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1
SENAI – Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial
CENTRO DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA SENAI CONCÓRDIA
OPERADOR DE CALDEIRA
Professor: Rodrigo Friebel
rodrigo.friebel@sc.senai.br
(49) 3441 4400
Aluno:_______________________
Concórdia - SC
2011
2
ÍNDICE
CONCEITOS ___________________________________________________________ 3
2 VAPOR___________________________________________________________ 11
3 TABELA DE VAPOR SATURADO ____________________________________ 16
4 TABELA DE PODER CALORÍFICO DOS COMBUSTÍVEIS (KCAL/KG)____ 18
5 CALDEIRAS - CONSIDERAÇÕES GERAIS____________________________ 19
6 CALDEIRAS FLAMOTUBULARES___________________________________ 24
7 CALDEIRAS AQUATUBULARES ____________________________________ 31
8 CALDEIRAS ELÉTRICAS___________________________________________ 40
9 PARTES DE UMA CALDEIRA _______________________________________ 43
10 FORNALHAS _____________________________________________________ 43
11 TUBOS___________________________________________________________ 45
12 CORPOS CILÍNDRICOS (COSTADO, CASCO OU CARCAÇA) ____________ 46
13 QUEIMADORES___________________________________________________ 47
14 TAMBOR E TUBULÃO DE LAMA____________________________________ 50
15 ACESSÓRIOS E DISPOSITIVOS DE CALDEIRAS ______________________ 52
16 ÁGUAS___________________________________________________________ 90
3
CONCEITOS
1.1 QUE É VAPOR?
Estado gasoso da água (pressão e temperatura).
Todos sabem o que ocorre quando se ferve uma chaleira com água. Sai vapor, e
se a tampa da chaleira não está bem colocada, a mesma começa a subir e baixar.
Que acontece dentro da chaleira desde o momento em que se pôs água fria até
o momento em que começou a sair vapor?
Resposta: Em seguida a você ter posto a chaleira com água fria sobre o fogo
(ou uma chama de gás) o calor começa a passar através do metal da chaleira para a
água num “ato contínuo”: o calor aquece a água e a torna cada vez mais aquecida até
que a mesma começa a ferver. Tão logo a água começa a ferver, ela chegará ao ponto
em que não poderá mais absorver calor. Mas como a chaleira está sobre o fogo (ou
chama de gás) o calor continuará a passar para a água.
1.2 QUE ACONTECERÁ ENTÃO?
Produzir-se-á uma modificação na água. O calor extra que estava tratando de
conseguir lugar na água, foi expelido em seguida em forma de vapor. Por outras
palavras, o calor extra começou a evaporar, ou seja, converter a água em vapor.
Se deixássemos a chaleira sobre o fogo durante um tempo suficiente, a água
continuaria se evaporando, devido ao calor que seguiria, entretanto, até que não
sobrasse nenhuma gota de água na chaleira. Toda água havia sido convertida em
vapor.
1.3 POR QUE USAMOS O VAPOR?
• Para aquecer fábricas e salas;
• Dar fervura (temperatura de processos) na fabricação de doces;
4
• Transformar a massa de celulose em papel;
• Para aquecer a água e lavar a roupa suja nas lavanderias;
• Para cozinhar alimentos;
• Para evaporar soluções químicas;
• Para fazer funcionar turbinas de vapor (gerar energia elétrica), motores e
bombas;
• Para executar milhares de trabalhos em todos os tipos de indústria.
Por que o vapor? Precisamente ele? Por que se emprega tão amplamente em
todo o mundo civilizado?
Porque em todas as partes se necessita de calor e energia (transporte de
energia) ou energia de pressão. Acontece que o vapor é uma forma muito conveniente
e econômica de enviar grandes quantidades de calor e energia de um lugar para outro.
É fácil produzir vapor, e se faz com água, a qual existe em todo o mundo e em
abundância. É fácil controlar o vapor e é de uma comodidade muito versátil.
Para uma demonstração simples de calor e energia voltemos à nossa chaleira.
Primeiro veremos como se comporta o vapor em relação ao calor produzido. Se
pusermos um dedo dentro da água e outro no bico da chaleira, onde sai o vapor,
sentiremos que o segundo dedo se queimará da mesma forma que o primeiro. Isto
porque o vapor está tão aquecido como a água fervendo (em ebulição).
Agora, vejamos a energia. Tudo o que devemos fazer é olhar como sobe e baixa
a tampa da chaleira. Não necessitamos queimar os dedos. A energia do vapor é o que
faz subir e baixar a tampa da chaleira.
O vapor no seu estado natural, possui de 1 à 4 vezes mais energia que a água
na mesma temperatura, isto justifica a utilização do vapor para aquecimento. Esta
energia será vista mais à frente com detalhes em uma tabela de vapor, a qual justifica.
PRODUÇÃO DE VAPOR
Quando se gera vapor em uma caldeira, ocorre mais ou menos o mesmo que na
chaleira, mas em escala maior e com certas variações. A caldeira é na realidade “a irmã
maior” da chaleira. A diferença mais importante é que a chaleira há uma saída contínua
de vapor, o que não permite que a pressão interna da chaleira aumente, conforme a
figura 01 abaixo, ao contrário da caldeira que para ter um funcionamento adequando
necessita de pressão interna.
