P r i m e i r o e m S o l u e s d e V a p o r

P E R C I A S O L U E S S U S T E N T A B I L I D A D E

Geradores de Vapor

2Programa1. Utilizao de Vapor ao longo da histria2. Geradores de vapor O que entra; o que sai3. Geradores de vapor tipos principais4. Matrias primas Combustvel; ar; gua5. Zona seca Combusto; fornalha; tubos6. Zona hmida Vaporizao; separao lquido/gs7. Controlos8. Segurana e regulamentos9. Procedimentos de segurana e manuteno

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3Para que se usa o vapor? Apesar de conhecido desde antes da era Crist (Hero) 10 a 70 AC s com o

desenvolvimento da metalurgia passados 18 sculos se vulgarizou o seu uso. Com a inveno da mquina a vapor iniciou-se a Revoluo Industrial do

sculo XVIII A energia motriz do vapor substituiu a gua, vento, animais e pessoas. O primeiro uso da mquina a vapor foi na indstria mineira. Depois na indstria txtil. Alastrou depois aos transportes (Carros, barcos, locomotivas).

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4Como se obtm o vapor? Se adicionamos calor gua,

a sua temperatura aumenta at atingir um valor chamado: Temperatura de saturao

Esta temperatura depende da presso: A 0 bar so 100 C A 9 bar so 180 C

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5Cmo se obtm o vapor? Quando a gua chega

temperatura de saturao e continuamos a fornecer energia, esta converte-se em vapor.

A evaporao requer uma quantidade importante de energia e enquanto este se produz, quer a gua quer o vapor formado tm a mesma temperatura.

Quando o vapor liberta esta energia condensa-se, sem alterar a temperatura.

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Ta = Tv = Ts

Ta

Tv

6Para que se usa o vapor? Depois de usado como fora motriz, descobriu-se que o

vapor era muito eficaz como meio de transporte e transferncia de energia em forma de calor.

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gua + Calor = Vapor

Vapor Calor = gua

O vapor um transportador de energia.

7Tabelas de vapor.Presso relativabar m

Temperatura

C

Entalpia especfica (aprox) Volume(vg)

m3/kggua (hf)

kJ/kgEvaporao (hfg)

kJ/kgVapor (hg)

kJ/kg-0.99 6.98 29 2514 2543 129.21

0 100,0 419 2257 2676 1,6731 120,4 506 2201 2707 0,8812 133,7 562 2163 2725 0,6035 158,9 671 2086 2757 0,3157 170,5 721 2048 2769 0,2408 175,4 743 2031 2774 0,215

10 184,1 782 2000 2782 0,17718 209,9 897 1901 2798 0,132

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8Relao presso e temperatura A temperatura do vapor aumenta quando aumenta a presso.

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0

50

100

150

200

250

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14Presso bar m

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

C

Curva vapor saturado

(aprox: T = x 100)

9Relao presso e entalpia Quando aumenta a presso, aumenta a entalpia da gua e a

entalpia total, mas diminui a entalpia de evaporao.

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0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Entalpia da gua

Entalpia total

Presso bar m

E

n

t

a

l

p

i

a

e

s

p

e

c

f

i

c

a

(

k

J

/

k

g

)

Entalpia de evaporao

10

Grfico temperatura e entalpia.

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Ponto de inicio

da evaporao

gua saturada

Linha de

evaporao

Ponto vapor

saturado

200 oC

0 oC

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0Fraco de secagem

Entalpia total

Entalpia da gua

Entalpia da evaporao

Linha de

gua

Linha de vapor

sobreaquecido

11

Grfico temperatura e entalpia.

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Entalpa en kJ/kg

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

e

m

C

Linhas de

evaporao

Linha de

gua

saturadaLinhas de fraco

de secagem

Linhas de

presso

constante

Zona de vapor

sobreaquecido

Ponto

crtico

Linha de

vapor

saurado

12

Porque se usa o vapor? A matria prima gua:

Abundante, Barata, limpa e estril.

fcil de controlar: A cada presso corresponde uma e s uma temperatura. Uma

energa espacfica, um volume especfico Transporta enorme quantidade de energia por unidade de

massa:

Tubagens de pequeno dimetro transportam muita energia. Um tubo de transporta a 10 barm 70 kW

Muda de estado com enorme violncia (800vezes a 2 barm)- Excelente coeficiente de troca de calor e reas de troca

menores.

