 25
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio 26
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem 27
Figura 19 ndash Componente Chamineacute 27
Figura 20 ndash Componente Soprador de Fuligem 28
Figura 21 ndash Componente Tanque de Condensado 29
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo 29
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor 30
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa 30
Figura 25 ndash Sistema de controle 31
Figura 26 ndash Armazenagem da biomassa 33
Figura 27 ndash Investir na biomassa 34
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 11
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO 12
21 Caldeiras e geradores de vapor 12
211 Breve histoacuterico sobre caldeiras 12
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras 13
2121 Caldeiras flamotubulares 13
2122 Caldeiras aquatubulares 13
213 Manutenccedilatildeo de caldeira 14
22 Combustiacuteveis 15
23 Aplicaccedilatildeo 15
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA 15
4 NECESSIDADE DO PROJETO 16
41 Combustiacutevel renovaacutevel 16
42 Biomassa x gaacutes natural 16
43 Consumidores 17
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor 18
5 PROJETO DA CALDEIRA 18
51 Paracircmetros de projeto 19
52 Configuraccedilatildeo da caldeira 19
53 Principais componentes 20
531 Tambor de vapor 20
532 Fornalha 20
533 Grelha moacutevel 21
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha 22
535 Silo dosador om roscas 23
536 Preacute-aquecedor de ar 23
537 Filtro Multiciclone 24
538 Ventilador de ar primaacuterio 25
539 Ventilador de ar secundaacuterio 25
5310 Exaustor de tiragem 26
5311 Chamineacute 27
5312 Sopradores de fuligem 28
5313 Tanque de condensado 28
5314 Tambor de descarga de fundo 29
5315 Coletor e distribuidor de vapor 29
54 Funcionamento 30
541 Arquitetura do sistema de controle 31
542 Combustiacutevel utilizado 31
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco 32
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco 32
5423 Armazenamento apropriado 32
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO 33
7 RESULTADOS 34
CONCLUSOtildeES 35
REFEREcircNCIAS 36
11
1 INTRODUCcedilAtildeO
ldquoO elevado preccedilo do petroacuteleo e os impactos ao meio ambiente principalmente pela
queima dos combustiacuteveis foacutesseis satildeo fatores que viabilizam o uso da energia renovaacutevel rdquo
(BARROS et al 2006)
O objetivo deste trabalho eacute viabilizar a introduccedilatildeo de uma caldeira de biomassa
flamobutublar em uma induacutestria do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o
cavaco de eucalipto substituindo o antigo meacutetodo de produccedilatildeo de vapor Utilizando como
motivaccedilatildeo inicial a altiacutessima demanda de gaacutes GNL (gaacutes natural liquefeito) na induacutestria
disposto como combustiacutevel na caldeira antiga e seu instaacutevel valor de aquisiccedilatildeo surge a
necessidade de uma reduccedilatildeo de custos uma vez que a unidade depende da geraccedilatildeo de vapor
que eacute utilizado como forccedila motriz em diversas operaccedilotildees de sua produccedilatildeo qualidade e
preocupaccedilatildeo com o meio ambiente Ao longo de todo o tratado acadecircmico dissertado eacute
comentado a necessidade e o projeto da caldeira implementada demonstrando seus principais
componentes e tambeacutem sua configuraccedilatildeo com o objetivo de firmar a proposta de sua
utilizaccedilatildeo
Segundo PERA (1966 p1) ldquogerador de vapor eacute um trocador de calor complexo que
produz vapor a partir de energia teacutermica (combustiacutevel) ar e fluido vaporizante constituiacutedo por
diversos equipamentos associadosrdquo A unidade geradora de vapor instalada possui muitos
componentes que tem como objetivo aproveitar ao maacuteximo a energia liberada na queima do
combustiacutevel e o projeto vem com o intuito de aproveitar ao maacuteximo estes recursos utilizando
uma caldeira dimensionada e de gral tecnoloacutegico elevado otimizando os custos
Figura 1 ndash Ilustrativo da caldeira estudada
Fonte Adaptado de Icavi (2015)
12
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO
Este capiacutetulo tem por objetivo analisar as contribuiccedilotildees teoacutericas que seratildeo utilizadas
para a estruturaccedilatildeo deste estudo Neste sentido ele estaacute dividido em 3 seccedilotildees encadeando os
assuntos selecionados de acordo com o eixo que rege a pesquisa
21 Caldeiras e Geradores de Vapor
As caldeiras ou geradores de vapor satildeo equipamentos anaacutelogos que permitem a
geraccedilatildeo de formas de energia teacutermica de ampla utilizaccedilatildeo tanto em niacutevel industrial quanto
comercial ou residencial o vapor e a aacutegua quente de pressatildeo elevada a partir do calor liberado
pela queima de um combustiacutevel ou pelo calor recuperado de outras fontes (geralmente gases
quentes)
211 Breve histoacuterico sobre Caldeiras
Segundo Mitamura 2005 foi no seacuteculo II aC que Heron de Alexandria realizou uma
seacuterie de experiecircncia e construiu um aparelho que foi o precursor das caldeiras e das turbinas a
vapor Esse aparelho eacute chamado de Eoliacutepila vaporizava aacutegua e movimentava uma esfera em
torno de um eixo Na eacutepoca o estudioso natildeo conseguiu enxergar nenhuma utilidade praacutetica
para seu invento visto que nenhum trabalho uacutetil era produzido por esse movimento mas
muitos seacuteculos mais tarde sua invenccedilatildeo e uso foram uma das bases tecnoloacutegicas da
Revoluccedilatildeo Industrial onde surgiram as primeiras caldeiras
Figura 2 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925
Fonte Memoria22 (2015)
13
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras
Segundo Pazian (2004) conforme o modo de transferecircncia de calor para vaporizar a
aacutegua as caldeiras podem ser classificadas em flamotubulares ou aquatubulares
2121 Caldeiras flamotubulares
Nas caldeiras com a configuraccedilatildeo de flamotubulares ou fogotubulares ocorre que os
gases quentes da combustatildeo circulam no interior de tubos que atravessam o reservatoacuterio de
aacutegua a ser aquecida para produzir vapor Conforme Mitamura (2005) normalmente as
capacidades satildeo restritas agrave pressatildeo maacutexima de 20 kgfcm-2 e produccedilatildeo de 30 tonh -1 e de
acordo com o mesmo autor as caldeiras flamotubulares satildeo mais econocircmicas que as
aquatubulares visto que ateacute 20th -1 de geraccedilatildeo de vapor o custo eacute menor
Figura 3 ndash Caldeira Flamotubular
Fonte Togawa (2017)
2122 Caldeiras Aquatubulares
As caldeiras aquatubulares a aacutegua a ser vaporizada passa no interior de tubos que por
sua vez satildeo envolvidos pelos gases de combustatildeo Os tubos podem estar organizados em
feixes como nos trocadores de calor e as caldeiras que os contecircm aparentam a forma de um
corpo ciliacutendrico ou de paredes de aacutegua como nas caldeiras maiores
14
ldquoSomente foi possiacutevel a obtenccedilatildeo de maiores produccedilotildees de vapor a pressotildees
elevadas e altas temperaturas com o advento das caldeiras de tubos de aacutegua A
circunstacircncia dos tubos estarem situados fora dos corpos das caldeiras a eles se
unindo para constituiacuterem um feixe tubular de aacutegua que compotildee a parte principal de
absorccedilatildeo do calor permite a obtenccedilatildeo de superfiacutecies de aquecimento praticamente
ilimitadas rdquo (PERA 1966 p138)
Esse tipo de caldeira tem mais rendimento por gerar uma maior quantidade de vapor
elevando tambeacutem o niacutevel de pressatildeo
Figura 4 ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Adaptado de Murilo (2013)
213 Manutenccedilatildeo das caldeiras
A manutenccedilatildeo da caldeira eacute fundamental na prevenccedilatildeo de acidentes Os tipos mais
comuns satildeo a manutenccedilatildeo preventiva que eacute a mais barata jaacute que ela conserva o equipamento
e pode ser ateacute considerada como investimento evitando que ela se estrague o proacuteprio
operador de caldeira apoacutes um treinamento eacute capaz de executa-la O outro tipo de manutenccedilatildeo
eacute a corretiva que eacute mais cara e muitas vezes a caldeira deixa de operar por periacuteodos longos o
que reflete no faturamento A norma brasileira NR13 obriga inspeccedilotildees perioacutedicas em um
periacuteodo nunca superior a 12 meses E quando a caldeira completar 25 (vinte e cinco) anos de
15
uso na sua inspeccedilatildeo subsequente deve ser submetida a rigorosa avaliaccedilatildeo de integridade para
determinar a sua vida remanescente e novo prazo maacuteximo para a inspeccedilatildeo caso ainda esteja
em condiccedilotildees de uso
22 Combustiacuteveis
Podem ser utilizados diversos combustiacuteveis em caldeiras sendo eles soacutelidos liacutequidos
ou gasosos o que lhes garante uma oacutetima flexibilidade operacional Dependendo do tipo de
combustiacutevel variam as personalidades de projeto e os componentes baacutesicos da instalaccedilatildeo de
vapor Satildeo inuacutemeras as opccedilotildees de combustiacuteveis para a queima em caldeira e os mais
utilizados satildeo gaacutes GLP gaacutes natural oacuteleos pesados como BPF e biomassas (lenha resiacuteduos de
madeira etc) Os criteacuterios para a escolha do combustiacutevel devem ser adotados por cada
usuaacuterio devendo ser analisados o custo do combustiacutevel posto no local do consumo a
disponibilidade na regiatildeo disponibilidade de matildeo-de-obra influecircncia do meio ambiente e
custobenefiacutecio
23 Aplicaccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo do vapor produzido nas caldeiras assume as mais variadas aplicaccedilotildees
como secagem cozimento geraccedilatildeo de energia lavagem de utensiacutelios desinfecccedilatildeo
aquecimento ambiental pasteurizaccedilatildeo (a parte referente ao aquecimento) dentre outros
Encontrado nos mais variados setores tais como industrial terciaacuterio e residencial
(notadamente nos paiacuteses de clima frio e no Brasil no sul do paiacutes e em certas localidades de
temperatura mais baixa como Campos do Jordatildeo) sua forma mais usual eacute a estacionaacuteria
poreacutem pode ocorrer de se verificar o emprego de caldeiras em sistemas moacuteveis tal como as
antigas locomotivas a vapor certas embarcaccedilotildees navais de grande porte e mesmo existe o
registro de pequenas caldeiras compactas transportadas em caminhotildees
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA
A demonstraccedilatildeo da importacircncia do objeto de estudo se deu em uma importante
empresa multinacional que atua no ramo alimentiacutecio com alimentos para catildees e gatos raccedilotildees
para animais de produccedilatildeo e ldquosnacksrdquo para catildees e gatos com sede fabril situada em Trecircs
Coraccedilotildees a empresa estaacute entre as 10 maiores empresas do ramo de ldquoPet Foodrdquo do mundo
16
4 NECESSIDADE DO PROJETO
O setor hidreleacutetrico tem sofrido grande baixa de alguns anos atraacutes ateacute o momento
cooperando portanto para a geraccedilatildeo e cogeraccedilatildeo de energia em termeleacutetricas que utilizam
fontes renovaacuteveis de energia como combustiacutevel como por exemplo bagaccedilo de cana cavaco
casca de arroz cavaco de eucalipto entre outros
Na empresa estudada o vapor eacute utilizado principalmente no processo de extrusatildeo de
alimentos completos na forma de energia teacutermica para cozimento da massa Antes do projeto
a fonte de combustiacutevel (gaacutes natural) era fornecida em caminhatildeo tanque que abastecia a
central de armazenagem e distribuiccedilatildeo do fornecedor instalada na planta posteriormente
alimentando a caldeira O combustiacutevel representa uma parcela consideraacutevel do custo
operacional o objetivo principal basicamente eacute reduzir o custo da tonelada de vapor
consequentemente o custo operacional da tonelada do produto acabado
41 Combustiacutevel Renovaacutevel
Os combustiacuteveis renovaacuteveis utilizam como mateacuteria-prima elementos renovaacuteveis para a
natureza como a cana-de-accediluacutecar usada na fabricaccedilatildeo do aacutelcool e tambeacutem de vaacuterios outros
vegetais como a mamona utilizado para a fabricaccedilatildeo do biodiesel ou outros oacuteleos vegetais que
podem ser utilizados diretamente em motores agrave diesel com algumas adaptaccedilotildees A biomassa
substitui a utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis como o carvatildeo e o petroacuteleo que agridem o meio
ambiente no processo de geraccedilatildeo de vapor nas induacutestrias aleacutem de ser um combustiacutevel mais
barato e renovaacutevel A biomassa proveniente do cavaco de madeira atua como alternativa de
fonte renovaacutevel para reduzir a produccedilatildeo de dioacutexido de carbono (CO2) pelos polos industriais
em um momento em que a comunidade global sobretudo os profissionais das aacutereas voltadas
ao meio ambiente mencionam o aquecimento global
42 Biomassa x Gaacutes Natural
Atraveacutes do desenvolvimento industrial diversas induacutestrias aderiram a geraccedilatildeo e
produccedilatildeo de vapor em suas plantas utilizando o mesmo em seu processo de produccedilatildeo O
grande ponto negativo eacute a dependecircncia do combustiacutevel utilizado assim o procedimento pode
levar emissatildeo de CO2 um dos principais causadores do aquecimento global Segundo Duarte
(2017) o gaacutes natural eacute uma fonte natildeo-renovaacutevel que foi formada por milhotildees de anos nos
17
reservatoacuterios subterracircneos do planeta Seu processo de produccedilatildeo desde a exploraccedilatildeo
processamento ateacute o transporte pode gerar grandes impactos no ambiente como
derramamentos de navios petroleiros vazamentos em plataformas e gasodutos Tem tambeacutem
a desvantagem de ter contaminantes altamente toacutexicos que tem de ser eliminados no processo
de refinamento
Figura 5 ndash Biomassa X Gaacutes
Fonte O autor
Os problemas gerados por seu uso nas usinas termeleacutetricas em especial a necessidade
de um sistema de resfriamento causando desperdiacutecio de aacutegua
Conforme Magalhatildees (2018) a biomassa eacute obtida atraveacutes da decomposiccedilatildeo de uma
variedade de recursos renovaacuteveis como plantas madeira resiacuteduos agriacutecolas restos de
alimentos excrementos e ateacute do lixo O Brasil possui situaccedilatildeo privilegiada para produccedilatildeo de
biomassa em larga escala pois existem extensas aacutereas cultivaacuteveis e condiccedilotildees climaacuteticas
favoraacuteveis ao longo do ano
43 Consumidores
Na faacutebrica onde estaacute situada a caldeira estudada o vapor eacute utilizado principalmente no
processo de extrusatildeo e peletizaccedilatildeo de alimentos completos na forma de energia teacutermica para
cozimento da massa e tambeacutem na parte de higienizaccedilatildeo das tubulaccedilotildees que recebem o vapor
para limpeza destes Estas operaccedilotildees satildeo de suma importacircncia para um produto final de
qualidade a confiabilidade na geraccedilatildeo de vapor deve ser de extrema precisatildeo para que as
maacutequinas que necessitam de forccedila motriz atingem seu maior potencial de produccedilatildeo tendo
como base a alta demanda de produto acabado
18
Figura 6 ndash Consumidores de vapor
Fonte (O Autor)
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor
O projeto possui uma seacuterie de questotildees positivas referente a parte ambiental e
econocircmica como base a geraccedilatildeo de vapor com recursos sustentaacuteveis no processo de
gerenciamento de produccedilatildeo de vapor esta operaccedilatildeo conta com pacotes computacionais para o
monitoramento do volume e da pressatildeo de vapor gerados pelas caldeiras de maneira a atender
agrave demanda de vapor com seguranccedila trabalhando ldquocorretamenterdquo levando a reduccedilatildeo de custo
por tonelada de vapor e reduccedilatildeo do custo do produto final
5 PROJETO DA CALDEIRA
As caracteriacutesticas gerais do projeto tendo como base as necessidades solicitadas foram
divididas em partes para facilitar o entendimento durante e consulta poacutes projeto conforme
imagem a baixo
Figura 7 ndash Desenho da caldeira
Fonte O autor
19
51 Paracircmetros de projeto
A seleccedilatildeo do tipo de unidade ou o projeto de uma nova unidade para uma certa
atividade depende de muitos fatores dentre os quais
Vazatildeo pressatildeo e temperatura do vapor vivo
Temperatura e condiccedilotildees da aacutegua de alimentaccedilatildeo da caldeira
Caracteriacutesticas de consumo do vapor gerado e tipo de serviccedilo a ser atendido
Esquema de atendimento da unidade de processo
Combustiacuteveis empregados e processo de combustatildeo
Eficiecircncia operacional
52 Configuraccedilatildeo da caldeira
A configuraccedilatildeo escolhida foi do tipo flamotubular mista com fornalha aquatubular e
corpo de evaporaccedilatildeo fogotubular de dois passes A fornalha tem paredes de tubos envolvidos
por tijolos refrataacuterios e dividem-se em cacircmara de combustatildeo e cacircmara poacutes queima O
grelhado eacute moacutevel e inclinado
Figura 8 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira
Fonte O autor
20
53 Principais Componentes
Abaixo listado alguns dos principais componentes que compotildeem a configuraccedilatildeo da
caldeira
531 Tambor de Vapor
O tambor de vapor da caldeira seraacute dimensionado de forma a propiciar um volume de
aacutegua e vapor que permita variaccedilotildees na carga com miacutenima variaccedilatildeo de pressatildeo na caldeira
mantendo a pureza do vapor na saiacuteda da mesma
Figura 9 ndash Componente Tambor de Vapor
Fonte O autor
532 Fornalha
A fornalha onde eacute instalada a grelha oscilante para a queima do combustiacutevel eacute
construiacuteda de tubos espaccedilados e recobertos de tijolos refrataacuterios especiais de forma a revestir
completamente os tubos de aacutegua formando uma superfiacutecie radiante para otimizar a
combustatildeo da biomassa Constituiacuteda de tubos soldados a coletores formando as paredes de
aacutegua resultando em uma oacutetima absorccedilatildeo de calor Conjuntamente com a fornalha satildeo
fornecidos dutos de ar de alta pressatildeo cuja finalidade eacute fornecer ar para o sistema de ar
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
lt httpstodamateriacombrgas-natural-utilizacao-vantagens-e-desvantagensgt Acesso em
26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
lthttpswwwtodamateriacombrbiomassagt Acesso em 26 Jul 2018
MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
RESUMO
O progressivo aumento no preccedilo do petroacuteleo e seus derivados os creacuteditos de carbonos
a preocupaccedilatildeo com o meio ambiente adeptos ao deacuteficit de precipitaccedilatildeo de aacutegua de chuva e
falta de recursos hiacutedricos que o Brasil sofreu no ano de 2014 promoveu uma migraccedilatildeo da
participaccedilatildeo das fontes de energia na matriz energeacutetica brasileira O presente trabalho tem
como objetivo o estudo do uso do cavaco de madeira como uma biomassa alternativa para a
queima numa caldeira flamotubular em uma faacutebrica que necessita do vapor como forccedila
motriz para o funcionamento de seus equipamentos e diversas operaccedilotildees como as de limpeza
de tubulaccedilotildees buscando a otimizaccedilatildeo do custo de produccedilatildeo do vapor analisou-se
economicamente atraveacutes de simulaccedilotildees a substituiccedilatildeo da caldeira antiga que utilizava Gaacutes
como combustiacutevel pela caldeira de biomassa Apontando o projeto de introduccedilatildeo como um
todo o referencial traz uma introduccedilatildeo sobre caldeiras combustiacuteveis e aplicaccedilatildeo logo apoacutes eacute
introduzido a proposta de necessidade e o projeto da caldeira seus componentes todos os
cuidados ao armazenar a biomassa e sua viabilidade tendo como base inicial dos estudos o
aumento do custo de aquisiccedilatildeo do Gaacutes preocupaccedilatildeo com a preservaccedilatildeo do meio ambiente e
reduccedilatildeo de custos Utilizou-se para o estudo a caldeira de uma fabricante de raccedilatildeo animal
localizada na cidade de Trecircs Coraccedilotildees interior do estado de Minas Gerais que atualmente
emprega como combustiacutevel o cavaco de eucalipto para gerar o vapor de aacutegua que eacute utilizado
na produccedilatildeo da raccedilatildeo Apoacutes a introduccedilatildeo da caldeira o projeto cumpriu com o seu intuito os
resultados foram favoraacuteveis e a otimizaccedilatildeo dos custos eacute eminente
Palavras-chave Caldeira Biomassa Geraccedilatildeo Projeto
ABSTRACT
The progressive increase in the price of oil and its derivatives the carbon credits
the concern with the environment the precipitation deficit supporters of rain water and lack of
water resources that the Brazil suffered in the year 2014 promoted a migration of
participation of energy sources in the brazilian energy matrix The present work aims at the
study of the use of wood chips as an alternative to burning biomass in a firetube boiler in a
factory that needs the steam as a driving force for the functioning of its equipment and
various operations as the pipe cleaner seeking the optimization of the cost of production of
the steam it was examined whether economically through simulations replacing the old
boiler using Gas as fuel for biomass boiler Pointing the introduction project as a whole the
benchmark brings an introduction about boilers fuel and immediately after application is
introduced the proposal of necessity and the boiler project its components all care when
storing biomass and your viability based on studies of the increase in the cost of gas concern
with preserving the environment and reducing costs It was used for the study the boiler of a
pet food manufacturer located in the Trecircs Coraccedilotildees interior of the State of Minas Gerais
which currently employs as fuel the eucalyptus chips to generate steam which is used in the
production of feed After the introduction of the boiler the project complied with your order
the results were favorable and the optimization of costs is paramount
Keywords boiler Biomass LNG Generation Project
LISTA DE ILUSTRACcedilOtildeES
Figura 01 ndash Ilustrativo da caldeira 11
Figura 02 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925 12
Figura 03 ndash Caldeira Flamotubular 13
Figura 04 ndash Caldeira Aquatubular 14
Figura 05 ndash Biomassa X Gaacutes 17
Figura 06 ndash Consumidores de vapor 18
Figura 07 ndash Desenho da caldeira estudada 18
Figura 08 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira 19
Figura 09 ndash Componente Tambor de vapor 20
Figura 10 ndash Componente Fornalha 21
Figura 11 ndash Componente Grelha moacutevel 22
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas 22
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas 23
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar 24
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone 24
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio 25
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio 26
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem 27
Figura 19 ndash Componente Chamineacute 27
Figura 20 ndash Componente Soprador de Fuligem 28
Figura 21 ndash Componente Tanque de Condensado 29
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo 29
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor 30
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa 30
Figura 25 ndash Sistema de controle 31
Figura 26 ndash Armazenagem da biomassa 33
Figura 27 ndash Investir na biomassa 34
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 11
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO 12
21 Caldeiras e geradores de vapor 12
211 Breve histoacuterico sobre caldeiras 12
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras 13
2121 Caldeiras flamotubulares 13
2122 Caldeiras aquatubulares 13
213 Manutenccedilatildeo de caldeira 14
22 Combustiacuteveis 15
23 Aplicaccedilatildeo 15
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA 15
4 NECESSIDADE DO PROJETO 16
41 Combustiacutevel renovaacutevel 16
42 Biomassa x gaacutes natural 16
43 Consumidores 17
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor 18
5 PROJETO DA CALDEIRA 18
51 Paracircmetros de projeto 19
52 Configuraccedilatildeo da caldeira 19
53 Principais componentes 20
531 Tambor de vapor 20
532 Fornalha 20
533 Grelha moacutevel 21
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha 22
535 Silo dosador om roscas 23
536 Preacute-aquecedor de ar 23
537 Filtro Multiciclone 24
538 Ventilador de ar primaacuterio 25
539 Ventilador de ar secundaacuterio 25
5310 Exaustor de tiragem 26
5311 Chamineacute 27
5312 Sopradores de fuligem 28
5313 Tanque de condensado 28
5314 Tambor de descarga de fundo 29
5315 Coletor e distribuidor de vapor 29
54 Funcionamento 30
541 Arquitetura do sistema de controle 31
542 Combustiacutevel utilizado 31
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco 32
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco 32
5423 Armazenamento apropriado 32
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO 33
7 RESULTADOS 34
CONCLUSOtildeES 35
REFEREcircNCIAS 36
11
1 INTRODUCcedilAtildeO
ldquoO elevado preccedilo do petroacuteleo e os impactos ao meio ambiente principalmente pela
queima dos combustiacuteveis foacutesseis satildeo fatores que viabilizam o uso da energia renovaacutevel rdquo
(BARROS et al 2006)
O objetivo deste trabalho eacute viabilizar a introduccedilatildeo de uma caldeira de biomassa
flamobutublar em uma induacutestria do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o
cavaco de eucalipto substituindo o antigo meacutetodo de produccedilatildeo de vapor Utilizando como
motivaccedilatildeo inicial a altiacutessima demanda de gaacutes GNL (gaacutes natural liquefeito) na induacutestria
disposto como combustiacutevel na caldeira antiga e seu instaacutevel valor de aquisiccedilatildeo surge a
necessidade de uma reduccedilatildeo de custos uma vez que a unidade depende da geraccedilatildeo de vapor
que eacute utilizado como forccedila motriz em diversas operaccedilotildees de sua produccedilatildeo qualidade e
preocupaccedilatildeo com o meio ambiente Ao longo de todo o tratado acadecircmico dissertado eacute
comentado a necessidade e o projeto da caldeira implementada demonstrando seus principais
componentes e tambeacutem sua configuraccedilatildeo com o objetivo de firmar a proposta de sua
utilizaccedilatildeo
Segundo PERA (1966 p1) ldquogerador de vapor eacute um trocador de calor complexo que
produz vapor a partir de energia teacutermica (combustiacutevel) ar e fluido vaporizante constituiacutedo por
diversos equipamentos associadosrdquo A unidade geradora de vapor instalada possui muitos
componentes que tem como objetivo aproveitar ao maacuteximo a energia liberada na queima do
combustiacutevel e o projeto vem com o intuito de aproveitar ao maacuteximo estes recursos utilizando
uma caldeira dimensionada e de gral tecnoloacutegico elevado otimizando os custos
Figura 1 ndash Ilustrativo da caldeira estudada
Fonte Adaptado de Icavi (2015)
12
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO
Este capiacutetulo tem por objetivo analisar as contribuiccedilotildees teoacutericas que seratildeo utilizadas
para a estruturaccedilatildeo deste estudo Neste sentido ele estaacute dividido em 3 seccedilotildees encadeando os
assuntos selecionados de acordo com o eixo que rege a pesquisa
21 Caldeiras e Geradores de Vapor
As caldeiras ou geradores de vapor satildeo equipamentos anaacutelogos que permitem a
geraccedilatildeo de formas de energia teacutermica de ampla utilizaccedilatildeo tanto em niacutevel industrial quanto
comercial ou residencial o vapor e a aacutegua quente de pressatildeo elevada a partir do calor liberado
pela queima de um combustiacutevel ou pelo calor recuperado de outras fontes (geralmente gases
quentes)
211 Breve histoacuterico sobre Caldeiras
Segundo Mitamura 2005 foi no seacuteculo II aC que Heron de Alexandria realizou uma
seacuterie de experiecircncia e construiu um aparelho que foi o precursor das caldeiras e das turbinas a
vapor Esse aparelho eacute chamado de Eoliacutepila vaporizava aacutegua e movimentava uma esfera em
torno de um eixo Na eacutepoca o estudioso natildeo conseguiu enxergar nenhuma utilidade praacutetica
para seu invento visto que nenhum trabalho uacutetil era produzido por esse movimento mas
muitos seacuteculos mais tarde sua invenccedilatildeo e uso foram uma das bases tecnoloacutegicas da
Revoluccedilatildeo Industrial onde surgiram as primeiras caldeiras
Figura 2 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925
Fonte Memoria22 (2015)
13
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras
Segundo Pazian (2004) conforme o modo de transferecircncia de calor para vaporizar a
aacutegua as caldeiras podem ser classificadas em flamotubulares ou aquatubulares
2121 Caldeiras flamotubulares
Nas caldeiras com a configuraccedilatildeo de flamotubulares ou fogotubulares ocorre que os
