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Os instrutores do curso

Electo Eduardo Silva Lora

Doutor pela Universidade Técnica de São Petersburgo, atualmente é professor da Universidade Federal de Itajubá e Coordenador do Núcleo de Excelência em Geração Térmica e Distribuída – NEST da UNIFEI. Especialista em geração termelétrica, cogeração, combustão e controle da poluição, tem publicado mais de 100 artigos em periódicos e anais de eventos. Tem orientado 4 teses de Doutorado e 8 dissertações de Mestrado sobre temas de energia e ambiente. É autor de 7 livros.

Vladimir R. M. Cobas

Engenheiro elétrico pela Universidade de Oriente (Cuba) e atualmente professor da Universidade Federal de Itajubá, Mestre em engenharia da Energia e Doutor em engenharia mecânica, pela universidade federal de Itajubá. Especialista em sistemas avançados de geração de eletricidade (Células a Combustível e motores Stirling). Autor de três capítulos do livro Geração Termoelétrica, Planejamento, Projeto e Operação, da Editora Interciencia. Tem ministrado vários cursos e treinamentos na área de controle automático e operação de usinas termoelétricas.

Osvaldo Jose Venturini

Possui graduação em Engenharia Mecânica pela Escola Federal de Engenharia de Itajubá (1993) e doutorado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Itajubá (2001). Atualmente é professor adjunto III da Universidade Federal de Itajubá. Tem experiência na área de Engenharia Mecânica, com ênfase em Conversão de Energia, atuando principalmente nos seguintes temas: ar condicionado e refrigeração, cogeração, turbinas a gás e operação de centrais termelétricas. É membro do Núcleo de Excelência em Geração Termelétrica e Distribuída, onde participa de diversos projetos de pesquisa e desenvolvimento. Possui diversas publicações em anais de congressos, periódicos, É autor de 2 livros, além de capítulos em outros livros na sua área de atuação.

Geração de Vapor Industrial3 a 7 de novembro de 2008

Geração de Vapor Industrial 2

INFORMAÇÕESFUPAI - Fundação de Pesquisa e Assessoramento à Indústria - (35) 3629-3500 (Iracema)

NEST - Núcleo de Excelência - em Geração Termelétrica e Distribuída – IEM/UNIFEI - (35) 3629-1355, [email protected]

OS BENEFICIOS DO CURSO

Melhorar a qualificação e o desempenho da profissão de técnicos envolvidos na área de geração de vapor industrial, capacitando-os para participar da tomada de decisões durante o projeto, operação e avaliação prática do desempenho térmico de instalações industriais de geração de vapor de água, considerando-se também os aspectos a m b i e n t a i s d e c o r r e n t e s d a o p e r a ç ã o d e s t e s equipamentos.

Compreender a importância da utilização eficiente dos combustíveis nas unidades de geração de vapor, assim como conhecer as principais ferramentas teóricas e práticas necessárias ao projeto, operação e avaliação técnico-ambiental destas unidades. Introduzir-se no conceito avançado de co-combustão (co-firing) e dos fundamentos técnicos da re-modelagem de Caldeiras.

Abrir um importante espaço de discussão acerca dos impactos ambientais produzidos durante a operação das instalações geradoras de vapor que utilizam combustíveis fósseis e renováveis.

Criar um ambiente de intercâmbio de conhecimentos entre os participantes do curso e oportunidades informais de relacionamento.

O CURSO

O curso de cinco dias de duração aborda as principais questões técnicas relacionadas com a geração de vapor em instalações industriais. Inicialmente são discutidos os principais aspectos relacionados com a disponibilidade e caracterização dos combustíveis orgânicos. Neste caso considera-se o manuseio, o transporte e a sua combustão final. Em relação às unidades de geração de vapor abordam-se aspectos teóricos da combustão, fazendo-se ênfase na estequiometria das reações, o cálculo do volume e da entalpia dos gases da combustão, a determinação do excesso de ar para a combustão, assim como aspectos da aerodinâmica do processo. Introduzir-se-à o conceito avançado de co-combustão (co-firing) e fundamentos técnicos da re-modelagem de Caldeiras.

Discutem-se os principais tipos de caldeiras a vapor utilizados no setor industrial, no Brasil e no mundo, as metodologias para testes de desempenho, além de métodos de balanço energético e exergético. Descreve-se a utilização do programa SBC – Steam Boiler Calculation para cálculos de projeto aerodinâmico e térmico, e otimização das caldeiras. Abordam-se os tipos de fornalhas e queimadores utilizados, os fundamentos da hidrodinâmica nos circuitos da caldeira, tratamento físico-químico interno da caldeira, além do controle das emissões gasosas e sólidas em caldeiras industriais.

