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  • EFICINCIA ENERGTICA NO USO DE VAPOR

  • ELETROBRS Centrais Eltricas Brasileiras

    Praia do Flamengo, 66 Bloco A 14 andar - Flamengo

    CEP 22210-030 Rio de Janeiro RJ

    Tel.: (21) 2514-5151 Fax: (21) 2507-2474

    PROCEL Programa Nacional de Conservao de Energia Eltrica

    Av. Rio Branco, 53 20 andar - Centro

    CEP 20090-004 Rio de Janeiro RJ

    Tel.: (21) 2514-5197 Fax: (21) 2514-5155

    F I C H A C A T A L O G R F I C A

    CENTRAIS ELTRICAS BRASILEIRAS, FUPAI/EFFICIENTIA

    Eficincia Energtica no Uso de Vapor. Rio de Janeiro: Eletrobrs, 2005.

    196p. ilust. (Contm CD)

    1.Conservao de Energia Eltrica.2.Vapor.3.Gerao de Vapor.4.Distribuio de Vapor.5.Utilizao

    de Vapor.I.Ttulo.II.Nogueira, Luiz Augusto Horta.III.Nogueira, Fbio Jos Horta.IV.Rocha, Carlos

    Roberto.

    CDU: 621.3.004

    621.6.02

    621.1

    621.6.02.004.14

  • Trabalho elaborado no mbito do contrato realizado entre a ELETROBRS/PROCEL e o consrcio

    EFFICIENTIA/FUPAI

    MME - MINISTRIO DE MINAS E ENERGIAEsplanada dos Ministrios Bloco "U" - CEP. 70.065-900 Braslia DFwww.mme.gov.br

    MinistraDilma Rousseff

    E L E T R O B R S / P R O C E LAv. Rio Branco, 53 - 20 andar - Centro - CEP 20090-004 - Rio de Janeiro RJwww.eletrobras.com/procel - procel@eletrobras.com

    PresidenteSilas Rondeau Cavalcante Silva

    Diretor de Projetos Especiais e DesenvolvimentoTecnolgico e Industrial e Secretrio Executivo doPROCELAlosio Marcos Vasconcelos Novais

    Chefe de Departamento de Planejamento eEstudos de Conservao de Energia e CoordenadorGeral do Projeto de Disseminao de Informaesde Eficincia EnergticaRenato Pereira Mahler

    Chefe da Diviso de Suporte Tcnico deConservao de Energia e Coordenador Tcnico doProjeto de Disseminao de Informaes deEficincia EnergticaLuiz Eduardo Menandro Vasconcellos

    Chefe da Diviso de Planejamento e Conservaode EnergiaMarcos de Queiroz Lima

    Chefe de Departamento de Projetos EspeciaisGeorge Alves Soares

    Chefe da Diviso de Desenvolvimento de ProjetosSetoriais de Eficincia EnergticaFernando Pinto Dias Perrone

    Chefe da Diviso de Desenvolvimento de ProjetosEspeciaisSolange Nogueira Puente Santos

    E Q U I P E T C N I C ACoordenador GeralMarcos Luiz Rodrigues Cordeiro

    Apoio TcnicoHumberto Luiz de Oliveira

    C O N S R C I O E F F I C I E N T I A / F U P A IEFFICIENTIAAv. Afonso Pena, 1964 7 andar Funcionrios CEP 30130-005 Belo Horizonte MGwww.efficientia.com.br -efficientia@efficientia.com.br

    Diretor Presidente da EfficientiaElmar de Oliveira Santana

    Coordenador Geral do ProjetoJaime A. Burgoa/Tulio Marcus Machado Alves

    Coordenador Operacional do ProjetoRicardo Cerqueira Moura

    Coordenador do Ncleo Gestor dos Guias TcnicosMarco Aurlio Guimares Monteiro

    Coordenador do Ncleo Gestor Administrativo-FinanceiroCid dos Santos Scala

    FUPAI Fundao de Pesquisa e Assessoramento IndstriaRua Xavier Lisboa, 27 Centro CEP 37501-042 Itajub MGwww.fupai.com.br fupai@fupai.com.br

