Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Departamento Acadêmico de Mecânica

Coordenação de Estágio

Relatório Final de Estágio – Engenharia Mecânica

Índice de Queima da Caldeira H. Bremer (15ton/h)

Banca: Prof. Dr. Jhon Jairo Ramirez Behainne

Prof. Dr. Eng. Davi Fusão

Prof. Dr. Eng. Felipe Barreto Campelo Cruz

Realizado por:

Bruno Siqueira Soares

1022059

Ponta Grossa, 16 de Setembro de 2013

- O Termo de Aprovação assinado encontra-se na Coordenação do Curso -

TERMO DE APROVAÇÃO

do

ESTÁGIO CURRICULAR OBRIGATÓRIO

por

Bruno Siqueira Soares

A Defesa Final desse Estágio Curricular Obrigatório foi realizada em 16 de

setembro de 2013 como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em

Engenharia Mecânica. O candidato foi arguido pela Banca Examinadora composta

pelos professores abaixo assinados. Após deliberação, a Banca Examinadora

considerou o estágio aprovado.

__________________________________ Prof. Dr. Jhon Jairo Ramirez Behainne

Prof. Orientador

____________________________________ Prof. Dr. Eng. Felipe Barreto Campelo Cruz

Coordenador de Estágios dos Cursos de Engenharia Mecânica e de Engenharia de

Produção Mecânica UTFPR/Campus Ponta Grossa

____________________________________ Prof. Dr. Eng. Davi Fusão

Membro Titular

____________________________________ Prof. Dr. Thiago Antonini Alves

Coordenador dos Cursos de Engenharia Mecânica e de Engenharia de Produção Mecânica

UTFPR/Campus Ponta Grossa

Ministério da Educação

Universidade Tecnológica Federal do Paraná Campus Ponta Grossa

Coordenação de Engenharia Mecânica e de Engenharia de Produção Mecânica

Lista de Figuras

Figura 1 – Amontoamento da Lenha (1m³). ................................................................................. 6

Figura 2 - Carrinho de Alimentação da Caldeira Meppam 1 .................................................... 7

Lista de Tabelas

Tabela 1 – Resultados do Índice de Queima da Caldeira H. Bremer ........................................ 9

Tabela 2 – Resultados do Consumo de Vapor nos Trocadores de Calor ................................ 10

Sumário

1. Identificação ............................................................................................................................ 1

2. Responsabilidade pelas Informações .................................................................................... 2

3. Introdução ............................................................................................................................... 3

4. Descrição da Empresa ............................................................................................................ 4

5. Descrição das Atividades Desenvolvidas no Estágio ........................................................... 5

5.1 – Cálculo do Índice de Queima IQ (kg de vapor/kg de combustível). .................................... 5

5.2 – Consumo Ideal de Vapor nos Trocadores de Calor (Spirax Sarco). ..................................... 5

5.3 – Cálculo da densidade aparente da lenha Eucalipto. .............................................................. 5

5.4 – Projeto do Carrinho de Alimentação da Caldeira Meppam 1. .............................................. 6

5.5 – Perda de Carga na Tubulação de Recalque. ......................................................................... 7

6. Dificuldades Encontradas ...................................................................................................... 8

7. Áreas de Identificação com o Curso ..................................................................................... 8

7.1 – Geração de Vapor. ................................................................................................................ 8

7.2 – Trocadores de Calor.............................................................................................................. 8

7.3 – Elementos de Máquinas. ....................................................................................................... 8

8. Resultados ............................................................................................................................... 9

8.1 – Cálculo do Índice de Queima das Caldeiras da Unidade...................................................... 9

8.2 – Consumo Ideal de Vapor nos Trocadores de Calor (Spirax Sarco). ..................................... 9

8.3 – Perda de Carga na Tubulação de Recalque. ....................................................................... 10

9. Conclusão .............................................................................................................................. 11

10. Referências Bibliográficas ................................................................................................... 12

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1. Identificação

Aluno:

Bruno Siqueira Soares, estudante do 10° semestre do Curso de Engenharia Mecânica pela

Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus Ponta Grossa-Pr.