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13

Onde se usa o vapor? Na actualidade usa-se:

Fora motriz na produo de energia elctrica (turbinas) Transferncia de calor em praticamente toda a indstria:

(Petroqumica, Qumica, Farmaceutica, Metalrgica, Naval, Textil, Papeleira, Cervejeira, Tabaqueira, Alimentao, Servios, etc)Em muitos processos:(Aquecer, evaporar, fundir, esterilizar, secar, humidificar, cozinhar, lavar, passar, produo de vcuo, gua gelada, gelo, etc.)

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14

Geradores de vapor O que entra; o que sai.

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15

Caldeira de vapor o equipamento que

converte a gua em vapor adicionando calor. Os gases de combusto

do queimador transferemcalor agua.

A agua ferve e produz-se vapor na cmara de evaporao com ligao de sada instalao.

Quando aumenta o consumo de vapor baixa a presso e um pressostato acciona o queimador.

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Caldeira de vapor muito importante a sua escolha e o equipamento Deve produzir vapor seco, satisfazendo o caudal e

presso necessrios aos processos. H dois tipos de caldeiras, segundo a disposio dos

fluidos: Piro tubulares. Acua tubulares.

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17

Tipos de caldeiras de vapor Geradores Piro tubulares

Calor no interior dos tubos gua no exterior dos

tubos Para presses mximas

de 20 bar e produo at 30 T/h.

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Quemador

Cmara evaporacin

Agua

Vapor 150C

3 paso (tubos)

2 paso (tubos)

1 paso (horno)

18

Tipos de caldeiras de vapor Geradores Aqua tubulares

Calor pelo exterior dos tubos

gua pelo interior dos tubos

So mais seguras Menos gua/produo Usam-se normalmente

para presses altas.

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Calor

Agua

Vapor

Colector inferior

Colector superior

19

Vapor limpo e puro Vapor limpo produzido em

gerador independente com gua potvel procedente de osmose.

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Vapor puro semelhante ao vapor limpo mas a gua deve ter o grau Farmacolgico de gua para injectveis.

20

Matria prima - gua gua (H2O) no existe na natureza! S existe na frmula qumica! um excelente solvente, basta que o catalisemos! Mais quente dissolve + slidos e - gases Existe em outras formas (H2O2; H2O3). Em estado slido menos denso que o lquido ! Em estado gasoso menos denso que o ar ! Ao congelar aumenta de volume! Ao vaporizar aumenta o volume enormemente !

A 100 mbara aumenta 130000 vezes!

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21

Tanque de alimentao de gua importante controlar a

qualidade da gua, para evitar incrustao e oxidao.

O condensado e a gua de reposio devem misturar-se de forma eficaz.

Para reduzir o oxignio e evitar o arrefecimento da caldeira conveniente que a gua esteja mais alta temperatura que seja possvel.

Se necessrio deve aquecer-se com injeco de vapor.

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Agua tratada Cabezal mezclador

Condensado

Bomba recirculacin

Vapor.

Alimentacin caldera

22

Zona seca Combusto;Fornalha;Tubos

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600 700 93

500 600 92

400 500 91

300 400 90

200 300 89

100 200 88

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

O2CONOxEficiency

CO Nox Ef.

Eficiente

Amiga do ambiente

23

Zona seca Recuperao de calor Em termos gerais, por cada 22C que baixamos na

temperatura dos gases de combusto, poupamos 1% de combustvel.

Baixando a temperatura dos gases de 220C para 120C recuperamos mais de 4% de combustvel.

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Zona hmida - Vaporizao

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% da rea Temperatura dos GasesTroca de Calor

em %

1 Passagem Fornalha 11 1600 65

2 Passagem Tubos 43 400 25

3 Passagem Tubos 46 350 10

Para uma superfcie de troca de 100 m2

Queimador

Camara de evaporao

gua

Vapor 180C

3 paso (tubos)

2 paso (tubos)

1 paso (Fornalha)

25

Purga da caldeira Enquanto se evapora a gua,

as impurezas ficam na caldeira.

