1. GERAO DE VAPOR

2. Professor: Waldemir Silva de Lima EQUIPE 01 GYOVANNY PINHEIRO SARAIVA-CD:0412223 FABRCIO SOUSA FREITAS- CD: 0412207 LAIANE BEZERRA RIBEIRO-CD:0612212 FLAVIANO SAMEL PINHEIRO-CD:0512228 VALDEMIR BARROS GUSMO-CD:0212129 3. TEMA ISOLAMENTO TRMICO EM SISTEMAS DE GERAO DE VAPOR 4. TPICOS ABORDADOS NESTE TRABALHO: 1-INTRODUO 2-CONCEITOS E FUNDAMENTOS BSICOS SOBRE CALOR E VAPOR 3-ISOLAMENTO TRMICO 4-CONCLUSO 5. INTRODUO Sem o aporte de energia trmica em quantidades generosas e com alta qualidade no existiria a sociedade moderna com seu padro de vida e seus altos nveis de consumo de bens e servios. De um modo quase absoluto, estes fluxos de calor so conseguidos a partir de sistemas de vapor, pois o uso de vapor de gua como vetor de transporte de energia trmica traz grandes vantagens. Por isso para dar suporte a todos esses sistemas de gerao de vapor buscamos explicitar neste trabalho todos os processos desses sistemas e suas caractersticas quanto ao uso correto de isolamentos trmicos que lhes propiciam maior eficincia e segurana. 6. CONCEITOS E FUNDAMENTOS BSICOS -CALOR : o termo utilizado para designar a energia trmica total de um fludo lquido ou gasoso (tais como a gua e o vapor), dentro de condies de presso e temperatura preestabelecidas. -CALOR ESPECFICO: a capacidade que uma substncia possui para absorver ou transferir calor e se define como a quantidade de energia, em Joules, necessria para aumentar a temperatura de 1 kg dessa substncia em 1C. O calor especfico da gua 4,186 kJ/kg C ou 1 kcal/kg C. Isso representa dizer que se houver uma transferncia de calor de 1 kcal para uma massa de 1 kg de gua, ocorrer um aumento de 1C na temperatura. -CALOR SENSVEL: a quantidade de calor contido por exemplo na gua, em seu estado lquido. -CALOR LATENTE: Quando atingida a temperatura de 100C na presso atmosfrica, se a gua continuar a receber calor, passar a ocorrer a transformao da gua em vapor, temperatura constante. Esse calor adicional chama-se Calor latente, sendo a quantidade de energia necessria para transformar 1 kg de gua em 1 kg de vapor. 7. CONDUO o modo de transferncia de calor em que a troca de energia acontece em um meio slido ou um fludo em repouso, pela troca de energia cintica ao nvel dos eltrons e molculas. Esta definida pela expresso: Onde: q o fluxo de calor por conduo Kcal no sistema mtrico; k,condutividade trmica do material; A, rea da seo atravs da qual o calor flui por conduo; dT o gradiente de temperatura na seo. EXPERIMENTO 8. RADIAO o processo pelo qual o calor transferido de um superfcie em alta temperatura para um superfcie em temperatura mais baixa quando tais superfcies esto separados no espao, sob a forma de ondas eletromagnticas. q = fluxo de calor transferido por conveco ( kcal/h); A = rea de transferncia de calor (m); F= Fator de Transferncia; T= Temperatura EXPERIMENTO 9. CONVECO A conveco pode ser definida como o processo pelo qual energia transferida das pores quentes para as pores frias de um fluido atravs da ao combinada de : conduo de calor, armazenamento de energia e movimento de mistura. onde, q = fluxo de calor transferido por conveco ( kcal/h); A = rea de transferncia de calor (m); T = diferena de temperatura; h = coeficiente de transferncia de calor ou coeficiente de pelcula EXPERIMENTO 10. VAPOR Ao adicionarmos calor a um lquido este atinge um ponto mximo que o transforma em vapor. Nos vdeos a seguir exemplos do uso do vapor na indstria naval (Caldeira) e energtica ( Turbinas). 