Telefone: (44)-99320515.

e-mail: engenharia.soares@hotmail.com

Do Orientador de Estágio

Jhon Jairo Ramirez Behainne, Professor Doutor da Universidade Tecnológica Federal do

Paraná, Campus Ponta Grossa.

e-mail: jhon@utfpr.edu.br

A Empresa:

BRF unidade Carambeí.

Telefone: (42)-3231-8023.

e-mail: www.brf-br.com

Do Supervisor de Estágio:

Charles Moreira Pereira, supervisor da Manutenção Externa, com formação Técnica em

Refrigeração, pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

Telefone: (42)-99079007.

e-mail: charles.pereira@brf-br.com

Do Estágio:

Estágio realizado na Empresa BRF, entre os dias 20/03/2013 á 19/09/2013, sendo 6

horas/dia. O estágio foi realizado na área de Geração de Vapor.

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2. Responsabilidade pelas Informações

Este relatório tem a função de avaliar o aprendizado durante o estágio e validar a disciplina

Estágio Obrigatório do 10º Período do curso de Engenharia Mecânica, da Universidade

Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR, campus Ponta Grossa. Portanto, é de suma importância

que a veracidade das informações deste relatório seja garantida. O aluno Bruno Siqueira Soares,

juntamente com o supervisor de estágio Charles Moreira Pereira, assume a responsabilidade pela

veracidade destas informações através dos termos de compromisso contidos nos itens a seguir.

2.1 Termo de compromisso do aluno.

Eu, Bruno Siqueira Soares, declaro que as informações contidas neste relatório são

verdadeiras.

Assinatura:________________________________

2.2 Termo de compromisso do supervisor de estágio.

Eu, Charles Moreira Pereira, declaro que as informações contidas neste relatório são

verdadeiras.

Assinatura:________________________________

Carimbo (supervisor ou CGC/CNPJ da empresa)

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3. Introdução

O programa de estágio da Empresa tem duração de 6 meses com 6h/dia. A Manutenção da

Fabrica é dividida em 2 setores, Interno e Externo, sendo o Setor Externo, o local da realização

do estágio. A Manutenção Interna é responsável pelo reparo dos equipamentos da linha de

produção, já a Manutenção Externa é responsável pela Manutenção dos equipamentos de

Captação de Água, Tratamento dos Fluentes, e Geração de Vapor.

Devido uma ampla extensão do setor da Manutenção Externa, o estágio concentrou-se nas

áreas de Geração de Vapor e Captação de Água. Durante o estágio, o estagiário analisava-se os

reparos nas tubulações de captação de água e as perdas de cargas localizadas e distribuídas em

toda a tubulação.

Na área de Geração de Vapor o estagiário acompanhava as operações realizadas nas 3

Caldeiras da empresa, realizava projetos para aumentar a eficiência das Caldeiras, rotas de

inspeção dos equipamentos e quando encontrado alguma anomalia, o estagiário abria ordem de

serviços através do SAP, para realização da Manutenção dos equipamentos.

O objetivo do estágio é realizar uma união entre o estagiário e a empresa. Para a empresa,

seu objetivo é aumentar seus conhecimentos, ajudando na formação do estagiário e contribuindo

para o crescimento da empresa. Já para o estagiário, seu objetivo é adquirir conhecimentos

práticos, e relacionar com conceitos teóricos adquiridos durante sua formação, contribuindo

também para o crescimento da empresa.

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4. Descrição da Empresa

A associação entre Perdigão e Sadia, que deu origem à BRF, foi anunciada em 19 de maio

de 2009 e concluída em 2012, com o cumprimento do Termo de Compromisso de Desempenho

(TCD) acordado com o Conselho Administrativo de Defesa Econômica (CADE).

A BRF foi criada a partir da associação entre Perdigão e Sadia. A empresa nasceu como um

dos maiores players globais do setor alimentício, reforçando a posição do país como potência no

agronegócio. Atua nos segmentos de carnes (aves, suínos e bovinos), alimentos processados de

carnes, lácteos, margarinas, massas, pizzas e vegetais congelados, com marcas consagradas como

Sadia, Perdigão, Batavo, Elegê, Qualy, entre outras. Com receita líquida de R$ 28,5 bilhões,

registrada em 2012, a BRF é uma das maiores exportadoras mundiais de aves e destaca-se entre

as maiores empresas globais de alimentos em valor de mercado. Responde por mais de 9% das

exportações mundiais de proteína animal.