5
Figura 01 – Saída de vapor da chaleira
1.4 GRANDEZAS FÍSICAS, UNIDADES E CONHECIMENTOS GERAIS:
As nomenclaturas abaixo foram obtidas dos termos técnicos empregados nos
catálogos da Spirax Sarco (fabricante de acessórios para vapor).
1.4.1 Pressão: Podemos dizer que pressão é a força (Kgf, N) aplicada sobre uma
área (cm2
, mm2
).
1 kgf
1cm
1cm
N este caso
tem os 1kgf/cm ²
6
1.4.2 Pressão Manométrica ou Relativa: É a pressão lida em acessórios
conhecidos como manômetros.
1.4.3 Pressão Atmosférica: É a pressão que exerce a camada de ar sobre a terra
equivalente a 1015 Pa ou aproximadamente 1 kg/cm2
(nível do mar). À medida
que subimos a serra, a pressão atmosférica diminui, pois a camada de ar
acima de nós também diminui.
1.4.4 Pressão Absoluta: É a pressão lida considerando a pressão atmosférica
(Pressão Absoluta = Pressão Manométrica + Pressão Atmosférica.
Pressão Absoluta = +
7
1.4.5 Pressão nos fluídos: Nos líquidos, podemos observar que quanto mais fundo
mergulhamos, maior será a pressão que iremos sentir, ou seja, quanto maior a
coluna dágua maior a pressão, isto pode ser explicado através da figura
abaixo, a qual mostra que o furo inferior da garrafa despeja a água à uma
distância maior do que o furo superior, isto porque a pressão é maior na parte
de baixo da garrafa.
Esta variação no jato (pressão) é explicada pela fórmula:
(m)
líquido
do
coluna
da
Altura
h
)
m/s
(9,81
gravidade
da
Aceleração
g
)
(kg/m
líquido
do
específico
Peso
)
(kgf/cm
Pressão
P
:
Onde
100000
h
.
g
.
P
2
3
2
=
=
=
=
=
ρ
ρ
Como exemplo, para uma coluna de líquido de 10 m, teremos uma pressão
de 0,98 kgf/cm2
, para efeito prático 1 kgf/cm2
.
1.4.6 Noções gerais de calor: Calor é uma forma de medida da energia de um
corpo, a qual se transfere de um corpo para outro unicamente pela diferença de
temperatura. O calor pode ser gerado por:
• Atrito entre dois corpos;
• Resistência à passagem de corrente;
• Reação química (queima de combustível);
• Reação nuclear (energia solar e em usinas atômicas).
O calor é medido por intensidade (temperatura) e por quantidade de (unidade
de calor). A água foi a substância utilizada como padrão para definir a unidade de
quantidade de calor, a caloria (cal).
8
1.4.7 Caloria (Cal): É a medida da quantidade de calor usada para expressar a
energia que o vapor possui. 1 Cal é a quantidade de calor que é necessária
para aumentar a temperatura de 1 grama de água (peso) em 1°
C.
1.4.8 Kilocaloria (Kcal): É um múltiplo da medida da quantidade de calor usada
para expressar a energia que o vapor possui. 1 Kcal é a quantidade de calor
que é necessária para aumentar a temperatura de 1 Kg de água (peso) em
1°
C.
1.4.9 Noções gerais de temperatura: Através do tato, somos capazes de dizer se
um corpo está quente, morno ou frio, isto é chamado de sensações térmicas.
Abaixo podemos ver uma relação entre as diferentes escalas de medição de
temperatura.
A equação abaixo mostra exatamente qual a relação entre cada uma das
temperaturas, desta forma podemos calcular para cada temperatura em
particular (Célsius, Fahrenheit e Kelvin).
5
273
K
9
32
F
5
C −
=
−
=



=
→
→
3,967BTU
Kcal
C
1
em
água
de
1g
Aquece
Cal
1
1
o
9
1.4.10 Condensado: O vapor que cedeu calor e retornou ao estado líquido é
chamado condensado.
1.4.11 Superfície do aquecimento: É aquela superfície de uma tubulação, caldeira
ou equipamento que está em contato direto com o vapor ou com as chamas /
gases quentes da combustão.
1.4.12 Condução: Aquecer por condução é transferir calor de uma região para outra,
desde que ambas tenham contato direto, ou seja, é a transferência de calor
encontrada em produtos sólidos (paredes, equipamentos e etc).
1.4.13 Convecção: Aquecer por convecção é quando o calor se transporta de um
lugar para outro por correntes de ar, de água, ou de um fluído qualquer. Se o
quarto ou a sala que você se encontra, possui uma lareira acesa, a peça ao
lado também estará agradável e quente devido as correntes de convecção.
1.4.14 Radiação: Aquecimento por radiação é aquele que ocorre quando o calor se
transfere de um lugar para outro sem contato e sem a presença de fluídos (ar,
água e etc). A transferência é feita por ondas de calor. Quando você colocar
suas mãos em frente ao fogo, elas se aquecem por radiação.
