CALDEIRAS
TM-364 – MÁQUNAS TÉRMICAS I
Prof. Strobel, Dr. Eng.
DEFINIÇÃO
NR-13: “Caldeiras a vapor são equipamentos
destinados a produzir e acumular vapor sob
pressão superior à atmosfé...
Tipo de Caldeiras
Flamotubular: Os produtos de combustão
circulam pelo interior dos tubos, que ficam
imersos na água a ser...
Caldeiras Flamotubulares
Baixo rendimento térmico;
Maior espaço ocupado;
Ideal para pequenas
instalações;
Simples construç...
Caldeiras Flamotubulares
Verticais:
Os tubos são colocados
verticalmente num corpo
cilíndrico fechado nas
extremidades por...
Caldeiras Flamotubulares
Verticais: As fornalhas
externas são utilizadas
principalmente no
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Caldeiras Flamotubulares
Horizontais: Abrangem vários modelos, desde as
caldeiras Cornuália e Lancaster, de grande volume ...
Caldeiras Flamotubulares
Horizontais: As principais
caldeiras horizontais apresentam
tubulões internos nos quais
ocorre a ...
Caldeiras Flamotubulares
Cornuália: é constituída de um tubulão horizontal
ligando a fornalha ao local de saída de gases;
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Caldeiras Flamotubulares
Lancaster: A caldeira Lancaster é de construção idêntica à
anterior, porém tecnicamente mais evol...
Caldeiras Flamotubulares
Multitubular: a queima de combustível é efetuada
em uma fornalha externa;
Os gases quentes passam...
Caldeiras Flamotubulares
Locomóvel: apresenta uma
dupla parede em chapa na
fornalha, pela qual a água
circula;
Fácil trans...
Caldeiras Flamotubulares
Escocesa: o modelo de caldeira
industrial mais difundido no mundo;
É destinada à queima de óleo o...
Caldeiras Flamotubulares
CALDEIRA AQUATUBULAR
Maior Rendimento;
Maior produção de Vapor;
Maior Superfície de Aquecimento.
TUBULÃO DE ÁGUA INFERIOR
É o elemento de ligação dos tubos para
possibilitar a circulação de água na caldeira, tem
por fun...
• Tubulão de água
inferior
Tubulão de água superior
É um corpo cilíndrico contendo em seu interior água e
vapor formado pela troca térmica entre os g...
Tubulão de água superior
Tubos de alimentação de água
São distribuídos no tubulão
superior através de furos
dispostos em toda a extensão
do tubulão...
Tubos de purga contínua
Localiza-se abaixo do nível de água
aproximadamente, com furos em
toda a extensão.
É deste tubo qu...
Defletor
É constituído de chapas,
colocados no costado
frontal do tubulão de
vapor, formando uma
câmara para receber o
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Separadores de vapor
Consiste em chicanas e
filtros que destinam-se a
reter água do vapor, de
maneira que esse entre
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Tubos de circulação
São tubos traseiros do feixe
tubular que conduzem a água
do tubulão de vapor para o
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Tubos geradores
São tubos dianteiros do feixe tubular
ascendentes e descendentes, que
conduzem a mistura água e vapor
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Parede d’água – Tubulação da Caldeira
O resfriamento da fornalha é feito
através do fluxo de água que
circula pelos tubos ...
Parede d’água – Tubulação da Caldeira
A parede d’água pode ser frontal, traseiro ou lateral.
Quanto à construção, podem se...
Parede d’água – Tubulação da Caldeira
Superaquecedor
É destinado a aumentar a temperatura
do vapor saturado, tornando este mais
seco sem aumentar sua pressão.
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Economizador
O economizador tem a finalidade de aquecer a água
de alimentação da caldeira.
Normalmente está localizado na ...
Economizador
Existem vários tipos de
economizadores e na sua
construção podem ser
empregados tubos de
aço maleável ou tubo...
Pré-aquecedor de ar
O pré-aquecedor de ar é um equipamento
(trocador de calor) que eleva a temperatura do
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Pré-aquecedor de ar
A instalação desses
equipamentos oferece a
vantagem de melhorar a
eficiência da caldeira pelo
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Alimentação de bagaço
Grelhas basculantes
Queimadores
Os queimadores são peças destinadas a promover,
de forma adequada e eficiente, a queima dos
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Equipamentos auxiliares
• Sopradores de Fuligem (ramonadores)
Os sopradores de fuligem permitem uma distribuição rotativa ...
Equipamentos auxiliares
• Válvulas de segurança
As válvulas de segurança e de alívio de pressão são
dispositivos que prote...
Equipamentos auxiliares
• Indicadores de nível
Os indicadores de nível tem por
objetivo indicar o nível de água
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Equipamentos auxiliares
• Sistemas de controle de água de alimentação
Os sistemas de controle de água de alimentação devem...