A BRF é uma das maiores empregadoras privadas do país, com cerca de 110 mil

funcionários. Opera 50 fábricas em todas as regiões do Brasil e possui sólida rede de distribuição

que, por meio de 33 centros de distribuição, leva seus produtos para consumidores em 98% do

território nacional. As vendas externas responderam por 40,8% das receitas líquidas em 2012. No

mercado externo, mantém nove unidades industriais na Argentina e duas na Europa (Inglaterra e

Holanda), além de 19 escritórios comerciais para atendimento a mais de 120 países dos cinco

continentes.

O estágio foi realizado na Unidade de Carambeí-Pr, onde atualmente são abatidos 570.000

frangos diariamente. O setor de geração de vapor conta hoje com 3 Caldeiras para o fornecimento

de vapor para fábrica, sendo 1 Caldeira fabricada pela empresa H. Bremer (15ton/h) e 2 Caldeiras

fabricada pela empresa Meppam, com capacidade de (12ton/h e 10ton/h). O estágio foi realizado

no setor da Manutenção Externa, dando prioridade para a operação das Caldeiras, realizando

inspeção de rota e trabalhando com o sistema SAP (abertura, acompanhamento e fechamento de

nota e ordem de serviço).

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5. Descrição das Atividades Desenvolvidas no Estágio

5.1– Cálculo do Índice de Queima IQ (kg de vapor/kg de combustível).

As Caldeiras da Unidade de Carambeí utilizam-se como combustível lenha em toras, com

comprimento variando de 1,2 a 2,4 metros. Segundo o fabricante das caldeiras, o comprimento

ideal é de 1,2m, mas essa metragem apresenta um custo elevado no corte, transporte e

armazenamento, com isso a empresa descartou esse comprimento, passando a utilizar como

padrão lenhas de 2,4 m como comprimento. A queima dessa metragem apresentou um IQ muito

baixo, sendo assim, realizou-se um estudo para verificar o motivo.

Instalou-se um medidor de vapor do fabricante Spirax Sarco na saída da Caldeira para saber

a quantidade de vapor produzido. Para determinar a quantidade de massa utilizada na produção

de vapor, utilizou-se uma balança para pesar as lenhas que entrava na fornalha. Esse estudo teve

duração de 1 semana e os resultados são apresentados no item 8.

5.2 – Consumo Ideal de Vapor nos Trocadores de Calor (Spirax Sarco).

A Empresa utiliza 2 Trocadores de Calor contra corrente do Fabricante Spirax Sarco,

modelo SB-P481-05. Esses Trocadores de Calor começaram a apresentar um elevado consumo de

vapor com o passar do tempo, com isso teve-se que avaliar os trocadores de calor para saber o

motivo desse aumento. Para analisar esses dados teve-se que medir a vazão de água que estava

entrando no trocador, juntamente com todas as temperaturas de entrada e saída. Os resultados

estão demonstrados no item 8.

5.3 – Cálculo da densidade aparente da lenha Eucalipto.

Como foi dito anteriormente a BRF utiliza como combustível lenha Eucalipto em toras com

comprimento entorno de 2,4m. Com o objetivo de ter um melhor controle no índice de queima

das 3 Caldeiras, realizou-se um estudo para determinar qual a média da densidade aparente da

lenha utilizada na Unidade. Pra isso, foi feito uma estrutura em aço carbono com dimensões de

1m³, e em seguida cortou-se a lenha em toras com 1m de comprimento para poder verificar a

quantidade de lenha contida em 1m³. O passo seguinte foi realizar a pesagem para conseguir

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calcular a densidade aparente da lenha. A Figura 1 ilustra o amontoamento da lenha.

Figura 1 – Amontoamento da Lenha (1m³).

Os resultados da densidade da lenha encontram-se no item 8.

5.4 – Projeto do Carrinho de Alimentação da Caldeira Meppam 1.

A Caldeira Meppam 1 com capacidade de 10 ton/h, é a caldeira mais precária quando

comparada com as outras 2 caldeiras da unidade. Seus problemas principais estão na deficiência

da tiragem dos gases, temperatura de entrada do ar abaixo da recomendada e seu carrinho de

alimentação de lenha não consegue distribuir as lenhas de forma uniforme. Para melhorar a

alimentação de lenha na fornalha, foi projetado um carrinho de alimentação, onde teve-se que

entrar em contato com fornecedores e com as empresas terceirizadas para realizar a montagem do

carrinho. A configuração final desse carrinho ilustra-se na Fig.2:

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Figura 2 – Projeto do Carrinho de Alimentação da Caldeira Meppam 1.