gases quentes da combustatildeo circulam no interior de tubos que atravessam o reservatoacuterio de
aacutegua a ser aquecida para produzir vapor Conforme Mitamura (2005) normalmente as
capacidades satildeo restritas agrave pressatildeo maacutexima de 20 kgfcm-2 e produccedilatildeo de 30 tonh -1 e de
acordo com o mesmo autor as caldeiras flamotubulares satildeo mais econocircmicas que as
aquatubulares visto que ateacute 20th -1 de geraccedilatildeo de vapor o custo eacute menor
Figura 3 ndash Caldeira Flamotubular
Fonte Togawa (2017)
2122 Caldeiras Aquatubulares
As caldeiras aquatubulares a aacutegua a ser vaporizada passa no interior de tubos que por
sua vez satildeo envolvidos pelos gases de combustatildeo Os tubos podem estar organizados em
feixes como nos trocadores de calor e as caldeiras que os contecircm aparentam a forma de um
corpo ciliacutendrico ou de paredes de aacutegua como nas caldeiras maiores
14
ldquoSomente foi possiacutevel a obtenccedilatildeo de maiores produccedilotildees de vapor a pressotildees
elevadas e altas temperaturas com o advento das caldeiras de tubos de aacutegua A
circunstacircncia dos tubos estarem situados fora dos corpos das caldeiras a eles se
unindo para constituiacuterem um feixe tubular de aacutegua que compotildee a parte principal de
absorccedilatildeo do calor permite a obtenccedilatildeo de superfiacutecies de aquecimento praticamente
ilimitadas rdquo (PERA 1966 p138)
Esse tipo de caldeira tem mais rendimento por gerar uma maior quantidade de vapor
elevando tambeacutem o niacutevel de pressatildeo
Figura 4 ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Adaptado de Murilo (2013)
213 Manutenccedilatildeo das caldeiras
A manutenccedilatildeo da caldeira eacute fundamental na prevenccedilatildeo de acidentes Os tipos mais
comuns satildeo a manutenccedilatildeo preventiva que eacute a mais barata jaacute que ela conserva o equipamento
e pode ser ateacute considerada como investimento evitando que ela se estrague o proacuteprio
operador de caldeira apoacutes um treinamento eacute capaz de executa-la O outro tipo de manutenccedilatildeo
eacute a corretiva que eacute mais cara e muitas vezes a caldeira deixa de operar por periacuteodos longos o
que reflete no faturamento A norma brasileira NR13 obriga inspeccedilotildees perioacutedicas em um
periacuteodo nunca superior a 12 meses E quando a caldeira completar 25 (vinte e cinco) anos de
15
uso na sua inspeccedilatildeo subsequente deve ser submetida a rigorosa avaliaccedilatildeo de integridade para
determinar a sua vida remanescente e novo prazo maacuteximo para a inspeccedilatildeo caso ainda esteja
em condiccedilotildees de uso
22 Combustiacuteveis
Podem ser utilizados diversos combustiacuteveis em caldeiras sendo eles soacutelidos liacutequidos
ou gasosos o que lhes garante uma oacutetima flexibilidade operacional Dependendo do tipo de
combustiacutevel variam as personalidades de projeto e os componentes baacutesicos da instalaccedilatildeo de
vapor Satildeo inuacutemeras as opccedilotildees de combustiacuteveis para a queima em caldeira e os mais
utilizados satildeo gaacutes GLP gaacutes natural oacuteleos pesados como BPF e biomassas (lenha resiacuteduos de
madeira etc) Os criteacuterios para a escolha do combustiacutevel devem ser adotados por cada
usuaacuterio devendo ser analisados o custo do combustiacutevel posto no local do consumo a
disponibilidade na regiatildeo disponibilidade de matildeo-de-obra influecircncia do meio ambiente e
custobenefiacutecio
23 Aplicaccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo do vapor produzido nas caldeiras assume as mais variadas aplicaccedilotildees
como secagem cozimento geraccedilatildeo de energia lavagem de utensiacutelios desinfecccedilatildeo
aquecimento ambiental pasteurizaccedilatildeo (a parte referente ao aquecimento) dentre outros
Encontrado nos mais variados setores tais como industrial terciaacuterio e residencial
(notadamente nos paiacuteses de clima frio e no Brasil no sul do paiacutes e em certas localidades de
temperatura mais baixa como Campos do Jordatildeo) sua forma mais usual eacute a estacionaacuteria
poreacutem pode ocorrer de se verificar o emprego de caldeiras em sistemas moacuteveis tal como as
antigas locomotivas a vapor certas embarcaccedilotildees navais de grande porte e mesmo existe o
registro de pequenas caldeiras compactas transportadas em caminhotildees
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA
A demonstraccedilatildeo da importacircncia do objeto de estudo se deu em uma importante
empresa multinacional que atua no ramo alimentiacutecio com alimentos para catildees e gatos raccedilotildees
para animais de produccedilatildeo e ldquosnacksrdquo para catildees e gatos com sede fabril situada em Trecircs
Coraccedilotildees a empresa estaacute entre as 10 maiores empresas do ramo de ldquoPet Foodrdquo do mundo
16
4 NECESSIDADE DO PROJETO
O setor hidreleacutetrico tem sofrido grande baixa de alguns anos atraacutes ateacute o momento
cooperando portanto para a geraccedilatildeo e cogeraccedilatildeo de energia em termeleacutetricas que utilizam
fontes renovaacuteveis de energia como combustiacutevel como por exemplo bagaccedilo de cana cavaco
casca de arroz cavaco de eucalipto entre outros
Na empresa estudada o vapor eacute utilizado principalmente no processo de extrusatildeo de
alimentos completos na forma de energia teacutermica para cozimento da massa Antes do projeto
a fonte de combustiacutevel (gaacutes natural) era fornecida em caminhatildeo tanque que abastecia a
central de armazenagem e distribuiccedilatildeo do fornecedor instalada na planta posteriormente
alimentando a caldeira O combustiacutevel representa uma parcela consideraacutevel do custo
operacional o objetivo principal basicamente eacute reduzir o custo da tonelada de vapor
consequentemente o custo operacional da tonelada do produto acabado
41 Combustiacutevel Renovaacutevel
Os combustiacuteveis renovaacuteveis utilizam como mateacuteria-prima elementos renovaacuteveis para a
natureza como a cana-de-accediluacutecar usada na fabricaccedilatildeo do aacutelcool e tambeacutem de vaacuterios outros
vegetais como a mamona utilizado para a fabricaccedilatildeo do biodiesel ou outros oacuteleos vegetais que
podem ser utilizados diretamente em motores agrave diesel com algumas adaptaccedilotildees A biomassa
substitui a utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis como o carvatildeo e o petroacuteleo que agridem o meio
ambiente no processo de geraccedilatildeo de vapor nas induacutestrias aleacutem de ser um combustiacutevel mais
barato e renovaacutevel A biomassa proveniente do cavaco de madeira atua como alternativa de
fonte renovaacutevel para reduzir a produccedilatildeo de dioacutexido de carbono (CO2) pelos polos industriais
em um momento em que a comunidade global sobretudo os profissionais das aacutereas voltadas
ao meio ambiente mencionam o aquecimento global
42 Biomassa x Gaacutes Natural
Atraveacutes do desenvolvimento industrial diversas induacutestrias aderiram a geraccedilatildeo e
produccedilatildeo de vapor em suas plantas utilizando o mesmo em seu processo de produccedilatildeo O
grande ponto negativo eacute a dependecircncia do combustiacutevel utilizado assim o procedimento pode
levar emissatildeo de CO2 um dos principais causadores do aquecimento global Segundo Duarte
(2017) o gaacutes natural eacute uma fonte natildeo-renovaacutevel que foi formada por milhotildees de anos nos
17
reservatoacuterios subterracircneos do planeta Seu processo de produccedilatildeo desde a exploraccedilatildeo
processamento ateacute o transporte pode gerar grandes impactos no ambiente como
derramamentos de navios petroleiros vazamentos em plataformas e gasodutos Tem tambeacutem
a desvantagem de ter contaminantes altamente toacutexicos que tem de ser eliminados no processo
de refinamento
Figura 5 ndash Biomassa X Gaacutes
Fonte O autor
Os problemas gerados por seu uso nas usinas termeleacutetricas em especial a necessidade
de um sistema de resfriamento causando desperdiacutecio de aacutegua
Conforme Magalhatildees (2018) a biomassa eacute obtida atraveacutes da decomposiccedilatildeo de uma
variedade de recursos renovaacuteveis como plantas madeira resiacuteduos agriacutecolas restos de
alimentos excrementos e ateacute do lixo O Brasil possui situaccedilatildeo privilegiada para produccedilatildeo de
biomassa em larga escala pois existem extensas aacutereas cultivaacuteveis e condiccedilotildees climaacuteticas
favoraacuteveis ao longo do ano
43 Consumidores
Na faacutebrica onde estaacute situada a caldeira estudada o vapor eacute utilizado principalmente no
processo de extrusatildeo e peletizaccedilatildeo de alimentos completos na forma de energia teacutermica para
cozimento da massa e tambeacutem na parte de higienizaccedilatildeo das tubulaccedilotildees que recebem o vapor
para limpeza destes Estas operaccedilotildees satildeo de suma importacircncia para um produto final de
qualidade a confiabilidade na geraccedilatildeo de vapor deve ser de extrema precisatildeo para que as
maacutequinas que necessitam de forccedila motriz atingem seu maior potencial de produccedilatildeo tendo
como base a alta demanda de produto acabado
18
Figura 6 ndash Consumidores de vapor
Fonte (O Autor)
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor
O projeto possui uma seacuterie de questotildees positivas referente a parte ambiental e
econocircmica como base a geraccedilatildeo de vapor com recursos sustentaacuteveis no processo de
gerenciamento de produccedilatildeo de vapor esta operaccedilatildeo conta com pacotes computacionais para o
monitoramento do volume e da pressatildeo de vapor gerados pelas caldeiras de maneira a atender
agrave demanda de vapor com seguranccedila trabalhando ldquocorretamenterdquo levando a reduccedilatildeo de custo
por tonelada de vapor e reduccedilatildeo do custo do produto final
5 PROJETO DA CALDEIRA
As caracteriacutesticas gerais do projeto tendo como base as necessidades solicitadas foram
divididas em partes para facilitar o entendimento durante e consulta poacutes projeto conforme
imagem a baixo
Figura 7 ndash Desenho da caldeira
Fonte O autor
19
51 Paracircmetros de projeto
A seleccedilatildeo do tipo de unidade ou o projeto de uma nova unidade para uma certa
atividade depende de muitos fatores dentre os quais
Vazatildeo pressatildeo e temperatura do vapor vivo
Temperatura e condiccedilotildees da aacutegua de alimentaccedilatildeo da caldeira
Caracteriacutesticas de consumo do vapor gerado e tipo de serviccedilo a ser atendido
Esquema de atendimento da unidade de processo
Combustiacuteveis empregados e processo de combustatildeo
Eficiecircncia operacional
52 Configuraccedilatildeo da caldeira
A configuraccedilatildeo escolhida foi do tipo flamotubular mista com fornalha aquatubular e
corpo de evaporaccedilatildeo fogotubular de dois passes A fornalha tem paredes de tubos envolvidos
por tijolos refrataacuterios e dividem-se em cacircmara de combustatildeo e cacircmara poacutes queima O
grelhado eacute moacutevel e inclinado
Figura 8 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira
Fonte O autor
20
53 Principais Componentes
Abaixo listado alguns dos principais componentes que compotildeem a configuraccedilatildeo da
caldeira
531 Tambor de Vapor
O tambor de vapor da caldeira seraacute dimensionado de forma a propiciar um volume de
aacutegua e vapor que permita variaccedilotildees na carga com miacutenima variaccedilatildeo de pressatildeo na caldeira
mantendo a pureza do vapor na saiacuteda da mesma
Figura 9 ndash Componente Tambor de Vapor
Fonte O autor
532 Fornalha
A fornalha onde eacute instalada a grelha oscilante para a queima do combustiacutevel eacute
construiacuteda de tubos espaccedilados e recobertos de tijolos refrataacuterios especiais de forma a revestir
completamente os tubos de aacutegua formando uma superfiacutecie radiante para otimizar a
combustatildeo da biomassa Constituiacuteda de tubos soldados a coletores formando as paredes de
aacutegua resultando em uma oacutetima absorccedilatildeo de calor Conjuntamente com a fornalha satildeo
fornecidos dutos de ar de alta pressatildeo cuja finalidade eacute fornecer ar para o sistema de ar
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
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26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
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HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
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MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
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PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
ABSTRACT
The progressive increase in the price of oil and its derivatives the carbon credits
the concern with the environment the precipitation deficit supporters of rain water and lack of
water resources that the Brazil suffered in the year 2014 promoted a migration of
participation of energy sources in the brazilian energy matrix The present work aims at the
study of the use of wood chips as an alternative to burning biomass in a firetube boiler in a
factory that needs the steam as a driving force for the functioning of its equipment and
various operations as the pipe cleaner seeking the optimization of the cost of production of
the steam it was examined whether economically through simulations replacing the old
boiler using Gas as fuel for biomass boiler Pointing the introduction project as a whole the
benchmark brings an introduction about boilers fuel and immediately after application is
introduced the proposal of necessity and the boiler project its components all care when
storing biomass and your viability based on studies of the increase in the cost of gas concern
with preserving the environment and reducing costs It was used for the study the boiler of a
pet food manufacturer located in the Trecircs Coraccedilotildees interior of the State of Minas Gerais
which currently employs as fuel the eucalyptus chips to generate steam which is used in the
production of feed After the introduction of the boiler the project complied with your order
the results were favorable and the optimization of costs is paramount
Keywords boiler Biomass LNG Generation Project
LISTA DE ILUSTRACcedilOtildeES
Figura 01 ndash Ilustrativo da caldeira 11
Figura 02 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925 12
Figura 03 ndash Caldeira Flamotubular 13
Figura 04 ndash Caldeira Aquatubular 14
Figura 05 ndash Biomassa X Gaacutes 17
Figura 06 ndash Consumidores de vapor 18
Figura 07 ndash Desenho da caldeira estudada 18
Figura 08 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira 19
Figura 09 ndash Componente Tambor de vapor 20
Figura 10 ndash Componente Fornalha 21
Figura 11 ndash Componente Grelha moacutevel 22
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas 22
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas 23
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar 24
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone 24
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio 25
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio 26
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem 27
Figura 19 ndash Componente Chamineacute 27
Figura 20 ndash Componente Soprador de Fuligem 28
Figura 21 ndash Componente Tanque de Condensado 29
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo 29
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor 30
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa 30
Figura 25 ndash Sistema de controle 31
Figura 26 ndash Armazenagem da biomassa 33
Figura 27 ndash Investir na biomassa 34
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 11
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO 12
21 Caldeiras e geradores de vapor 12
211 Breve histoacuterico sobre caldeiras 12
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras 13
2121 Caldeiras flamotubulares 13
2122 Caldeiras aquatubulares 13
213 Manutenccedilatildeo de caldeira 14
22 Combustiacuteveis 15
23 Aplicaccedilatildeo 15
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA 15
4 NECESSIDADE DO PROJETO 16
41 Combustiacutevel renovaacutevel 16
42 Biomassa x gaacutes natural 16
43 Consumidores 17
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor 18
5 PROJETO DA CALDEIRA 18
51 Paracircmetros de projeto 19
52 Configuraccedilatildeo da caldeira 19
53 Principais componentes 20
531 Tambor de vapor 20
532 Fornalha 20
533 Grelha moacutevel 21
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha 22
535 Silo dosador om roscas 23
536 Preacute-aquecedor de ar 23
537 Filtro Multiciclone 24
538 Ventilador de ar primaacuterio 25
539 Ventilador de ar secundaacuterio 25
5310 Exaustor de tiragem 26
5311 Chamineacute 27
5312 Sopradores de fuligem 28
5313 Tanque de condensado 28
5314 Tambor de descarga de fundo 29
5315 Coletor e distribuidor de vapor 29
54 Funcionamento 30
541 Arquitetura do sistema de controle 31
542 Combustiacutevel utilizado 31
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco 32
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco 32
5423 Armazenamento apropriado 32
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO 33
7 RESULTADOS 34
CONCLUSOtildeES 35
REFEREcircNCIAS 36
11
1 INTRODUCcedilAtildeO
ldquoO elevado preccedilo do petroacuteleo e os impactos ao meio ambiente principalmente pela
queima dos combustiacuteveis foacutesseis satildeo fatores que viabilizam o uso da energia renovaacutevel rdquo
(BARROS et al 2006)
O objetivo deste trabalho eacute viabilizar a introduccedilatildeo de uma caldeira de biomassa
flamobutublar em uma induacutestria do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o
cavaco de eucalipto substituindo o antigo meacutetodo de produccedilatildeo de vapor Utilizando como
motivaccedilatildeo inicial a altiacutessima demanda de gaacutes GNL (gaacutes natural liquefeito) na induacutestria
disposto como combustiacutevel na caldeira antiga e seu instaacutevel valor de aquisiccedilatildeo surge a
necessidade de uma reduccedilatildeo de custos uma vez que a unidade depende da geraccedilatildeo de vapor
que eacute utilizado como forccedila motriz em diversas operaccedilotildees de sua produccedilatildeo qualidade e
preocupaccedilatildeo com o meio ambiente Ao longo de todo o tratado acadecircmico dissertado eacute
comentado a necessidade e o projeto da caldeira implementada demonstrando seus principais
componentes e tambeacutem sua configuraccedilatildeo com o objetivo de firmar a proposta de sua
utilizaccedilatildeo
Segundo PERA (1966 p1) ldquogerador de vapor eacute um trocador de calor complexo que
produz vapor a partir de energia teacutermica (combustiacutevel) ar e fluido vaporizante constituiacutedo por
diversos equipamentos associadosrdquo A unidade geradora de vapor instalada possui muitos
componentes que tem como objetivo aproveitar ao maacuteximo a energia liberada na queima do
combustiacutevel e o projeto vem com o intuito de aproveitar ao maacuteximo estes recursos utilizando
uma caldeira dimensionada e de gral tecnoloacutegico elevado otimizando os custos
Figura 1 ndash Ilustrativo da caldeira estudada
Fonte Adaptado de Icavi (2015)
12
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO
Este capiacutetulo tem por objetivo analisar as contribuiccedilotildees teoacutericas que seratildeo utilizadas
para a estruturaccedilatildeo deste estudo Neste sentido ele estaacute dividido em 3 seccedilotildees encadeando os
assuntos selecionados de acordo com o eixo que rege a pesquisa
21 Caldeiras e Geradores de Vapor
As caldeiras ou geradores de vapor satildeo equipamentos anaacutelogos que permitem a
geraccedilatildeo de formas de energia teacutermica de ampla utilizaccedilatildeo tanto em niacutevel industrial quanto
comercial ou residencial o vapor e a aacutegua quente de pressatildeo elevada a partir do calor liberado
pela queima de um combustiacutevel ou pelo calor recuperado de outras fontes (geralmente gases
quentes)
211 Breve histoacuterico sobre Caldeiras
Segundo Mitamura 2005 foi no seacuteculo II aC que Heron de Alexandria realizou uma
seacuterie de experiecircncia e construiu um aparelho que foi o precursor das caldeiras e das turbinas a
vapor Esse aparelho eacute chamado de Eoliacutepila vaporizava aacutegua e movimentava uma esfera em
torno de um eixo Na eacutepoca o estudioso natildeo conseguiu enxergar nenhuma utilidade praacutetica
para seu invento visto que nenhum trabalho uacutetil era produzido por esse movimento mas
muitos seacuteculos mais tarde sua invenccedilatildeo e uso foram uma das bases tecnoloacutegicas da
Revoluccedilatildeo Industrial onde surgiram as primeiras caldeiras
Figura 2 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925
Fonte Memoria22 (2015)
13
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras
Segundo Pazian (2004) conforme o modo de transferecircncia de calor para vaporizar a
aacutegua as caldeiras podem ser classificadas em flamotubulares ou aquatubulares
2121 Caldeiras flamotubulares
Nas caldeiras com a configuraccedilatildeo de flamotubulares ou fogotubulares ocorre que os
gases quentes da combustatildeo circulam no interior de tubos que atravessam o reservatoacuterio de
aacutegua a ser aquecida para produzir vapor Conforme Mitamura (2005) normalmente as
capacidades satildeo restritas agrave pressatildeo maacutexima de 20 kgfcm-2 e produccedilatildeo de 30 tonh -1 e de
acordo com o mesmo autor as caldeiras flamotubulares satildeo mais econocircmicas que as
aquatubulares visto que ateacute 20th -1 de geraccedilatildeo de vapor o custo eacute menor
Figura 3 ndash Caldeira Flamotubular
Fonte Togawa (2017)
2122 Caldeiras Aquatubulares
As caldeiras aquatubulares a aacutegua a ser vaporizada passa no interior de tubos que por
sua vez satildeo envolvidos pelos gases de combustatildeo Os tubos podem estar organizados em
feixes como nos trocadores de calor e as caldeiras que os contecircm aparentam a forma de um
corpo ciliacutendrico ou de paredes de aacutegua como nas caldeiras maiores
14
ldquoSomente foi possiacutevel a obtenccedilatildeo de maiores produccedilotildees de vapor a pressotildees
elevadas e altas temperaturas com o advento das caldeiras de tubos de aacutegua A
circunstacircncia dos tubos estarem situados fora dos corpos das caldeiras a eles se
unindo para constituiacuterem um feixe tubular de aacutegua que compotildee a parte principal de
absorccedilatildeo do calor permite a obtenccedilatildeo de superfiacutecies de aquecimento praticamente
ilimitadas rdquo (PERA 1966 p138)
Esse tipo de caldeira tem mais rendimento por gerar uma maior quantidade de vapor
elevando tambeacutem o niacutevel de pressatildeo
Figura 4 ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Adaptado de Murilo (2013)
213 Manutenccedilatildeo das caldeiras
A manutenccedilatildeo da caldeira eacute fundamental na prevenccedilatildeo de acidentes Os tipos mais
comuns satildeo a manutenccedilatildeo preventiva que eacute a mais barata jaacute que ela conserva o equipamento
e pode ser ateacute considerada como investimento evitando que ela se estrague o proacuteprio
operador de caldeira apoacutes um treinamento eacute capaz de executa-la O outro tipo de manutenccedilatildeo
eacute a corretiva que eacute mais cara e muitas vezes a caldeira deixa de operar por periacuteodos longos o
que reflete no faturamento A norma brasileira NR13 obriga inspeccedilotildees perioacutedicas em um
periacuteodo nunca superior a 12 meses E quando a caldeira completar 25 (vinte e cinco) anos de
15
uso na sua inspeccedilatildeo subsequente deve ser submetida a rigorosa avaliaccedilatildeo de integridade para
determinar a sua vida remanescente e novo prazo maacuteximo para a inspeccedilatildeo caso ainda esteja
em condiccedilotildees de uso
22 Combustiacuteveis
Podem ser utilizados diversos combustiacuteveis em caldeiras sendo eles soacutelidos liacutequidos
ou gasosos o que lhes garante uma oacutetima flexibilidade operacional Dependendo do tipo de
combustiacutevel variam as personalidades de projeto e os componentes baacutesicos da instalaccedilatildeo de
vapor Satildeo inuacutemeras as opccedilotildees de combustiacuteveis para a queima em caldeira e os mais
utilizados satildeo gaacutes GLP gaacutes natural oacuteleos pesados como BPF e biomassas (lenha resiacuteduos de
madeira etc) Os criteacuterios para a escolha do combustiacutevel devem ser adotados por cada
usuaacuterio devendo ser analisados o custo do combustiacutevel posto no local do consumo a
disponibilidade na regiatildeo disponibilidade de matildeo-de-obra influecircncia do meio ambiente e
custobenefiacutecio
23 Aplicaccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo do vapor produzido nas caldeiras assume as mais variadas aplicaccedilotildees
como secagem cozimento geraccedilatildeo de energia lavagem de utensiacutelios desinfecccedilatildeo
aquecimento ambiental pasteurizaccedilatildeo (a parte referente ao aquecimento) dentre outros
Encontrado nos mais variados setores tais como industrial terciaacuterio e residencial
(notadamente nos paiacuteses de clima frio e no Brasil no sul do paiacutes e em certas localidades de
temperatura mais baixa como Campos do Jordatildeo) sua forma mais usual eacute a estacionaacuteria
poreacutem pode ocorrer de se verificar o emprego de caldeiras em sistemas moacuteveis tal como as
antigas locomotivas a vapor certas embarcaccedilotildees navais de grande porte e mesmo existe o
registro de pequenas caldeiras compactas transportadas em caminhotildees
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA
A demonstraccedilatildeo da importacircncia do objeto de estudo se deu em uma importante
empresa multinacional que atua no ramo alimentiacutecio com alimentos para catildees e gatos raccedilotildees
para animais de produccedilatildeo e ldquosnacksrdquo para catildees e gatos com sede fabril situada em Trecircs
Coraccedilotildees a empresa estaacute entre as 10 maiores empresas do ramo de ldquoPet Foodrdquo do mundo
16
4 NECESSIDADE DO PROJETO
O setor hidreleacutetrico tem sofrido grande baixa de alguns anos atraacutes ateacute o momento
cooperando portanto para a geraccedilatildeo e cogeraccedilatildeo de energia em termeleacutetricas que utilizam
fontes renovaacuteveis de energia como combustiacutevel como por exemplo bagaccedilo de cana cavaco
casca de arroz cavaco de eucalipto entre outros
Na empresa estudada o vapor eacute utilizado principalmente no processo de extrusatildeo de
alimentos completos na forma de energia teacutermica para cozimento da massa Antes do projeto
a fonte de combustiacutevel (gaacutes natural) era fornecida em caminhatildeo tanque que abastecia a
central de armazenagem e distribuiccedilatildeo do fornecedor instalada na planta posteriormente
alimentando a caldeira O combustiacutevel representa uma parcela consideraacutevel do custo
operacional o objetivo principal basicamente eacute reduzir o custo da tonelada de vapor
consequentemente o custo operacional da tonelada do produto acabado
41 Combustiacutevel Renovaacutevel
Os combustiacuteveis renovaacuteveis utilizam como mateacuteria-prima elementos renovaacuteveis para a
natureza como a cana-de-accediluacutecar usada na fabricaccedilatildeo do aacutelcool e tambeacutem de vaacuterios outros
vegetais como a mamona utilizado para a fabricaccedilatildeo do biodiesel ou outros oacuteleos vegetais que
podem ser utilizados diretamente em motores agrave diesel com algumas adaptaccedilotildees A biomassa
substitui a utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis como o carvatildeo e o petroacuteleo que agridem o meio
ambiente no processo de geraccedilatildeo de vapor nas induacutestrias aleacutem de ser um combustiacutevel mais
barato e renovaacutevel A biomassa proveniente do cavaco de madeira atua como alternativa de
fonte renovaacutevel para reduzir a produccedilatildeo de dioacutexido de carbono (CO2) pelos polos industriais
em um momento em que a comunidade global sobretudo os profissionais das aacutereas voltadas
ao meio ambiente mencionam o aquecimento global
42 Biomassa x Gaacutes Natural
Atraveacutes do desenvolvimento industrial diversas induacutestrias aderiram a geraccedilatildeo e
produccedilatildeo de vapor em suas plantas utilizando o mesmo em seu processo de produccedilatildeo O
grande ponto negativo eacute a dependecircncia do combustiacutevel utilizado assim o procedimento pode
levar emissatildeo de CO2 um dos principais causadores do aquecimento global Segundo Duarte
(2017) o gaacutes natural eacute uma fonte natildeo-renovaacutevel que foi formada por milhotildees de anos nos
17
reservatoacuterios subterracircneos do planeta Seu processo de produccedilatildeo desde a exploraccedilatildeo
processamento ateacute o transporte pode gerar grandes impactos no ambiente como
derramamentos de navios petroleiros vazamentos em plataformas e gasodutos Tem tambeacutem
a desvantagem de ter contaminantes altamente toacutexicos que tem de ser eliminados no processo
de refinamento
Figura 5 ndash Biomassa X Gaacutes