11. CONCEITOS E FUNDAMENTOS BSICOS CALDEIRAS So essencialmente recipientes pressurizados no qual a gua introduzida e pela aplicao continua de energia evaporada. Todos os tipos de caldeiras, sejam as que vaporizam gua, mercrio ou outros fludos se utilizam da energia trmica de uma combusto (seja convencional, com combustveis ou usando eletricidade, ou no convencional, com energia nuclear ou at mesmo solar). GERADORES DE VAPOR um trocador de calor complexo que produz vapor a partir de energia trmica (combustvel), ar e fluido vaporizante, constitudo por diversos equipamentos associados, perfeitamente integrados, para permitir a obteno do maior rendimento trmico possvel. 12. -Caldeira Flamotubulares: Neste os gases quentes circulam pelo interior de tubos e a gua se encontra na parte externa aos tubos. Apresentam Baixa produo de vapor cerca de 10 ton/h e baixa presso de operao 15kgf/cm a 20kgf/cm. Podem ser verticais ou horizontais, geradores de chama direta ou chama de retorno. 13. -Caldeiras Aquatubulares: Neste tipo de caldeira, os gases quentes corculam pela parte externa dos tubos e a gua se encontra na parte interna dos mesmos, dispostos na forma de paredes dgua ou de feixes tubulares.Possuem Alta produo de vapor, chegando a 750ton/h normalmente entre 90kgf/cm a 100kgf/cm. No exemplo a seguir uma aquatubular de uma Termeltrica. 14. As principais e mais significativas perdas de calor e energia comumente encontradas num sistema de gerao de vapor so as seguintes: - perdas por combusto incompleta ou combustvel no queimado - perdas por calor sensvel nas cinzas - perdas por entalpia dos produtos de combusto - perdas por umidade no combustvel -Perdas ocasionadas pela falta de ISOLAMENTO TRMICO adequado. 15. ISOLAMENTO TRMICO O isolamento trmico consiste em proteger as superfcies, atravs da aplicao de materiais de baixa condutividade trmica (k).Tendo como objetivo minimizar os fluxos de calor ou frio trazendo os seguintes benefcios: Reduz consumo de combustvel; Melhora o controle do processo; Previne a corroso; Protege a queima de equipamentos; Absorve a vibrao; Traz segurana e proteo aos operadores do sistema. 16. CARACTERSTICAS DOS ISOLANTES Baixo Valor de k: Quanto menor o k, menor ser a espessura necessria para uma mesma capacidade isolante. Baixo Poder Higroscpico: A gua que penetra nos poros, substitui o ar, aumentando o valor de k e diminuindo a capacidade de isolamento. Baixa Massa Especfica: Um bom isolante deve ser leve de modo a no sobrecarregar desnecessariamente o aparelho isolado Resistncia Mecnica Compatvel com o Uso: Quanto maior a resistncia mecnica do material isolante, maior ser o nmero de casos que ele poder resolver, alm do que apresentar menor fragilidade. 17. CARACTERSTICAS DOS ISOLANTES Incombustibilidade e Estabilidade Qumica: Combusto rpida e arranjos cristalinos de fcil deslocamento so predicados indesejveis aos isolantes. Economicidade: So requisitos desejveis um valor acessvel, sendo de fcil aplicao e manuteno com elevada resistncia ao ambiente e seus agentes. 18. MATERIAIS ISOLANTES BSICOS AMIANTO: um mineral que possui uma estrutura fibrosa, do qual se obtm fibras individuais. O amianto de boa qualidade deve possuir fibras longas e finas e alm disto, infusibilidade, resistncia e flexibilidade. CARBONATO DE MAGNSIO: obtido do mineral "dolomita", e deve sua baixa condutividade ao grande nmero de microscpicas clulas de ar que contm. SLICA DIATOMCEA: Silica, Cal e fibras sintticas formam este isolante que bastante utilizado tambm como refratrio. Apresenta incombustibilidade, boa estabilidade mecnica, resistncia a flexo, leveza e suporta at 1040 C 19. MATERIAIS ISOLANTES BSICOS L DE ROCHA OU L MINERAL: So obtidas fundindo minerais( slica, alumina, magnsio, xidos metlicos e alcalinos) em um forno e vertendo a massa fundida em um jato de vapor a grande velocidade. O produto resultante quimicamente inerte e incombustvel, tem baixa condutividade trmica devido aos espaos com ar entre as fibras. Suporta temperaturas de at 750C, por isso so ideais para aplicao em fornos e tubulao da casa de caldeiras. CORTIA: proveniente de uma casca de uma rvore e apresenta uma estrutura celular com ar encerrado entre as clulas. 