Vejamos a figura abaixo onde ela demostra como ocorre esses fenômenos.
1.4.15 Ponto de drenagem: É o ponto de descarga próprio ou natural destinado à
retirada do condensado de uma tubulação ou de um equipamento de vapor.
1.4.16 Vapor Saturado: É o que chamamos simplesmente vapor. É o vapor gerado
em contato com a água (Vapor dentro da caldeira e também dentro da
chaleira).
1.4.17 Vapor saturado seco: É o vapor na temperatura da água fervendo que não
contém partículas de água. É a qualidade ideal do vapor, mas que não se
encontra na prática.
1.4.18 Vapor Super Aquecido: É o vapor saturado da caldeira ao qual se adicionou
calor extra por mais e um equipamento chamado “super aquecedor”. É o vapor
seco e sua temperatura é maior que a temperatura do vapor saturado à mesma
Legenda
10
pressão. Este vapor é ideal para utilização em turbinas de geração de energia
elétrica.
1.4.19 Revestimento Isolante: Material isolante para recobrimento de superfícies da
tubulação ou do equipamento, para reduzir as perdas de calor (pode ser lã de
vidro, lã de rocha ou silicato de cálcio – Será estudado em seguida).
1.4.20 Calor Latente: É o calor que produz modificação do estado físico da água sem
produzir uma modificação na temperatura (vapor cede o calor latente e desta
forma condensa).
1.4.21 Calor Sensível: É o calor que provoca a variação da temperatura, é o calor
que foi acrescido à água da chaleira pela chama até que esta chegue ao ponto
de ebulição. Vejamos uma ilustração que melhora o entendimento.
1.4.22 Calor específico (c): O calor específico de uma substância é a quantidade de
calor necessária para elevar em 1º C a temperatura de 1 kg dessa substência.
O calor específico é uma caracteristica de cada substância. Vejamos um
exemplo:
C
kcal/kg.º
0,03
Cobre
C
kcal/kg.º
0,09
Chumbo
C
kcal/kg.º
0,32
Madeira
C
kcal/kg.º
0,12
Aço
C
kcal/kg.º
0,45
Vapor
C
kcal/kg.º
0,49
Gelo
C
kcal/kg.º
1,00
Água
=
=
=
=
=
=
=
C)
(º
obtida
a
temperatur
de
Variação
t
C)
(kcal/kg.º
específico
Calor
c
(kg)
resfriar
ou
aquecer
à
Massa
m
(kcal)
cedido
ou
absorvido
calor
Q
t
.
c
.
m
Q
=
=
=
=
=
∆
∆
Calor Latente
Calor Sensível
Calor Sensível
Calor Latente
TF= Temperatura fusão;
TE= Temperatura de ebulição
Pontos (A, B, C, D, E, F) = Marcação
do início e fim de processos
(mudanças de fase)
11
1.4.23 Espaço de Vapor: Denomina-se assim todo e qualquer espaço de
equipamentos e tubulações que trabalham com vapor (região da chaleira acima
da água).
1.4.24 Processos: Toda e qualquer fabricação que usa vapor. O transporte do vapor
na tubulação também e chamado de processo.
1.4.25 Estados físicos da água: Tanto as nuvens quanto os oceanos e os pólos são
formados por água, só que apresentada de diferentes formas. À água pode ser
encontrada sob várias formas, como, por exemplo, na forma de nuvens, de
oceanos e de geleiras. À estas diferentes formas que a água pode adquirir
chamamos de estados físicos. Os estados físicos da água são três: o sólido, o
líquido e o gasoso.
2 VAPOR
2.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS
É o nome que se dá a fase gasosa em contato com a fase líquida,vejamos
algumas características do vapor.
• A água existe em abundância na natureza;
• Grande calor latente de vaporização (a temperatura constante);
• O vapor é pouco corrosivo;
• O vapor não é inflamável nem explosivo;
• Não é tóxico;
• Forma eficiente de transporte de energia;
• Fácil de produzir e controlar.
12
2.2 O USO DO VAPOR DE ÁGUA
2.2.1 Histórico
Registros históricos indicam que algumas propriedades do vapor de água já
eram conhecidas e utilizadas por volta de 150 a.C. Nessa época, Nero de Alexandria
escreveu, no seu tratado “Pneumática”, instrumentos de seus predecessores e
contemporâneos, bem como seus próprios inventos, os quais utilizam as forças
expansivas do vapor de água. Um destes inventos utiliza o vapor para fazer elevar a
água acima do nível natural. E aqui, a observação extremamente importante que ele fez
“que este potência pode ser usada para elevar pesos e o movimento de rotação pode
ser obtido utilizando-se as forças de reação (princípio de ação e reação), porém apesar
de sua colocação brilhante, não há notícias de qualquer aplicação comercial”. Vejamos
uma ilustração da forma de bombear a água à um nível superior, utilizando o vapor.