Fonte O autor
Os problemas gerados por seu uso nas usinas termeleacutetricas em especial a necessidade
de um sistema de resfriamento causando desperdiacutecio de aacutegua
Conforme Magalhatildees (2018) a biomassa eacute obtida atraveacutes da decomposiccedilatildeo de uma
variedade de recursos renovaacuteveis como plantas madeira resiacuteduos agriacutecolas restos de
alimentos excrementos e ateacute do lixo O Brasil possui situaccedilatildeo privilegiada para produccedilatildeo de
biomassa em larga escala pois existem extensas aacutereas cultivaacuteveis e condiccedilotildees climaacuteticas
favoraacuteveis ao longo do ano
43 Consumidores
Na faacutebrica onde estaacute situada a caldeira estudada o vapor eacute utilizado principalmente no
processo de extrusatildeo e peletizaccedilatildeo de alimentos completos na forma de energia teacutermica para
cozimento da massa e tambeacutem na parte de higienizaccedilatildeo das tubulaccedilotildees que recebem o vapor
para limpeza destes Estas operaccedilotildees satildeo de suma importacircncia para um produto final de
qualidade a confiabilidade na geraccedilatildeo de vapor deve ser de extrema precisatildeo para que as
maacutequinas que necessitam de forccedila motriz atingem seu maior potencial de produccedilatildeo tendo
como base a alta demanda de produto acabado
18
Figura 6 ndash Consumidores de vapor
Fonte (O Autor)
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor
O projeto possui uma seacuterie de questotildees positivas referente a parte ambiental e
econocircmica como base a geraccedilatildeo de vapor com recursos sustentaacuteveis no processo de
gerenciamento de produccedilatildeo de vapor esta operaccedilatildeo conta com pacotes computacionais para o
monitoramento do volume e da pressatildeo de vapor gerados pelas caldeiras de maneira a atender
agrave demanda de vapor com seguranccedila trabalhando ldquocorretamenterdquo levando a reduccedilatildeo de custo
por tonelada de vapor e reduccedilatildeo do custo do produto final
5 PROJETO DA CALDEIRA
As caracteriacutesticas gerais do projeto tendo como base as necessidades solicitadas foram
divididas em partes para facilitar o entendimento durante e consulta poacutes projeto conforme
imagem a baixo
Figura 7 ndash Desenho da caldeira
Fonte O autor
19
51 Paracircmetros de projeto
A seleccedilatildeo do tipo de unidade ou o projeto de uma nova unidade para uma certa
atividade depende de muitos fatores dentre os quais
Vazatildeo pressatildeo e temperatura do vapor vivo
Temperatura e condiccedilotildees da aacutegua de alimentaccedilatildeo da caldeira
Caracteriacutesticas de consumo do vapor gerado e tipo de serviccedilo a ser atendido
Esquema de atendimento da unidade de processo
Combustiacuteveis empregados e processo de combustatildeo
Eficiecircncia operacional
52 Configuraccedilatildeo da caldeira
A configuraccedilatildeo escolhida foi do tipo flamotubular mista com fornalha aquatubular e
corpo de evaporaccedilatildeo fogotubular de dois passes A fornalha tem paredes de tubos envolvidos
por tijolos refrataacuterios e dividem-se em cacircmara de combustatildeo e cacircmara poacutes queima O
grelhado eacute moacutevel e inclinado
Figura 8 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira
Fonte O autor
20
53 Principais Componentes
Abaixo listado alguns dos principais componentes que compotildeem a configuraccedilatildeo da
caldeira
531 Tambor de Vapor
O tambor de vapor da caldeira seraacute dimensionado de forma a propiciar um volume de
aacutegua e vapor que permita variaccedilotildees na carga com miacutenima variaccedilatildeo de pressatildeo na caldeira
mantendo a pureza do vapor na saiacuteda da mesma
Figura 9 ndash Componente Tambor de Vapor
Fonte O autor
532 Fornalha
A fornalha onde eacute instalada a grelha oscilante para a queima do combustiacutevel eacute
construiacuteda de tubos espaccedilados e recobertos de tijolos refrataacuterios especiais de forma a revestir
completamente os tubos de aacutegua formando uma superfiacutecie radiante para otimizar a
combustatildeo da biomassa Constituiacuteda de tubos soldados a coletores formando as paredes de
aacutegua resultando em uma oacutetima absorccedilatildeo de calor Conjuntamente com a fornalha satildeo
fornecidos dutos de ar de alta pressatildeo cuja finalidade eacute fornecer ar para o sistema de ar
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
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pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
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26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
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MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
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PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
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PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
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Setem 2018
LISTA DE ILUSTRACcedilOtildeES
Figura 01 ndash Ilustrativo da caldeira 11
Figura 02 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925 12
Figura 03 ndash Caldeira Flamotubular 13
Figura 04 ndash Caldeira Aquatubular 14
Figura 05 ndash Biomassa X Gaacutes 17
Figura 06 ndash Consumidores de vapor 18
Figura 07 ndash Desenho da caldeira estudada 18
Figura 08 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira 19
Figura 09 ndash Componente Tambor de vapor 20
Figura 10 ndash Componente Fornalha 21
Figura 11 ndash Componente Grelha moacutevel 22
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas 22
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas 23
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar 24
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone 24
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio 25
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio 26
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem 27
Figura 19 ndash Componente Chamineacute 27
Figura 20 ndash Componente Soprador de Fuligem 28
Figura 21 ndash Componente Tanque de Condensado 29
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo 29
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor 30
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa 30
Figura 25 ndash Sistema de controle 31
Figura 26 ndash Armazenagem da biomassa 33
Figura 27 ndash Investir na biomassa 34
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 11
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO 12
21 Caldeiras e geradores de vapor 12
211 Breve histoacuterico sobre caldeiras 12
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras 13
2121 Caldeiras flamotubulares 13
2122 Caldeiras aquatubulares 13
213 Manutenccedilatildeo de caldeira 14
22 Combustiacuteveis 15
23 Aplicaccedilatildeo 15
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA 15
4 NECESSIDADE DO PROJETO 16
41 Combustiacutevel renovaacutevel 16
42 Biomassa x gaacutes natural 16
43 Consumidores 17
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor 18
5 PROJETO DA CALDEIRA 18
51 Paracircmetros de projeto 19
52 Configuraccedilatildeo da caldeira 19
53 Principais componentes 20
531 Tambor de vapor 20
532 Fornalha 20
533 Grelha moacutevel 21
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha 22
535 Silo dosador om roscas 23
536 Preacute-aquecedor de ar 23
537 Filtro Multiciclone 24
538 Ventilador de ar primaacuterio 25
539 Ventilador de ar secundaacuterio 25
5310 Exaustor de tiragem 26
5311 Chamineacute 27
5312 Sopradores de fuligem 28
5313 Tanque de condensado 28
5314 Tambor de descarga de fundo 29
5315 Coletor e distribuidor de vapor 29
54 Funcionamento 30
541 Arquitetura do sistema de controle 31
542 Combustiacutevel utilizado 31
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco 32
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco 32
5423 Armazenamento apropriado 32
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO 33
7 RESULTADOS 34
CONCLUSOtildeES 35
REFEREcircNCIAS 36
11
1 INTRODUCcedilAtildeO
ldquoO elevado preccedilo do petroacuteleo e os impactos ao meio ambiente principalmente pela
queima dos combustiacuteveis foacutesseis satildeo fatores que viabilizam o uso da energia renovaacutevel rdquo
(BARROS et al 2006)
O objetivo deste trabalho eacute viabilizar a introduccedilatildeo de uma caldeira de biomassa
flamobutublar em uma induacutestria do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o
cavaco de eucalipto substituindo o antigo meacutetodo de produccedilatildeo de vapor Utilizando como
motivaccedilatildeo inicial a altiacutessima demanda de gaacutes GNL (gaacutes natural liquefeito) na induacutestria
disposto como combustiacutevel na caldeira antiga e seu instaacutevel valor de aquisiccedilatildeo surge a
necessidade de uma reduccedilatildeo de custos uma vez que a unidade depende da geraccedilatildeo de vapor
que eacute utilizado como forccedila motriz em diversas operaccedilotildees de sua produccedilatildeo qualidade e
preocupaccedilatildeo com o meio ambiente Ao longo de todo o tratado acadecircmico dissertado eacute
comentado a necessidade e o projeto da caldeira implementada demonstrando seus principais
componentes e tambeacutem sua configuraccedilatildeo com o objetivo de firmar a proposta de sua
utilizaccedilatildeo
Segundo PERA (1966 p1) ldquogerador de vapor eacute um trocador de calor complexo que
produz vapor a partir de energia teacutermica (combustiacutevel) ar e fluido vaporizante constituiacutedo por
diversos equipamentos associadosrdquo A unidade geradora de vapor instalada possui muitos
componentes que tem como objetivo aproveitar ao maacuteximo a energia liberada na queima do
combustiacutevel e o projeto vem com o intuito de aproveitar ao maacuteximo estes recursos utilizando
uma caldeira dimensionada e de gral tecnoloacutegico elevado otimizando os custos
Figura 1 ndash Ilustrativo da caldeira estudada
Fonte Adaptado de Icavi (2015)
12
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO
Este capiacutetulo tem por objetivo analisar as contribuiccedilotildees teoacutericas que seratildeo utilizadas
para a estruturaccedilatildeo deste estudo Neste sentido ele estaacute dividido em 3 seccedilotildees encadeando os
assuntos selecionados de acordo com o eixo que rege a pesquisa
21 Caldeiras e Geradores de Vapor
As caldeiras ou geradores de vapor satildeo equipamentos anaacutelogos que permitem a
geraccedilatildeo de formas de energia teacutermica de ampla utilizaccedilatildeo tanto em niacutevel industrial quanto
comercial ou residencial o vapor e a aacutegua quente de pressatildeo elevada a partir do calor liberado
pela queima de um combustiacutevel ou pelo calor recuperado de outras fontes (geralmente gases
quentes)
211 Breve histoacuterico sobre Caldeiras
Segundo Mitamura 2005 foi no seacuteculo II aC que Heron de Alexandria realizou uma
seacuterie de experiecircncia e construiu um aparelho que foi o precursor das caldeiras e das turbinas a
vapor Esse aparelho eacute chamado de Eoliacutepila vaporizava aacutegua e movimentava uma esfera em
torno de um eixo Na eacutepoca o estudioso natildeo conseguiu enxergar nenhuma utilidade praacutetica
para seu invento visto que nenhum trabalho uacutetil era produzido por esse movimento mas
muitos seacuteculos mais tarde sua invenccedilatildeo e uso foram uma das bases tecnoloacutegicas da
Revoluccedilatildeo Industrial onde surgiram as primeiras caldeiras
Figura 2 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925
Fonte Memoria22 (2015)
13
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras
Segundo Pazian (2004) conforme o modo de transferecircncia de calor para vaporizar a
aacutegua as caldeiras podem ser classificadas em flamotubulares ou aquatubulares
2121 Caldeiras flamotubulares
Nas caldeiras com a configuraccedilatildeo de flamotubulares ou fogotubulares ocorre que os
gases quentes da combustatildeo circulam no interior de tubos que atravessam o reservatoacuterio de
aacutegua a ser aquecida para produzir vapor Conforme Mitamura (2005) normalmente as
capacidades satildeo restritas agrave pressatildeo maacutexima de 20 kgfcm-2 e produccedilatildeo de 30 tonh -1 e de
acordo com o mesmo autor as caldeiras flamotubulares satildeo mais econocircmicas que as
aquatubulares visto que ateacute 20th -1 de geraccedilatildeo de vapor o custo eacute menor
Figura 3 ndash Caldeira Flamotubular
Fonte Togawa (2017)
2122 Caldeiras Aquatubulares
As caldeiras aquatubulares a aacutegua a ser vaporizada passa no interior de tubos que por
sua vez satildeo envolvidos pelos gases de combustatildeo Os tubos podem estar organizados em
feixes como nos trocadores de calor e as caldeiras que os contecircm aparentam a forma de um
corpo ciliacutendrico ou de paredes de aacutegua como nas caldeiras maiores
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ldquoSomente foi possiacutevel a obtenccedilatildeo de maiores produccedilotildees de vapor a pressotildees
elevadas e altas temperaturas com o advento das caldeiras de tubos de aacutegua A
circunstacircncia dos tubos estarem situados fora dos corpos das caldeiras a eles se
unindo para constituiacuterem um feixe tubular de aacutegua que compotildee a parte principal de
absorccedilatildeo do calor permite a obtenccedilatildeo de superfiacutecies de aquecimento praticamente
ilimitadas rdquo (PERA 1966 p138)
Esse tipo de caldeira tem mais rendimento por gerar uma maior quantidade de vapor
elevando tambeacutem o niacutevel de pressatildeo
Figura 4 ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Adaptado de Murilo (2013)
213 Manutenccedilatildeo das caldeiras
A manutenccedilatildeo da caldeira eacute fundamental na prevenccedilatildeo de acidentes Os tipos mais
comuns satildeo a manutenccedilatildeo preventiva que eacute a mais barata jaacute que ela conserva o equipamento
e pode ser ateacute considerada como investimento evitando que ela se estrague o proacuteprio
operador de caldeira apoacutes um treinamento eacute capaz de executa-la O outro tipo de manutenccedilatildeo
eacute a corretiva que eacute mais cara e muitas vezes a caldeira deixa de operar por periacuteodos longos o
que reflete no faturamento A norma brasileira NR13 obriga inspeccedilotildees perioacutedicas em um
periacuteodo nunca superior a 12 meses E quando a caldeira completar 25 (vinte e cinco) anos de
15
uso na sua inspeccedilatildeo subsequente deve ser submetida a rigorosa avaliaccedilatildeo de integridade para
determinar a sua vida remanescente e novo prazo maacuteximo para a inspeccedilatildeo caso ainda esteja
em condiccedilotildees de uso
22 Combustiacuteveis
Podem ser utilizados diversos combustiacuteveis em caldeiras sendo eles soacutelidos liacutequidos
ou gasosos o que lhes garante uma oacutetima flexibilidade operacional Dependendo do tipo de
combustiacutevel variam as personalidades de projeto e os componentes baacutesicos da instalaccedilatildeo de
vapor Satildeo inuacutemeras as opccedilotildees de combustiacuteveis para a queima em caldeira e os mais
utilizados satildeo gaacutes GLP gaacutes natural oacuteleos pesados como BPF e biomassas (lenha resiacuteduos de
madeira etc) Os criteacuterios para a escolha do combustiacutevel devem ser adotados por cada
usuaacuterio devendo ser analisados o custo do combustiacutevel posto no local do consumo a
disponibilidade na regiatildeo disponibilidade de matildeo-de-obra influecircncia do meio ambiente e
custobenefiacutecio
23 Aplicaccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo do vapor produzido nas caldeiras assume as mais variadas aplicaccedilotildees
como secagem cozimento geraccedilatildeo de energia lavagem de utensiacutelios desinfecccedilatildeo
aquecimento ambiental pasteurizaccedilatildeo (a parte referente ao aquecimento) dentre outros
Encontrado nos mais variados setores tais como industrial terciaacuterio e residencial
(notadamente nos paiacuteses de clima frio e no Brasil no sul do paiacutes e em certas localidades de
temperatura mais baixa como Campos do Jordatildeo) sua forma mais usual eacute a estacionaacuteria
poreacutem pode ocorrer de se verificar o emprego de caldeiras em sistemas moacuteveis tal como as
antigas locomotivas a vapor certas embarcaccedilotildees navais de grande porte e mesmo existe o
registro de pequenas caldeiras compactas transportadas em caminhotildees
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA
A demonstraccedilatildeo da importacircncia do objeto de estudo se deu em uma importante
empresa multinacional que atua no ramo alimentiacutecio com alimentos para catildees e gatos raccedilotildees
para animais de produccedilatildeo e ldquosnacksrdquo para catildees e gatos com sede fabril situada em Trecircs
Coraccedilotildees a empresa estaacute entre as 10 maiores empresas do ramo de ldquoPet Foodrdquo do mundo
16
4 NECESSIDADE DO PROJETO
O setor hidreleacutetrico tem sofrido grande baixa de alguns anos atraacutes ateacute o momento
cooperando portanto para a geraccedilatildeo e cogeraccedilatildeo de energia em termeleacutetricas que utilizam
fontes renovaacuteveis de energia como combustiacutevel como por exemplo bagaccedilo de cana cavaco
casca de arroz cavaco de eucalipto entre outros
Na empresa estudada o vapor eacute utilizado principalmente no processo de extrusatildeo de
alimentos completos na forma de energia teacutermica para cozimento da massa Antes do projeto
a fonte de combustiacutevel (gaacutes natural) era fornecida em caminhatildeo tanque que abastecia a
central de armazenagem e distribuiccedilatildeo do fornecedor instalada na planta posteriormente
alimentando a caldeira O combustiacutevel representa uma parcela consideraacutevel do custo
operacional o objetivo principal basicamente eacute reduzir o custo da tonelada de vapor
consequentemente o custo operacional da tonelada do produto acabado
41 Combustiacutevel Renovaacutevel
Os combustiacuteveis renovaacuteveis utilizam como mateacuteria-prima elementos renovaacuteveis para a
natureza como a cana-de-accediluacutecar usada na fabricaccedilatildeo do aacutelcool e tambeacutem de vaacuterios outros
vegetais como a mamona utilizado para a fabricaccedilatildeo do biodiesel ou outros oacuteleos vegetais que
podem ser utilizados diretamente em motores agrave diesel com algumas adaptaccedilotildees A biomassa
substitui a utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis como o carvatildeo e o petroacuteleo que agridem o meio
ambiente no processo de geraccedilatildeo de vapor nas induacutestrias aleacutem de ser um combustiacutevel mais
barato e renovaacutevel A biomassa proveniente do cavaco de madeira atua como alternativa de
fonte renovaacutevel para reduzir a produccedilatildeo de dioacutexido de carbono (CO2) pelos polos industriais
em um momento em que a comunidade global sobretudo os profissionais das aacutereas voltadas
ao meio ambiente mencionam o aquecimento global
42 Biomassa x Gaacutes Natural
Atraveacutes do desenvolvimento industrial diversas induacutestrias aderiram a geraccedilatildeo e
produccedilatildeo de vapor em suas plantas utilizando o mesmo em seu processo de produccedilatildeo O
grande ponto negativo eacute a dependecircncia do combustiacutevel utilizado assim o procedimento pode
levar emissatildeo de CO2 um dos principais causadores do aquecimento global Segundo Duarte
(2017) o gaacutes natural eacute uma fonte natildeo-renovaacutevel que foi formada por milhotildees de anos nos
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reservatoacuterios subterracircneos do planeta Seu processo de produccedilatildeo desde a exploraccedilatildeo
processamento ateacute o transporte pode gerar grandes impactos no ambiente como
derramamentos de navios petroleiros vazamentos em plataformas e gasodutos Tem tambeacutem
a desvantagem de ter contaminantes altamente toacutexicos que tem de ser eliminados no processo
de refinamento
Figura 5 ndash Biomassa X Gaacutes
Fonte O autor
Os problemas gerados por seu uso nas usinas termeleacutetricas em especial a necessidade
de um sistema de resfriamento causando desperdiacutecio de aacutegua
Conforme Magalhatildees (2018) a biomassa eacute obtida atraveacutes da decomposiccedilatildeo de uma
variedade de recursos renovaacuteveis como plantas madeira resiacuteduos agriacutecolas restos de
alimentos excrementos e ateacute do lixo O Brasil possui situaccedilatildeo privilegiada para produccedilatildeo de
biomassa em larga escala pois existem extensas aacutereas cultivaacuteveis e condiccedilotildees climaacuteticas
favoraacuteveis ao longo do ano
43 Consumidores
Na faacutebrica onde estaacute situada a caldeira estudada o vapor eacute utilizado principalmente no
processo de extrusatildeo e peletizaccedilatildeo de alimentos completos na forma de energia teacutermica para
cozimento da massa e tambeacutem na parte de higienizaccedilatildeo das tubulaccedilotildees que recebem o vapor
para limpeza destes Estas operaccedilotildees satildeo de suma importacircncia para um produto final de
qualidade a confiabilidade na geraccedilatildeo de vapor deve ser de extrema precisatildeo para que as
maacutequinas que necessitam de forccedila motriz atingem seu maior potencial de produccedilatildeo tendo
como base a alta demanda de produto acabado
18
Figura 6 ndash Consumidores de vapor
Fonte (O Autor)
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor
O projeto possui uma seacuterie de questotildees positivas referente a parte ambiental e
econocircmica como base a geraccedilatildeo de vapor com recursos sustentaacuteveis no processo de
gerenciamento de produccedilatildeo de vapor esta operaccedilatildeo conta com pacotes computacionais para o
monitoramento do volume e da pressatildeo de vapor gerados pelas caldeiras de maneira a atender
agrave demanda de vapor com seguranccedila trabalhando ldquocorretamenterdquo levando a reduccedilatildeo de custo
por tonelada de vapor e reduccedilatildeo do custo do produto final
5 PROJETO DA CALDEIRA
As caracteriacutesticas gerais do projeto tendo como base as necessidades solicitadas foram
divididas em partes para facilitar o entendimento durante e consulta poacutes projeto conforme
imagem a baixo
Figura 7 ndash Desenho da caldeira
Fonte O autor
19
51 Paracircmetros de projeto
A seleccedilatildeo do tipo de unidade ou o projeto de uma nova unidade para uma certa
atividade depende de muitos fatores dentre os quais
Vazatildeo pressatildeo e temperatura do vapor vivo
Temperatura e condiccedilotildees da aacutegua de alimentaccedilatildeo da caldeira
Caracteriacutesticas de consumo do vapor gerado e tipo de serviccedilo a ser atendido
Esquema de atendimento da unidade de processo
Combustiacuteveis empregados e processo de combustatildeo
Eficiecircncia operacional
52 Configuraccedilatildeo da caldeira
A configuraccedilatildeo escolhida foi do tipo flamotubular mista com fornalha aquatubular e
corpo de evaporaccedilatildeo fogotubular de dois passes A fornalha tem paredes de tubos envolvidos
por tijolos refrataacuterios e dividem-se em cacircmara de combustatildeo e cacircmara poacutes queima O
grelhado eacute moacutevel e inclinado
Figura 8 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira
Fonte O autor
20
53 Principais Componentes
Abaixo listado alguns dos principais componentes que compotildeem a configuraccedilatildeo da
caldeira
531 Tambor de Vapor
O tambor de vapor da caldeira seraacute dimensionado de forma a propiciar um volume de
aacutegua e vapor que permita variaccedilotildees na carga com miacutenima variaccedilatildeo de pressatildeo na caldeira
mantendo a pureza do vapor na saiacuteda da mesma
Figura 9 ndash Componente Tambor de Vapor
Fonte O autor
532 Fornalha
A fornalha onde eacute instalada a grelha oscilante para a queima do combustiacutevel eacute
construiacuteda de tubos espaccedilados e recobertos de tijolos refrataacuterios especiais de forma a revestir
completamente os tubos de aacutegua formando uma superfiacutecie radiante para otimizar a
combustatildeo da biomassa Constituiacuteda de tubos soldados a coletores formando as paredes de
aacutegua resultando em uma oacutetima absorccedilatildeo de calor Conjuntamente com a fornalha satildeo
fornecidos dutos de ar de alta pressatildeo cuja finalidade eacute fornecer ar para o sistema de ar
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
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26 Jul 2018
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2005
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PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
Figura 25 ndash Sistema de controle 31
Figura 26 ndash Armazenagem da biomassa 33
Figura 27 ndash Investir na biomassa 34
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 11
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO 12
21 Caldeiras e geradores de vapor 12
211 Breve histoacuterico sobre caldeiras 12
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras 13
2121 Caldeiras flamotubulares 13
2122 Caldeiras aquatubulares 13
213 Manutenccedilatildeo de caldeira 14
22 Combustiacuteveis 15
23 Aplicaccedilatildeo 15
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA 15
4 NECESSIDADE DO PROJETO 16
41 Combustiacutevel renovaacutevel 16
42 Biomassa x gaacutes natural 16
43 Consumidores 17
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor 18
5 PROJETO DA CALDEIRA 18
51 Paracircmetros de projeto 19
52 Configuraccedilatildeo da caldeira 19
53 Principais componentes 20
531 Tambor de vapor 20
532 Fornalha 20
533 Grelha moacutevel 21
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha 22
535 Silo dosador om roscas 23
536 Preacute-aquecedor de ar 23
537 Filtro Multiciclone 24
538 Ventilador de ar primaacuterio 25
539 Ventilador de ar secundaacuterio 25
5310 Exaustor de tiragem 26
5311 Chamineacute 27
5312 Sopradores de fuligem 28
5313 Tanque de condensado 28
5314 Tambor de descarga de fundo 29
5315 Coletor e distribuidor de vapor 29
54 Funcionamento 30
541 Arquitetura do sistema de controle 31
542 Combustiacutevel utilizado 31
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco 32
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco 32
5423 Armazenamento apropriado 32
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO 33
7 RESULTADOS 34
CONCLUSOtildeES 35
REFEREcircNCIAS 36
11
1 INTRODUCcedilAtildeO
ldquoO elevado preccedilo do petroacuteleo e os impactos ao meio ambiente principalmente pela
queima dos combustiacuteveis foacutesseis satildeo fatores que viabilizam o uso da energia renovaacutevel rdquo
(BARROS et al 2006)
O objetivo deste trabalho eacute viabilizar a introduccedilatildeo de uma caldeira de biomassa
flamobutublar em uma induacutestria do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o
cavaco de eucalipto substituindo o antigo meacutetodo de produccedilatildeo de vapor Utilizando como
motivaccedilatildeo inicial a altiacutessima demanda de gaacutes GNL (gaacutes natural liquefeito) na induacutestria
disposto como combustiacutevel na caldeira antiga e seu instaacutevel valor de aquisiccedilatildeo surge a
necessidade de uma reduccedilatildeo de custos uma vez que a unidade depende da geraccedilatildeo de vapor
que eacute utilizado como forccedila motriz em diversas operaccedilotildees de sua produccedilatildeo qualidade e
preocupaccedilatildeo com o meio ambiente Ao longo de todo o tratado acadecircmico dissertado eacute
comentado a necessidade e o projeto da caldeira implementada demonstrando seus principais
componentes e tambeacutem sua configuraccedilatildeo com o objetivo de firmar a proposta de sua
utilizaccedilatildeo
Segundo PERA (1966 p1) ldquogerador de vapor eacute um trocador de calor complexo que
produz vapor a partir de energia teacutermica (combustiacutevel) ar e fluido vaporizante constituiacutedo por
diversos equipamentos associadosrdquo A unidade geradora de vapor instalada possui muitos
componentes que tem como objetivo aproveitar ao maacuteximo a energia liberada na queima do
combustiacutevel e o projeto vem com o intuito de aproveitar ao maacuteximo estes recursos utilizando
uma caldeira dimensionada e de gral tecnoloacutegico elevado otimizando os custos
Figura 1 ndash Ilustrativo da caldeira estudada
Fonte Adaptado de Icavi (2015)
12
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO
Este capiacutetulo tem por objetivo analisar as contribuiccedilotildees teoacutericas que seratildeo utilizadas
para a estruturaccedilatildeo deste estudo Neste sentido ele estaacute dividido em 3 seccedilotildees encadeando os
assuntos selecionados de acordo com o eixo que rege a pesquisa
21 Caldeiras e Geradores de Vapor
As caldeiras ou geradores de vapor satildeo equipamentos anaacutelogos que permitem a
geraccedilatildeo de formas de energia teacutermica de ampla utilizaccedilatildeo tanto em niacutevel industrial quanto
comercial ou residencial o vapor e a aacutegua quente de pressatildeo elevada a partir do calor liberado
pela queima de um combustiacutevel ou pelo calor recuperado de outras fontes (geralmente gases
quentes)
211 Breve histoacuterico sobre Caldeiras
Segundo Mitamura 2005 foi no seacuteculo II aC que Heron de Alexandria realizou uma