20. MATERIAIS ISOLANTES BSICOS VERMICULITA: uma "mica" que possui a propriedade de se dilatar em um s sentido durante o aquecimento. O ar aprisionado em bolsas entre as camadas de mica torna este material um bom isolante trmico. PLSTICOS EXPANDIDOS:So essencialmente poliestireno expandido e poliuretano expandido que so produzido destas matrias plsticas, as quais durante a fabricao sofrem uma expanso com formao de bolhas internas microscpicas. 21. MATERIAIS ISOLANTES BSICOS L DE VIDRO: obtida atravs de uma fuso de compostos vtreos. Esta possue alta resistncia aos ataques atmosfricos, no absorve umidade e fica inerte a todos os materiais com que aplicado. Quando na forma de painis suporta temperaturas que variam de 150 a 450C, tendo uma densidade que na aplicao varia de 20 a 60 kg/m.Quando na forma de mantas suportam temperaturas que variam de 350 a 550C,tendo uma densidade que dever variar entre 40 e 60 kg/m.Sendo que a sua condutividade trmica varia entre 0,024 e 0,026 Kcal/m.hC. Podendo ser usados para isolar caldeiras, fornos, tanques, navios e aeronaves. FELTROS: So rolos produzidos com fibras de vidro que suportam at 150 C, podendo ser usados para isolar dutos, forros e coberturas. 22. MATERIAIS ISOLANTES BSICOS TUBOS BIPARTIDOS: So elementos rgidos, bipartidos constitudo de fibras de vidro aglomeradas com resina sinttica e gase industrial com densidade de 60 kg/m.Este destina-se a isolamento de tubulao com dimetro de at 14pol e temperaturas entre -200 e + 450 C. SILICATO DE CLCIO: Formado pelo Cal, Slica virgem ou hidratada e fibras sintticas minerais. Apresenta incombustibilidade, boa resitncia mecnica, leveza, resistncia a gua e quimicamente estvel suportando temperaturas de at 850 C. Na forma de calhas, tubos e placas vem sendo muito utilizado no isolamento de parques industriais petroqumicos, termeltricos e de usinas nucleares;em caldeiras, fornos, chamins, reatores e secadoras. 23. MATERIAIS ISOLANTES BSICOS CIMENTOS ISOLANTES: Os produtos Silicato de clcio, Silicato de diatomcea, l mineral e Vermiculita Expandida podem ser utilizados na forma de cimento suportando temperaturas que variam de 260 at 1040C,sendo usados para fazer o reajuntamento ou revestimento das paredes e pisos das instalaes trmicas que possuam geradores de vapor. FIBRAS CERMICAS: Fabricados por mtodos injeo de ar comprimido ou centrifugao superiores a 2000 C. Estas possuem baixa condutividade trmica, alta resistncia ao choque trmico, baixa densidade e suportam temperaturas de at 1426 C. Sendo utilizado como isolante trmico e compondo materiais refratrios e na forma de fibras modas e mantas so usadas no revestimento de instalaes de gerao de vapor. Sua forma mais utilizada no isolamento trmico o Silico- Aluminosas. Entretanto a sua nica desvantagem ainda os seus alto preos comerciais. 