2.2.2 A Importância do vapor de água como veículo
Os combustíveis (fósseis ou nucleares), através da reação química de
combustão, liberam grande quantidade de energia térmica que pode ser utilizada
diretamente nesta forma ou ainda ser transformada em energia mecânica (trabalho),
sendo necessário um meio onde esta energia térmica esteja contida a fim de
realizarmos o seu devido aproveitamento. O vapor, é portanto, nada mais do que um
veículo de transferência de energia térmica desde seu ponto de geração até seu ponto
de utilização ou transformação.
Uma das propriedades bastante importantes do vapor de água é o fato de que a
quantidade de calor latente presente neste é consideravelmente maior do que seu calor
sensível. Em geral o calor latente representa (dependendo da pressão do vapor) entre
70 a 80% do calor total do vapor. Durante o processo de vaporização a temperatura
não se eleva enquanto recebe uma grande quantidade de calor (calor latente). Um quilo
de vapor a pressão atmosférica contém 638,5 kcal de calor total, sendo 534,4 kcal de
calor latente, estando do mesmo a uma temperatura de 99,1°C (conforme tabela
visualizada no início da apostila).
13
2.2.3 Vapor para aquecimento e / ou processo
2.2.3.1 Uso direto
Quando o vapor entra em contato direto com a substância a ser aquecida.
Exemplos:
• Aquecimento de água com injeção direta de vapor;
• Lavagem de garrafas;
• Curtimento de couro;
• Esterilização;
• Esterilização em auto-claves;
• Engomagem de tecidos, etc.
Devido ao contato do vapor com o produto é de se esperar que alguns resíduos
do tratamento térmico da água da caldeira sejam incorporados aos produtos quando
eles não estão envolvidos por uma proteção qualquer. O aquecimento de líquidos com
injeção direta tem uma série de pontos favoráveis, dentre os quais podem ser
destacados a simplicidade do sistema, seu baixo preço e a facilidade de manutenção. O
14
calor sensível do vapor é aproveitado no próprio sistema, além do calor latente, o que
torna o processo bastante econômico. Com a injeção direta de vapor obtém-se uma
agitação do produto, o que em muitos casos é altamente desejável.
2.2.3.2 Uso indireto do vapor
Quando o vapor não entra em contato com o produto, estando separado por uma
superfície. É empregado em processos onde deva receber grandes quantidades de
calor a uma determinada temperatura e ou em processos que devam ser livres de
contaminantes. Exemplos:
• Passadeiras (calandras);
• Aquecimento de ar (radiadores);
• Cilindros secadores (industriais têxteis, de papel, química e petroquímicas);
• Estufas especiais para madeira;
• Cocção de alimentos (cozimento);
• Autoclaves para entalados, pescado, etc.
• Pasteurização do leite;
• Vulcanização da borracha;
• Fabricação de doces, geléias e massas (papelões industriais).
2.2.4 Vapor para potência (Realização de trabalho mecânico)
A energia do vapor é utilizada para trabalho mecânico em equipamentos tais
como turbinas a vapor na qual a energia térmica do vapor é transformada em energia
cinética nos chamados bocais de expansão da turbina e esta energia, por sua vez, ao
atuar, o vapor à alta velocidade sobre as palhetas da turbina.
15
Foto de uma turbina à vapor - Termelétrica
As turbinas ditas de alta pressão que são as de maior tamanho que se
constroem e de maior rendimento se alimentam com vapor superaquecido de alta
pressão e temperatura, sendo utilizadas em centrais elétricas e na propulsão de navios.
O vapor também é utilizado para realização de trabalho mecânico em máquinas
alternativas como, por exemplo, locomotivas.
16
3 TABELA DE VAPOR SATURADO
Para usar a tabela para saber qual a temperatura de vaporização e o volume
específico do vapor dentro da caldeira, você deve fazer o seguinte: Leia a pressão no
manômetro (pressão relativa), por exemplo, 21 kg/cm2
, procure na 1ª coluna (pressão
relativa) esta pressão e em seguida leia os valores alinhados horizontamente para a
direita.
Para o caso anterior, teremos: Temperatura de vaporização 216,2 ºC, volume
específico do vapor 0,0925 m3
/kg.
17
Continuação da tabela
18
Toda a energia utilizada para a geração de vapor vem dos combustíveis, desta
forma, abaixo segue uma tabela com a energia disponível em cada um deles.
4 TABELA DE PODER CALORÍFICO DOS COMBUSTÍVEIS (Kcal/Kg)
19
5 CALDEIRAS - CONSIDERAÇÕES GERAIS
O homem primitivo, para retirar seu sustento da Natureza, utilizou de início, sua
força muscular. Com o decorrer dos tempos, e para diminuir seu esforço, passou a
substituir a força muscular pela utilização de animais.
Sempre com o objetivo de obter maior produção com menor esforço, aperfeiçoou
os meios que lhe proporcionavam subsistência e conforto.
Descobre-se, assim, a utilização da energia como proporcionadora de maior
quantidade de trabalho com menor tempo e como substituto do esforço físico.
A energia utilizada inicialmente foi a produzida pelo vento (moinhos de vento),
pela água (rodas dágua), pelo sol (secadores), pelo calor da terra. Posteriormente,
utilizou-se a energia térmica, a elétrica e a força motriz.