Equipamentos auxiliares
• Sensores de temperatura
Os sensores fazem a medição da
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Tratamento de água para caldeiras
A água para caldeiras deve receber tratamento que
permita: remoção total ou parcial de s...
Tratamento de água para caldeiras
• Eliminação da dureza
• Precipitação com fosfatos
• Tratamento com quelatos
• Controle ...
Tratamento de água para caldeiras
• Clarificação: O processo consiste na previa
floculação, decantação e filtração da água...
Tratamento de água para caldeiras
• Desmineralização ou troca iônica
• Desgazeificação
São empregados equipamentos especia...
Tratamento de água para caldeiras
• Remoção de sílica
Como já foi abordado, a sílica produz uma incrustação
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Tratamento de água para caldeiras
• Métodos internos
Os tratamentos internos se baseiam na eliminação da
dureza, ao contro...
Manutenção das Caldeiras
Todo tratamento para obter bons resultados depende
de um controle eficiente e sistemático, quer d...
Oxidação
Um dos principais responsáveis pela deterioração das
caldeiras é a corrosão, que age como fator de redução
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Oxidação
Corrosão interna
• Oxidação generalizada do ferro
• Corrosão galvânica
• Corrosão por aeração diferencial
• Corro...
Oxidação
Corrosão externa
Esse tipo de corrosão acontece nas superfícies
expostas aos gases de combustão e é função do
com...
NORMAS REGULAMENTADORAS
• NR 4 - Serviços especializados em engenharia de segurança e em
medicina do trabalho (SESMT).
• N...
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Aula de caldeiras

  1. 1. CALDEIRAS TM-364 – MÁQUNAS TÉRMICAS I Prof. Strobel, Dr. Eng.
  2. 2. DEFINIÇÃO NR-13: “Caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia, excetuando-se os refervedores e equipamentos similares utilizados em unidades de processo. “
  3. 3. Tipo de Caldeiras Flamotubular: Os produtos de combustão circulam pelo interior dos tubos, que ficam imersos na água a ser vaporizada. Aquatubulares: A água a ser vaporizada circula pelos tubos, e os produtos de combustão pelo exterior deles.
  4. 4. Caldeiras Flamotubulares Baixo rendimento térmico; Maior espaço ocupado; Ideal para pequenas instalações; Simples construção.
  5. 5. Caldeiras Flamotubulares Verticais: Os tubos são colocados verticalmente num corpo cilíndrico fechado nas extremidades por placas, chamadas espelhos ; A fornalha interna fica no corpo cilíndrico logo abaixo do espelho inferior. Os gases de combustão sobem através dos tubos, aquecendo e vaporizando a água que está em volta deles.
  6. 6. Caldeiras Flamotubulares Verticais: As fornalhas externas são utilizadas principalmente no aproveitamento da queima de combustíveis de baixo poder calorífico, tais como: serragem, palha, casca de café e de amendoim e óleo combustível.
  7. 7. Caldeiras Flamotubulares Horizontais: Abrangem vários modelos, desde as caldeiras Cornuália e Lancaster, de grande volume de água, até as modernas unidades compactas.
  8. 8. Caldeiras Flamotubulares Horizontais: As principais caldeiras horizontais apresentam tubulões internos nos quais ocorre a combustão e através dos quais passam os gases quentes. Podem ter de 1 a 4 tubulões por fornalha. Tipos: Cornuália; Lancaster; Multitubular; Locomóvel; Escocesa.
  9. 9. Caldeiras Flamotubulares Cornuália: é constituída de um tubulão horizontal ligando a fornalha ao local de saída de gases; Funcionamento simples; Rendimento Baixo;
  10. 10. Caldeiras Flamotubulares Lancaster: A caldeira Lancaster é de construção idêntica à anterior, porém tecnicamente mais evoluída; É constituída de dois a quatro tubulões internos; Algumas delas apresentam tubos de fogo e de retorno.
  11. 11. Caldeiras Flamotubulares Multitubular: a queima de combustível é efetuada em uma fornalha externa; Os gases quentes passam pelos tubos de fogo; Queima de qualquer tipo de Combustível.
  12. 12. Caldeiras Flamotubulares Locomóvel: apresenta uma dupla parede em chapa na fornalha, pela qual a água circula; Fácil transferência de Local; Utilizada em Serrarias e em Campos de Petróleo.
  13. 13. Caldeiras Flamotubulares Escocesa: o modelo de caldeira industrial mais difundido no mundo; É destinada à queima de óleo ou gás; Criada basicamente para uso marítimo.
  14. 14. Caldeiras Flamotubulares
  15. 15. CALDEIRA AQUATUBULAR Maior Rendimento; Maior produção de Vapor; Maior Superfície de Aquecimento.