24. DIVISO ESTRUTURAL DOS ISOLANTES ISOLANTES REFLETIVOS - Os materiais mais comumente usados so folhas metlicas, com grande poder refletor de ondas de calor, com baixa absoro e emissividade dessas mesmas frequncias. Os materiais mais comuns para uso como isolantes refletores so o alumnio e os aos inoxidveis, pela sua reflexo das ondas infravermelhas e visveis.So inalterveis ao longo de sua vida til. ISOLANTES FIBROSOS - Os materiais mais usuais nesta classe so as Is de rocha, de escria e de vidro, o asbesto, o feltro e a madeira. Para o isolamento de equipamentos frios, devem ser bem impermeabilizados, pois so higroscpicos. A compactao das fibras no deve favorecer nem a conduo nem a conveco natural. Assim, uma compactao excessiva aumenta o contato entre as fibras, facilitando a conduo de calor. De outro lado, uma compactao insuficiente aumenta os espaos com ar, podendo facilitar a conveco natural. As fibras com dimetros entre 1 e 15 [m] retm o ar, resistindo transferncia de calor por conduo. 25. DIVISO ESTRUTURAL DOS ISOLANTES Isolantes Granulares - Comumente constitudos de grnulos, que, isolados ou aglomerados, prendem ar, dificultando sua movimentao, fazendo com que a transferncia de calor seja mnima. Os materiais mais comuns so o silicato de clcio, a magnsia, a diatomita e a cortia. Isolantes Celulares - So materiais altamente porosos, porm impermeveis. Isto , apesar de serem constitudos de microclulas, estas no so interconectadas. Desta maneira, a conveco mnima e a conduo restringe-se s paredes das microclulas. As espumas slidas modernas so exemplos tpicos. Nesses isolantes facilmente utilizvel o enchimento dos poros com os mais diversos gases, aumentando a eficincia de Isolamento trmico. Os materiais usuais so as espumas de borracha, de vidro, espumas plsticas (estireno, poliuretano) e o aerogel de slica. 26. FORMAS DOS ISOLANTES Calhas So aplicados sobre paredes cilndricas e fabricados a partir de cortia, plsticos expandidos, fibra de vidro impregnadas de resinas fenlicas 27. FORMAS DOS ISOLANTES Mantas So aplicados no isolamento de superfcies planas, curvas ou irregulares, como o caso de fornos e tubulaes de grande dimetro 28. FORMAS DOS ISOLANTES FLOCOS So normalmente aplicados para isolar locais de difcil acesso ou ainda na fabricao de mantas costuradas com telas metlicas e fabricados a partir de ls de vidro e de rocha. 29. FORMAS DOS ISOLANTES CORDAS So aplicados no isolamento de registros, vlvulas, juntas, cabeotes, etc, principalmente em locais sujeitos a desmontagem para manuteno peridica. PAPEL O papel de fibra de cermica refratrio, apresenta baixo peso, e processado a partir de uma mistura de fibras de slica e alumina de alta pureza em uma folha uniforme, altamente flexvel. 30. FORMAS DOS ISOLANTES PULVERIZADOS OU GRANULADOS So aplicados no isolamento de superfcies com configuraes irregulares ou ainda no preenchimento de vos de difcil acesso. 31. FORMAS DOS ISOLANTES PR-MOLDADOS So peas especiais fabricadas conforme especificaes solicitados pelo cliente. 32. FORMAS DOS ISOLANTES PLACAS So normalmente aplicados no isolamento de superfcies planas. 33. APLICAO DE ISOLANTES ISOLAO DE EQUIPAMENTOS CUJA TEMPERATURA DEVE SER MANTIDA INFERIOR TEMPERATURA AMBIENTE LOCAL. Exemplo: cmaras frigorficas, refrigeradores, trocadores de calor usando fluidos a baixa temperatura, etc . Principal problema = Migrao de vapores O fenmeno da migrao de vapores em isolamento de superfcies resfriadas resultante de uma depresso interna causada pelas baixas temperaturas e pode ser equalizado com a aplicao de "barreiras de vapor" que consiste em usar materiais impermeveis para evitar que vapores d'gua atinjam o isolamento. Um tipo de barreira de vapor, comumente utilizado para proteger o isolamento de tubulaes que transportam fluidos em baixas temperaturas, consiste de folhas de alumnio ( normalmente com 0,15 mm ) coladas com adesivo especial no sentido longitudinal. 