seacuterie de experiecircncia e construiu um aparelho que foi o precursor das caldeiras e das turbinas a
vapor Esse aparelho eacute chamado de Eoliacutepila vaporizava aacutegua e movimentava uma esfera em
torno de um eixo Na eacutepoca o estudioso natildeo conseguiu enxergar nenhuma utilidade praacutetica
para seu invento visto que nenhum trabalho uacutetil era produzido por esse movimento mas
muitos seacuteculos mais tarde sua invenccedilatildeo e uso foram uma das bases tecnoloacutegicas da
Revoluccedilatildeo Industrial onde surgiram as primeiras caldeiras
Figura 2 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925
Fonte Memoria22 (2015)
13
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras
Segundo Pazian (2004) conforme o modo de transferecircncia de calor para vaporizar a
aacutegua as caldeiras podem ser classificadas em flamotubulares ou aquatubulares
2121 Caldeiras flamotubulares
Nas caldeiras com a configuraccedilatildeo de flamotubulares ou fogotubulares ocorre que os
gases quentes da combustatildeo circulam no interior de tubos que atravessam o reservatoacuterio de
aacutegua a ser aquecida para produzir vapor Conforme Mitamura (2005) normalmente as
capacidades satildeo restritas agrave pressatildeo maacutexima de 20 kgfcm-2 e produccedilatildeo de 30 tonh -1 e de
acordo com o mesmo autor as caldeiras flamotubulares satildeo mais econocircmicas que as
aquatubulares visto que ateacute 20th -1 de geraccedilatildeo de vapor o custo eacute menor
Figura 3 ndash Caldeira Flamotubular
Fonte Togawa (2017)
2122 Caldeiras Aquatubulares
As caldeiras aquatubulares a aacutegua a ser vaporizada passa no interior de tubos que por
sua vez satildeo envolvidos pelos gases de combustatildeo Os tubos podem estar organizados em
feixes como nos trocadores de calor e as caldeiras que os contecircm aparentam a forma de um
corpo ciliacutendrico ou de paredes de aacutegua como nas caldeiras maiores
14
ldquoSomente foi possiacutevel a obtenccedilatildeo de maiores produccedilotildees de vapor a pressotildees
elevadas e altas temperaturas com o advento das caldeiras de tubos de aacutegua A
circunstacircncia dos tubos estarem situados fora dos corpos das caldeiras a eles se
unindo para constituiacuterem um feixe tubular de aacutegua que compotildee a parte principal de
absorccedilatildeo do calor permite a obtenccedilatildeo de superfiacutecies de aquecimento praticamente
ilimitadas rdquo (PERA 1966 p138)
Esse tipo de caldeira tem mais rendimento por gerar uma maior quantidade de vapor
elevando tambeacutem o niacutevel de pressatildeo
Figura 4 ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Adaptado de Murilo (2013)
213 Manutenccedilatildeo das caldeiras
A manutenccedilatildeo da caldeira eacute fundamental na prevenccedilatildeo de acidentes Os tipos mais
comuns satildeo a manutenccedilatildeo preventiva que eacute a mais barata jaacute que ela conserva o equipamento
e pode ser ateacute considerada como investimento evitando que ela se estrague o proacuteprio
operador de caldeira apoacutes um treinamento eacute capaz de executa-la O outro tipo de manutenccedilatildeo
eacute a corretiva que eacute mais cara e muitas vezes a caldeira deixa de operar por periacuteodos longos o
que reflete no faturamento A norma brasileira NR13 obriga inspeccedilotildees perioacutedicas em um
periacuteodo nunca superior a 12 meses E quando a caldeira completar 25 (vinte e cinco) anos de
15
uso na sua inspeccedilatildeo subsequente deve ser submetida a rigorosa avaliaccedilatildeo de integridade para
determinar a sua vida remanescente e novo prazo maacuteximo para a inspeccedilatildeo caso ainda esteja
em condiccedilotildees de uso
22 Combustiacuteveis
Podem ser utilizados diversos combustiacuteveis em caldeiras sendo eles soacutelidos liacutequidos
ou gasosos o que lhes garante uma oacutetima flexibilidade operacional Dependendo do tipo de
combustiacutevel variam as personalidades de projeto e os componentes baacutesicos da instalaccedilatildeo de
vapor Satildeo inuacutemeras as opccedilotildees de combustiacuteveis para a queima em caldeira e os mais
utilizados satildeo gaacutes GLP gaacutes natural oacuteleos pesados como BPF e biomassas (lenha resiacuteduos de
madeira etc) Os criteacuterios para a escolha do combustiacutevel devem ser adotados por cada
usuaacuterio devendo ser analisados o custo do combustiacutevel posto no local do consumo a
disponibilidade na regiatildeo disponibilidade de matildeo-de-obra influecircncia do meio ambiente e
custobenefiacutecio
23 Aplicaccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo do vapor produzido nas caldeiras assume as mais variadas aplicaccedilotildees
como secagem cozimento geraccedilatildeo de energia lavagem de utensiacutelios desinfecccedilatildeo
aquecimento ambiental pasteurizaccedilatildeo (a parte referente ao aquecimento) dentre outros
Encontrado nos mais variados setores tais como industrial terciaacuterio e residencial
(notadamente nos paiacuteses de clima frio e no Brasil no sul do paiacutes e em certas localidades de
temperatura mais baixa como Campos do Jordatildeo) sua forma mais usual eacute a estacionaacuteria
poreacutem pode ocorrer de se verificar o emprego de caldeiras em sistemas moacuteveis tal como as
antigas locomotivas a vapor certas embarcaccedilotildees navais de grande porte e mesmo existe o
registro de pequenas caldeiras compactas transportadas em caminhotildees
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA
A demonstraccedilatildeo da importacircncia do objeto de estudo se deu em uma importante
empresa multinacional que atua no ramo alimentiacutecio com alimentos para catildees e gatos raccedilotildees
para animais de produccedilatildeo e ldquosnacksrdquo para catildees e gatos com sede fabril situada em Trecircs
Coraccedilotildees a empresa estaacute entre as 10 maiores empresas do ramo de ldquoPet Foodrdquo do mundo
16
4 NECESSIDADE DO PROJETO
O setor hidreleacutetrico tem sofrido grande baixa de alguns anos atraacutes ateacute o momento
cooperando portanto para a geraccedilatildeo e cogeraccedilatildeo de energia em termeleacutetricas que utilizam
fontes renovaacuteveis de energia como combustiacutevel como por exemplo bagaccedilo de cana cavaco
casca de arroz cavaco de eucalipto entre outros
Na empresa estudada o vapor eacute utilizado principalmente no processo de extrusatildeo de
alimentos completos na forma de energia teacutermica para cozimento da massa Antes do projeto
a fonte de combustiacutevel (gaacutes natural) era fornecida em caminhatildeo tanque que abastecia a
central de armazenagem e distribuiccedilatildeo do fornecedor instalada na planta posteriormente
alimentando a caldeira O combustiacutevel representa uma parcela consideraacutevel do custo
operacional o objetivo principal basicamente eacute reduzir o custo da tonelada de vapor
consequentemente o custo operacional da tonelada do produto acabado
41 Combustiacutevel Renovaacutevel
Os combustiacuteveis renovaacuteveis utilizam como mateacuteria-prima elementos renovaacuteveis para a
natureza como a cana-de-accediluacutecar usada na fabricaccedilatildeo do aacutelcool e tambeacutem de vaacuterios outros
vegetais como a mamona utilizado para a fabricaccedilatildeo do biodiesel ou outros oacuteleos vegetais que
podem ser utilizados diretamente em motores agrave diesel com algumas adaptaccedilotildees A biomassa
substitui a utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis como o carvatildeo e o petroacuteleo que agridem o meio
ambiente no processo de geraccedilatildeo de vapor nas induacutestrias aleacutem de ser um combustiacutevel mais
barato e renovaacutevel A biomassa proveniente do cavaco de madeira atua como alternativa de
fonte renovaacutevel para reduzir a produccedilatildeo de dioacutexido de carbono (CO2) pelos polos industriais
em um momento em que a comunidade global sobretudo os profissionais das aacutereas voltadas
ao meio ambiente mencionam o aquecimento global
42 Biomassa x Gaacutes Natural
Atraveacutes do desenvolvimento industrial diversas induacutestrias aderiram a geraccedilatildeo e
produccedilatildeo de vapor em suas plantas utilizando o mesmo em seu processo de produccedilatildeo O
grande ponto negativo eacute a dependecircncia do combustiacutevel utilizado assim o procedimento pode
levar emissatildeo de CO2 um dos principais causadores do aquecimento global Segundo Duarte
(2017) o gaacutes natural eacute uma fonte natildeo-renovaacutevel que foi formada por milhotildees de anos nos
17
reservatoacuterios subterracircneos do planeta Seu processo de produccedilatildeo desde a exploraccedilatildeo
processamento ateacute o transporte pode gerar grandes impactos no ambiente como
derramamentos de navios petroleiros vazamentos em plataformas e gasodutos Tem tambeacutem
a desvantagem de ter contaminantes altamente toacutexicos que tem de ser eliminados no processo
de refinamento
Figura 5 ndash Biomassa X Gaacutes
Fonte O autor
Os problemas gerados por seu uso nas usinas termeleacutetricas em especial a necessidade
de um sistema de resfriamento causando desperdiacutecio de aacutegua
Conforme Magalhatildees (2018) a biomassa eacute obtida atraveacutes da decomposiccedilatildeo de uma
variedade de recursos renovaacuteveis como plantas madeira resiacuteduos agriacutecolas restos de
alimentos excrementos e ateacute do lixo O Brasil possui situaccedilatildeo privilegiada para produccedilatildeo de
biomassa em larga escala pois existem extensas aacutereas cultivaacuteveis e condiccedilotildees climaacuteticas
favoraacuteveis ao longo do ano
43 Consumidores
Na faacutebrica onde estaacute situada a caldeira estudada o vapor eacute utilizado principalmente no
processo de extrusatildeo e peletizaccedilatildeo de alimentos completos na forma de energia teacutermica para
cozimento da massa e tambeacutem na parte de higienizaccedilatildeo das tubulaccedilotildees que recebem o vapor
para limpeza destes Estas operaccedilotildees satildeo de suma importacircncia para um produto final de
qualidade a confiabilidade na geraccedilatildeo de vapor deve ser de extrema precisatildeo para que as
maacutequinas que necessitam de forccedila motriz atingem seu maior potencial de produccedilatildeo tendo
como base a alta demanda de produto acabado
18
Figura 6 ndash Consumidores de vapor
Fonte (O Autor)
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor
O projeto possui uma seacuterie de questotildees positivas referente a parte ambiental e
econocircmica como base a geraccedilatildeo de vapor com recursos sustentaacuteveis no processo de
gerenciamento de produccedilatildeo de vapor esta operaccedilatildeo conta com pacotes computacionais para o
monitoramento do volume e da pressatildeo de vapor gerados pelas caldeiras de maneira a atender
agrave demanda de vapor com seguranccedila trabalhando ldquocorretamenterdquo levando a reduccedilatildeo de custo
por tonelada de vapor e reduccedilatildeo do custo do produto final
5 PROJETO DA CALDEIRA
As caracteriacutesticas gerais do projeto tendo como base as necessidades solicitadas foram
divididas em partes para facilitar o entendimento durante e consulta poacutes projeto conforme
imagem a baixo
Figura 7 ndash Desenho da caldeira
Fonte O autor
19
51 Paracircmetros de projeto
A seleccedilatildeo do tipo de unidade ou o projeto de uma nova unidade para uma certa
atividade depende de muitos fatores dentre os quais
Vazatildeo pressatildeo e temperatura do vapor vivo
Temperatura e condiccedilotildees da aacutegua de alimentaccedilatildeo da caldeira
Caracteriacutesticas de consumo do vapor gerado e tipo de serviccedilo a ser atendido
Esquema de atendimento da unidade de processo
Combustiacuteveis empregados e processo de combustatildeo
Eficiecircncia operacional
52 Configuraccedilatildeo da caldeira
A configuraccedilatildeo escolhida foi do tipo flamotubular mista com fornalha aquatubular e
corpo de evaporaccedilatildeo fogotubular de dois passes A fornalha tem paredes de tubos envolvidos
por tijolos refrataacuterios e dividem-se em cacircmara de combustatildeo e cacircmara poacutes queima O
grelhado eacute moacutevel e inclinado
Figura 8 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira
Fonte O autor
20
53 Principais Componentes
Abaixo listado alguns dos principais componentes que compotildeem a configuraccedilatildeo da
caldeira
531 Tambor de Vapor
O tambor de vapor da caldeira seraacute dimensionado de forma a propiciar um volume de
aacutegua e vapor que permita variaccedilotildees na carga com miacutenima variaccedilatildeo de pressatildeo na caldeira
mantendo a pureza do vapor na saiacuteda da mesma
Figura 9 ndash Componente Tambor de Vapor
Fonte O autor
532 Fornalha
A fornalha onde eacute instalada a grelha oscilante para a queima do combustiacutevel eacute
construiacuteda de tubos espaccedilados e recobertos de tijolos refrataacuterios especiais de forma a revestir
completamente os tubos de aacutegua formando uma superfiacutecie radiante para otimizar a
combustatildeo da biomassa Constituiacuteda de tubos soldados a coletores formando as paredes de
aacutegua resultando em uma oacutetima absorccedilatildeo de calor Conjuntamente com a fornalha satildeo
fornecidos dutos de ar de alta pressatildeo cuja finalidade eacute fornecer ar para o sistema de ar
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
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26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
lthttpswwwtodamateriacombrbiomassagt Acesso em 26 Jul 2018
MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 11
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO 12
21 Caldeiras e geradores de vapor 12
211 Breve histoacuterico sobre caldeiras 12
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras 13
2121 Caldeiras flamotubulares 13
2122 Caldeiras aquatubulares 13
213 Manutenccedilatildeo de caldeira 14
22 Combustiacuteveis 15
23 Aplicaccedilatildeo 15
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA 15
4 NECESSIDADE DO PROJETO 16
41 Combustiacutevel renovaacutevel 16
42 Biomassa x gaacutes natural 16
43 Consumidores 17
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor 18
5 PROJETO DA CALDEIRA 18
51 Paracircmetros de projeto 19
52 Configuraccedilatildeo da caldeira 19
53 Principais componentes 20
531 Tambor de vapor 20
532 Fornalha 20
533 Grelha moacutevel 21
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha 22
535 Silo dosador om roscas 23
536 Preacute-aquecedor de ar 23
537 Filtro Multiciclone 24
538 Ventilador de ar primaacuterio 25
539 Ventilador de ar secundaacuterio 25
5310 Exaustor de tiragem 26
5311 Chamineacute 27
5312 Sopradores de fuligem 28
5313 Tanque de condensado 28
5314 Tambor de descarga de fundo 29
5315 Coletor e distribuidor de vapor 29
54 Funcionamento 30
541 Arquitetura do sistema de controle 31
542 Combustiacutevel utilizado 31
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco 32
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco 32
5423 Armazenamento apropriado 32
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO 33
7 RESULTADOS 34
CONCLUSOtildeES 35
REFEREcircNCIAS 36
11
1 INTRODUCcedilAtildeO
ldquoO elevado preccedilo do petroacuteleo e os impactos ao meio ambiente principalmente pela
queima dos combustiacuteveis foacutesseis satildeo fatores que viabilizam o uso da energia renovaacutevel rdquo
(BARROS et al 2006)
O objetivo deste trabalho eacute viabilizar a introduccedilatildeo de uma caldeira de biomassa
flamobutublar em uma induacutestria do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o
cavaco de eucalipto substituindo o antigo meacutetodo de produccedilatildeo de vapor Utilizando como
motivaccedilatildeo inicial a altiacutessima demanda de gaacutes GNL (gaacutes natural liquefeito) na induacutestria
disposto como combustiacutevel na caldeira antiga e seu instaacutevel valor de aquisiccedilatildeo surge a
necessidade de uma reduccedilatildeo de custos uma vez que a unidade depende da geraccedilatildeo de vapor
que eacute utilizado como forccedila motriz em diversas operaccedilotildees de sua produccedilatildeo qualidade e
preocupaccedilatildeo com o meio ambiente Ao longo de todo o tratado acadecircmico dissertado eacute
comentado a necessidade e o projeto da caldeira implementada demonstrando seus principais
componentes e tambeacutem sua configuraccedilatildeo com o objetivo de firmar a proposta de sua
utilizaccedilatildeo
Segundo PERA (1966 p1) ldquogerador de vapor eacute um trocador de calor complexo que
produz vapor a partir de energia teacutermica (combustiacutevel) ar e fluido vaporizante constituiacutedo por
diversos equipamentos associadosrdquo A unidade geradora de vapor instalada possui muitos
componentes que tem como objetivo aproveitar ao maacuteximo a energia liberada na queima do
combustiacutevel e o projeto vem com o intuito de aproveitar ao maacuteximo estes recursos utilizando
uma caldeira dimensionada e de gral tecnoloacutegico elevado otimizando os custos
Figura 1 ndash Ilustrativo da caldeira estudada
Fonte Adaptado de Icavi (2015)
12
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO
Este capiacutetulo tem por objetivo analisar as contribuiccedilotildees teoacutericas que seratildeo utilizadas
para a estruturaccedilatildeo deste estudo Neste sentido ele estaacute dividido em 3 seccedilotildees encadeando os
assuntos selecionados de acordo com o eixo que rege a pesquisa
21 Caldeiras e Geradores de Vapor
As caldeiras ou geradores de vapor satildeo equipamentos anaacutelogos que permitem a
geraccedilatildeo de formas de energia teacutermica de ampla utilizaccedilatildeo tanto em niacutevel industrial quanto
comercial ou residencial o vapor e a aacutegua quente de pressatildeo elevada a partir do calor liberado
pela queima de um combustiacutevel ou pelo calor recuperado de outras fontes (geralmente gases
quentes)
211 Breve histoacuterico sobre Caldeiras
Segundo Mitamura 2005 foi no seacuteculo II aC que Heron de Alexandria realizou uma
seacuterie de experiecircncia e construiu um aparelho que foi o precursor das caldeiras e das turbinas a
vapor Esse aparelho eacute chamado de Eoliacutepila vaporizava aacutegua e movimentava uma esfera em
torno de um eixo Na eacutepoca o estudioso natildeo conseguiu enxergar nenhuma utilidade praacutetica
para seu invento visto que nenhum trabalho uacutetil era produzido por esse movimento mas
muitos seacuteculos mais tarde sua invenccedilatildeo e uso foram uma das bases tecnoloacutegicas da
Revoluccedilatildeo Industrial onde surgiram as primeiras caldeiras
Figura 2 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925
Fonte Memoria22 (2015)
13
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras
Segundo Pazian (2004) conforme o modo de transferecircncia de calor para vaporizar a
aacutegua as caldeiras podem ser classificadas em flamotubulares ou aquatubulares
2121 Caldeiras flamotubulares
Nas caldeiras com a configuraccedilatildeo de flamotubulares ou fogotubulares ocorre que os
gases quentes da combustatildeo circulam no interior de tubos que atravessam o reservatoacuterio de
aacutegua a ser aquecida para produzir vapor Conforme Mitamura (2005) normalmente as
capacidades satildeo restritas agrave pressatildeo maacutexima de 20 kgfcm-2 e produccedilatildeo de 30 tonh -1 e de
acordo com o mesmo autor as caldeiras flamotubulares satildeo mais econocircmicas que as
aquatubulares visto que ateacute 20th -1 de geraccedilatildeo de vapor o custo eacute menor
Figura 3 ndash Caldeira Flamotubular
Fonte Togawa (2017)
2122 Caldeiras Aquatubulares
As caldeiras aquatubulares a aacutegua a ser vaporizada passa no interior de tubos que por
sua vez satildeo envolvidos pelos gases de combustatildeo Os tubos podem estar organizados em
feixes como nos trocadores de calor e as caldeiras que os contecircm aparentam a forma de um
corpo ciliacutendrico ou de paredes de aacutegua como nas caldeiras maiores
14
ldquoSomente foi possiacutevel a obtenccedilatildeo de maiores produccedilotildees de vapor a pressotildees
elevadas e altas temperaturas com o advento das caldeiras de tubos de aacutegua A
circunstacircncia dos tubos estarem situados fora dos corpos das caldeiras a eles se
unindo para constituiacuterem um feixe tubular de aacutegua que compotildee a parte principal de
absorccedilatildeo do calor permite a obtenccedilatildeo de superfiacutecies de aquecimento praticamente
ilimitadas rdquo (PERA 1966 p138)
Esse tipo de caldeira tem mais rendimento por gerar uma maior quantidade de vapor
elevando tambeacutem o niacutevel de pressatildeo
Figura 4 ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Adaptado de Murilo (2013)
213 Manutenccedilatildeo das caldeiras
A manutenccedilatildeo da caldeira eacute fundamental na prevenccedilatildeo de acidentes Os tipos mais
comuns satildeo a manutenccedilatildeo preventiva que eacute a mais barata jaacute que ela conserva o equipamento
e pode ser ateacute considerada como investimento evitando que ela se estrague o proacuteprio
operador de caldeira apoacutes um treinamento eacute capaz de executa-la O outro tipo de manutenccedilatildeo
eacute a corretiva que eacute mais cara e muitas vezes a caldeira deixa de operar por periacuteodos longos o
que reflete no faturamento A norma brasileira NR13 obriga inspeccedilotildees perioacutedicas em um
periacuteodo nunca superior a 12 meses E quando a caldeira completar 25 (vinte e cinco) anos de
15
uso na sua inspeccedilatildeo subsequente deve ser submetida a rigorosa avaliaccedilatildeo de integridade para
determinar a sua vida remanescente e novo prazo maacuteximo para a inspeccedilatildeo caso ainda esteja
em condiccedilotildees de uso
22 Combustiacuteveis
Podem ser utilizados diversos combustiacuteveis em caldeiras sendo eles soacutelidos liacutequidos
ou gasosos o que lhes garante uma oacutetima flexibilidade operacional Dependendo do tipo de
combustiacutevel variam as personalidades de projeto e os componentes baacutesicos da instalaccedilatildeo de
vapor Satildeo inuacutemeras as opccedilotildees de combustiacuteveis para a queima em caldeira e os mais
utilizados satildeo gaacutes GLP gaacutes natural oacuteleos pesados como BPF e biomassas (lenha resiacuteduos de
madeira etc) Os criteacuterios para a escolha do combustiacutevel devem ser adotados por cada
usuaacuterio devendo ser analisados o custo do combustiacutevel posto no local do consumo a
disponibilidade na regiatildeo disponibilidade de matildeo-de-obra influecircncia do meio ambiente e
custobenefiacutecio
23 Aplicaccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo do vapor produzido nas caldeiras assume as mais variadas aplicaccedilotildees
como secagem cozimento geraccedilatildeo de energia lavagem de utensiacutelios desinfecccedilatildeo
aquecimento ambiental pasteurizaccedilatildeo (a parte referente ao aquecimento) dentre outros
Encontrado nos mais variados setores tais como industrial terciaacuterio e residencial
(notadamente nos paiacuteses de clima frio e no Brasil no sul do paiacutes e em certas localidades de
temperatura mais baixa como Campos do Jordatildeo) sua forma mais usual eacute a estacionaacuteria
poreacutem pode ocorrer de se verificar o emprego de caldeiras em sistemas moacuteveis tal como as
antigas locomotivas a vapor certas embarcaccedilotildees navais de grande porte e mesmo existe o
registro de pequenas caldeiras compactas transportadas em caminhotildees
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA
A demonstraccedilatildeo da importacircncia do objeto de estudo se deu em uma importante
empresa multinacional que atua no ramo alimentiacutecio com alimentos para catildees e gatos raccedilotildees
para animais de produccedilatildeo e ldquosnacksrdquo para catildees e gatos com sede fabril situada em Trecircs
Coraccedilotildees a empresa estaacute entre as 10 maiores empresas do ramo de ldquoPet Foodrdquo do mundo
16
4 NECESSIDADE DO PROJETO
O setor hidreleacutetrico tem sofrido grande baixa de alguns anos atraacutes ateacute o momento
cooperando portanto para a geraccedilatildeo e cogeraccedilatildeo de energia em termeleacutetricas que utilizam
fontes renovaacuteveis de energia como combustiacutevel como por exemplo bagaccedilo de cana cavaco
casca de arroz cavaco de eucalipto entre outros
Na empresa estudada o vapor eacute utilizado principalmente no processo de extrusatildeo de
alimentos completos na forma de energia teacutermica para cozimento da massa Antes do projeto
a fonte de combustiacutevel (gaacutes natural) era fornecida em caminhatildeo tanque que abastecia a
central de armazenagem e distribuiccedilatildeo do fornecedor instalada na planta posteriormente
alimentando a caldeira O combustiacutevel representa uma parcela consideraacutevel do custo
operacional o objetivo principal basicamente eacute reduzir o custo da tonelada de vapor
consequentemente o custo operacional da tonelada do produto acabado
41 Combustiacutevel Renovaacutevel
Os combustiacuteveis renovaacuteveis utilizam como mateacuteria-prima elementos renovaacuteveis para a
natureza como a cana-de-accediluacutecar usada na fabricaccedilatildeo do aacutelcool e tambeacutem de vaacuterios outros
vegetais como a mamona utilizado para a fabricaccedilatildeo do biodiesel ou outros oacuteleos vegetais que
podem ser utilizados diretamente em motores agrave diesel com algumas adaptaccedilotildees A biomassa
substitui a utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis como o carvatildeo e o petroacuteleo que agridem o meio
ambiente no processo de geraccedilatildeo de vapor nas induacutestrias aleacutem de ser um combustiacutevel mais
barato e renovaacutevel A biomassa proveniente do cavaco de madeira atua como alternativa de
fonte renovaacutevel para reduzir a produccedilatildeo de dioacutexido de carbono (CO2) pelos polos industriais
em um momento em que a comunidade global sobretudo os profissionais das aacutereas voltadas
ao meio ambiente mencionam o aquecimento global
42 Biomassa x Gaacutes Natural
Atraveacutes do desenvolvimento industrial diversas induacutestrias aderiram a geraccedilatildeo e
produccedilatildeo de vapor em suas plantas utilizando o mesmo em seu processo de produccedilatildeo O
grande ponto negativo eacute a dependecircncia do combustiacutevel utilizado assim o procedimento pode
levar emissatildeo de CO2 um dos principais causadores do aquecimento global Segundo Duarte
(2017) o gaacutes natural eacute uma fonte natildeo-renovaacutevel que foi formada por milhotildees de anos nos
17
reservatoacuterios subterracircneos do planeta Seu processo de produccedilatildeo desde a exploraccedilatildeo
processamento ateacute o transporte pode gerar grandes impactos no ambiente como
derramamentos de navios petroleiros vazamentos em plataformas e gasodutos Tem tambeacutem
a desvantagem de ter contaminantes altamente toacutexicos que tem de ser eliminados no processo
de refinamento
Figura 5 ndash Biomassa X Gaacutes
Fonte O autor
Os problemas gerados por seu uso nas usinas termeleacutetricas em especial a necessidade
de um sistema de resfriamento causando desperdiacutecio de aacutegua
Conforme Magalhatildees (2018) a biomassa eacute obtida atraveacutes da decomposiccedilatildeo de uma
variedade de recursos renovaacuteveis como plantas madeira resiacuteduos agriacutecolas restos de
alimentos excrementos e ateacute do lixo O Brasil possui situaccedilatildeo privilegiada para produccedilatildeo de
biomassa em larga escala pois existem extensas aacutereas cultivaacuteveis e condiccedilotildees climaacuteticas
favoraacuteveis ao longo do ano
43 Consumidores
Na faacutebrica onde estaacute situada a caldeira estudada o vapor eacute utilizado principalmente no
processo de extrusatildeo e peletizaccedilatildeo de alimentos completos na forma de energia teacutermica para
cozimento da massa e tambeacutem na parte de higienizaccedilatildeo das tubulaccedilotildees que recebem o vapor
para limpeza destes Estas operaccedilotildees satildeo de suma importacircncia para um produto final de
qualidade a confiabilidade na geraccedilatildeo de vapor deve ser de extrema precisatildeo para que as
maacutequinas que necessitam de forccedila motriz atingem seu maior potencial de produccedilatildeo tendo
como base a alta demanda de produto acabado
18
Figura 6 ndash Consumidores de vapor
Fonte (O Autor)
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor
O projeto possui uma seacuterie de questotildees positivas referente a parte ambiental e
econocircmica como base a geraccedilatildeo de vapor com recursos sustentaacuteveis no processo de
gerenciamento de produccedilatildeo de vapor esta operaccedilatildeo conta com pacotes computacionais para o
monitoramento do volume e da pressatildeo de vapor gerados pelas caldeiras de maneira a atender
agrave demanda de vapor com seguranccedila trabalhando ldquocorretamenterdquo levando a reduccedilatildeo de custo
por tonelada de vapor e reduccedilatildeo do custo do produto final
5 PROJETO DA CALDEIRA
As caracteriacutesticas gerais do projeto tendo como base as necessidades solicitadas foram
divididas em partes para facilitar o entendimento durante e consulta poacutes projeto conforme
imagem a baixo