5.5 – Perda de Carga na Tubulação de Recalque.

A água utilizada na fabrica é captada no rio São João utilizando-se 3 bombas com

capacidade de 450, 250 e 150 m³/h. Durante a semana, a captação de água era realizada somente

pela bomba de 450m³ e nos finais de semana pelas bombas 250 m³ e 150 m³. Com o passar do

tempo à bomba de 450 m³ não estava suprimindo a demanda de água, com isso a bomba de 150

m³ começou a funcionar durante todos os dias, aumentando o consumo de energia, manutenção, e

consequentemente, o custo de produção.

Para tentar evitar o funcionamento diário da bomba de 150 m³, a equipe de engenharia

resolveu analisar as perdas de cargas localizadas na bomba de 450 m³. Essa situação foi analisada

com ajuda do programa Engineering Equation Solver (EES) e os resultados encontram-se no item

8.

8

6. Dificuldades Encontradas

As principais dificuldades encontradas foram à conscientização dos funcionários para a

realização de certas atividades. Durante o estudo sobre o índice de queima, alguns operadores das

caldeiras apresentaram resistências para não realizar as atividades. Quando as Carretinhas eram

pesadas os operadores eram responsáveis em fazer a marcação dos números das Carretinhas que

estavam sendo utilizadas, alguns operadores acabavam esquecendo-se de realizar essa marcação,

dificultando nosso estudo.

No projeto do carrinho da Caldeira Meppam 1, a liberação dos documentos tardou ao redor

de 2 meses, atrasando a montagem do carrinho e aumentando o consumo de lenha.

7. Áreas de Identificação com o Curso

A maioria das atividades realizadas e descritas acima teve alguma relação com conteúdos

ministrados durante o Curso.

7.1 – Geração de Vapor.

No estudo do Índice de Queima, os conceitos sobre Geração de Vapor foram aplicados para

poder verificar a eficiência das Caldeiras. Pode-se verificar que as Caldeiras eram Flamotubulares

e mistas. Analisou-se também a influência da temperatura de entrada da água e principalmente

operação correta para um bom funcionamento das Caldeiras.

7.2 – Trocadores de Calor.

Nos trocadores de Calor, aplicaram-se alguns conceitos para obter o valor real do consumo

de vapor, aplicando balanço de energia e massa, e em seguida verificando a eficiência desses

trocadores, eficiência essa que é influenciada pelas perdas de energia por convecção natural.

7.3 – Elementos de Máquinas.

Analisaram-se as vigas ideais para o projeto, cálculo das forças aplicadas, potência dos

motores elétricos, e mancais ideais para o projeto.

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8. Resultados

Tendo como referência as atividades realizadas e descritas no item 5, os resultados

encontrados foram os seguintes:

8.1 – Cálculo do Índice de Queima das Caldeiras da Unidade.

A Tabela 1 mostra os valores encontrados para o índice de queima da Caldeira Mista H.

Bremer.

Tabela 1 – Resultados do Índice de Queima da Caldeira H. Bremer.

Total de Vapor Produzido (ton) 1.912,60

Massa Consumida (ton) 670,17

Média da Umidade (%) 37%

Índice de Queima (kgv/kgc) 2,85

Pode-se verificar que o índice de queima está muito baixo, consequentemente o consumo

de lenha está elevado. Vários fatores estão influenciando nesse índice, como por exemplo,

limpeza das Caldeiras, excesso de ar, deficiência nos refratários e distribuição das lenhas na

fornalha. Esses pontos foram repassados ao pessoal da manutenção para fazer os reparos dos

equipamentos, e poder aumentar assim o índice de queima.

8.2 – Consumo Ideal de Vapor nos Trocadores de Calor (Spirax Sarco).

Os trocadores de calor utilizados na empresa têm a função de aquecer a água que vem dos

poços artesianos para que seja feita a esterilização dos equipamentos, lavagem de botas e mão.