34. APLICAO DE ISOLANTES ISOLAO DE EQUIPAMENTOS CUJA TEMPERATURA DEVE SER MANTIDA SUPERIOR TEMPERATURA AMBIENTE LOCAL. Exemplo: estufas, fornos, tubulaes de vapor, trocadores de calor usando fluidos a altas temperaturas. Principal problema = Dilataes provocadas por altas temperaturas Neste caso, no existe o problema da migrao de vapores, porm devem ser escolhidos materiais que possam suportar as temperaturas de trabalho. Nas tabelas a seguir encontramos uma serie de outros componentes que servem para construo das fundaes e para o isolamento dos componentes dos sistemas de gerao de vapor: 35. CLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES LIMITAO DA TEMPERATURA DAS PAREDES Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e o coeficiente de pelcula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades trmicas dos materiais das paredes, o clculo pode ser feito como mostrado na equao abaixo. 36. CLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES ISOLAMENTO DE PAREDES CILINDRICAS (TUBOS) O aumento da espessura isolante de paredes cilndricas de pequenos dimetros nem sempre leva a uma reduo da transferncia de calor, podendo at mesmo vir a aumenta-la. Considerando as quatro resistncias trmicas entre Ti e Te ( duas a conveco e duas a conduo ), a expresso para o fluxo de calor : 37. No isolamento de tubos, de uma maneira geral, desejvel manter o raio crtico (R 3) o menor possvel, para que a aplicao da isolao no resulte em reduo da perda de calor. Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolao de baixa condutividade trmica, tal que o raio crtico seja pouco maior, igual ou at mesmo menor que o raio da tubulao. O raio crtico pode ser calculado pela expresso a seguir: 38. PERDAS DE CALOR ATRAVS DO REVESTIMENTO DA CALDEIRA Se a fornalha for totalmente revestida com paredes de gua, a temperatura a ser controlada a temperatura do vapor saturado. O tipo de parede d'gua, a qual pode ser integral ou parcial tambm influenciar na temperatura externa do revestimento. J fornalhas de antigas caldeiras, com revestimento refratrio interno e isolamento de tijolos externo perdem grande quantidade de calor pelas paredes. Estas perdas podem ser calculadas teoricamente se for conhecida as caractersticas do isolamento trmico, ou a distribuio de temperatura das superfcies externas. Esta distribuio pode ser medida tambm, com um simples dispositivo sensor para medidas superficiais de temperatura. 39. CASA DE CALDEIRA IDEAL Uma caldeira ideal deve possuir acessrios e sensores que permita um controle efetivo da produo de vapor, garantindo qualidade e eficincia no processo. 40. ESPESSURA ISOLANTE MAIS ECONMICA A espessura mais econmica do isolamento aquela para a qual a soma do custo anual da perda de calor e do custo anual do isolamento seja mnimo. O processo de clculo consiste em determinar as quantidades de calor perdidas considerando a aplicao de vrias espessuras de isolamento, obtendo-se a quantidade de calor anual, considerando o tempo de utilizao do equipamento. O valor em quilocalorias deve ser convertido em reais por ano, considerando o custo da produo do calor. Portanto a espessura determinada levando-se em conta os seguintes itens: Custo do isolante, incluindo a aplicao; Custo da gerao do calor; Custo de amortizao do investimento; Depreciao dos materiais e equipamentos isolados; Fatores trmicos (condutividades, temperaturas) e dimenses; Tempo de operao; e Custo da manuteno do isolamento. 41. CONCLUSO Melhorias na eficincia global de equipamentos, que utilizam o calor nos seus processos, podem ser conseguidas com medidas de manuteno e com o isolamento trmico adequado, que so medidas de baixo custo, se considerarmos os grandes benefcios trazidos. Por isso estas melhorias devem ser vistas como forma de reduo de custos industriais e como forma de minimizar os impactos ambientais.