O curso está direcionado principalmente para engenheiros e técnicos que trabalham diretamente vinculados com a operação de unidades industriais de geração de vapor nas mais variadas unidades fabris pertencentes aos mais variados segmentos da economia, tais como, usinas de açúcar e álcool, celulose e papel, centrais termelétricas, e refinarias de petróleo, dentre tantas outras.

O Núcleo de Excelência em Geração Termelétrica e Distribuída - NEST

Foi criado em 7 de março de 1998, e pertence ao Instituto de Engenharia Mecânica da UNIFEI. É considerado um dos grupos de excelência apoiados pela CEMIG. Atualmente o NEST é composto de mais de 30 pesquisadores, dos quais 7 são Doutores, 7 Mestres e 5 professores. As principais linhas de pesquisa do grupo são: Geração Termelétrica e Cogeração, Turbinas a Gás e a Vapor, Tecnologias para a Geração Distribuída (motores de combustão interna, microturbinas, motores Stirling e células a combustível), Uso Energético da Biomassa (combustão e gaseificação), Bio-metanização de resíduos (vinhaça e lixo), Refrigeração e Ar Condicionado, Modelagem e Diagnostico de Processos Térmicos, Análise de Ciclo de Vida e Aspectos Ambientais do Uso da Energia.

O NEST possui 6 laboratórios: Turbinas a gás e gaseificação de biomassa, Sistemas térmicos a vapor e diesel, Sistemas avançados de geração distribuída, Refrigeração e ar condicionado, Simulação de processos e sistemas térmicos e Laboratório de treinamento de operadores de centrais termelétricas em simuladores. Nos 10 anos de existência do NEST os professores integrantes do grupo orientaram 28 dissertações de mestrado, 7 teses de doutorado e 4 pos-doutorados. Atualmente estão em andamento 13 dissertações de mestrado e 7 teses de doutorado. Neste período foram publicados 26 artigos em revistas internacionais e 8 livros. Com relação a projetos de P&D, já foram concluídos 10 e 13 estão em execução, sendo os principais parceiros: CEMIG, FINEP, CNPq, CENPES, Bandeirante, Tractebel Energia, Petrobras e CPFL.

Uma das atividades mais importantes do NEST são os cursos de extensão nas suas temáticas da atuação. Até o momento foram ministrados 85 cursos para mais de 1500 alunos. Alem disso o NEST tem colaboração com varias universidades estrangeiras tais como Cranfield University, a Universidade de Delft, a Universidade Técnica de Dinamarca, a Universidade Nacional Politécnica de Odessa, a Universidade Politécnica de Havana, a Universidade de Porto e outras, visando o intercambio de conhecimentos científicos e tecnológicos



PROGRAMA DO CURSO (Duração 40 horas)

1º Dia:

08:00 – 12:00 hrs

Os combustíveis orgânicos: Potencial e Caracterização

Disponibilidade e classificação dos combustíveis orgânicos fósseis e renováveis: o carvão mineral, o petróleo, o gás natural, a madeira energética, o carvão vegetal, o bagaço e a palha de cana-de-açúcar, e outros resíduos agro-florestais e industriais. Estudos avançados sobre as características dos combustíveis e sua influência no processo de combustão e na operação da Caldeira. Composição química elementar e aproximada. A umidade nos combustíveis sólidos. Poder calorífico superior e inferior (PCS e PCI). Propriedades físicas e geométricas dos combustíveis e das cinzas. Características de fusibilidade das cinzas dos combustíveis. Outras propriedades.

14:00 – 18:00 hrs

Estequiometria da combustão

Fundamentos. Estequiométrica. Balanço de materiais e energia da combustão. Excesso de ar. Cálculo dos volumes de ar e gases em processos de combustão. O coeficiente de excesso de ar. Análise de gases. Técnicas de análise de gases em Caldeiras Industriais. Tipos de analisadores de gases. Exemplo de cálculo. Cálculo da entalpia dos produtos da combustão.

2º Dia:

08:00 – 12:00 hrs

Fundamentos da teoria da combustão

Mecanismos de combustão de combustíveis orgânicos. Elementos de cinética química. Difusão. Ignição e auto-ignição. Tipos de chamas. Propagação da chama em misturas gasosas. Chamas pré-misturadas laminares e turbulentas. Aerodinâmica dos processos de combustão. A combustão de uma partícula de combustível sólido e líquido. As etapas do processo de combustão. A combustão do carbono e os modos de combustão dos combustíveis. Modelagem de processos em fornalhas.