Algumas impurezas ficam dissolvidas na gua que vai aumentando a concentrao medida que o vapor vai saindo. Outras precipitam-se no fundo formando lodos.

A caldeira deve purgar-se para manter uma concentrao de sais ptima. Se muito alta produz-se espuma e arrastamento. Se muito baixa representa custo adicional em purga excessiva.

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Slidos dissolvidos

Lodos

Vapor

guaPurga

Purga

Caldeira

26

Qualidade da gua da caldeira Norma UNE EN-12953-10 para caldeiras piro tubulares. NP 4079

*Valor de condutividade com sobre aquecedor 50% do indicado.

A norma faz referencia a diversos outros parmetros.

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Parmetro Unidadegua na caldeira vapor, que utiliza:

**gua de alimentao com condutividade

> 30 S/cm

**gua de alimentao com condutividade

30 S/cmPresso de servio bar > 0,5 a 20 > 0,5

Condutividade a 25 C S/cm < 6000 * < 1500

pH a 25 C 10,5 a 12 10 a 11

27

Qualidade da gua da caldeira Norma UNE EN-12952-12 para caldeiras acua tubulares

* Valor de condutividade com sobre aquecedor 50% do indicado.A norma faz referencia a diversos outros parmetros quando a condutividade da gua de alimentao 0,2 S/cm.

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ParmetroUnidade

gua na caldeira de vapor que utiliza:

gua alimentao com condutividade > 30 S/cm

gua alimentao com condutividade

30 S/cmPresso de servio

bar > 0,5 a 20 > 20 a 40 > 40 a 60 > 0,5 a 60 > 60 a 100

Condutividade a 25 C

S/cm < 6000 * < (6000 a 3000) *

< (3000 a 1500) *

< (1500 a 800)

< (800 a 250)

pH a 25 C 10,5 a 12 10,5 a 11,8 10,3 a 11,5 10 a 11 9,8 a 10,5

28

Controlo de nvelO controlo de nvel regula a alimentao de gua caldeira. Existem dois tipos: Controlo tudo/nada:

Actua sobre a bomba de alimentao em dois nveis de gua pr-estabelecidos.

Controlo modulante: Actua sobre uma vlvula elctrica ou pneumtica de forma

proporcional, mantendo um nvel de agua pr-estabelecido Presso e caudal de vapor mais estvel e menor

possibilidade de arrastamento de gua com o vapor.

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29

Controlo de slidos dissolvidos A purga depende da produo de

vapor e da concentrao de slidos na gua de alimentao da caldeira

necessrio um controlo automtico, com sensor de condutividade bem colocado na caldeira, controlador e vlvula de purga.

Sendo contnua e pausada, esta purga permite recuperar a energia e uma parte da gua.

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Vlvula de purga de sais

Controlador de condutividade

Sonda condutividade

Arrefecedor de amostras

Purga =Condutividade agua alimentao Produo

Condutividade caldeira Condutividade gua alim.

30

Recuperao de calor em purga de caldeiras

Pode recuperar-se at 80% do calor da purga de sais.

O sistema de recuperao composto de tanque de reevaporao, permutador de calor e acessrios.

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gua fria

Para o tanque alimentao.

Permutador

Tanque de reevaporao

Purga da caldeira

31

Purga fundo da caldeira necessria uma purga de

fundo para arrastrar lodos. importante que esta purga

seja rpida e violenta mas de curta durao.

Utiliza uma vlvula pneumtica temporizada, com tempo de abertura de 4 ou 5 segundos e pelo menos uma vez por dia, ou vrias, dependendo das caractersticas da gua e do seu tratamento.

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Temporizador

Vlvula pneumtica

32

Tanque de purgas Por normas ambientais,

necessrio arrefecer a gua das purgas antes de a enviar para qualquer ponto abaixo da cota zero (dreno). Temperatura mxima 40C. (Acima esteriliza-se a ETAR)

Pode utilizar-se um tanque desenhado para esta aplicao, com sistema de arrefecimento natural, e auxlio automtico de arrefecimento.