    Presidente da FUPAIDjalma Brighenti

    Coordenador Operacional do ProjetoJamil Haddad*Luiz Augusto Horta Nogueira*

    Coordenadora do Ncleo Gestor Administrativo-FinanceiroHeloisa Sonja Nogueira

    E Q U I P E T C N I C AApoio TcnicoAdriano Jack Machado MirandaMaria Aparecida Morangon de FigueiredoMicael Duarte Frana

    FotografiaEugnio Paccelli

    Autor: Luiz Augusto Horta Nogueira* Co-autores: Carlos R. Rocha, Fbio Jos H. Nogueira*

    * Professores da Universidade Federal de Itajub UNIFEI

  • ApresentaoConsideraes iniciais

    1 Introduo 13

    2 Conceitos e Fundamentos Bsicos 182.1 Propriedades fsicas de uma substncia 18

    2.2 Temperatura 19

    2.3 Presso 20

    2.4 Calor e trabalho 23

    2.5 Energia interna e entalpia 25

    2.6 Elementos de termodinmica 26

    2.6.1 Conceitos fundamentais 26

    2.6.2 Mudana de estado de um sistema termodinmico 27

    2.6.3 Princpio da conservao de massa 27

    2.6.4 Princpio da conservao de energia 28

    2.7 Ciclos trmicos de Potncia 31

    2.8 Transferncia de calor 32

    3 gua e Vapor 353.1 A substncia pura 35

    3.2 Equilbrio de fases vapor-lquida-slida da gua 36

    3.3 Propriedades independentes de uma substncia pura 39

    3.4 Tabelas de propriedades termodinmicas 40

    4 Combustveis e Combusto 414.1 Definies 41

    4.2 Reaes de combusto 42

    4.3 Excesso de ar 45

    4.4 Poder calorfico dos combustveis 48

    4.5 Tecnologia de combusto 49

    4.5.1 Fornalhas 49

    4.5.2 Queimadores 50

    4.6 Tiragem 55

    5 Geradores de Vapor 585.1 Definies iniciais 58

    5.2 Componentes clssicos 59

    5.3 Classificao 62

    5.4 Caldeiras flamotubulares 62

    5.4.1 Caldeira flamotubular compacta 63

    S U M R I O

  • 5.4.2 Caldeiras verticais 65

    5.5 Caldeiras aquotubulares 65

    5.5.1 Circulao da gua em caldeiras aquotubulares 67

    5.6 Comparaes entre caldeiras flamotubulares e aquotubulares 68

    5.6.1 Grau de combusto e vaporizao especfica 68

    5.6.2 Peso e volume 69

    5.6.3 Presso e grau de superaquecimento do vapor 69

    5.6.4 Tempo necessrio para atingir a presso de operao 70

    5.6.5 Qualidade da gua de alimentao 71

    5.6.6 Eficincia trmica 71

    5.6.7 Conduo e limpeza 71

    5.6.8 Vida til 72

    5.7 Caldeiras de condensao 73

    5.8 Equipamentos recuperadores de calor 74

    5.8.1 Superaquecedores e reaquecedores 74

    5.8.2 Economizadores 76

    5.8.3 Pr-aquecedores 76

    6 Alimentao e Tratamento de gua para Caldeiras 776.1 Sistemas de abastecimento de gua 77

    6.1.1 Injetores 78

    6.1.2 Bombas centrfugas 79

    6.2 Sistemas de tratamentos de gua 80

    6.2.1 gua de alimentao das caldeiras 80

    6.2.2 Anlise da gua 80

    6.2.3 Objetivos gerais do tratamento da gua 82

    6.2.4 Tratamentos externos 83

    6.2.5 Tratamento interno 90

    6.2.6 Formao de espuma e arraste 90

    7 Medio e Controle 927.1 Fundamentos 92

    7.1.1 Variveis de processo 92

    7.1.2 Sistema de medio 92

    7.1.3 Controle automtico 93

    7.2 Sistemas de medio 93

    7.2.1 Medio de nvel 93

    7.2.2 Medio de presso 96

    7.2.3 Medio de temperatura 98

    7.2.4 Medio de vazo 99

    7.3 Sistemas de Controle 100

    7.3.1 Controle de nvel de gua do tubulo 101

    7.3.2 Controle da combusto 103

  • 7.3.3 Controle da tiragem 107

    7.4 Dispositivos reguladores automticos 107