Figura 7 ndash Desenho da caldeira
Fonte O autor
19
51 Paracircmetros de projeto
A seleccedilatildeo do tipo de unidade ou o projeto de uma nova unidade para uma certa
atividade depende de muitos fatores dentre os quais
Vazatildeo pressatildeo e temperatura do vapor vivo
Temperatura e condiccedilotildees da aacutegua de alimentaccedilatildeo da caldeira
Caracteriacutesticas de consumo do vapor gerado e tipo de serviccedilo a ser atendido
Esquema de atendimento da unidade de processo
Combustiacuteveis empregados e processo de combustatildeo
Eficiecircncia operacional
52 Configuraccedilatildeo da caldeira
A configuraccedilatildeo escolhida foi do tipo flamotubular mista com fornalha aquatubular e
corpo de evaporaccedilatildeo fogotubular de dois passes A fornalha tem paredes de tubos envolvidos
por tijolos refrataacuterios e dividem-se em cacircmara de combustatildeo e cacircmara poacutes queima O
grelhado eacute moacutevel e inclinado
Figura 8 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira
Fonte O autor
20
53 Principais Componentes
Abaixo listado alguns dos principais componentes que compotildeem a configuraccedilatildeo da
caldeira
531 Tambor de Vapor
O tambor de vapor da caldeira seraacute dimensionado de forma a propiciar um volume de
aacutegua e vapor que permita variaccedilotildees na carga com miacutenima variaccedilatildeo de pressatildeo na caldeira
mantendo a pureza do vapor na saiacuteda da mesma
Figura 9 ndash Componente Tambor de Vapor
Fonte O autor
532 Fornalha
A fornalha onde eacute instalada a grelha oscilante para a queima do combustiacutevel eacute
construiacuteda de tubos espaccedilados e recobertos de tijolos refrataacuterios especiais de forma a revestir
completamente os tubos de aacutegua formando uma superfiacutecie radiante para otimizar a
combustatildeo da biomassa Constituiacuteda de tubos soldados a coletores formando as paredes de
aacutegua resultando em uma oacutetima absorccedilatildeo de calor Conjuntamente com a fornalha satildeo
fornecidos dutos de ar de alta pressatildeo cuja finalidade eacute fornecer ar para o sistema de ar
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
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26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
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MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
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MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
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PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
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PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
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sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
11
1 INTRODUCcedilAtildeO
ldquoO elevado preccedilo do petroacuteleo e os impactos ao meio ambiente principalmente pela
queima dos combustiacuteveis foacutesseis satildeo fatores que viabilizam o uso da energia renovaacutevel rdquo
(BARROS et al 2006)
O objetivo deste trabalho eacute viabilizar a introduccedilatildeo de uma caldeira de biomassa
flamobutublar em uma induacutestria do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o
cavaco de eucalipto substituindo o antigo meacutetodo de produccedilatildeo de vapor Utilizando como
motivaccedilatildeo inicial a altiacutessima demanda de gaacutes GNL (gaacutes natural liquefeito) na induacutestria
disposto como combustiacutevel na caldeira antiga e seu instaacutevel valor de aquisiccedilatildeo surge a
necessidade de uma reduccedilatildeo de custos uma vez que a unidade depende da geraccedilatildeo de vapor
que eacute utilizado como forccedila motriz em diversas operaccedilotildees de sua produccedilatildeo qualidade e
preocupaccedilatildeo com o meio ambiente Ao longo de todo o tratado acadecircmico dissertado eacute
comentado a necessidade e o projeto da caldeira implementada demonstrando seus principais
componentes e tambeacutem sua configuraccedilatildeo com o objetivo de firmar a proposta de sua
utilizaccedilatildeo
Segundo PERA (1966 p1) ldquogerador de vapor eacute um trocador de calor complexo que
produz vapor a partir de energia teacutermica (combustiacutevel) ar e fluido vaporizante constituiacutedo por
diversos equipamentos associadosrdquo A unidade geradora de vapor instalada possui muitos
componentes que tem como objetivo aproveitar ao maacuteximo a energia liberada na queima do
combustiacutevel e o projeto vem com o intuito de aproveitar ao maacuteximo estes recursos utilizando
uma caldeira dimensionada e de gral tecnoloacutegico elevado otimizando os custos
Figura 1 ndash Ilustrativo da caldeira estudada
Fonte Adaptado de Icavi (2015)
12
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO
Este capiacutetulo tem por objetivo analisar as contribuiccedilotildees teoacutericas que seratildeo utilizadas
para a estruturaccedilatildeo deste estudo Neste sentido ele estaacute dividido em 3 seccedilotildees encadeando os
assuntos selecionados de acordo com o eixo que rege a pesquisa
21 Caldeiras e Geradores de Vapor
As caldeiras ou geradores de vapor satildeo equipamentos anaacutelogos que permitem a
geraccedilatildeo de formas de energia teacutermica de ampla utilizaccedilatildeo tanto em niacutevel industrial quanto
comercial ou residencial o vapor e a aacutegua quente de pressatildeo elevada a partir do calor liberado
pela queima de um combustiacutevel ou pelo calor recuperado de outras fontes (geralmente gases
quentes)
211 Breve histoacuterico sobre Caldeiras
Segundo Mitamura 2005 foi no seacuteculo II aC que Heron de Alexandria realizou uma
seacuterie de experiecircncia e construiu um aparelho que foi o precursor das caldeiras e das turbinas a
vapor Esse aparelho eacute chamado de Eoliacutepila vaporizava aacutegua e movimentava uma esfera em
torno de um eixo Na eacutepoca o estudioso natildeo conseguiu enxergar nenhuma utilidade praacutetica
para seu invento visto que nenhum trabalho uacutetil era produzido por esse movimento mas
muitos seacuteculos mais tarde sua invenccedilatildeo e uso foram uma das bases tecnoloacutegicas da
Revoluccedilatildeo Industrial onde surgiram as primeiras caldeiras
Figura 2 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925
Fonte Memoria22 (2015)
13
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras
Segundo Pazian (2004) conforme o modo de transferecircncia de calor para vaporizar a
aacutegua as caldeiras podem ser classificadas em flamotubulares ou aquatubulares
2121 Caldeiras flamotubulares
Nas caldeiras com a configuraccedilatildeo de flamotubulares ou fogotubulares ocorre que os
gases quentes da combustatildeo circulam no interior de tubos que atravessam o reservatoacuterio de
aacutegua a ser aquecida para produzir vapor Conforme Mitamura (2005) normalmente as
capacidades satildeo restritas agrave pressatildeo maacutexima de 20 kgfcm-2 e produccedilatildeo de 30 tonh -1 e de
acordo com o mesmo autor as caldeiras flamotubulares satildeo mais econocircmicas que as
aquatubulares visto que ateacute 20th -1 de geraccedilatildeo de vapor o custo eacute menor
Figura 3 ndash Caldeira Flamotubular
Fonte Togawa (2017)
2122 Caldeiras Aquatubulares
As caldeiras aquatubulares a aacutegua a ser vaporizada passa no interior de tubos que por
sua vez satildeo envolvidos pelos gases de combustatildeo Os tubos podem estar organizados em
feixes como nos trocadores de calor e as caldeiras que os contecircm aparentam a forma de um
corpo ciliacutendrico ou de paredes de aacutegua como nas caldeiras maiores
14
ldquoSomente foi possiacutevel a obtenccedilatildeo de maiores produccedilotildees de vapor a pressotildees
elevadas e altas temperaturas com o advento das caldeiras de tubos de aacutegua A
circunstacircncia dos tubos estarem situados fora dos corpos das caldeiras a eles se
unindo para constituiacuterem um feixe tubular de aacutegua que compotildee a parte principal de
absorccedilatildeo do calor permite a obtenccedilatildeo de superfiacutecies de aquecimento praticamente
ilimitadas rdquo (PERA 1966 p138)
Esse tipo de caldeira tem mais rendimento por gerar uma maior quantidade de vapor
elevando tambeacutem o niacutevel de pressatildeo
Figura 4 ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Adaptado de Murilo (2013)
213 Manutenccedilatildeo das caldeiras
A manutenccedilatildeo da caldeira eacute fundamental na prevenccedilatildeo de acidentes Os tipos mais
comuns satildeo a manutenccedilatildeo preventiva que eacute a mais barata jaacute que ela conserva o equipamento
e pode ser ateacute considerada como investimento evitando que ela se estrague o proacuteprio
operador de caldeira apoacutes um treinamento eacute capaz de executa-la O outro tipo de manutenccedilatildeo
eacute a corretiva que eacute mais cara e muitas vezes a caldeira deixa de operar por periacuteodos longos o
que reflete no faturamento A norma brasileira NR13 obriga inspeccedilotildees perioacutedicas em um
periacuteodo nunca superior a 12 meses E quando a caldeira completar 25 (vinte e cinco) anos de
15
uso na sua inspeccedilatildeo subsequente deve ser submetida a rigorosa avaliaccedilatildeo de integridade para
determinar a sua vida remanescente e novo prazo maacuteximo para a inspeccedilatildeo caso ainda esteja
em condiccedilotildees de uso
22 Combustiacuteveis
Podem ser utilizados diversos combustiacuteveis em caldeiras sendo eles soacutelidos liacutequidos
ou gasosos o que lhes garante uma oacutetima flexibilidade operacional Dependendo do tipo de
combustiacutevel variam as personalidades de projeto e os componentes baacutesicos da instalaccedilatildeo de
vapor Satildeo inuacutemeras as opccedilotildees de combustiacuteveis para a queima em caldeira e os mais
utilizados satildeo gaacutes GLP gaacutes natural oacuteleos pesados como BPF e biomassas (lenha resiacuteduos de
madeira etc) Os criteacuterios para a escolha do combustiacutevel devem ser adotados por cada
usuaacuterio devendo ser analisados o custo do combustiacutevel posto no local do consumo a
disponibilidade na regiatildeo disponibilidade de matildeo-de-obra influecircncia do meio ambiente e
custobenefiacutecio
23 Aplicaccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo do vapor produzido nas caldeiras assume as mais variadas aplicaccedilotildees
como secagem cozimento geraccedilatildeo de energia lavagem de utensiacutelios desinfecccedilatildeo
aquecimento ambiental pasteurizaccedilatildeo (a parte referente ao aquecimento) dentre outros
Encontrado nos mais variados setores tais como industrial terciaacuterio e residencial
(notadamente nos paiacuteses de clima frio e no Brasil no sul do paiacutes e em certas localidades de
temperatura mais baixa como Campos do Jordatildeo) sua forma mais usual eacute a estacionaacuteria
poreacutem pode ocorrer de se verificar o emprego de caldeiras em sistemas moacuteveis tal como as
antigas locomotivas a vapor certas embarcaccedilotildees navais de grande porte e mesmo existe o
registro de pequenas caldeiras compactas transportadas em caminhotildees
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA
A demonstraccedilatildeo da importacircncia do objeto de estudo se deu em uma importante
empresa multinacional que atua no ramo alimentiacutecio com alimentos para catildees e gatos raccedilotildees
para animais de produccedilatildeo e ldquosnacksrdquo para catildees e gatos com sede fabril situada em Trecircs
Coraccedilotildees a empresa estaacute entre as 10 maiores empresas do ramo de ldquoPet Foodrdquo do mundo
16
4 NECESSIDADE DO PROJETO
O setor hidreleacutetrico tem sofrido grande baixa de alguns anos atraacutes ateacute o momento
cooperando portanto para a geraccedilatildeo e cogeraccedilatildeo de energia em termeleacutetricas que utilizam
fontes renovaacuteveis de energia como combustiacutevel como por exemplo bagaccedilo de cana cavaco
casca de arroz cavaco de eucalipto entre outros
Na empresa estudada o vapor eacute utilizado principalmente no processo de extrusatildeo de
alimentos completos na forma de energia teacutermica para cozimento da massa Antes do projeto
a fonte de combustiacutevel (gaacutes natural) era fornecida em caminhatildeo tanque que abastecia a
central de armazenagem e distribuiccedilatildeo do fornecedor instalada na planta posteriormente
alimentando a caldeira O combustiacutevel representa uma parcela consideraacutevel do custo
operacional o objetivo principal basicamente eacute reduzir o custo da tonelada de vapor
consequentemente o custo operacional da tonelada do produto acabado
41 Combustiacutevel Renovaacutevel
Os combustiacuteveis renovaacuteveis utilizam como mateacuteria-prima elementos renovaacuteveis para a
natureza como a cana-de-accediluacutecar usada na fabricaccedilatildeo do aacutelcool e tambeacutem de vaacuterios outros
vegetais como a mamona utilizado para a fabricaccedilatildeo do biodiesel ou outros oacuteleos vegetais que
podem ser utilizados diretamente em motores agrave diesel com algumas adaptaccedilotildees A biomassa
substitui a utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis como o carvatildeo e o petroacuteleo que agridem o meio
ambiente no processo de geraccedilatildeo de vapor nas induacutestrias aleacutem de ser um combustiacutevel mais
barato e renovaacutevel A biomassa proveniente do cavaco de madeira atua como alternativa de
fonte renovaacutevel para reduzir a produccedilatildeo de dioacutexido de carbono (CO2) pelos polos industriais
em um momento em que a comunidade global sobretudo os profissionais das aacutereas voltadas
ao meio ambiente mencionam o aquecimento global
42 Biomassa x Gaacutes Natural
Atraveacutes do desenvolvimento industrial diversas induacutestrias aderiram a geraccedilatildeo e
produccedilatildeo de vapor em suas plantas utilizando o mesmo em seu processo de produccedilatildeo O
grande ponto negativo eacute a dependecircncia do combustiacutevel utilizado assim o procedimento pode
levar emissatildeo de CO2 um dos principais causadores do aquecimento global Segundo Duarte
(2017) o gaacutes natural eacute uma fonte natildeo-renovaacutevel que foi formada por milhotildees de anos nos
17
reservatoacuterios subterracircneos do planeta Seu processo de produccedilatildeo desde a exploraccedilatildeo
processamento ateacute o transporte pode gerar grandes impactos no ambiente como
derramamentos de navios petroleiros vazamentos em plataformas e gasodutos Tem tambeacutem
a desvantagem de ter contaminantes altamente toacutexicos que tem de ser eliminados no processo
de refinamento
Figura 5 ndash Biomassa X Gaacutes
Fonte O autor
Os problemas gerados por seu uso nas usinas termeleacutetricas em especial a necessidade
de um sistema de resfriamento causando desperdiacutecio de aacutegua
Conforme Magalhatildees (2018) a biomassa eacute obtida atraveacutes da decomposiccedilatildeo de uma
variedade de recursos renovaacuteveis como plantas madeira resiacuteduos agriacutecolas restos de
alimentos excrementos e ateacute do lixo O Brasil possui situaccedilatildeo privilegiada para produccedilatildeo de
biomassa em larga escala pois existem extensas aacutereas cultivaacuteveis e condiccedilotildees climaacuteticas
favoraacuteveis ao longo do ano
43 Consumidores
Na faacutebrica onde estaacute situada a caldeira estudada o vapor eacute utilizado principalmente no
processo de extrusatildeo e peletizaccedilatildeo de alimentos completos na forma de energia teacutermica para
cozimento da massa e tambeacutem na parte de higienizaccedilatildeo das tubulaccedilotildees que recebem o vapor
para limpeza destes Estas operaccedilotildees satildeo de suma importacircncia para um produto final de
qualidade a confiabilidade na geraccedilatildeo de vapor deve ser de extrema precisatildeo para que as
maacutequinas que necessitam de forccedila motriz atingem seu maior potencial de produccedilatildeo tendo
como base a alta demanda de produto acabado
18
Figura 6 ndash Consumidores de vapor
Fonte (O Autor)
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor
O projeto possui uma seacuterie de questotildees positivas referente a parte ambiental e
econocircmica como base a geraccedilatildeo de vapor com recursos sustentaacuteveis no processo de
gerenciamento de produccedilatildeo de vapor esta operaccedilatildeo conta com pacotes computacionais para o
monitoramento do volume e da pressatildeo de vapor gerados pelas caldeiras de maneira a atender
agrave demanda de vapor com seguranccedila trabalhando ldquocorretamenterdquo levando a reduccedilatildeo de custo
por tonelada de vapor e reduccedilatildeo do custo do produto final
5 PROJETO DA CALDEIRA
As caracteriacutesticas gerais do projeto tendo como base as necessidades solicitadas foram
divididas em partes para facilitar o entendimento durante e consulta poacutes projeto conforme
imagem a baixo
Figura 7 ndash Desenho da caldeira
Fonte O autor
19
51 Paracircmetros de projeto
A seleccedilatildeo do tipo de unidade ou o projeto de uma nova unidade para uma certa
atividade depende de muitos fatores dentre os quais
Vazatildeo pressatildeo e temperatura do vapor vivo
Temperatura e condiccedilotildees da aacutegua de alimentaccedilatildeo da caldeira
Caracteriacutesticas de consumo do vapor gerado e tipo de serviccedilo a ser atendido
Esquema de atendimento da unidade de processo
Combustiacuteveis empregados e processo de combustatildeo
Eficiecircncia operacional
52 Configuraccedilatildeo da caldeira
A configuraccedilatildeo escolhida foi do tipo flamotubular mista com fornalha aquatubular e
corpo de evaporaccedilatildeo fogotubular de dois passes A fornalha tem paredes de tubos envolvidos
por tijolos refrataacuterios e dividem-se em cacircmara de combustatildeo e cacircmara poacutes queima O
grelhado eacute moacutevel e inclinado
Figura 8 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira
Fonte O autor
20
53 Principais Componentes
Abaixo listado alguns dos principais componentes que compotildeem a configuraccedilatildeo da
caldeira
531 Tambor de Vapor
O tambor de vapor da caldeira seraacute dimensionado de forma a propiciar um volume de
aacutegua e vapor que permita variaccedilotildees na carga com miacutenima variaccedilatildeo de pressatildeo na caldeira
mantendo a pureza do vapor na saiacuteda da mesma
Figura 9 ndash Componente Tambor de Vapor
Fonte O autor
532 Fornalha
A fornalha onde eacute instalada a grelha oscilante para a queima do combustiacutevel eacute
construiacuteda de tubos espaccedilados e recobertos de tijolos refrataacuterios especiais de forma a revestir
completamente os tubos de aacutegua formando uma superfiacutecie radiante para otimizar a
combustatildeo da biomassa Constituiacuteda de tubos soldados a coletores formando as paredes de
aacutegua resultando em uma oacutetima absorccedilatildeo de calor Conjuntamente com a fornalha satildeo
fornecidos dutos de ar de alta pressatildeo cuja finalidade eacute fornecer ar para o sistema de ar
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
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pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
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DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
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MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
12
2 REFERENCIAL TEOacuteRICO
Este capiacutetulo tem por objetivo analisar as contribuiccedilotildees teoacutericas que seratildeo utilizadas
para a estruturaccedilatildeo deste estudo Neste sentido ele estaacute dividido em 3 seccedilotildees encadeando os
assuntos selecionados de acordo com o eixo que rege a pesquisa
21 Caldeiras e Geradores de Vapor
As caldeiras ou geradores de vapor satildeo equipamentos anaacutelogos que permitem a
geraccedilatildeo de formas de energia teacutermica de ampla utilizaccedilatildeo tanto em niacutevel industrial quanto
comercial ou residencial o vapor e a aacutegua quente de pressatildeo elevada a partir do calor liberado
pela queima de um combustiacutevel ou pelo calor recuperado de outras fontes (geralmente gases
quentes)
211 Breve histoacuterico sobre Caldeiras
Segundo Mitamura 2005 foi no seacuteculo II aC que Heron de Alexandria realizou uma
seacuterie de experiecircncia e construiu um aparelho que foi o precursor das caldeiras e das turbinas a
vapor Esse aparelho eacute chamado de Eoliacutepila vaporizava aacutegua e movimentava uma esfera em
torno de um eixo Na eacutepoca o estudioso natildeo conseguiu enxergar nenhuma utilidade praacutetica
para seu invento visto que nenhum trabalho uacutetil era produzido por esse movimento mas
muitos seacuteculos mais tarde sua invenccedilatildeo e uso foram uma das bases tecnoloacutegicas da
Revoluccedilatildeo Industrial onde surgiram as primeiras caldeiras
Figura 2 ndash Caldeira da Fazenda Suissa em 1925
Fonte Memoria22 (2015)
13
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras
Segundo Pazian (2004) conforme o modo de transferecircncia de calor para vaporizar a
aacutegua as caldeiras podem ser classificadas em flamotubulares ou aquatubulares
2121 Caldeiras flamotubulares
Nas caldeiras com a configuraccedilatildeo de flamotubulares ou fogotubulares ocorre que os
gases quentes da combustatildeo circulam no interior de tubos que atravessam o reservatoacuterio de
aacutegua a ser aquecida para produzir vapor Conforme Mitamura (2005) normalmente as
capacidades satildeo restritas agrave pressatildeo maacutexima de 20 kgfcm-2 e produccedilatildeo de 30 tonh -1 e de
acordo com o mesmo autor as caldeiras flamotubulares satildeo mais econocircmicas que as
aquatubulares visto que ateacute 20th -1 de geraccedilatildeo de vapor o custo eacute menor
Figura 3 ndash Caldeira Flamotubular
Fonte Togawa (2017)
2122 Caldeiras Aquatubulares
As caldeiras aquatubulares a aacutegua a ser vaporizada passa no interior de tubos que por
sua vez satildeo envolvidos pelos gases de combustatildeo Os tubos podem estar organizados em
feixes como nos trocadores de calor e as caldeiras que os contecircm aparentam a forma de um
corpo ciliacutendrico ou de paredes de aacutegua como nas caldeiras maiores
14
ldquoSomente foi possiacutevel a obtenccedilatildeo de maiores produccedilotildees de vapor a pressotildees
elevadas e altas temperaturas com o advento das caldeiras de tubos de aacutegua A
circunstacircncia dos tubos estarem situados fora dos corpos das caldeiras a eles se
unindo para constituiacuterem um feixe tubular de aacutegua que compotildee a parte principal de
absorccedilatildeo do calor permite a obtenccedilatildeo de superfiacutecies de aquecimento praticamente
ilimitadas rdquo (PERA 1966 p138)
Esse tipo de caldeira tem mais rendimento por gerar uma maior quantidade de vapor
elevando tambeacutem o niacutevel de pressatildeo
Figura 4 ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Adaptado de Murilo (2013)
213 Manutenccedilatildeo das caldeiras
A manutenccedilatildeo da caldeira eacute fundamental na prevenccedilatildeo de acidentes Os tipos mais
comuns satildeo a manutenccedilatildeo preventiva que eacute a mais barata jaacute que ela conserva o equipamento
e pode ser ateacute considerada como investimento evitando que ela se estrague o proacuteprio
operador de caldeira apoacutes um treinamento eacute capaz de executa-la O outro tipo de manutenccedilatildeo
eacute a corretiva que eacute mais cara e muitas vezes a caldeira deixa de operar por periacuteodos longos o
que reflete no faturamento A norma brasileira NR13 obriga inspeccedilotildees perioacutedicas em um
periacuteodo nunca superior a 12 meses E quando a caldeira completar 25 (vinte e cinco) anos de
15
uso na sua inspeccedilatildeo subsequente deve ser submetida a rigorosa avaliaccedilatildeo de integridade para
determinar a sua vida remanescente e novo prazo maacuteximo para a inspeccedilatildeo caso ainda esteja
em condiccedilotildees de uso
22 Combustiacuteveis
Podem ser utilizados diversos combustiacuteveis em caldeiras sendo eles soacutelidos liacutequidos
ou gasosos o que lhes garante uma oacutetima flexibilidade operacional Dependendo do tipo de
combustiacutevel variam as personalidades de projeto e os componentes baacutesicos da instalaccedilatildeo de
vapor Satildeo inuacutemeras as opccedilotildees de combustiacuteveis para a queima em caldeira e os mais
utilizados satildeo gaacutes GLP gaacutes natural oacuteleos pesados como BPF e biomassas (lenha resiacuteduos de
madeira etc) Os criteacuterios para a escolha do combustiacutevel devem ser adotados por cada
usuaacuterio devendo ser analisados o custo do combustiacutevel posto no local do consumo a
disponibilidade na regiatildeo disponibilidade de matildeo-de-obra influecircncia do meio ambiente e
custobenefiacutecio
23 Aplicaccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo do vapor produzido nas caldeiras assume as mais variadas aplicaccedilotildees
como secagem cozimento geraccedilatildeo de energia lavagem de utensiacutelios desinfecccedilatildeo
aquecimento ambiental pasteurizaccedilatildeo (a parte referente ao aquecimento) dentre outros
Encontrado nos mais variados setores tais como industrial terciaacuterio e residencial
(notadamente nos paiacuteses de clima frio e no Brasil no sul do paiacutes e em certas localidades de
temperatura mais baixa como Campos do Jordatildeo) sua forma mais usual eacute a estacionaacuteria
poreacutem pode ocorrer de se verificar o emprego de caldeiras em sistemas moacuteveis tal como as
antigas locomotivas a vapor certas embarcaccedilotildees navais de grande porte e mesmo existe o
registro de pequenas caldeiras compactas transportadas em caminhotildees
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA
A demonstraccedilatildeo da importacircncia do objeto de estudo se deu em uma importante
empresa multinacional que atua no ramo alimentiacutecio com alimentos para catildees e gatos raccedilotildees
para animais de produccedilatildeo e ldquosnacksrdquo para catildees e gatos com sede fabril situada em Trecircs
Coraccedilotildees a empresa estaacute entre as 10 maiores empresas do ramo de ldquoPet Foodrdquo do mundo
16
4 NECESSIDADE DO PROJETO
O setor hidreleacutetrico tem sofrido grande baixa de alguns anos atraacutes ateacute o momento
cooperando portanto para a geraccedilatildeo e cogeraccedilatildeo de energia em termeleacutetricas que utilizam
fontes renovaacuteveis de energia como combustiacutevel como por exemplo bagaccedilo de cana cavaco
casca de arroz cavaco de eucalipto entre outros
Na empresa estudada o vapor eacute utilizado principalmente no processo de extrusatildeo de
alimentos completos na forma de energia teacutermica para cozimento da massa Antes do projeto
a fonte de combustiacutevel (gaacutes natural) era fornecida em caminhatildeo tanque que abastecia a
central de armazenagem e distribuiccedilatildeo do fornecedor instalada na planta posteriormente
alimentando a caldeira O combustiacutevel representa uma parcela consideraacutevel do custo
operacional o objetivo principal basicamente eacute reduzir o custo da tonelada de vapor
consequentemente o custo operacional da tonelada do produto acabado
41 Combustiacutevel Renovaacutevel
Os combustiacuteveis renovaacuteveis utilizam como mateacuteria-prima elementos renovaacuteveis para a
natureza como a cana-de-accediluacutecar usada na fabricaccedilatildeo do aacutelcool e tambeacutem de vaacuterios outros
vegetais como a mamona utilizado para a fabricaccedilatildeo do biodiesel ou outros oacuteleos vegetais que
podem ser utilizados diretamente em motores agrave diesel com algumas adaptaccedilotildees A biomassa
substitui a utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis como o carvatildeo e o petroacuteleo que agridem o meio
ambiente no processo de geraccedilatildeo de vapor nas induacutestrias aleacutem de ser um combustiacutevel mais
barato e renovaacutevel A biomassa proveniente do cavaco de madeira atua como alternativa de
fonte renovaacutevel para reduzir a produccedilatildeo de dioacutexido de carbono (CO2) pelos polos industriais
em um momento em que a comunidade global sobretudo os profissionais das aacutereas voltadas
ao meio ambiente mencionam o aquecimento global
42 Biomassa x Gaacutes Natural
Atraveacutes do desenvolvimento industrial diversas induacutestrias aderiram a geraccedilatildeo e
produccedilatildeo de vapor em suas plantas utilizando o mesmo em seu processo de produccedilatildeo O
grande ponto negativo eacute a dependecircncia do combustiacutevel utilizado assim o procedimento pode
levar emissatildeo de CO2 um dos principais causadores do aquecimento global Segundo Duarte
(2017) o gaacutes natural eacute uma fonte natildeo-renovaacutevel que foi formada por milhotildees de anos nos
17
reservatoacuterios subterracircneos do planeta Seu processo de produccedilatildeo desde a exploraccedilatildeo
processamento ateacute o transporte pode gerar grandes impactos no ambiente como
derramamentos de navios petroleiros vazamentos em plataformas e gasodutos Tem tambeacutem
a desvantagem de ter contaminantes altamente toacutexicos que tem de ser eliminados no processo
de refinamento
Figura 5 ndash Biomassa X Gaacutes