  16. 16. TUBULÃO DE ÁGUA INFERIOR É o elemento de ligação dos tubos para possibilitar a circulação de água na caldeira, tem por função de acumular lama formada pela reação dos produtos químicos com a água da caldeira. A água que sai deste elemento é encaminhada para tratamento.
  17. 17. • Tubulão de água inferior
  18. 18. Tubulão de água superior É um corpo cilíndrico contendo em seu interior água e vapor formado pela troca térmica entre os gases da combustão e a água em circulação na caldeira. Sua principal função é separar a água do vapor (ambos saturados). Estes tubos contém conexões para visores de nível, válvulas de segurança, instrumentos de indicação e controle, além de tubos de ligação com superaquecedor de vapor.
  19. 19. Tubulão de água superior
  20. 20. Tubos de alimentação de água São distribuídos no tubulão superior através de furos dispostos em toda a extensão do tubulão. Este tubos são geralmente posicionados 45º para baixo e direcionados na parte traseira do costado do tubulação.
  21. 21. Tubos de purga contínua Localiza-se abaixo do nível de água aproximadamente, com furos em toda a extensão. É deste tubo que se faz coleta de água para análise de sólidos, fosfatos, dispersantes, pH, sulfito, alcalinidade, sílica,a qual é feito o controle químico da água da caldeira.
  22. 22. Defletor É constituído de chapas, colocados no costado frontal do tubulão de vapor, formando uma câmara para receber o vapor dos tubos geradores.
  23. 23. Separadores de vapor Consiste em chicanas e filtros que destinam-se a reter água do vapor, de maneira que esse entre “seco” no superaquecedor.
  24. 24. Tubos de circulação São tubos traseiros do feixe tubular que conduzem a água do tubulão de vapor para o tubulão de água, chamadas de tubos descendentes.
  25. 25. Tubos geradores São tubos dianteiros do feixe tubular ascendentes e descendentes, que conduzem a mistura água e vapor saturado para o tubulão de vapor. Estes tubos são que recebem maior quantidade de calor da fornalha e a caldeira propriamente dita.
  26. 26. Parede d’água – Tubulação da Caldeira O resfriamento da fornalha é feito através do fluxo de água que circula pelos tubos que formam as paredes. A água do tubulão superior desce para o tubulão inferior, sendo os resíduos sólidos da evaporação conduzidos por gravidade para o tubulão inferior e qualquer vapor gerado sobe para o tubulão superior.
  27. 27. Parede d’água – Tubulação da Caldeira A parede d’água pode ser frontal, traseiro ou lateral. Quanto à construção, podem ser: Aletados ou membranados; Tangentes; Espaçados.
  28. 28. Parede d’água – Tubulação da Caldeira
  29. 29. Superaquecedor É destinado a aumentar a temperatura do vapor saturado, tornando este mais seco sem aumentar sua pressão. É constituído de tubos lisos/aletados resistentes a altas temperaturas, que aproveitam os gases de combustão para dar o devido aquecimento ao vapor saturado, transformando-o em vapor superaquecido. Radiação proveniente do calor emitido pela fornalha Superaquecedor
  30. 30. Economizador O economizador tem a finalidade de aquecer a água de alimentação da caldeira. Normalmente está localizado na parte alta da caldeira entre o tambor de vapor e os tubos geradores de vapor, e os gases são obrigados a circular através dele, antes de saírem pela chaminé.
  31. 31. Economizador Existem vários tipos de economizadores e na sua construção podem ser empregados tubos de aço maleável ou tubos de aço fundido com aletas.
  32. 32. Pré-aquecedor de ar O pré-aquecedor de ar é um equipamento (trocador de calor) que eleva a temperatura do ar antes que este entre na fornalha. O calor é cedido pelos gases residuais quentes ou pelo vapor da própria caldeira.
  33. 33. Pré-aquecedor de ar A instalação desses equipamentos oferece a vantagem de melhorar a eficiência da caldeira pelo aumento da temperatura de equilíbrio na câmara de combustão.
  34. 34. Alimentação de bagaço Grelhas basculantes
  35. 35. Queimadores Os queimadores são peças destinadas a promover, de forma adequada e eficiente, a queima dos combustíveis em suspensão.
  36. 36. Equipamentos auxiliares • Sopradores de Fuligem (ramonadores) Os sopradores de fuligem permitem uma distribuição rotativa de um jato de vapor no interior da caldeira e tem por finalidade, fazer a remoção da fuligem e depósitos formados na superfície externa da zona de convecção das caldeiras.
  37. 37. Equipamentos auxiliares • Válvulas de segurança As válvulas de segurança e de alívio de pressão são dispositivos que protegem automaticamente os equipamentos de processo de um eventual excesso de pressão. Caldeiras e vasos de pressão obrigatoriamente necessitam desses dispositivos de segurança para sua proteção, em cumprimento à legislação através de normas como a NR-13 , e atendendo aos códigos nacionais e internacionais de projeto.