Recentemente, o homem passou a utilizar-se, também, da energia nuclear
(atômica).
Em 130 a.C., Heron de Alexandria criou a Eolípila, a forma mais rudimentar de
turbina a vapor que provocou séculos mais tarde, uma verdadeira Revolução Industrial,
com a invenção da máquina a vapor.
20
Abaixo pode ser vista a invenção de Heron.
Utilizada em seus primeiros anos de vida, por Thomas Saveny no trabalho de
extração de águas das minas, a nova máquina foi sendo aperfeiçoada passando a
funcionar com cilindro e embolo a partir de 1705.
Em 1763, James Watt estudando a nova máquina a vapor, chegou a outras
conclusões e terminou por inventar o seu próprio tipo que corresponde,
aproximadamente, à moderna máquina à vapor.
Em 1782, Watt patenteou um novo modelo, máquina rotativa de ação dupla que
permitiu o aproveitamento do vapor para impulsionar toda espécie de mecanismos.
Caldeira
Turbina
Fonte de Calor
21
Depois de Watt, em torno de 1800, Richard Tvevithick e Oliver Evans,
observando o fenômeno de alta pressão, aperfeiçoaram ainda mais a engenhosa
máquina que logo teve uma aplicação proveitosa nas locomotivas rapidamente, na
navegação, esta última, atribuída ao americano Robert Fulton que, depois de algumas
experiências malogradas no SENA, conseguiu cruzar o Rio Hudson, dando início à
navegação comercial.
Mais tarde, aparece, no capítulo das máquinas a vapor, a turbina, transformada,
sete anos depois, em unidade condensadora que veio a ser usada pelas usinas
elétricas.
Atualmente, graças a todos os aperfeiçoamentos e a intensificação da produção
industrial, a caldeira ocupa um lugar muito importante, pois gera o vapor indispensável
a muitas atividades, não só para movimentar máquinas, mas também para limpeza
(esterilização), aquecimento, e participação direta nos processos produtivos.
Além da indústria, outras empresas, utilizam cada vez mais o vapor gerado pelas
caldeiras, como por exemplo: restaurantes, hotéis, hospitais e frigoríficos.
Caldeira é um trocador de calor que, trabalhando com pressão superior à
pressão atmosférica, produz vapor, a partir de energia térmica fornecida por uma fonte
qualquer. É constituída por diversos equipamentos integrados, para permitir a obtenção
do maior rendimento térmico possível e maior segurança.
Esta definição abrange todos os tipos de caldeiras, sejam as que vaporizam
água, mercúrio ou outros fluidos e que utilizam qualquer tipo de energia, inclusive a
elétrica.
Quase sempre, a fonte produtiva de calor é um combustível especificamente
utilizado com esta finalidade, mas podem ser aproveitados, também, entre outros
calores residuais de processos industriais, escape de motores Diesel ou de turbinas a
gás. Neste caso, o equipamento é chamado “Caldeira de Recuperação”.
Algumas vezes, o fluido permanece no estado líquido, apenas com temperatura
elevada para ser aproveitado nos processos de aquecimento (calefação), formando,
deste modo, a linha de caldeiras de água quente.
A produção de vapor pode ser conseguida, também, pela absorção da energia
térmica desprendida pela fissão do urânio.
O material contido neste trabalho, se refere, principalmente, às caldeiras que
produzem vapor d’água, a partir de combustíveis sólidos ou líquidos.
22
Para produzir o vapor d’água, é necessário que haja a combustão na caldeira.
Quanto mais alta a viscosidade do combustível, mais difícil será a sua
nebulização, ou seja, mais difícil será a sua divisão em gotículas. O pré-aquecimento do
óleo combustível é fundamental para atingir os limites adequados de viscosidade
necessários para uma boa pulverização.
Tendo em vista a variação de viscosidade do óleo combustível, a temperatura de
aquecimento não é fixa, devendo ser ajustada quando necessário. É importante
salientar que esta temperatura não deve aproximar-se do ponto de fulgor do óleo
combustível.
5.1 TIPOS DE CALDEIRAS
Existem diversas formas para se classificar as caldeiras. Por exemplo, elas
podem ser classificadas sob os seguintes aspectos:
5.1.1 1.1 Quanto à Localização Água (Vapor) – Gases de Combustão
5.1.1.1 Flamotubulares
Verticais
Horizontais
Fornalhas corrugadas
Fornalhas Lisas
Traseira Seca
Traseira Molhada
Obs.: Todos os tipos acima com 1, 2 ou 3 passes.
5.1.1.2 Aquatubulares
Tubos retos
Tubos curvos
Lâmina, cortina ou parede de água.