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Purgas

Sistema de arrefecimento

Drenagem

33

Medio do caudal de vapor Cada vez mais necessrio gerir a energia pelo que fundamental

saber quanto vapor produzido. Medir caudal de vapor d a nica informao relevante para aferir o

rendimento e os consumo especfico. Deve seleccionar-se um medidor com gama ampla e preciso.

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Medidor caudal

Vapor

Condensado

34

Segurana e regulamentos

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A fabricao, controlo de fabricao, operao e seguranas esto regulamentadas a nvel europeu pelas:EN 12952 Para caldeiras de tubos de guaEN 12953 Para caldeiras de tubos de fumo

Em Portugal foram publicadas ITC (instrues tcnicas complementares) explicativas da PED Decreto Lei 97/2000 da Directiva 97/23/CE do conselho europeu

35

Segurana de nvel os alarmes de nvel detectam nveis baixo ou alto e param a

caldeira. Existem dois tipos:Alarmes de nvel standard:

Para casas de caldeiras com vigilncia contnua. recomendado sistema temporizado que provoca alarmes

obrigando a presena do operador. Alarmes de nvel de alta integridade:

Aprovados pela EN 12953 Alta integridade, Redundncia, auto diagnstico, diversidade Para casas de caldeiras sem vigilncia contnua (superviso de

24 a 72 horas ainda no regulamentado em Portugal) .

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36

Segurana de presso

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B

o

i

l

e

r

e

x

p

l

o

s

i

o

n

s

i

n

t

h

e

U

n

i

t

e

d

S

t

a

t

e

s

1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980

Ano

37

Procedimentos de segurana e manuteno

Existem diversos equipamentos considerados de segurana, que necessitam de procedimentos operacionais e de manuteno:

Manmetros. Visores de nvel. Vlvulas de segurana de presso. Nveis mnimos de segurana. Vlvulas de purga de lodos.

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Procedimentos de segurana e manuteno

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Presso normal de operao

Presso mxima

de operao /

Timbre

As vlvulas tm

que indicar

inequivocamente

a posio de

operao.

Devem ser aferidos

periodicamente em

instituio

independente

acreditada

Deve executar-se um

procedimento de purga

diria de cada vlvula

individualmente

39

Vlvulas de segurana de acordo com a ISO4126-1

Devem ser foradas a abrir semanalmente de forma a garantir que no esto coladas.

Ensaio peridico bianual e verificao em laboratrio independente acreditado.

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Procedimentos de segurana e manuteno

40ISV-1104

Procedimentos de segurana e manuteno A par com o excesso de presso,

a situao mais perigosa que pode ocorrer num gerador de vapor, a falta de gua, expondo a superfcie metlica a sobreaquecimento e pior ainda vertendo gua fria sobre essas superfcies.

Existem procedimentos dirios de teste e procedimentos semanais em condies reais, interrompendo o fornecimento de gua e forando os alarmes em condies reais.

Em caso de alarme no se deve forar a entrada de gua sem que o corpo arrefea.

Os procedimentos de segurana devem ser registados.

41

O grupo Spirax Sarco Fundado em 1910 Tem a sua central em Cheltenham (Inglaterra) 4.000 pessoas em empresas e escritrios em 40 pases Fbricas com sistema de controlo da qualidade

ISO-9001/2008 Filial Portuguesa em Carnaxide (Lisboa), e escritrio no

Monte da Virgem (Porto) bem como distribuidores por todo o territrio.

Proporciona conhecimentos, servios e produtos em todo o mundo para o controlo e uso eficiente do vapor e outros fluidos industriais.

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O grupo Spirax SarcoSpirax Sarco oferece: Cursos de formao terica e prtica Centro de formao em Carnaxide, com rea de

demonstrao (instalao de vapor) para realizar aulas prticas.

Assessoria tcnica Estudos de instalaes de vapor Revises peridicas de purgadores Servio ps-venda Ampla gama de produtos fabricados sob normas

ISO-9001/2008.

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Geradores de vapor

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