  38. 38. Equipamentos auxiliares • Indicadores de nível Os indicadores de nível tem por objetivo indicar o nível de água dentro do tubulão de evaporação. Em geral, são constituídos por um vidro tubular.
  39. 39. Equipamentos auxiliares • Sistemas de controle de água de alimentação Os sistemas de controle de água de alimentação devem regular o abastecimento de água ao tubulão de evaporação para manter o nível entre limites desejáveis. Esse limites devem ser observados no indicador de nível. A quase totalidade das caldeiras são equipadas com sistemas automatizados, que proporcionam maior segurança, maiores rendimentos e menores gastos de manutenção.
  40. 40. Equipamentos auxiliares • Sensores de temperatura Os sensores fazem a medição da temperatura dos fluidos. São mais utilizados os PT-100. Medem a temperatura dos gases de combustão, do ar de entrada, da água de entrada, do vapor gerado e do combustível.
  41. 41. Tratamento de água para caldeiras A água para caldeiras deve receber tratamento que permita: remoção total ou parcial de sais de cálcio e magnésio, os quais produzem incrustações. O processo, designado por abrandamento da água pela cal soldada, consiste na injeção de soluções de CaO (cal) e NaCO3 (carbonato de sódio) para precipitar o carbonato de cálcio e formar hidróxido de magnésio floculado, de modo a serem removidos antes de a água ser bombeada para a caldeira. As principais grandezas de qualidade da água são: Dureza total e PH.
  42. 42. Tratamento de água para caldeiras • Eliminação da dureza • Precipitação com fosfatos • Tratamento com quelatos • Controle do pH e da alcalinidade • Eliminação do oxigênio dissolvido • Controle do teor de cloretos e sólidos totais
  43. 43. Tratamento de água para caldeiras • Clarificação: O processo consiste na previa floculação, decantação e filtração da água com vistas a reduzir a presença de sólidos em suspensão. • Abrandamento: Consiste na remoção total ou parcial dos sais de cálcio e magnésio presentes na água, ou seja, consiste na redução de sua dureza.
  44. 44. Tratamento de água para caldeiras • Desmineralização ou troca iônica • Desgazeificação São empregados equipamentos especiais que aquecem a água e desta forma, são eliminados os gases dissolvidos. Pode ser utilizado vapor direto para o aquecimento da água a ser desgazeificada.
  45. 45. Tratamento de água para caldeiras • Remoção de sílica Como já foi abordado, a sílica produz uma incrustação muito dura e muito perigosa. Os tratamentos normalmente empregados no interior da caldeira não eliminam a sílica. Os métodos mais usados para essa finalidade são a troca e tratamento com óxido de magnésio calcinado.
  46. 46. Tratamento de água para caldeiras • Métodos internos Os tratamentos internos se baseiam na eliminação da dureza, ao controle do pH e da sua alcalinidade, na eliminação do oxigênio dissolvido e no controle dos cloretos e do teor total de sólidos.
  47. 47. Manutenção das Caldeiras Todo tratamento para obter bons resultados depende de um controle eficiente e sistemático, quer dos parâmetros químicos e físicos, como de certas operações e procedimentos. • Controle químico • Limpeza química das caldeiras • Proteção de caldeiras contra corrosões
  48. 48. Oxidação Um dos principais responsáveis pela deterioração das caldeiras é a corrosão, que age como fator de redução da espessura das superfícies submetidas à pressão. A corrosão não é sentida pelos instrumentos de operação da caldeira, ou seja, os pressostatos e as válvulas de segurança não detectam sua evolução por que não é acompanhada por elevação de pressão.
  49. 49. Oxidação Corrosão interna • Oxidação generalizada do ferro • Corrosão galvânica • Corrosão por aeração diferencial • Corrosão salina • Fragilidade cáustica • Corrosão por gases dissolvidos
  50. 50. Oxidação Corrosão externa Esse tipo de corrosão acontece nas superfícies expostas aos gases de combustão e é função do combustível utilizado e das temperaturas. Nas caldeiras aquatubulares, as superfícies de aquecimento mais quente são aquelas do superaquecedor, podendo ocorrer corrosão tanto nas caldeiras que queimam o oleio como carvão.
  51. 51. NORMAS REGULAMENTADORAS • NR 4 - Serviços especializados em engenharia de segurança e em medicina do trabalho (SESMT). • NR 5 - Comissão Interna de Prevenção de Acidentes • NR 6 - Equipamento de Proteção Individual – EPI • NR 10 - Segurança em Instalações e Serviços em Eletricidade • NR 13 - Caldeiras e Vasos de Pressão • NR-15 - Atividades e Operações Insalubres • NR 17 - Ergonomia • NR 23 - Proteção Contra Incêndios • NR 26 - Sinalização de Segurança

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