5.1.1.3 Mistas
5.1.2 Quanto à Energia Empregada para o Aquecimento
5.1.2.1 Combustíveis
Sólidos
Líquidos
23
Gases
5.1.2.2 Elétricas
Jatos - de - água
Eletrodos submersos
Resistências
5.1.2.3 Caldeiras de recuperação
Gases de outros processos
Produção de soda ou licor negro
5.1.2.4 Nuclear
5.1.3 Quanto à Montagem
5.1.3.1 Caldeiras pré-montadas (compactas)
Obs.: peça única de pequeno porte
5.1.3.2 Caldeiras montadas em campo
5.1.4 Quanto à Sustentação
5.1.4.1 Caldeiras auto-sustentáveis
5.1.4.2 Caldeiras suspensas
5.1.4.3 Sustentação mista
5.1.5 Quanto à Circulação de Água
5.1.5.1 A circulação natural
5.1.5.2 Circulação forçada
5.1.5.3 Combinada
24
5.1.6 Quanto Ao Sistema De Tiragem
5.1.6.1 Tiragem natural
5.1.6.2 Tiragem forçada
5.1.6.3 Tiragem balanceada ou induzida
5.1.7 Quanto a Pressão de Operação
Categoria A: Pressão de operação é igual ou superior de 1960 Kpa (19,98 kgf/cm2
);
Categoria C: São aquelas cuja pressão de operação é igual ou inferior a 588 kPa (5,99
kgf/cm2
) e o volume interno é igual ou inferior a 100 litros;
Categoria B: São todas aquelas que não se enquadram nas categorias anteriores.
Será abordado neste material, a classificação quanto à localização relativa água
- gases e, à parte, as caldeiras elétricas:
6 CALDEIRAS FLAMOTUBULARES
Este foi o primeiro tipo de caldeira construída. É também chamada de tubo-de-
fogo, tubo-de-fumaça ou pirotubular, por causa dos gases quentes provenientes da
combustão que circulam no interior dos tubos em um ou mais passes, ficando á água
por fora dos mesmos. É o tipo de caldeira mais simples. Muito usada em locomotivas e
navios, mesmo com o aparecimento de caldeiras mais modernas, este tipo ainda
continua em uso.
Posteriormente, com alguns aperfeiçoamentos, passou a chamar-se caldeira
escocesa.
Segundo o esquema, notamos que a caldeira tipo flamotubular não passa de um
cilindro externo que contém água e um cilindro interno destinado à fornalha. Sua
tiragem ou saída de gases é normal. A carcaça é construída de chapas que variam de
25
espessura de acordo com o porte da caldeira e a sua pressão pode variar entre 5 à 15
Kgf/cm².
Sucessivos estudos visando o aperfeiçoamento das caldeiras revelaram que a
temperatura oscilava entre 316° à 427° (graus Celsi us), que era perdida na chaminé.
Resolveram aproveitar esta perda, a fim de reduzir o custo do combustível que, na
época era o carvão mineral.
O problema foi resolvido, aumentando a superfície de aquecimento da água
colocando tubos em quantidade suficiente e forçando os gases quentes a passarem
pelos tubos em passes, pela tiragem da chaminé. Com isso, o rendimento foi
aumentando, embora esse tipo de caldeiras tivesse eficiência relativamente baixa em
torno de 60 %.
Podemos ainda classificar as caldeiras flamotubulares em: Horizontais e
Verticais.
Chaminé e válvula
de abafamento
Tubo saída do
vapor
Fornalha
Nível de água
Desenho Esquemático da primeira caldeira construída
6.1 CALDEIRAS HORIZONTAIS
6.1.1 Caldeira Cornuália
Consta de um cilindro colocado internamente no sentido horizontal, ligando a
fornalha até o local de saída dos gases. Seu funcionamento é simples, apresenta baixo
rendimento e sua pressão não ultrapassa 10 kg/cm2
.
26
6.1.2 Caldeira Lancaster
Sua construção é idêntica à Cornuália, podendo apresentar de dois a quatro
tubos internos. A principal vantagem desta caldeira foi o aumento da área de troca
térmica do calor com a água.
Estes tipos de caldeiras são chamados de tubo-de-fogo-direto, porque os gases
percorrem os tubos da caldeira uma única vez.
Há caldeiras que apresentam Tubos-de-fogo e de retorno; os gases
desprendidos durante a combustão na fornalha, circulam por tubos que os fazem
retomar à fornalha.
Outras caldeiras apresentam os dois tubos conjugados, o de aquecimento direto
e o de retorno; sendo que os gases quentes circulam pelos tubos diretos e voltam pelos
tubos de retorno. Os dois modelos descritos anteriormente serão apresentados na
sequência.
6.1.3 Caldeiras Multitubulares de Fornalha Externa.
O aquecimento é feito diretamente na base do cilindro e os gases retomam pelos
tubos de fogo. A fornalha pode ser construída em alvenaria e ocupa quase toda a
extensão do cilindro.
Chaminé e válvula
de abafamento
Tubo saída do
vapor
Fornalha
Nível de água
Fornalha
Cinzeiro Cinzeiro
Gases Quentes da Fornalha
27
6.1.4 Caldeiras Escocesas Ou Compactas
Este tipo de caldeira teve largo emprego na marinha, por ser construída de forma
que todos os equipamentos colocados formam uma única peça. Seu diâmetro é
bastante reduzido, sendo de fácil transporte e pode ser operada de imediato. Os gases
produzidos na fornalha circulam várias vezes pela tubulação, sendo impulsionados por
ventiladores. O combustível usado é unicamente óleo ou gás podendo seu rendimento
atingir 83%.