Fonte O autor
Os problemas gerados por seu uso nas usinas termeleacutetricas em especial a necessidade
de um sistema de resfriamento causando desperdiacutecio de aacutegua
Conforme Magalhatildees (2018) a biomassa eacute obtida atraveacutes da decomposiccedilatildeo de uma
variedade de recursos renovaacuteveis como plantas madeira resiacuteduos agriacutecolas restos de
alimentos excrementos e ateacute do lixo O Brasil possui situaccedilatildeo privilegiada para produccedilatildeo de
biomassa em larga escala pois existem extensas aacutereas cultivaacuteveis e condiccedilotildees climaacuteticas
favoraacuteveis ao longo do ano
43 Consumidores
Na faacutebrica onde estaacute situada a caldeira estudada o vapor eacute utilizado principalmente no
processo de extrusatildeo e peletizaccedilatildeo de alimentos completos na forma de energia teacutermica para
cozimento da massa e tambeacutem na parte de higienizaccedilatildeo das tubulaccedilotildees que recebem o vapor
para limpeza destes Estas operaccedilotildees satildeo de suma importacircncia para um produto final de
qualidade a confiabilidade na geraccedilatildeo de vapor deve ser de extrema precisatildeo para que as
maacutequinas que necessitam de forccedila motriz atingem seu maior potencial de produccedilatildeo tendo
como base a alta demanda de produto acabado
18
Figura 6 ndash Consumidores de vapor
Fonte (O Autor)
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor
O projeto possui uma seacuterie de questotildees positivas referente a parte ambiental e
econocircmica como base a geraccedilatildeo de vapor com recursos sustentaacuteveis no processo de
gerenciamento de produccedilatildeo de vapor esta operaccedilatildeo conta com pacotes computacionais para o
monitoramento do volume e da pressatildeo de vapor gerados pelas caldeiras de maneira a atender
agrave demanda de vapor com seguranccedila trabalhando ldquocorretamenterdquo levando a reduccedilatildeo de custo
por tonelada de vapor e reduccedilatildeo do custo do produto final
5 PROJETO DA CALDEIRA
As caracteriacutesticas gerais do projeto tendo como base as necessidades solicitadas foram
divididas em partes para facilitar o entendimento durante e consulta poacutes projeto conforme
imagem a baixo
Figura 7 ndash Desenho da caldeira
Fonte O autor
19
51 Paracircmetros de projeto
A seleccedilatildeo do tipo de unidade ou o projeto de uma nova unidade para uma certa
atividade depende de muitos fatores dentre os quais
Vazatildeo pressatildeo e temperatura do vapor vivo
Temperatura e condiccedilotildees da aacutegua de alimentaccedilatildeo da caldeira
Caracteriacutesticas de consumo do vapor gerado e tipo de serviccedilo a ser atendido
Esquema de atendimento da unidade de processo
Combustiacuteveis empregados e processo de combustatildeo
Eficiecircncia operacional
52 Configuraccedilatildeo da caldeira
A configuraccedilatildeo escolhida foi do tipo flamotubular mista com fornalha aquatubular e
corpo de evaporaccedilatildeo fogotubular de dois passes A fornalha tem paredes de tubos envolvidos
por tijolos refrataacuterios e dividem-se em cacircmara de combustatildeo e cacircmara poacutes queima O
grelhado eacute moacutevel e inclinado
Figura 8 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira
Fonte O autor
20
53 Principais Componentes
Abaixo listado alguns dos principais componentes que compotildeem a configuraccedilatildeo da
caldeira
531 Tambor de Vapor
O tambor de vapor da caldeira seraacute dimensionado de forma a propiciar um volume de
aacutegua e vapor que permita variaccedilotildees na carga com miacutenima variaccedilatildeo de pressatildeo na caldeira
mantendo a pureza do vapor na saiacuteda da mesma
Figura 9 ndash Componente Tambor de Vapor
Fonte O autor
532 Fornalha
A fornalha onde eacute instalada a grelha oscilante para a queima do combustiacutevel eacute
construiacuteda de tubos espaccedilados e recobertos de tijolos refrataacuterios especiais de forma a revestir
completamente os tubos de aacutegua formando uma superfiacutecie radiante para otimizar a
combustatildeo da biomassa Constituiacuteda de tubos soldados a coletores formando as paredes de
aacutegua resultando em uma oacutetima absorccedilatildeo de calor Conjuntamente com a fornalha satildeo
fornecidos dutos de ar de alta pressatildeo cuja finalidade eacute fornecer ar para o sistema de ar
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
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DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
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HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
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MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
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PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
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PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
13
212 Classificaccedilatildeo das caldeiras
Segundo Pazian (2004) conforme o modo de transferecircncia de calor para vaporizar a
aacutegua as caldeiras podem ser classificadas em flamotubulares ou aquatubulares
2121 Caldeiras flamotubulares
Nas caldeiras com a configuraccedilatildeo de flamotubulares ou fogotubulares ocorre que os
gases quentes da combustatildeo circulam no interior de tubos que atravessam o reservatoacuterio de
aacutegua a ser aquecida para produzir vapor Conforme Mitamura (2005) normalmente as
capacidades satildeo restritas agrave pressatildeo maacutexima de 20 kgfcm-2 e produccedilatildeo de 30 tonh -1 e de
acordo com o mesmo autor as caldeiras flamotubulares satildeo mais econocircmicas que as
aquatubulares visto que ateacute 20th -1 de geraccedilatildeo de vapor o custo eacute menor
Figura 3 ndash Caldeira Flamotubular
Fonte Togawa (2017)
2122 Caldeiras Aquatubulares
As caldeiras aquatubulares a aacutegua a ser vaporizada passa no interior de tubos que por
sua vez satildeo envolvidos pelos gases de combustatildeo Os tubos podem estar organizados em
feixes como nos trocadores de calor e as caldeiras que os contecircm aparentam a forma de um
corpo ciliacutendrico ou de paredes de aacutegua como nas caldeiras maiores
14
ldquoSomente foi possiacutevel a obtenccedilatildeo de maiores produccedilotildees de vapor a pressotildees
elevadas e altas temperaturas com o advento das caldeiras de tubos de aacutegua A
circunstacircncia dos tubos estarem situados fora dos corpos das caldeiras a eles se
unindo para constituiacuterem um feixe tubular de aacutegua que compotildee a parte principal de
absorccedilatildeo do calor permite a obtenccedilatildeo de superfiacutecies de aquecimento praticamente
ilimitadas rdquo (PERA 1966 p138)
Esse tipo de caldeira tem mais rendimento por gerar uma maior quantidade de vapor
elevando tambeacutem o niacutevel de pressatildeo
Figura 4 ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Adaptado de Murilo (2013)
213 Manutenccedilatildeo das caldeiras
A manutenccedilatildeo da caldeira eacute fundamental na prevenccedilatildeo de acidentes Os tipos mais
comuns satildeo a manutenccedilatildeo preventiva que eacute a mais barata jaacute que ela conserva o equipamento
e pode ser ateacute considerada como investimento evitando que ela se estrague o proacuteprio
operador de caldeira apoacutes um treinamento eacute capaz de executa-la O outro tipo de manutenccedilatildeo
eacute a corretiva que eacute mais cara e muitas vezes a caldeira deixa de operar por periacuteodos longos o
que reflete no faturamento A norma brasileira NR13 obriga inspeccedilotildees perioacutedicas em um
periacuteodo nunca superior a 12 meses E quando a caldeira completar 25 (vinte e cinco) anos de
15
uso na sua inspeccedilatildeo subsequente deve ser submetida a rigorosa avaliaccedilatildeo de integridade para
determinar a sua vida remanescente e novo prazo maacuteximo para a inspeccedilatildeo caso ainda esteja
em condiccedilotildees de uso
22 Combustiacuteveis
Podem ser utilizados diversos combustiacuteveis em caldeiras sendo eles soacutelidos liacutequidos
ou gasosos o que lhes garante uma oacutetima flexibilidade operacional Dependendo do tipo de
combustiacutevel variam as personalidades de projeto e os componentes baacutesicos da instalaccedilatildeo de
vapor Satildeo inuacutemeras as opccedilotildees de combustiacuteveis para a queima em caldeira e os mais
utilizados satildeo gaacutes GLP gaacutes natural oacuteleos pesados como BPF e biomassas (lenha resiacuteduos de
madeira etc) Os criteacuterios para a escolha do combustiacutevel devem ser adotados por cada
usuaacuterio devendo ser analisados o custo do combustiacutevel posto no local do consumo a
disponibilidade na regiatildeo disponibilidade de matildeo-de-obra influecircncia do meio ambiente e
custobenefiacutecio
23 Aplicaccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo do vapor produzido nas caldeiras assume as mais variadas aplicaccedilotildees
como secagem cozimento geraccedilatildeo de energia lavagem de utensiacutelios desinfecccedilatildeo
aquecimento ambiental pasteurizaccedilatildeo (a parte referente ao aquecimento) dentre outros
Encontrado nos mais variados setores tais como industrial terciaacuterio e residencial
(notadamente nos paiacuteses de clima frio e no Brasil no sul do paiacutes e em certas localidades de
temperatura mais baixa como Campos do Jordatildeo) sua forma mais usual eacute a estacionaacuteria
poreacutem pode ocorrer de se verificar o emprego de caldeiras em sistemas moacuteveis tal como as
antigas locomotivas a vapor certas embarcaccedilotildees navais de grande porte e mesmo existe o
registro de pequenas caldeiras compactas transportadas em caminhotildees
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA
A demonstraccedilatildeo da importacircncia do objeto de estudo se deu em uma importante
empresa multinacional que atua no ramo alimentiacutecio com alimentos para catildees e gatos raccedilotildees
para animais de produccedilatildeo e ldquosnacksrdquo para catildees e gatos com sede fabril situada em Trecircs
Coraccedilotildees a empresa estaacute entre as 10 maiores empresas do ramo de ldquoPet Foodrdquo do mundo
16
4 NECESSIDADE DO PROJETO
O setor hidreleacutetrico tem sofrido grande baixa de alguns anos atraacutes ateacute o momento
cooperando portanto para a geraccedilatildeo e cogeraccedilatildeo de energia em termeleacutetricas que utilizam
fontes renovaacuteveis de energia como combustiacutevel como por exemplo bagaccedilo de cana cavaco
casca de arroz cavaco de eucalipto entre outros
Na empresa estudada o vapor eacute utilizado principalmente no processo de extrusatildeo de
alimentos completos na forma de energia teacutermica para cozimento da massa Antes do projeto
a fonte de combustiacutevel (gaacutes natural) era fornecida em caminhatildeo tanque que abastecia a
central de armazenagem e distribuiccedilatildeo do fornecedor instalada na planta posteriormente
alimentando a caldeira O combustiacutevel representa uma parcela consideraacutevel do custo
operacional o objetivo principal basicamente eacute reduzir o custo da tonelada de vapor
consequentemente o custo operacional da tonelada do produto acabado
41 Combustiacutevel Renovaacutevel
Os combustiacuteveis renovaacuteveis utilizam como mateacuteria-prima elementos renovaacuteveis para a
natureza como a cana-de-accediluacutecar usada na fabricaccedilatildeo do aacutelcool e tambeacutem de vaacuterios outros
vegetais como a mamona utilizado para a fabricaccedilatildeo do biodiesel ou outros oacuteleos vegetais que
podem ser utilizados diretamente em motores agrave diesel com algumas adaptaccedilotildees A biomassa
substitui a utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis como o carvatildeo e o petroacuteleo que agridem o meio
ambiente no processo de geraccedilatildeo de vapor nas induacutestrias aleacutem de ser um combustiacutevel mais
barato e renovaacutevel A biomassa proveniente do cavaco de madeira atua como alternativa de
fonte renovaacutevel para reduzir a produccedilatildeo de dioacutexido de carbono (CO2) pelos polos industriais
em um momento em que a comunidade global sobretudo os profissionais das aacutereas voltadas
ao meio ambiente mencionam o aquecimento global
42 Biomassa x Gaacutes Natural
Atraveacutes do desenvolvimento industrial diversas induacutestrias aderiram a geraccedilatildeo e
produccedilatildeo de vapor em suas plantas utilizando o mesmo em seu processo de produccedilatildeo O
grande ponto negativo eacute a dependecircncia do combustiacutevel utilizado assim o procedimento pode
levar emissatildeo de CO2 um dos principais causadores do aquecimento global Segundo Duarte
(2017) o gaacutes natural eacute uma fonte natildeo-renovaacutevel que foi formada por milhotildees de anos nos
17
reservatoacuterios subterracircneos do planeta Seu processo de produccedilatildeo desde a exploraccedilatildeo
processamento ateacute o transporte pode gerar grandes impactos no ambiente como
derramamentos de navios petroleiros vazamentos em plataformas e gasodutos Tem tambeacutem
a desvantagem de ter contaminantes altamente toacutexicos que tem de ser eliminados no processo
de refinamento
Figura 5 ndash Biomassa X Gaacutes
Fonte O autor
Os problemas gerados por seu uso nas usinas termeleacutetricas em especial a necessidade
de um sistema de resfriamento causando desperdiacutecio de aacutegua
Conforme Magalhatildees (2018) a biomassa eacute obtida atraveacutes da decomposiccedilatildeo de uma
variedade de recursos renovaacuteveis como plantas madeira resiacuteduos agriacutecolas restos de
alimentos excrementos e ateacute do lixo O Brasil possui situaccedilatildeo privilegiada para produccedilatildeo de
biomassa em larga escala pois existem extensas aacutereas cultivaacuteveis e condiccedilotildees climaacuteticas
favoraacuteveis ao longo do ano
43 Consumidores
Na faacutebrica onde estaacute situada a caldeira estudada o vapor eacute utilizado principalmente no
processo de extrusatildeo e peletizaccedilatildeo de alimentos completos na forma de energia teacutermica para
cozimento da massa e tambeacutem na parte de higienizaccedilatildeo das tubulaccedilotildees que recebem o vapor
para limpeza destes Estas operaccedilotildees satildeo de suma importacircncia para um produto final de
qualidade a confiabilidade na geraccedilatildeo de vapor deve ser de extrema precisatildeo para que as
maacutequinas que necessitam de forccedila motriz atingem seu maior potencial de produccedilatildeo tendo
como base a alta demanda de produto acabado
18
Figura 6 ndash Consumidores de vapor
Fonte (O Autor)
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor
O projeto possui uma seacuterie de questotildees positivas referente a parte ambiental e
econocircmica como base a geraccedilatildeo de vapor com recursos sustentaacuteveis no processo de
gerenciamento de produccedilatildeo de vapor esta operaccedilatildeo conta com pacotes computacionais para o
monitoramento do volume e da pressatildeo de vapor gerados pelas caldeiras de maneira a atender
agrave demanda de vapor com seguranccedila trabalhando ldquocorretamenterdquo levando a reduccedilatildeo de custo
por tonelada de vapor e reduccedilatildeo do custo do produto final
5 PROJETO DA CALDEIRA
As caracteriacutesticas gerais do projeto tendo como base as necessidades solicitadas foram
divididas em partes para facilitar o entendimento durante e consulta poacutes projeto conforme
imagem a baixo
Figura 7 ndash Desenho da caldeira
Fonte O autor
19
51 Paracircmetros de projeto
A seleccedilatildeo do tipo de unidade ou o projeto de uma nova unidade para uma certa
atividade depende de muitos fatores dentre os quais
Vazatildeo pressatildeo e temperatura do vapor vivo
Temperatura e condiccedilotildees da aacutegua de alimentaccedilatildeo da caldeira
Caracteriacutesticas de consumo do vapor gerado e tipo de serviccedilo a ser atendido
Esquema de atendimento da unidade de processo
Combustiacuteveis empregados e processo de combustatildeo
Eficiecircncia operacional
52 Configuraccedilatildeo da caldeira
A configuraccedilatildeo escolhida foi do tipo flamotubular mista com fornalha aquatubular e
corpo de evaporaccedilatildeo fogotubular de dois passes A fornalha tem paredes de tubos envolvidos
por tijolos refrataacuterios e dividem-se em cacircmara de combustatildeo e cacircmara poacutes queima O
grelhado eacute moacutevel e inclinado
Figura 8 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira
Fonte O autor
20
53 Principais Componentes
Abaixo listado alguns dos principais componentes que compotildeem a configuraccedilatildeo da
caldeira
531 Tambor de Vapor
O tambor de vapor da caldeira seraacute dimensionado de forma a propiciar um volume de
aacutegua e vapor que permita variaccedilotildees na carga com miacutenima variaccedilatildeo de pressatildeo na caldeira
mantendo a pureza do vapor na saiacuteda da mesma
Figura 9 ndash Componente Tambor de Vapor
Fonte O autor
532 Fornalha
A fornalha onde eacute instalada a grelha oscilante para a queima do combustiacutevel eacute
construiacuteda de tubos espaccedilados e recobertos de tijolos refrataacuterios especiais de forma a revestir
completamente os tubos de aacutegua formando uma superfiacutecie radiante para otimizar a
combustatildeo da biomassa Constituiacuteda de tubos soldados a coletores formando as paredes de
aacutegua resultando em uma oacutetima absorccedilatildeo de calor Conjuntamente com a fornalha satildeo
fornecidos dutos de ar de alta pressatildeo cuja finalidade eacute fornecer ar para o sistema de ar
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
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37
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Setem 2018
14
ldquoSomente foi possiacutevel a obtenccedilatildeo de maiores produccedilotildees de vapor a pressotildees
elevadas e altas temperaturas com o advento das caldeiras de tubos de aacutegua A
circunstacircncia dos tubos estarem situados fora dos corpos das caldeiras a eles se
unindo para constituiacuterem um feixe tubular de aacutegua que compotildee a parte principal de
absorccedilatildeo do calor permite a obtenccedilatildeo de superfiacutecies de aquecimento praticamente
ilimitadas rdquo (PERA 1966 p138)
Esse tipo de caldeira tem mais rendimento por gerar uma maior quantidade de vapor
elevando tambeacutem o niacutevel de pressatildeo
Figura 4 ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Adaptado de Murilo (2013)
213 Manutenccedilatildeo das caldeiras
A manutenccedilatildeo da caldeira eacute fundamental na prevenccedilatildeo de acidentes Os tipos mais
comuns satildeo a manutenccedilatildeo preventiva que eacute a mais barata jaacute que ela conserva o equipamento
e pode ser ateacute considerada como investimento evitando que ela se estrague o proacuteprio
operador de caldeira apoacutes um treinamento eacute capaz de executa-la O outro tipo de manutenccedilatildeo
eacute a corretiva que eacute mais cara e muitas vezes a caldeira deixa de operar por periacuteodos longos o
que reflete no faturamento A norma brasileira NR13 obriga inspeccedilotildees perioacutedicas em um
periacuteodo nunca superior a 12 meses E quando a caldeira completar 25 (vinte e cinco) anos de
15
uso na sua inspeccedilatildeo subsequente deve ser submetida a rigorosa avaliaccedilatildeo de integridade para
determinar a sua vida remanescente e novo prazo maacuteximo para a inspeccedilatildeo caso ainda esteja
em condiccedilotildees de uso
22 Combustiacuteveis
Podem ser utilizados diversos combustiacuteveis em caldeiras sendo eles soacutelidos liacutequidos
ou gasosos o que lhes garante uma oacutetima flexibilidade operacional Dependendo do tipo de
combustiacutevel variam as personalidades de projeto e os componentes baacutesicos da instalaccedilatildeo de
vapor Satildeo inuacutemeras as opccedilotildees de combustiacuteveis para a queima em caldeira e os mais
utilizados satildeo gaacutes GLP gaacutes natural oacuteleos pesados como BPF e biomassas (lenha resiacuteduos de
madeira etc) Os criteacuterios para a escolha do combustiacutevel devem ser adotados por cada
usuaacuterio devendo ser analisados o custo do combustiacutevel posto no local do consumo a
disponibilidade na regiatildeo disponibilidade de matildeo-de-obra influecircncia do meio ambiente e
custobenefiacutecio
23 Aplicaccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo do vapor produzido nas caldeiras assume as mais variadas aplicaccedilotildees
como secagem cozimento geraccedilatildeo de energia lavagem de utensiacutelios desinfecccedilatildeo
aquecimento ambiental pasteurizaccedilatildeo (a parte referente ao aquecimento) dentre outros
Encontrado nos mais variados setores tais como industrial terciaacuterio e residencial
(notadamente nos paiacuteses de clima frio e no Brasil no sul do paiacutes e em certas localidades de
temperatura mais baixa como Campos do Jordatildeo) sua forma mais usual eacute a estacionaacuteria
poreacutem pode ocorrer de se verificar o emprego de caldeiras em sistemas moacuteveis tal como as
antigas locomotivas a vapor certas embarcaccedilotildees navais de grande porte e mesmo existe o
registro de pequenas caldeiras compactas transportadas em caminhotildees
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA
A demonstraccedilatildeo da importacircncia do objeto de estudo se deu em uma importante
empresa multinacional que atua no ramo alimentiacutecio com alimentos para catildees e gatos raccedilotildees
para animais de produccedilatildeo e ldquosnacksrdquo para catildees e gatos com sede fabril situada em Trecircs
Coraccedilotildees a empresa estaacute entre as 10 maiores empresas do ramo de ldquoPet Foodrdquo do mundo
16
4 NECESSIDADE DO PROJETO
O setor hidreleacutetrico tem sofrido grande baixa de alguns anos atraacutes ateacute o momento
cooperando portanto para a geraccedilatildeo e cogeraccedilatildeo de energia em termeleacutetricas que utilizam
fontes renovaacuteveis de energia como combustiacutevel como por exemplo bagaccedilo de cana cavaco
casca de arroz cavaco de eucalipto entre outros
Na empresa estudada o vapor eacute utilizado principalmente no processo de extrusatildeo de
alimentos completos na forma de energia teacutermica para cozimento da massa Antes do projeto
a fonte de combustiacutevel (gaacutes natural) era fornecida em caminhatildeo tanque que abastecia a
central de armazenagem e distribuiccedilatildeo do fornecedor instalada na planta posteriormente
alimentando a caldeira O combustiacutevel representa uma parcela consideraacutevel do custo
operacional o objetivo principal basicamente eacute reduzir o custo da tonelada de vapor
consequentemente o custo operacional da tonelada do produto acabado
41 Combustiacutevel Renovaacutevel
Os combustiacuteveis renovaacuteveis utilizam como mateacuteria-prima elementos renovaacuteveis para a
natureza como a cana-de-accediluacutecar usada na fabricaccedilatildeo do aacutelcool e tambeacutem de vaacuterios outros
vegetais como a mamona utilizado para a fabricaccedilatildeo do biodiesel ou outros oacuteleos vegetais que
podem ser utilizados diretamente em motores agrave diesel com algumas adaptaccedilotildees A biomassa
substitui a utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis como o carvatildeo e o petroacuteleo que agridem o meio
ambiente no processo de geraccedilatildeo de vapor nas induacutestrias aleacutem de ser um combustiacutevel mais
barato e renovaacutevel A biomassa proveniente do cavaco de madeira atua como alternativa de
fonte renovaacutevel para reduzir a produccedilatildeo de dioacutexido de carbono (CO2) pelos polos industriais
em um momento em que a comunidade global sobretudo os profissionais das aacutereas voltadas
ao meio ambiente mencionam o aquecimento global
42 Biomassa x Gaacutes Natural
Atraveacutes do desenvolvimento industrial diversas induacutestrias aderiram a geraccedilatildeo e
produccedilatildeo de vapor em suas plantas utilizando o mesmo em seu processo de produccedilatildeo O
grande ponto negativo eacute a dependecircncia do combustiacutevel utilizado assim o procedimento pode
levar emissatildeo de CO2 um dos principais causadores do aquecimento global Segundo Duarte
(2017) o gaacutes natural eacute uma fonte natildeo-renovaacutevel que foi formada por milhotildees de anos nos
17
reservatoacuterios subterracircneos do planeta Seu processo de produccedilatildeo desde a exploraccedilatildeo
processamento ateacute o transporte pode gerar grandes impactos no ambiente como
derramamentos de navios petroleiros vazamentos em plataformas e gasodutos Tem tambeacutem
a desvantagem de ter contaminantes altamente toacutexicos que tem de ser eliminados no processo
de refinamento
Figura 5 ndash Biomassa X Gaacutes
Fonte O autor
Os problemas gerados por seu uso nas usinas termeleacutetricas em especial a necessidade
de um sistema de resfriamento causando desperdiacutecio de aacutegua
Conforme Magalhatildees (2018) a biomassa eacute obtida atraveacutes da decomposiccedilatildeo de uma
variedade de recursos renovaacuteveis como plantas madeira resiacuteduos agriacutecolas restos de
alimentos excrementos e ateacute do lixo O Brasil possui situaccedilatildeo privilegiada para produccedilatildeo de
biomassa em larga escala pois existem extensas aacutereas cultivaacuteveis e condiccedilotildees climaacuteticas
favoraacuteveis ao longo do ano
43 Consumidores
Na faacutebrica onde estaacute situada a caldeira estudada o vapor eacute utilizado principalmente no
processo de extrusatildeo e peletizaccedilatildeo de alimentos completos na forma de energia teacutermica para
cozimento da massa e tambeacutem na parte de higienizaccedilatildeo das tubulaccedilotildees que recebem o vapor
para limpeza destes Estas operaccedilotildees satildeo de suma importacircncia para um produto final de
qualidade a confiabilidade na geraccedilatildeo de vapor deve ser de extrema precisatildeo para que as
maacutequinas que necessitam de forccedila motriz atingem seu maior potencial de produccedilatildeo tendo
como base a alta demanda de produto acabado
18
Figura 6 ndash Consumidores de vapor
Fonte (O Autor)
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor
O projeto possui uma seacuterie de questotildees positivas referente a parte ambiental e
econocircmica como base a geraccedilatildeo de vapor com recursos sustentaacuteveis no processo de
gerenciamento de produccedilatildeo de vapor esta operaccedilatildeo conta com pacotes computacionais para o
monitoramento do volume e da pressatildeo de vapor gerados pelas caldeiras de maneira a atender
agrave demanda de vapor com seguranccedila trabalhando ldquocorretamenterdquo levando a reduccedilatildeo de custo
por tonelada de vapor e reduccedilatildeo do custo do produto final
5 PROJETO DA CALDEIRA
As caracteriacutesticas gerais do projeto tendo como base as necessidades solicitadas foram
divididas em partes para facilitar o entendimento durante e consulta poacutes projeto conforme
imagem a baixo
Figura 7 ndash Desenho da caldeira
Fonte O autor
19
51 Paracircmetros de projeto
A seleccedilatildeo do tipo de unidade ou o projeto de uma nova unidade para uma certa
atividade depende de muitos fatores dentre os quais
Vazatildeo pressatildeo e temperatura do vapor vivo
Temperatura e condiccedilotildees da aacutegua de alimentaccedilatildeo da caldeira
Caracteriacutesticas de consumo do vapor gerado e tipo de serviccedilo a ser atendido
Esquema de atendimento da unidade de processo
Combustiacuteveis empregados e processo de combustatildeo
Eficiecircncia operacional
52 Configuraccedilatildeo da caldeira
A configuraccedilatildeo escolhida foi do tipo flamotubular mista com fornalha aquatubular e
corpo de evaporaccedilatildeo fogotubular de dois passes A fornalha tem paredes de tubos envolvidos
por tijolos refrataacuterios e dividem-se em cacircmara de combustatildeo e cacircmara poacutes queima O
grelhado eacute moacutevel e inclinado
Figura 8 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira
Fonte O autor
20
53 Principais Componentes
Abaixo listado alguns dos principais componentes que compotildeem a configuraccedilatildeo da
caldeira
531 Tambor de Vapor
O tambor de vapor da caldeira seraacute dimensionado de forma a propiciar um volume de
aacutegua e vapor que permita variaccedilotildees na carga com miacutenima variaccedilatildeo de pressatildeo na caldeira
mantendo a pureza do vapor na saiacuteda da mesma
Figura 9 ndash Componente Tambor de Vapor
Fonte O autor
532 Fornalha
A fornalha onde eacute instalada a grelha oscilante para a queima do combustiacutevel eacute
construiacuteda de tubos espaccedilados e recobertos de tijolos refrataacuterios especiais de forma a revestir
completamente os tubos de aacutegua formando uma superfiacutecie radiante para otimizar a
combustatildeo da biomassa Constituiacuteda de tubos soldados a coletores formando as paredes de
aacutegua resultando em uma oacutetima absorccedilatildeo de calor Conjuntamente com a fornalha satildeo
fornecidos dutos de ar de alta pressatildeo cuja finalidade eacute fornecer ar para o sistema de ar
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