14:00 – 18:00 hrs

Tipos de caldeiras a vapor e características construtivas. Eficiências

Tipos construtivos de Caldeiras a Vapor: flamotubulares e aquotubulares. Características construtivas e superfícies de aquecimento em unidades de circulação natural. Características construtivas e superfícies de aquecimento em caldeiras de passe único. Manutenção da temperatura nominal do vapor. Caldeiras recuperativas. Melhorias no desempenho das Caldeiras a Vapor. Fundamentos técnicos da re-modelagem de Caldeiras. Balanço térmico na geração de vapor em caldeiras industriais. Balanço térmico direto e indireto. Cálculo das perdas de calor e eficiência energética da caldeira. Exemplos de cálculo.

3º Dia:

08:00 – 12:00 hrs

Demonstração do software SBC

O programa SBC – Steam Boiler Calculation para a modelagem e o cálculo aerodinâmico e térmico de caldeiras. Exemplos de uso do software. Calculo térmico de uma caldeira simples. Estudos de otimização de arranjos térmicos em unidades de geração de vapor utilizando o software SBC. CFD para o projeto de caldeiras.

Testes de desempenho em caldeiras

Instrumentação e equipamentos para a análise da eficiência em caldeiras. Normas para ensaios de desempenho. Metodologia da ASME para balanço térmico de caldeiras. Método das entradas e saídas (input/output). Outras metodologias. Estimativa das perdas de energia na caldeira e da sua eficiência energética. Comparação entre metodologias. Medidas de entrada e saída de parâmetros. Testes em caldeiras de recuperação. Testes especiais em caldeiras. Amostragem, mensuração e análise do combustível, dos gases da combustão e do ar para a combustão.

14:00 – 18:00 hrs

Queimadores e fornalhas

Queimadores para combustíveis líquidos: mecânicos, com nebulização por vapor e combinados. Queimadores para





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combustíveis sólidos. Cálculos de projeto de queimadores. Sistemas de secagem e pulverização do combustível sólido. Características do combustível sólido seco e pulverizado (carvão mineral). Dimensões e parâmetros de projeto de fornalhas. Fornalhas para a queima de combustível sólido pulverizado. Fornalhas de leito fluidizado convencional e circulante. Exemplos de cálculo.

4º Dia:

08:00 – 12:00 hrs

Controle automática em caldeiras: Introdução aos sistemas de controle automática. Principais controladores e configuração das malhas de controle. Controle de combustão, fluxo de combustível. Controle do ar e seu excesso.

14:00 – 18:00 hrs

Controle automática em caldeiras: Controle da água de alimentação, controle do nível do tubulão, controle a um, dois e três elementos. Controle das bombas de alimentação e curva de trip. Controle do by-pass do vapor. Controle da temperatura do vapor superaquecido.

5º Dia:

08:00 – 12:00 hrs

Hidrodinâmica, corrosão, tratamento químico interno e pureza do vapor

Sistemas de circulação natural. Mistura e fluxo da mistura bifásica água-vapor. Cálculo dos circuitos de circulação natural. Confiabilidade. Circulação forçada. Problemas causados pelo projeto inadequado dos circuitos de circulação. Sujamento e desgaste erosivo. Corrosão das superfícies de troca de calor a alta e baixa temperatura. Cálculo da temperatura do ponto de orvalho para produtos da combustão de carvão mineral e óleo combustível. Solubilidade dos sais na água e no vapor. Padrões de qualidade da água e do vapor. Balanço de sais e seu controle nas caldeiras com circulação natural. Tratamento químico interno.

14:00 – 18:00 hrs

Controle das emissões gasosas e sólidas nas Caldeiras

Emissões resultantes da queima de combustíveis fósseis. Fatores de emissão. Mecanismos de formação dos óxidos de nitrogênio (NOx) em chamas. Métodos de controle dos NOx. Remoção dos óxidos de enxofre (SOx). Formação de particulado sólido nas caldeiras. Sistemas de remoção do particulado sólido em caldeiras. Outros poluentes emitidos durante a combustão do carvão mineral. O caso do mercúrio (Hg). Tecnologias limpas para a utilização do carvão mineral (PFBC e IGCC).

Bibliografia principal do curso:

Apostila: “Geração de Vapor” entregue aos alunos no primeiro dia de aula.

Bibliografia complementar do curso:

LORA, E. E. S. ; ARRIETA, F. R.P. ; BESSA, F.C. ; ARADAS, M.E.C. . “Caldeiras a vapor convencionais e de recuperação”. In: Electo Eduardo Silva Lora; Marco Antônio Rosa Nascimento. (Org.), Geração Termelétrica: Planejamento, Projeto e Operação, 1ª edição, Rio de Janeiro, 2004, v. 1, p. 171-248

BAZZO, E., Geração de vapor, editora da Universidade Federal de São Carlos - UFSC, 1995.

INCLUSO

Material didático e certificado do curso

Coffee break e jantar de confraternização

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