6.1.5 Caldeiras para Locomotivas ou Locomóveis
Também é do tipo multitubular. Sua característica principal é a fornalha que
apresenta uma dupla parede em chapa, por onde circula a água. Quando o combustível
é lenha ou carvão, possui na parte inferior um conjunto de grelhas que servem para
manter a lenha em posição de queima e dar escoamento às cinzas. Estas são captadas
em uma caixa colocada logo abaixo das grelhas, chamada de cinzeiro. Quando se trata
de locomotiva, o cinzeiro, além de ser um dispositivo de segurança, é também um
regulador de tiragem, tanto na locomoção parada como em marcha.
O largo emprego deste tipo de caldeira se deve a facilidade de transferência de
um local para outro, podendo ser acionada mecanicamente onde não houver energia
elétrica.
28
6.2 CALDEIRAS VERTICAIS
Este tipo de caldeira tem as mesmas características da caldeira horizontal
multitubular.
Os tubos são colocados verticalmente dentro do cilindro e a fornalha interna fica
no corpo do cilindro. Existem tipos cuja fornalha é externa.
Esta caldeira é usada em locais onde o espaço é reduzido e não requer grande
quantidade de vapor, mas alta pressão.
Os gases resultantes da queima na fornalha sobem pelos tubos e aquecem a
água que se encontra por fora dos mesmos.
29
30
6.3 OUTROS EXEMPLOS DE CALDEIRAS FLAMOTUBULARES
a) 2 Passes, traseira úmida, queimador à óleo ou gás.
b) 2 Passes, traseira seca, queimador à óleo ou gás.
c) 2 Passes, traseira seca, queimador à óleo ou gás e fornalha corrugada.
d) 2 Passes, traseira seca, queimador para combustível sólido.
e) 3 Passes, treseira seca, queimador à óleo ou gás.
f) 3 Passes, treseira seca, queimador à óleo ou gás.
a) b)
c) d)
e) f)
31
Vejamos agora algumas imagens deste tipo de caldeira.
7 CALDEIRAS AQUATUBULARES
Quando descrevemos o processo evolutivo por que passaram as caldeiras,
vimos que nas caldeiras de tubo de fogo primitivas, a superfície de aquecimento era
muito pequena, tendo esta superfície aumentada à medida que se aumentaram o
número de tubos. Por mais tubos que se colocassem dentro da caldeira, esta superfície
ainda continuava pequena, causando alguns inconvenientes, tais como baixo
rendimento, demora na produção de vapor etc. A crescente industrialização em todos
os países e a criação de novos métodos industriais exigia caldeiras de maior
rendimento, menor consumo, rápida produção de vapor, enfim se fazia necessário criar
um novo tipo de caldeira.
32
Baseados nos princípios da termologia e nas experiências com tipos de caldeiras
existentes na época, resolveram os fabricantes inverterem aquilo que era feito: trocaram
os tubos de fogo por tubos de água, tendo assim, aumentado em muito, a superfície de
aquecimento. A caldeira tubo-de-água é baseada no fato de que: "quando um líquido é
aquecido as primeiras partículas aquecidas ficam mais leves e sobem, enquanto que as
partículas frias que são mais pesadas descem, recebendo calor elas tornam a subir,
formando assim, um movimento continuo, até que a água entre em ebulição.
Há diferentes tipos de caldeiras tubos-de-água, a saber:
• Caldeiras aquotubulares de tubos retos, podendo, os tambores estarem
colocados no sentido longitudinal ou transversal;
• Caldeiras aquotubulares de tubos curvos, que podem apresentar de um a
mais de quatro tambores, no sentido longitudinal ou transversal;
• Caldeiras aquotubulares de circulação positiva.
7.1 CALDEIRA AQUATUBULARES DE TUBOS RETOS
Consiste em um feixe de tubos retos e paralelos que se interligam com o tambor
de vapor, através de câmaras, conforme ilustra a figura. Pelos espaços existentes entre
os tubos é que circulam os gases quentes.
33
Essas foram as primeiras caldeiras tubo-de-água que surgiram e tinham uma
capacidade de produção de 3 à 30 toneladas-vapor/hora com pressões de até
45 kg/cm2
. Os projetos foram apresentados pelas firmas Badcok & Wilcox e a Steam
Muller Corp.
7.2 CALDEIRAS AQUATUBULARES DE TUBOS RETOS E TAMBOR
TRANSVERSAL.
7.3 CALDEIRAS AQUATUBULARES DE TUBOS CURVOS
A principal característica deste tipo são os tubos curvos que se unem aos
tambores por solda ou madrilamento, o que representa grande economia na fabricação
34
e facilidade de manutenção. Além de serem bastante práticas para limpar, possibilitam
a grande quantidade de vapor.
As primeiras caldeiras deste tipo foram idealizadas por Stirling. Apresentavam
um número de tambores variados, e um grande volume de água. Na é apresentado um
esquema desse tipo de caldeira, com três tambores superiores e um inferior, existindo
modelos com dois tambores inferiores.