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37
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Setem 2018
15
uso na sua inspeccedilatildeo subsequente deve ser submetida a rigorosa avaliaccedilatildeo de integridade para
determinar a sua vida remanescente e novo prazo maacuteximo para a inspeccedilatildeo caso ainda esteja
em condiccedilotildees de uso
22 Combustiacuteveis
Podem ser utilizados diversos combustiacuteveis em caldeiras sendo eles soacutelidos liacutequidos
ou gasosos o que lhes garante uma oacutetima flexibilidade operacional Dependendo do tipo de
combustiacutevel variam as personalidades de projeto e os componentes baacutesicos da instalaccedilatildeo de
vapor Satildeo inuacutemeras as opccedilotildees de combustiacuteveis para a queima em caldeira e os mais
utilizados satildeo gaacutes GLP gaacutes natural oacuteleos pesados como BPF e biomassas (lenha resiacuteduos de
madeira etc) Os criteacuterios para a escolha do combustiacutevel devem ser adotados por cada
usuaacuterio devendo ser analisados o custo do combustiacutevel posto no local do consumo a
disponibilidade na regiatildeo disponibilidade de matildeo-de-obra influecircncia do meio ambiente e
custobenefiacutecio
23 Aplicaccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo do vapor produzido nas caldeiras assume as mais variadas aplicaccedilotildees
como secagem cozimento geraccedilatildeo de energia lavagem de utensiacutelios desinfecccedilatildeo
aquecimento ambiental pasteurizaccedilatildeo (a parte referente ao aquecimento) dentre outros
Encontrado nos mais variados setores tais como industrial terciaacuterio e residencial
(notadamente nos paiacuteses de clima frio e no Brasil no sul do paiacutes e em certas localidades de
temperatura mais baixa como Campos do Jordatildeo) sua forma mais usual eacute a estacionaacuteria
poreacutem pode ocorrer de se verificar o emprego de caldeiras em sistemas moacuteveis tal como as
antigas locomotivas a vapor certas embarcaccedilotildees navais de grande porte e mesmo existe o
registro de pequenas caldeiras compactas transportadas em caminhotildees
3 A EMPRESA ONDE ESTAacute LOCADA A CALDEIRA ESTUDADA
A demonstraccedilatildeo da importacircncia do objeto de estudo se deu em uma importante
empresa multinacional que atua no ramo alimentiacutecio com alimentos para catildees e gatos raccedilotildees
para animais de produccedilatildeo e ldquosnacksrdquo para catildees e gatos com sede fabril situada em Trecircs
Coraccedilotildees a empresa estaacute entre as 10 maiores empresas do ramo de ldquoPet Foodrdquo do mundo
16
4 NECESSIDADE DO PROJETO
O setor hidreleacutetrico tem sofrido grande baixa de alguns anos atraacutes ateacute o momento
cooperando portanto para a geraccedilatildeo e cogeraccedilatildeo de energia em termeleacutetricas que utilizam
fontes renovaacuteveis de energia como combustiacutevel como por exemplo bagaccedilo de cana cavaco
casca de arroz cavaco de eucalipto entre outros
Na empresa estudada o vapor eacute utilizado principalmente no processo de extrusatildeo de
alimentos completos na forma de energia teacutermica para cozimento da massa Antes do projeto
a fonte de combustiacutevel (gaacutes natural) era fornecida em caminhatildeo tanque que abastecia a
central de armazenagem e distribuiccedilatildeo do fornecedor instalada na planta posteriormente
alimentando a caldeira O combustiacutevel representa uma parcela consideraacutevel do custo
operacional o objetivo principal basicamente eacute reduzir o custo da tonelada de vapor
consequentemente o custo operacional da tonelada do produto acabado
41 Combustiacutevel Renovaacutevel
Os combustiacuteveis renovaacuteveis utilizam como mateacuteria-prima elementos renovaacuteveis para a
natureza como a cana-de-accediluacutecar usada na fabricaccedilatildeo do aacutelcool e tambeacutem de vaacuterios outros
vegetais como a mamona utilizado para a fabricaccedilatildeo do biodiesel ou outros oacuteleos vegetais que
podem ser utilizados diretamente em motores agrave diesel com algumas adaptaccedilotildees A biomassa
substitui a utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis como o carvatildeo e o petroacuteleo que agridem o meio
ambiente no processo de geraccedilatildeo de vapor nas induacutestrias aleacutem de ser um combustiacutevel mais
barato e renovaacutevel A biomassa proveniente do cavaco de madeira atua como alternativa de
fonte renovaacutevel para reduzir a produccedilatildeo de dioacutexido de carbono (CO2) pelos polos industriais
em um momento em que a comunidade global sobretudo os profissionais das aacutereas voltadas
ao meio ambiente mencionam o aquecimento global
42 Biomassa x Gaacutes Natural
Atraveacutes do desenvolvimento industrial diversas induacutestrias aderiram a geraccedilatildeo e
produccedilatildeo de vapor em suas plantas utilizando o mesmo em seu processo de produccedilatildeo O
grande ponto negativo eacute a dependecircncia do combustiacutevel utilizado assim o procedimento pode
levar emissatildeo de CO2 um dos principais causadores do aquecimento global Segundo Duarte
(2017) o gaacutes natural eacute uma fonte natildeo-renovaacutevel que foi formada por milhotildees de anos nos
17
reservatoacuterios subterracircneos do planeta Seu processo de produccedilatildeo desde a exploraccedilatildeo
processamento ateacute o transporte pode gerar grandes impactos no ambiente como
derramamentos de navios petroleiros vazamentos em plataformas e gasodutos Tem tambeacutem
a desvantagem de ter contaminantes altamente toacutexicos que tem de ser eliminados no processo
de refinamento
Figura 5 ndash Biomassa X Gaacutes
Fonte O autor
Os problemas gerados por seu uso nas usinas termeleacutetricas em especial a necessidade
de um sistema de resfriamento causando desperdiacutecio de aacutegua
Conforme Magalhatildees (2018) a biomassa eacute obtida atraveacutes da decomposiccedilatildeo de uma
variedade de recursos renovaacuteveis como plantas madeira resiacuteduos agriacutecolas restos de
alimentos excrementos e ateacute do lixo O Brasil possui situaccedilatildeo privilegiada para produccedilatildeo de
biomassa em larga escala pois existem extensas aacutereas cultivaacuteveis e condiccedilotildees climaacuteticas
favoraacuteveis ao longo do ano
43 Consumidores
Na faacutebrica onde estaacute situada a caldeira estudada o vapor eacute utilizado principalmente no
processo de extrusatildeo e peletizaccedilatildeo de alimentos completos na forma de energia teacutermica para
cozimento da massa e tambeacutem na parte de higienizaccedilatildeo das tubulaccedilotildees que recebem o vapor
para limpeza destes Estas operaccedilotildees satildeo de suma importacircncia para um produto final de
qualidade a confiabilidade na geraccedilatildeo de vapor deve ser de extrema precisatildeo para que as
maacutequinas que necessitam de forccedila motriz atingem seu maior potencial de produccedilatildeo tendo
como base a alta demanda de produto acabado
18
Figura 6 ndash Consumidores de vapor
Fonte (O Autor)
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor
O projeto possui uma seacuterie de questotildees positivas referente a parte ambiental e
econocircmica como base a geraccedilatildeo de vapor com recursos sustentaacuteveis no processo de
gerenciamento de produccedilatildeo de vapor esta operaccedilatildeo conta com pacotes computacionais para o
monitoramento do volume e da pressatildeo de vapor gerados pelas caldeiras de maneira a atender
agrave demanda de vapor com seguranccedila trabalhando ldquocorretamenterdquo levando a reduccedilatildeo de custo
por tonelada de vapor e reduccedilatildeo do custo do produto final
5 PROJETO DA CALDEIRA
As caracteriacutesticas gerais do projeto tendo como base as necessidades solicitadas foram
divididas em partes para facilitar o entendimento durante e consulta poacutes projeto conforme
imagem a baixo
Figura 7 ndash Desenho da caldeira
Fonte O autor
19
51 Paracircmetros de projeto
A seleccedilatildeo do tipo de unidade ou o projeto de uma nova unidade para uma certa
atividade depende de muitos fatores dentre os quais
Vazatildeo pressatildeo e temperatura do vapor vivo
Temperatura e condiccedilotildees da aacutegua de alimentaccedilatildeo da caldeira
Caracteriacutesticas de consumo do vapor gerado e tipo de serviccedilo a ser atendido
Esquema de atendimento da unidade de processo
Combustiacuteveis empregados e processo de combustatildeo
Eficiecircncia operacional
52 Configuraccedilatildeo da caldeira
A configuraccedilatildeo escolhida foi do tipo flamotubular mista com fornalha aquatubular e
corpo de evaporaccedilatildeo fogotubular de dois passes A fornalha tem paredes de tubos envolvidos
por tijolos refrataacuterios e dividem-se em cacircmara de combustatildeo e cacircmara poacutes queima O
grelhado eacute moacutevel e inclinado
Figura 8 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira
Fonte O autor
20
53 Principais Componentes
Abaixo listado alguns dos principais componentes que compotildeem a configuraccedilatildeo da
caldeira
531 Tambor de Vapor
O tambor de vapor da caldeira seraacute dimensionado de forma a propiciar um volume de
aacutegua e vapor que permita variaccedilotildees na carga com miacutenima variaccedilatildeo de pressatildeo na caldeira
mantendo a pureza do vapor na saiacuteda da mesma
Figura 9 ndash Componente Tambor de Vapor
Fonte O autor
532 Fornalha
A fornalha onde eacute instalada a grelha oscilante para a queima do combustiacutevel eacute
construiacuteda de tubos espaccedilados e recobertos de tijolos refrataacuterios especiais de forma a revestir
completamente os tubos de aacutegua formando uma superfiacutecie radiante para otimizar a
combustatildeo da biomassa Constituiacuteda de tubos soldados a coletores formando as paredes de
aacutegua resultando em uma oacutetima absorccedilatildeo de calor Conjuntamente com a fornalha satildeo
fornecidos dutos de ar de alta pressatildeo cuja finalidade eacute fornecer ar para o sistema de ar
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
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pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
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26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
lthttpswwwtodamateriacombrbiomassagt Acesso em 26 Jul 2018
MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
16
4 NECESSIDADE DO PROJETO
O setor hidreleacutetrico tem sofrido grande baixa de alguns anos atraacutes ateacute o momento
cooperando portanto para a geraccedilatildeo e cogeraccedilatildeo de energia em termeleacutetricas que utilizam
fontes renovaacuteveis de energia como combustiacutevel como por exemplo bagaccedilo de cana cavaco
casca de arroz cavaco de eucalipto entre outros
Na empresa estudada o vapor eacute utilizado principalmente no processo de extrusatildeo de
alimentos completos na forma de energia teacutermica para cozimento da massa Antes do projeto
a fonte de combustiacutevel (gaacutes natural) era fornecida em caminhatildeo tanque que abastecia a
central de armazenagem e distribuiccedilatildeo do fornecedor instalada na planta posteriormente
alimentando a caldeira O combustiacutevel representa uma parcela consideraacutevel do custo
operacional o objetivo principal basicamente eacute reduzir o custo da tonelada de vapor
consequentemente o custo operacional da tonelada do produto acabado
41 Combustiacutevel Renovaacutevel
Os combustiacuteveis renovaacuteveis utilizam como mateacuteria-prima elementos renovaacuteveis para a
natureza como a cana-de-accediluacutecar usada na fabricaccedilatildeo do aacutelcool e tambeacutem de vaacuterios outros
vegetais como a mamona utilizado para a fabricaccedilatildeo do biodiesel ou outros oacuteleos vegetais que
podem ser utilizados diretamente em motores agrave diesel com algumas adaptaccedilotildees A biomassa
substitui a utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis como o carvatildeo e o petroacuteleo que agridem o meio
ambiente no processo de geraccedilatildeo de vapor nas induacutestrias aleacutem de ser um combustiacutevel mais
barato e renovaacutevel A biomassa proveniente do cavaco de madeira atua como alternativa de
fonte renovaacutevel para reduzir a produccedilatildeo de dioacutexido de carbono (CO2) pelos polos industriais
em um momento em que a comunidade global sobretudo os profissionais das aacutereas voltadas
ao meio ambiente mencionam o aquecimento global
42 Biomassa x Gaacutes Natural
Atraveacutes do desenvolvimento industrial diversas induacutestrias aderiram a geraccedilatildeo e
produccedilatildeo de vapor em suas plantas utilizando o mesmo em seu processo de produccedilatildeo O
grande ponto negativo eacute a dependecircncia do combustiacutevel utilizado assim o procedimento pode
levar emissatildeo de CO2 um dos principais causadores do aquecimento global Segundo Duarte
(2017) o gaacutes natural eacute uma fonte natildeo-renovaacutevel que foi formada por milhotildees de anos nos
17
reservatoacuterios subterracircneos do planeta Seu processo de produccedilatildeo desde a exploraccedilatildeo
processamento ateacute o transporte pode gerar grandes impactos no ambiente como
derramamentos de navios petroleiros vazamentos em plataformas e gasodutos Tem tambeacutem
a desvantagem de ter contaminantes altamente toacutexicos que tem de ser eliminados no processo
de refinamento
Figura 5 ndash Biomassa X Gaacutes
Fonte O autor
Os problemas gerados por seu uso nas usinas termeleacutetricas em especial a necessidade
de um sistema de resfriamento causando desperdiacutecio de aacutegua
Conforme Magalhatildees (2018) a biomassa eacute obtida atraveacutes da decomposiccedilatildeo de uma
variedade de recursos renovaacuteveis como plantas madeira resiacuteduos agriacutecolas restos de
alimentos excrementos e ateacute do lixo O Brasil possui situaccedilatildeo privilegiada para produccedilatildeo de
biomassa em larga escala pois existem extensas aacutereas cultivaacuteveis e condiccedilotildees climaacuteticas
favoraacuteveis ao longo do ano
43 Consumidores
Na faacutebrica onde estaacute situada a caldeira estudada o vapor eacute utilizado principalmente no
processo de extrusatildeo e peletizaccedilatildeo de alimentos completos na forma de energia teacutermica para
cozimento da massa e tambeacutem na parte de higienizaccedilatildeo das tubulaccedilotildees que recebem o vapor
para limpeza destes Estas operaccedilotildees satildeo de suma importacircncia para um produto final de
qualidade a confiabilidade na geraccedilatildeo de vapor deve ser de extrema precisatildeo para que as
maacutequinas que necessitam de forccedila motriz atingem seu maior potencial de produccedilatildeo tendo
como base a alta demanda de produto acabado
18
Figura 6 ndash Consumidores de vapor
Fonte (O Autor)
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor
O projeto possui uma seacuterie de questotildees positivas referente a parte ambiental e
econocircmica como base a geraccedilatildeo de vapor com recursos sustentaacuteveis no processo de
gerenciamento de produccedilatildeo de vapor esta operaccedilatildeo conta com pacotes computacionais para o
monitoramento do volume e da pressatildeo de vapor gerados pelas caldeiras de maneira a atender
agrave demanda de vapor com seguranccedila trabalhando ldquocorretamenterdquo levando a reduccedilatildeo de custo
por tonelada de vapor e reduccedilatildeo do custo do produto final
5 PROJETO DA CALDEIRA
As caracteriacutesticas gerais do projeto tendo como base as necessidades solicitadas foram
divididas em partes para facilitar o entendimento durante e consulta poacutes projeto conforme
imagem a baixo
Figura 7 ndash Desenho da caldeira
Fonte O autor
19
51 Paracircmetros de projeto
A seleccedilatildeo do tipo de unidade ou o projeto de uma nova unidade para uma certa
atividade depende de muitos fatores dentre os quais
Vazatildeo pressatildeo e temperatura do vapor vivo
Temperatura e condiccedilotildees da aacutegua de alimentaccedilatildeo da caldeira
Caracteriacutesticas de consumo do vapor gerado e tipo de serviccedilo a ser atendido
Esquema de atendimento da unidade de processo
Combustiacuteveis empregados e processo de combustatildeo
Eficiecircncia operacional
52 Configuraccedilatildeo da caldeira
A configuraccedilatildeo escolhida foi do tipo flamotubular mista com fornalha aquatubular e
corpo de evaporaccedilatildeo fogotubular de dois passes A fornalha tem paredes de tubos envolvidos
por tijolos refrataacuterios e dividem-se em cacircmara de combustatildeo e cacircmara poacutes queima O
grelhado eacute moacutevel e inclinado
Figura 8 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira
Fonte O autor
20
53 Principais Componentes
Abaixo listado alguns dos principais componentes que compotildeem a configuraccedilatildeo da
caldeira
531 Tambor de Vapor
O tambor de vapor da caldeira seraacute dimensionado de forma a propiciar um volume de
aacutegua e vapor que permita variaccedilotildees na carga com miacutenima variaccedilatildeo de pressatildeo na caldeira
mantendo a pureza do vapor na saiacuteda da mesma
Figura 9 ndash Componente Tambor de Vapor
Fonte O autor
532 Fornalha
A fornalha onde eacute instalada a grelha oscilante para a queima do combustiacutevel eacute
construiacuteda de tubos espaccedilados e recobertos de tijolos refrataacuterios especiais de forma a revestir
completamente os tubos de aacutegua formando uma superfiacutecie radiante para otimizar a
combustatildeo da biomassa Constituiacuteda de tubos soldados a coletores formando as paredes de
aacutegua resultando em uma oacutetima absorccedilatildeo de calor Conjuntamente com a fornalha satildeo
fornecidos dutos de ar de alta pressatildeo cuja finalidade eacute fornecer ar para o sistema de ar
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
lt httpstodamateriacombrgas-natural-utilizacao-vantagens-e-desvantagensgt Acesso em
26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
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HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
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MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
lthttpswwwtodamateriacombrbiomassagt Acesso em 26 Jul 2018
MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
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MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
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2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
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PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
17
reservatoacuterios subterracircneos do planeta Seu processo de produccedilatildeo desde a exploraccedilatildeo
processamento ateacute o transporte pode gerar grandes impactos no ambiente como
derramamentos de navios petroleiros vazamentos em plataformas e gasodutos Tem tambeacutem
a desvantagem de ter contaminantes altamente toacutexicos que tem de ser eliminados no processo
de refinamento
Figura 5 ndash Biomassa X Gaacutes
Fonte O autor
Os problemas gerados por seu uso nas usinas termeleacutetricas em especial a necessidade
de um sistema de resfriamento causando desperdiacutecio de aacutegua
Conforme Magalhatildees (2018) a biomassa eacute obtida atraveacutes da decomposiccedilatildeo de uma
variedade de recursos renovaacuteveis como plantas madeira resiacuteduos agriacutecolas restos de
alimentos excrementos e ateacute do lixo O Brasil possui situaccedilatildeo privilegiada para produccedilatildeo de
biomassa em larga escala pois existem extensas aacutereas cultivaacuteveis e condiccedilotildees climaacuteticas
favoraacuteveis ao longo do ano
43 Consumidores
Na faacutebrica onde estaacute situada a caldeira estudada o vapor eacute utilizado principalmente no
processo de extrusatildeo e peletizaccedilatildeo de alimentos completos na forma de energia teacutermica para
cozimento da massa e tambeacutem na parte de higienizaccedilatildeo das tubulaccedilotildees que recebem o vapor
para limpeza destes Estas operaccedilotildees satildeo de suma importacircncia para um produto final de
qualidade a confiabilidade na geraccedilatildeo de vapor deve ser de extrema precisatildeo para que as
maacutequinas que necessitam de forccedila motriz atingem seu maior potencial de produccedilatildeo tendo
como base a alta demanda de produto acabado
18
Figura 6 ndash Consumidores de vapor
Fonte (O Autor)
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor
O projeto possui uma seacuterie de questotildees positivas referente a parte ambiental e
econocircmica como base a geraccedilatildeo de vapor com recursos sustentaacuteveis no processo de
gerenciamento de produccedilatildeo de vapor esta operaccedilatildeo conta com pacotes computacionais para o
monitoramento do volume e da pressatildeo de vapor gerados pelas caldeiras de maneira a atender
agrave demanda de vapor com seguranccedila trabalhando ldquocorretamenterdquo levando a reduccedilatildeo de custo
por tonelada de vapor e reduccedilatildeo do custo do produto final
5 PROJETO DA CALDEIRA
As caracteriacutesticas gerais do projeto tendo como base as necessidades solicitadas foram
divididas em partes para facilitar o entendimento durante e consulta poacutes projeto conforme
imagem a baixo
Figura 7 ndash Desenho da caldeira
Fonte O autor
19
51 Paracircmetros de projeto
A seleccedilatildeo do tipo de unidade ou o projeto de uma nova unidade para uma certa
atividade depende de muitos fatores dentre os quais
Vazatildeo pressatildeo e temperatura do vapor vivo
Temperatura e condiccedilotildees da aacutegua de alimentaccedilatildeo da caldeira
Caracteriacutesticas de consumo do vapor gerado e tipo de serviccedilo a ser atendido
Esquema de atendimento da unidade de processo
Combustiacuteveis empregados e processo de combustatildeo
Eficiecircncia operacional
52 Configuraccedilatildeo da caldeira
A configuraccedilatildeo escolhida foi do tipo flamotubular mista com fornalha aquatubular e
corpo de evaporaccedilatildeo fogotubular de dois passes A fornalha tem paredes de tubos envolvidos
por tijolos refrataacuterios e dividem-se em cacircmara de combustatildeo e cacircmara poacutes queima O
grelhado eacute moacutevel e inclinado
Figura 8 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira
Fonte O autor
20
53 Principais Componentes
Abaixo listado alguns dos principais componentes que compotildeem a configuraccedilatildeo da
caldeira
531 Tambor de Vapor
O tambor de vapor da caldeira seraacute dimensionado de forma a propiciar um volume de
aacutegua e vapor que permita variaccedilotildees na carga com miacutenima variaccedilatildeo de pressatildeo na caldeira
mantendo a pureza do vapor na saiacuteda da mesma
Figura 9 ndash Componente Tambor de Vapor
Fonte O autor
532 Fornalha
A fornalha onde eacute instalada a grelha oscilante para a queima do combustiacutevel eacute
construiacuteda de tubos espaccedilados e recobertos de tijolos refrataacuterios especiais de forma a revestir
completamente os tubos de aacutegua formando uma superfiacutecie radiante para otimizar a
combustatildeo da biomassa Constituiacuteda de tubos soldados a coletores formando as paredes de
aacutegua resultando em uma oacutetima absorccedilatildeo de calor Conjuntamente com a fornalha satildeo
fornecidos dutos de ar de alta pressatildeo cuja finalidade eacute fornecer ar para o sistema de ar
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
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realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
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cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
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TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
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Figura 6 ndash Consumidores de vapor
Fonte (O Autor)
44 Reduccedilatildeo do custo de tonelada de vapor
O projeto possui uma seacuterie de questotildees positivas referente a parte ambiental e
econocircmica como base a geraccedilatildeo de vapor com recursos sustentaacuteveis no processo de
gerenciamento de produccedilatildeo de vapor esta operaccedilatildeo conta com pacotes computacionais para o
monitoramento do volume e da pressatildeo de vapor gerados pelas caldeiras de maneira a atender
agrave demanda de vapor com seguranccedila trabalhando ldquocorretamenterdquo levando a reduccedilatildeo de custo
por tonelada de vapor e reduccedilatildeo do custo do produto final
5 PROJETO DA CALDEIRA
As caracteriacutesticas gerais do projeto tendo como base as necessidades solicitadas foram
divididas em partes para facilitar o entendimento durante e consulta poacutes projeto conforme
imagem a baixo
Figura 7 ndash Desenho da caldeira
Fonte O autor
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51 Paracircmetros de projeto
A seleccedilatildeo do tipo de unidade ou o projeto de uma nova unidade para uma certa
atividade depende de muitos fatores dentre os quais
Vazatildeo pressatildeo e temperatura do vapor vivo
Temperatura e condiccedilotildees da aacutegua de alimentaccedilatildeo da caldeira
Caracteriacutesticas de consumo do vapor gerado e tipo de serviccedilo a ser atendido
Esquema de atendimento da unidade de processo
Combustiacuteveis empregados e processo de combustatildeo
Eficiecircncia operacional
52 Configuraccedilatildeo da caldeira
A configuraccedilatildeo escolhida foi do tipo flamotubular mista com fornalha aquatubular e
corpo de evaporaccedilatildeo fogotubular de dois passes A fornalha tem paredes de tubos envolvidos
por tijolos refrataacuterios e dividem-se em cacircmara de combustatildeo e cacircmara poacutes queima O
grelhado eacute moacutevel e inclinado
Figura 8 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira
Fonte O autor
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53 Principais Componentes
Abaixo listado alguns dos principais componentes que compotildeem a configuraccedilatildeo da
caldeira
531 Tambor de Vapor
O tambor de vapor da caldeira seraacute dimensionado de forma a propiciar um volume de
aacutegua e vapor que permita variaccedilotildees na carga com miacutenima variaccedilatildeo de pressatildeo na caldeira
mantendo a pureza do vapor na saiacuteda da mesma
Figura 9 ndash Componente Tambor de Vapor
Fonte O autor
532 Fornalha
A fornalha onde eacute instalada a grelha oscilante para a queima do combustiacutevel eacute
construiacuteda de tubos espaccedilados e recobertos de tijolos refrataacuterios especiais de forma a revestir
completamente os tubos de aacutegua formando uma superfiacutecie radiante para otimizar a
combustatildeo da biomassa Constituiacuteda de tubos soldados a coletores formando as paredes de
aacutegua resultando em uma oacutetima absorccedilatildeo de calor Conjuntamente com a fornalha satildeo
fornecidos dutos de ar de alta pressatildeo cuja finalidade eacute fornecer ar para o sistema de ar
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
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26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
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MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
19
51 Paracircmetros de projeto
A seleccedilatildeo do tipo de unidade ou o projeto de uma nova unidade para uma certa
atividade depende de muitos fatores dentre os quais
Vazatildeo pressatildeo e temperatura do vapor vivo
Temperatura e condiccedilotildees da aacutegua de alimentaccedilatildeo da caldeira
Caracteriacutesticas de consumo do vapor gerado e tipo de serviccedilo a ser atendido
Esquema de atendimento da unidade de processo
Combustiacuteveis empregados e processo de combustatildeo
Eficiecircncia operacional
52 Configuraccedilatildeo da caldeira
A configuraccedilatildeo escolhida foi do tipo flamotubular mista com fornalha aquatubular e
corpo de evaporaccedilatildeo fogotubular de dois passes A fornalha tem paredes de tubos envolvidos
por tijolos refrataacuterios e dividem-se em cacircmara de combustatildeo e cacircmara poacutes queima O
grelhado eacute moacutevel e inclinado
Figura 8 ndash Configuraccedilatildeo da caldeira
Fonte O autor
20
53 Principais Componentes
Abaixo listado alguns dos principais componentes que compotildeem a configuraccedilatildeo da
caldeira
531 Tambor de Vapor
O tambor de vapor da caldeira seraacute dimensionado de forma a propiciar um volume de
aacutegua e vapor que permita variaccedilotildees na carga com miacutenima variaccedilatildeo de pressatildeo na caldeira
mantendo a pureza do vapor na saiacuteda da mesma
Figura 9 ndash Componente Tambor de Vapor
Fonte O autor
532 Fornalha
A fornalha onde eacute instalada a grelha oscilante para a queima do combustiacutevel eacute
construiacuteda de tubos espaccedilados e recobertos de tijolos refrataacuterios especiais de forma a revestir
completamente os tubos de aacutegua formando uma superfiacutecie radiante para otimizar a
combustatildeo da biomassa Constituiacuteda de tubos soldados a coletores formando as paredes de
aacutegua resultando em uma oacutetima absorccedilatildeo de calor Conjuntamente com a fornalha satildeo