Como foi dito anteriormente, esses equipamentos com o passar do tempo aumentou seu consumo

de vapor, mantendo constante a vazão da água que saia do Trocador de Calor. Pra isso foram

realizadas medições de vazão e temperatura para saber qual foi o aumento do consumo. Os

resultados estão demonstrados na Tab.2:

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Tabela 2 – Resultados do Consumo de Vapor nos Trocadores de Calor.

Trocador de Calor Easiheat (SB-P481-05)

Consumo Real (ton/h) 1,10

Consumo Ideal (ton/h) 0,92

Diferença de Consumo (ton/h) 0,18

Desperdiço de Vapor (ton/mês) 129,60

Custo do Vapor (R$/ton) 10,10

Custo Desperdiçado (R$) 1.308,96

O aumento no consumo foi causado pelas incrustações que surgiram na superfície, fazendo

com que a taxa de transferência de calor diminuísse, ou seja, essas substâncias estavam

dificultando a transferência de calor. O problema foi acionado ao pessoal de manutenção, para

fazer os devidos reparos.

8.3 – Perda de Carga na Tubulação de Recalque.

Para calcular as perdas de carga na tubulação, utilizou-se o programa Engineering Equation

Solver (EES), onde se observou que as perdas de cargas localizadas não estavam influenciando na

vazão da água de recalque. Entrou-se em contato com os professores de Máquinas de Fluxos e

segundo eles, mesmo reduzindo as perdas de cargas localizadas não aumentaria a vazão da água

de recalque, pois como o diâmetro da tubulação é constante a velocidade permanecerá constante,

mesmo retirando as perdas de cargas. Verificou-se então que, para aumentar a velocidade seria

necessário diminuir o diâmetro da tubulação, tarefa essa que acabou não sendo executada por

motivo do alto custo.

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9. Conclusão

Com o término do estágio pode-se concluir vários pontos que são primordiais para o

crescimento de qualquer empresa e seus funcionários. A Área Térmica de qualquer empresa é um

dos setores que deve conter um excelente programa de Manutenção, pois, quando um dos

equipamentos de suprimentos de utilidades quebra, provavelmente toda a linha de produção irá

ser interrompida até que sejam feitos os reparos.

Com a falta de vapor nas linhas de produção da BRF é impossível ter produção, tanto nos

setores de carnes e lácteos. Com isso, deve-se sempre saber qual é a eficiência das Caldeiras, uma

simples manutenção pode aumentar muito o rendimento da Caldeira. Tarefas como, aquecer o ar

que entra na Caldeira, aumentar a temperatura de entrada da água pode apresentar um grande

retorno para a empresa. Vale salientar que não vantajoso aquecer a água com o próprio vapor da

caldeira, assim deve-se buscar outras fontes de calor que não estão sendo utilizadas, pelo sistema

de geração de vapor.

Deve-se ter conhecimento de cada item da caldeira que está sendo operanda, o combustível

deve estar em boas condições, o excesso de ar deve estar controlado, e a verificação contínua da

temperatura de saída dos gases pode mostrar como está a operação da Caldeira.

Os operadores de caldeiras precisam conhecer bem sobre o assunto e estarem sempre

motivados perante o serviço, isso poderá resultar no aumento da lucratividade da empresa. Deve-

se sempre estar em contato com eles, pois, eles sabem como está à operação das caldeiras e quais

pontos deve ser analisados. Os operadores devem ter em mente que a pressão da caldeira deve ser

mantida constante, pois quedas de pressões resultam em diminuição da entalpia e, consequente,

no aumento no consumo de vapor. Atividades como essas podem no final garantir alta

lucratividade e crescimento para as empresas.

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10. Referências Bibliográficas

BAZZO, EDSON. Geração de Vapor. editora da UFSC. Florianópolis, SC. 1995.

BEER, F. P.; JOHNSTON JR., E. R. Resistência dos materiais. 3.ed. São Paulo: Pearson

Makron, 1995.

INCROPERA, F. P. e WITT, D. P. Fundamentos de Transferência de Calor e Massa, LTC,

Rio de Janeiro, 1992.

MORAN, M.J. e SHAPIRO, H.N. Princípios de Termodinâmica para Engenharia. 4ª edição.

Rio de Janeiro: LTC. 2002.