    7.4.1 Pressostatos 107

    7.5 Modernos sistemas de automao e controle de caldeiras 108

    7.5.1 Hardware 109

    7.5.2 Software 109

    8 Distribuio de Vapor 1108.1 Elementos para dimensionamento de linhas de vapor 110

    8.2 Distribuio em um sistema com vrias caldeiras 111

    8.3 Purgadores e separadores de vapor 113

    8.3.1 Definies e utilidade 113

    8.3.2 Casos tpicos de emprego de purgadores 114

    8.3.3 Principais tipos de purgadores de vapor 116

    8.3.4 Seleo dos purgadores de vapor 119

    8.4 Separadores de umidade para linha de vapor saturado 122

    8.5 Isolamento trmico 123

    8.5.1 Estruturas dos isolantes 123

    8.5.2 Seleo dos materiais para isolamento trmico 125

    8.5.3 Espessura para proteo de pessoal 125

    8.5.4 Determinao da espessura econmica do isolamento trmico 127

    9 Operao de Geradores de Vapor 1299.1 Identificao de geradores de vapor 129

    9.1.1 Placa de identificao da caldeira e registro de segurana 129

    9.1.2 Princpios para operao segura de caldeiras 130

    9.2 Procedimentos de partida 131

    9.3 Procedimentos de parada 135

    9.3.1 Parada normal 135

    9.3.2 Parada em situao de emergncia 136

    9.4 Roteiro de vistoria diria 140

    10 Eficincia e Medidas de Economia em Sistemas de Vapor 14310.1 Eficincia trmica de geradores de vapor 143

    10.2 Clculo da eficincia pelo mtodo direto 144

    10.3 Clculo da eficincia pelo mtodo indireto 145

    10.3.1 Perdas pela chamin 146

    10.3.2 Perdas por radiao e conveco 147

    10.3.3 Perdas por purgas 147

    10.3.4 Perdas associadas temperatura das cinzas 148

    10.3.5 Perdas associadas ao combustvel no convertido

    presente nas cinzas 148

    10.3.6 Perdas totais 149

  • 10.4 Medidas de economia em sistemas de vapor 149

    10.4.1 Economia na gerao de vapor 150

    10.4.2 Economia na distribuio de vapor 153

    10.4.3 Economia na utilizao de vapor 154

    11 Sistema de Vapor e Meio Ambiente 15611.1 O conceito de poluio do ar 156

    11.2 Produtos emitidos no processo de combusto 156

    11.2.1 Concentrao dos produtos emitidos 159

    11.2.2 Determinao das concentraes dos gases 159

    11.2.3 Determinao das concentraes dos particulados 160

    11.3 Processos para reduo de poluentes gasosos 164

    11.4 Mtodos para separao de particulados 166

    11.4.1 Separao a seco 166

    11.4.2 Separao a mido 170

    11.5 Sistema de tratamento de gases de combusto 172

    12 Temas Econmicos 17412.1 Premissas 174

    12.2 Critrios de aprovao de alternativas de investimento 174

    12.3 Matemtica financeira 175

    12.3.1 Juros simples 175

    12.3.2 Juros compostos 175

    12.3.3 Fluxo de caixa 176

    12.3.4 Fator de recuperao de capital 177

    12.3.5 Fator de valor presente 177

    12.4 Anlise de alternativas de investimentos 178

    12.4.1 Mtodo do valor presente ou do benefcio lquido 178

    12.4.2 Mtodo do valor anual lquido 179

    12.4.3 Mtodo da taxa interna de retorno 180

    12.4.4 Mtodo do tempo de retorno de capital 182

    12.5 Anlise de alternativas de investimento sob condies especficas 183

    12.5.1 Alternativas com vidas diferentes 183

    12.5.2 Alternativas com restries financeiras 183

    12.5.3 Exemplo de aplicao 183

    13 Bibliografia 186

    14 Links teis 187

    Anexo 188Cogerao 188

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