fornecidos dutos de ar de alta pressatildeo cuja finalidade eacute fornecer ar para o sistema de ar
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
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Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
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535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
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Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
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Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
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Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
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5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
lt httpstodamateriacombrgas-natural-utilizacao-vantagens-e-desvantagensgt Acesso em
26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
lthttpswwwtodamateriacombrbiomassagt Acesso em 26 Jul 2018
MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
20
53 Principais Componentes
Abaixo listado alguns dos principais componentes que compotildeem a configuraccedilatildeo da
caldeira
531 Tambor de Vapor
O tambor de vapor da caldeira seraacute dimensionado de forma a propiciar um volume de
aacutegua e vapor que permita variaccedilotildees na carga com miacutenima variaccedilatildeo de pressatildeo na caldeira
mantendo a pureza do vapor na saiacuteda da mesma
Figura 9 ndash Componente Tambor de Vapor
Fonte O autor
532 Fornalha
A fornalha onde eacute instalada a grelha oscilante para a queima do combustiacutevel eacute
construiacuteda de tubos espaccedilados e recobertos de tijolos refrataacuterios especiais de forma a revestir
completamente os tubos de aacutegua formando uma superfiacutecie radiante para otimizar a
combustatildeo da biomassa Constituiacuteda de tubos soldados a coletores formando as paredes de
aacutegua resultando em uma oacutetima absorccedilatildeo de calor Conjuntamente com a fornalha satildeo
fornecidos dutos de ar de alta pressatildeo cuja finalidade eacute fornecer ar para o sistema de ar
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
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realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
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cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
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37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
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Setem 2018
21
secundaacuterio composto de bocais de 2rdquo de diacircmetro localizados na saiacuteda da cacircmara de
combustatildeo que promovem uma adequada turbulecircncia resultando em uma queima com menor
excesso de ar e emissatildeo de particulado
Figura 10 ndash Componente Fornalha
Fonte O autor
533 Grelha moacutevel
A grelha se move de forma oscilante (movimento de avanccedilo e recuo) fazendo com
que o combustiacutevel seja revolvido agrave medida que avanccedila sobre a mesma O processo de queima
envolve 04 etapas sobre a grelha a secagem do combustiacutevel a queima dos volaacuteteis e a queima
do carbono fixo e resfriamento da cinza A grelha eacute inclinada de forma a propiciar um melhor
e mais uniforme escoamento do combustiacutevel O grelhado eacute distribuiacutedo uniformemente com
seccedilotildees de ar independentes proporcionando uma boa distribuiccedilatildeo em toda aacuterea e um
adequado resfriamento O sistema de grelha possui movimentos alternados os quais propiciam
diferentes etapas na combustatildeo esse sistema torna a combustatildeo mais eficiente e produz no
final das grelhas apenas cinzas residuais e sistema de grelha possui movimentos alternados os
quais propiciam diferentes etapas na combustatildeo
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
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de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
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pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
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26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
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MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
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realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
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MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
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PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
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TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
22
Figura 11 ndash Componente Grelha Moacutevel
Fonte O autor
534 Sistema de retirada de cinzas do fim da grelha
O sistema de extraccedilatildeo de cinzas fim de grelha tem a funccedilatildeo de extrair
automaticamente as cinzas resultantes da queima que se acumulam no final do grelhado
depositando as mesmas em um recipiente externo agrave caldeira facilitando a limpeza Processo
no qual evita acuacutemulos de partiacuteculas dentro da estrutura do grelhado evitando assim
complicaccedilotildees futuras que poderiam gerar manutenccedilotildees corretivas e consequentemente perda
de produccedilatildeo
Figura 12 ndash Componente Sistema de retirada de cinzas
Fonte O autor
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
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Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
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Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
lt httpstodamateriacombrgas-natural-utilizacao-vantagens-e-desvantagensgt Acesso em
26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
lthttpswwwtodamateriacombrbiomassagt Acesso em 26 Jul 2018
MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
23
535 Silo dosador com roscas
A alimentaccedilatildeo do combustiacutevel seraacute feita atraveacutes de um silo dosador com sistema de
roscas as quais faratildeo a retirada do combustiacutevel de dentro do silo para alimentar a caldeira O
silo dosador conta com um sistema de seguranccedila contra incecircndios com um transmissor de
temperatura que determina a abertura automaacutetica de uma vaacutelvula pneumaacutetica em caso de
temperatura alta no silo por um tempo maior que 30s dando vazatildeo de aacutegua para esguicho que
abrange toda a caixa do silo
Figura 13 ndash Componente Silo dosador com roscas
Fonte O autor
536 Preacute-aquecedor de ar
O preacute-aquecedor de ar eacute constituiacutedo por tubos verticais posicionados defasadamente
pelos quais passam internamente os fumos e externamente o ar para combustatildeo tendo por
finalidade aquecer o ar para combustatildeo que eacute injetado sob a grelha parte fundamental que
garante maior autonomia na combustatildeo que ocorre no grelhado
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
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541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
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Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
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7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
lt httpstodamateriacombrgas-natural-utilizacao-vantagens-e-desvantagensgt Acesso em
26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
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MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
24
Figura 14 ndash Componente Preacute-aquecedor de ar
Fonte O autor
537 Filtro Multiciclone
O filtro multiciclone eacute responsaacutevel pela separaccedilatildeo das partiacuteculas soacutelidas do gaacutes de
combustatildeo controlando a emissatildeo de particulado na atmosfera A saiacuteda do gaacutes limpo eacute entatildeo
feita pelo topo do ciclone atraveacutes de um tubo ciliacutendrico central No movimento circular
decrescente do gaacutes as partiacuteculas mais pesadas devido agrave densidade ou tamanho satildeo atiradas
contra as paredes do ciclone atraveacutes de forccedilas centriacutefugas descendo para a base do ciclone
por onde iratildeo sair
Figura 15 ndash Componente Filtro Multiciclone
Fonte O autor
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
lt httpstodamateriacombrgas-natural-utilizacao-vantagens-e-desvantagensgt Acesso em
26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
lthttpswwwtodamateriacombrbiomassagt Acesso em 26 Jul 2018
MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
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lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
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TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
25
538 Ventilador de ar primaacuterio
O ventilador de ar primaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento do ar de combustatildeo
injetado sob as grelhas permitindo que a queima do combustiacutevel seja uniforme sendo
projetado para atender as perdas de carga vazatildeo e pressatildeo do ar necessaacuterio para o bom
desempenho do equipamento eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com
partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da caldeira
Figura 16 ndash Componente Ventilador de ar primaacuterio
Fonte O autor
539 Ventilador de ar secundaacuterio
O ventilador de ar secundaacuterio tem como funccedilatildeo o fornecimento de ar com pressatildeo
elevada em pontos especiacuteficos na fornalha fazendo com que o ar entre em contato com os
gases de combustatildeo realizando a queima completa dos volaacuteteis Possui a mesmas
caracteriacutesticas de um ventilador convencional que eacute um dispositivo mecacircnico utilizado para
converter energia mecacircnica de rotaccedilatildeo aplicada em seus eixos em aumento de pressatildeo do ar
eacute do tipo centriacutefugo acoplado a um motor de 25 cv com partida por inversor de frequecircncia
localizado na parte lateral da caldeira
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Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
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541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
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7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
lt httpstodamateriacombrgas-natural-utilizacao-vantagens-e-desvantagensgt Acesso em
26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
lthttpswwwtodamateriacombrbiomassagt Acesso em 26 Jul 2018
MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
26
Figura 17 ndash Componente Ventilador de ar secundaacuterio
Fonte O autor
5310 Exaustor de tiragem
O exaustor de tiragem eacute fundamental para que a caldeira tenha uma boa eficiecircncia
tendo como funccedilatildeo realizar a exaustatildeo dos gases de combustatildeo gerados pela caldeira O
mesmo eacute calculado para suprir todas as perdas de carga do equipamento e manter as
velocidades adequadas dos gases nas aacutereas de troca teacutermica eacute do tipo centriacutefugo acoplado a
um motor de 75 cv com partida por inversor de frequecircncia localizado na parte lateral da
caldeira Possui basicamente a mesma propriedade de um exaustor de coifa que remove o ar
viciado fumos ou maus cheiros de cozinhas e recintos fechados Eacute responsaacutevel pelo
tratamento dos gases e vapores resultantes da cocccedilatildeo Este tratamento pode se dar pela
exaustatildeo ou depuraccedilatildeo dos gases Aleacutem de tornar o ar respiraacutevel os exaustores
industriais reduzem a temperatura dentro dos recintos e previnem a estagnaccedilatildeo do ar Por
outro lado ajudam a reduzir os niacuteveis de humidade os fumos e a regular os gases nos
equipamentos da induacutestria quiacutemica ou automoacutevel
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
lt httpstodamateriacombrgas-natural-utilizacao-vantagens-e-desvantagensgt Acesso em
26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
lthttpswwwtodamateriacombrbiomassagt Acesso em 26 Jul 2018
MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
27
Figura 18 ndash Componente Exaustor de tiragem
Fonte O autor
5311 Chamineacute
A chamineacute eacute ciliacutendrica vertical auto estaacutevel fixado na base atraveacutes de chumbadores
O diacircmetro eacute calculado conforme a vazatildeo de gases tendo velocidade proacuteximo de 13ms e
12000mm Obs os dados do diacircmetro e altura da chamineacute satildeo dados estimados levar em
consideraccedilatildeo o layout orientativo fornecido
Figura 19 ndash Componente Chamineacute
Fonte O autor
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
lt httpstodamateriacombrgas-natural-utilizacao-vantagens-e-desvantagensgt Acesso em
26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
lthttpswwwtodamateriacombrbiomassagt Acesso em 26 Jul 2018
MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
28
5312 Sopradores de fuligem
Mantem as superfiacutecies de troca teacutermica permanentemente limpa seraacute fornecido um
conjunto de sopradores de fuligem estrategicamente localizados utilizando o vapor saturado
da caldeira para realizar a sopragem
Figura 20 ndash Componente Sopradores de fuligem
Fonte O autor
5313 Tanque de condensado
O tanque de condensado tem a funccedilatildeo de armazenar o condensado que retorna do
processo destinado a reaproveitar o condensado de linhas de vapor provenientes de qualquer
instalaccedilatildeo de caldeira aleacutem da aacutegua de reposiccedilatildeo para manter a caldeira abastecida
adequadamente possui o formato ciliacutendrico e tem como capacidade 12000 Kgh O tanque de
condensado eacute normalmente utilizado para armazenamento de aacutegua quente e de condensado de
caldeiras condensado que por sua vez pode ser reaproveitado em alguma operaccedilatildeo uma vez
que eacute somente aacutegua tratada O tanque de condensado construiacutedo no modelo vertical em accedilo
carbono tem funccedilatildeo bastante importante no projeto da caldeira o condensado que muitas
vezes eacute jogado para a atmosfera pode ser canalizado e redistribuiacutedo no sistema ou utilizado
em outra situaccedilatildeo como mencionado anteriormente
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
lt httpstodamateriacombrgas-natural-utilizacao-vantagens-e-desvantagensgt Acesso em
26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
lthttpswwwtodamateriacombrbiomassagt Acesso em 26 Jul 2018
MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
29
Figura 21 ndash Componente Tanque de condensado
Fonte O autor
5314 Tanque de descarga de fundo
O tanque de descarga de fundo eacute responsaacutevel pelo recebimento e despressurizaccedilatildeo das
descargas de todos os pontos da caldeira mantendo estes locais limpos para que o fluxo da
aacutegua circule corretamente
Figura 22 ndash Componente Tanque de descarga de fundo
Fonte O autor
5315 Coletor e distribuidor de vapor
O Coletor de vapor nada mais eacute que um receptor e distribuidor de vapor tambeacutem
conhecido como manifold o mesmo tem como principal funccedilatildeo a distribuiccedilatildeo do vapor
produzido na caldeira e armazenagem controlado por manocircmetro e vaacutelvulas reguladoras
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
lt httpstodamateriacombrgas-natural-utilizacao-vantagens-e-desvantagensgt Acesso em
26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
lthttpswwwtodamateriacombrbiomassagt Acesso em 26 Jul 2018
MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
30
Figura 23 ndash Componente Coletor e distribuidor de vapor
Fonte O autor
54 Funcionamento
O primeiro passo na produccedilatildeo de vapor por uma caldeira de biomassa (Flamotubular)
eacute o recebimento de biomassa seja ele por alimentaccedilatildeo direta nos dosadores ou utilizando
transportadores apoacutes o dosador ser alimentado o cavaco passa jaacute dosado para o alimentador
com a funccedilatildeo de transportar o cavaco ateacute o grelhado que eacute onde ocorre a combustatildeo do
mesmo em contato com tubos de aacutegua que trocam calor e datildeo iniacutecio a primeira etapa na
produccedilatildeo de vapor apoacutes isso os gases quentes provenientes da queima de cavaco do grelhado
vatildeo para o gerador de vapor que eacute envolvido por aacutegua e possui tubos que transportam o ar
quente em seu interior gerando vapor o resultado eacute transmitido para um coletor que faz a
distribuiccedilatildeo do vapor o ar quente proveniente da queima de biomassa passa por um exaustor
que transporta o mesmo ateacute um ciclone que retira particulados e o ar sai pela chamineacute
Figura 24 ndash Esquemaacutetico do funcionamento da caldeira de biomassa
Fonte O autor
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
lt httpstodamateriacombrgas-natural-utilizacao-vantagens-e-desvantagensgt Acesso em
26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
lthttpswwwtodamateriacombrbiomassagt Acesso em 26 Jul 2018
MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
31
541 Arquitetura do sistema de controle
O sistema de controle da caldeira eacute baseado em uma arquitetura em que as malhas de
controle contiacutenuo satildeo implementadas em um controlador loacutegico programaacutevel (para o niacutevel do
tambor de vapor vazatildeo de vapor e aacutegua para depressatildeo e combustatildeo) O CLP se comunica
com o sistema supervisoacuterio composto de um microcomputador software de supervisatildeo via
comunicaccedilatildeo ETHERNET A operaccedilatildeo da caldeira eacute feita atraveacutes do terminal de operaccedilatildeo
(microcomputador) do sistema supervisoacuterio
Figura 25 ndash Sistema de controle
Fonte O autor
542 Combustiacutevel utilizado
O combustiacutevel a ser queimado eacute fator de influecircncia no dimensionamento da caldeira
fisicamente uma caldeira a carvatildeo eacute maior do que uma a oacuteleo aleacutem de contar com
equipamentos auxiliares como o moinho de bolas (para reduccedilatildeo fiacutesica do carvatildeo) e
ventiladores adicionais
Para a configuraccedilatildeo da caldeira implementada foi utilizado para a operaccedilatildeo o cavaco
de eucalipto que entraraacute em operaccedilatildeo com uma humidade de aproximadamente 40 De
acordo com Duratex (2004) o cavaco de madeira eacute uma biomassa florestal que gera energia
limpa e consequentemente menos gases de efeito estufa se comparada com outras fontes
energeacuteticas como o gaacutes natural e o oacuteleo BPF (derivado do petroacuteleo)
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
lt httpstodamateriacombrgas-natural-utilizacao-vantagens-e-desvantagensgt Acesso em
26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
lthttpswwwtodamateriacombrbiomassagt Acesso em 26 Jul 2018
MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
32
5421 Procedimento para obtenccedilatildeo da quantidade de cavaco
Primeiramente a partir dos dados reais do consumo e do Poder Caloriacutefico Inferior da
lenha calculou-se a quantidade de vapor produzida e a seguir a partir dessa quantidade de
vapor e atraveacutes do Poder Caloriacutefico Inferior do cavaco obteve-se a quantidade de cavaco
necessaacuteria
5422 Caacutelculo do vapor e da quantidade de cavaco
No caacutelculo realizou-se o balanccedilo de massa com o uso da seguinte expressatildeo segundo
Hugot (1977) apud Perea (2005)
5423 Armazenamento apropriado
O armazenamento do cavaco de eucalipto eacute parte fundamental na integridade de poder
caloriacutefero do mesmo antes de passar pelo sistema de alimentaccedilatildeo o cavaco deve estar com
um iacutendice de humidade conforme se necessita e por isso sua armazenagem eacute de grande
importacircncia Satildeo utilizadas caccedilambas que ficam carregadas de cavaco aguardando a demanda
de utilizaccedilatildeo em meacutedia a caldeira estudada consome 10 toneladas de cavaco a cada 8 horas
sendo que cada caccedilamba conteacutem 10 toneladas de cavaco
As caccedilambas devem estar sempre cobertas evitando o contato direto do cavaco com
qualquer meio que possa adicionar aacutegua em si jaacute que o cavaco deve estar a aproximadamente
com 40 de humidade para produccedilatildeo do vapor ser eficiente e a proacutepria caldeira foi projetada
com estes termos e aceites o carregamento eacute de um fabricante situado em Campo Belo-MG
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
lt httpstodamateriacombrgas-natural-utilizacao-vantagens-e-desvantagensgt Acesso em
26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
lthttpswwwtodamateriacombrbiomassagt Acesso em 26 Jul 2018
MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
33
Figura 26 ndash Armazenagem de biomassa
Fonte O autor
6 COMISSIONAMENTO DO PROJETO
Durante a instalaccedilatildeo dos equipamentos deveraacute ser observado os procedimentos para a
execuccedilatildeo dos trabalhos de montagem ensaios de campo e posta em marcha dos
equipamentos A contratada seraacute responsaacutevel pela supervisatildeo da montagem dos
equipamentos e junto ao cliente ou seu representante seraacute corresponsaacutevel pela posta em
marcha dos equipamentos Portanto a contratada deveraacute providenciar um ou mais
supervisores com conhecimentos teacutecnicos dos equipamentos para supervisionar todas as
tarefas que seratildeo executadas para colocaccedilatildeo dos equipamentos em serviccedilo Para realizaccedilatildeo
dos trabalhos acima citados a contratada deve seguir o cronograma de montagem a ser
estabelecido de comum acordo com o cliente A contratada deveraacute prever a utilizaccedilatildeo de
instrumentos e os demais componentes para os ensaios de campo fornecidos temporariamente
por si mesmo e sob sua proacutepria supervisatildeo sem ocircnus para o cliente Os resultados destes
ensaios deveratildeo corresponder agravequeles garantidos em contrato Se houver diferenccedila o
equipamento seraacute prontamente reparado sendo que os custos de reparos e transporte devidos
agrave rejeiccedilatildeo nos ensaios de campo ficaratildeo por conta da contratada Os testes de performance
deveratildeo ser realizados no local e o funcionamento dos equipamentos dentro das condiccedilotildees
contratuais deveraacute ser atestado pelo comprador atraveacutes de um certificado de performance
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
lt httpstodamateriacombrgas-natural-utilizacao-vantagens-e-desvantagensgt Acesso em
26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
lthttpswwwtodamateriacombrbiomassagt Acesso em 26 Jul 2018
MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
34
7 RESULTADOS
Tendo em vista todas as desvantagens com a operaccedilatildeo de geraccedilatildeo de vapor antiga que
utilizava Gaacutes como combustiacutevel apoacutes todos os estudos e validaccedilotildees para avanccedilar com os
processos de implementaccedilatildeo do projeto da nova caldeira deu-se o inicio a etapa de
construccedilatildeo fase na qual os ganhos com o projeto jaacute satildeo previstos e a conclusatildeo eacute bastante
aguardada pela necessidade de Payback Com a conclusatildeo das obras o resultado final foi
satisfatoacuterio os objetivos alcanccedilados e o avanccedilo tecnoloacutegico para a empresa foi de suma
importacircncia
Com a implementaccedilatildeo da caldeira estudada levando em consideraccedilatildeo os gastos com
custo do combustiacutevel operaccedilatildeo energia eleacutetrica manutenccedilatildeo e terceirizados foi
contabilizado uma reduccedilatildeo de 40 do valor de produccedilatildeo por tonelada de vapor ressaltando
tambeacutem outros fatores positivos como o aumento da confiabilidade de produccedilatildeo a
contribuiccedilatildeo com o meio ambiente e uniatildeo de todos os participantes da implementaccedilatildeo foram
fatores predominantes para o sucesso do projeto Aparenta um pouco insignificante a
proporccedilatildeo de reduccedilatildeo somente em uma tonelada produzida poreacutem colocando em uma
situaccedilatildeo de larga escala a reduccedilatildeo de custos eacute extremamente ceacutelebre
Figura 27 ndash Investir na biomassa
Fonte O autor
Segundo Mill (2018) O uso da biomassa estaacute em franca ascensatildeo no Brasil ndash jaacute
responde por quase 10 da matriz energeacutetica brasileira ndash mas seu potencial de crescimento eacute
ainda maior Segundo diversos estudos a biomassa (junto com a energia eoacutelica e solar) deve
ser um dos tipos de energia que mais vai se desenvolver nos proacuteximos anos
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
lt httpstodamateriacombrgas-natural-utilizacao-vantagens-e-desvantagensgt Acesso em
26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
lthttpswwwtodamateriacombrbiomassagt Acesso em 26 Jul 2018
MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
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Setem 2018
35
CONCLUSAtildeO
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussotildees apresentadas neste trabalho
pode-se concluir que o estudo viabilizou o implemento de uma caldeira de biomassa em uma
faacutebrica do ramo de nutriccedilatildeo animal utilizando como combustiacutevel o cavaco de eucalipto As
necessidades que ocasionaram o estudo de implementaccedilatildeo juntamente com as expectativas
dos envolvidos no projeto de atentar aos ganhos alcanccedilados pela conclusatildeo do projeto foram
sanadas e resultado final foi adequado aos padrotildees e metas estipuladas
O resultado da reduccedilatildeo do custo de produccedilatildeo por tonelada de vapor aleacutem de contribuir
para o ganho financeiro da empresa tambeacutem chegou no consumidor pois uma vez que o
processo de produccedilatildeo fica mais barato o produto final tambeacutem acompanha a reduccedilatildeo do custo
O projeto contribuiu tambeacutem com o meio ambiente antes utilizando o Gaacutes como combustiacutevel
para a caldeira o sistema emitia gases poluentes e hoje com utilizaccedilatildeo da biomassa na nova
caldeira a emissatildeo dos contaminantes eacute passado
36
REFEREcircNCIAS
BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
lt httpstodamateriacombrgas-natural-utilizacao-vantagens-e-desvantagensgt Acesso em
26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
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lthttpswwwtodamateriacombrbiomassagt Acesso em 26 Jul 2018
MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
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MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
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TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
36
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BARROS Geraldo Santrsquoana de Camargo et al AGRONEGOacuteCIO BRASILEIRO
Perspectivas desafios e uma agenda para seu desenvolvimento Piracicaba Escola Superior
de Agricultura ldquoluiz de Queirozrdquo Esalqusp Centro de Estudo AvanCcedilados em Economia
Aplicada Cepea 2006
BRASIL Ministeacuterio do Trabalho e EmpregoNR 13 normas reguladoras caldeira e vasos de
pressatildeo Disponiacutevel em lthttpmtegovbr gt Acesso em 24 Jul 20018
DUARTE Gaacutes Natural Utilizaccedilatildeo Vantagens e Desvantagens 2017 Disponiacutevel em
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26 Jul 2018
DURATEX Duratex aumenta produccedilatildeo e comercializaccedilatildeo de cavaco de eucalipto
Disponiacutevel em lt httpduratexcombrptnoticiasgt Acesso em 01 Setem 20018
HUGOT E Produccioacuten de Vapor In Manual para ingeneiros azucareros 1ed(1963)
4impMeacutexico Companhia Editorial Continental SA 1976 p603-705
MAGALHAtildeES Biomassa 2018 Disponiacutevel em
lthttpswwwtodamateriacombrbiomassagt Acesso em 26 Jul 2018
MEMORIA22 Famiacutelia Suissa 1925 a 1950 2015 Disponiacutevel em
lthttp22memoriablogspotcom201511gt Acesso em 20 Jul 2018
MITAMURA SS Notas de aulaTreinamento de seguranccedila na operaccedilatildeo de caldeira
realizaccedilatildeo Mitamura Engenharia SS Ltda (Apostila) Londrina 01 de maragrave 05 de abr de
2005
MILL Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httpmillcombrsaiba-como-esta-o-mercado-da-biomassa-e-seu-potencial-em-gerar-
energiagt Acesso em 26 Setem 2018
MURILO Caldeira aquatubular 2013 Disponiacutevel em
lt httpinspcalblogspotcomcaldeira-aquatubularhtmlgt Acesso em 29 Setem 2018
PAZIAN Joatildeo Antonio Desenvolvimento de uma metodologia para anaacutelise do potencial de
cogeraccedilatildeo de energia eleacutetrica em usina de accediluacutecar e aacutelcool 2004
PERA Hildo Geradores de vapor de aacutegua Caldeiras Satildeo Paulo Escola
Politeacutecnica da Universidade de Satildeo Paulo 1966
PEREA LA Avaliaccedilatildeo teacutecnico-econocircmico do processo de cogeraccedilatildeo em uma induacutestria
sucroalcooleira 2005 124 f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em AgronomiaEnergia na Agricultura)
Faculdade de Ciecircncias Agronocircmicas Universidade Estadual Paulista Botucatu 2005
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018
37
TOGAWA Saiba como estaacute o mercado de biomassa e seu potencial em gerar energia 2018
Disponiacutevel em
lt httptogawaengenhariacombrpartes-que-compoem-uma-caldeiragt Acesso em 25
Setem 2018