Partindo desse modelo foram projetadas novas caldeiras. Com o objetivo de se
aproveitar melhor o calor irradiado na fornalha, reduziu-se o número e o diâmetro dos
tubos, e acresceu-se uma parede de água em volta da fornalha o que serviu como meio
de proteção ao refratário da mesma.
7.4 CALDEIRA COM DOIS TAMBORES TRANSVERSAIS E PAREDE DE ÁGUA
35
7.5 CALDEIRA AQUATUBULAR DE TUBOS CURVOS E PAREDE DE ÁGUA
7.6 CALDEIRAS AQUATUBULARES COMPACTAS
Quando falamos sobre a caldeira tubo-de-fogo compacta, vimos que este tipo de
caldeira é muito usado em local de pequeno espaço e em instalações móveis, devido à
facilidade de transporte. O mesmo ocorre com a caldeira aquotubular compacta que
também apresenta estas vantagens e mais de poder entrar em funcionamento imediato.
A capacidade média de uma caldeira deste tipo é de 30 toneladas de vapor por
hora, porém existem aquelas que produzem até 3 vezes mais. Este tipo de caldeira
também é muito utilizada como fornalha externa adapatada em caldeira anteriormente
construída para funcionar com sistema de alimentação de combustível à óleo ou gás.
Desta forma aumenta a produção de vapor e melhora a retomada de geração de vapor.
36
7.7 CALDEIRAS DE CIRCULAÇÃO POSITIVA
A circulação de água nas caldeiras aquotubulares, ocorre por diferenças de
densidade. Se a circulação for deficiente, poderá ocorrer um superaquecimento e
consequentemente, haverá a ruptura dos tubos.
As caldeiras em circulação positiva podem apresentar bombas externas, para
forçar a circulação de água ou vapor, independente da circulação natural.
A primeira caldeira deste tipo foi a de Fluxo Unidirecional ou “Caldeira de
Benson”. Essa caldeira não possui tambor de vapor nem bomba de recirculação. Sua
grande vantagem é a de ser a sua pressão ilimitada, assim como sua capacidade;
porém exige muita perícia na operação.
Existe também a caldeira Belser que é a mesma caldeira Benson acrescida do
tambor de vapor, o qual coleta uma pequena parte da água evaporada para o
aquecimento da água de entrada.
37
Vejamos o detalhe de uma caldeira aquatubular normalmente construída.
38
Caldeira Aalborg Industries
Caldeira H Bremer
39
7.8 CALDEIRAS MANUAIS
Todas as caldeiras aqui descritas podem ser operadas manualmente. Portanto,
caldeiras manuais são aquelas que dependem da total vigilância do operador.
Estas caldeiras encontram-se em decadência de uso.
7.9 CALDEIRAS SEMI-AUTOMÁTICAS
Entendemos por caldeiras semi-automáticas aquelas que possuem alguns
dispositivos manuais e outros automáticos.
Geralmente, são caldeiras manuais antigas que passaram por algumas
modificações, e recebera dispositivos automáticos. Portanto algumas operações são
executadas manualmente pelo operador e outras automaticamente. Os dispositivos
automáticos mais comumente encontrados nesse tipo de caldeira são os alimentadores
de água e de óleo.
7.10 CALDEIRAS AUTOMÁTICAS
Caldeiras automáticas são aquelas cujo trabalho do operador é mínimo, cabendo
à ele apenas o controle e verificação dos dispositivos. Tudo na caldeira funciona
40
automaticamente: alimentação de combustível e água, controle de combustão,
acendimento, etc.
Imagem da tela do computador de uma caldeira automatizada
Em certos casos, a automação total não é conveniente. É o caso de empresas
que utilizam seus entulhos como combustíveis o que representa grande economia.
Exemplo: usinas de açúcar que queimam o bagaço da cana.
8 CALDEIRAS ELÉTRICAS
São basicamente constituídas, pelo casco ou tambor, contendo uma cuba interna
e os eletrodos, um por fase. O casco é um vaso de pressão, cilíndrico vertical isolado
termicamente e convenientemente aterrado. A cuba interna é isolada eletricamente por
meio de porcelanas adequadas.
A alimentação de energia elétrica é feita através de três eletrodos-suportes,
sendo um por fase, dispostos a 120° e fixados com i soladores na parte superior do
tambor. Na extremidade inferior dos eletrodos-suportes estão montados os eletrodos de
contato, os quais ficam dentro da cuba imersos em água.
A corrente elétrica passando através da água, no interior da cuba, provoca seu
aquecimento e evaporização.
41
A água pura é considerada um mau condutor de CORRENTE ELÉTRICA,
portanto, devem-se adicionar determinados sais à mesma para que se possa obter uma
determinada CONDUTIVIDADE.
Alguns fabricantes recomendam a adição cáustica ou fosfato tri sódico na água
de alimentação (observe que esta adição deve der calculada e colocada após o
tratamento químico da água de alimentação).
A quantidade de vapor gerada (kg/h) depende diretamente dos seguintes
parâmetros:
• Condutividade da água;
• Nível da água;
• Distância entre os eletrodos.
8.1 TIPOS DE CALDEIRAS ELÉTRICAS
a) Tipo Eletrodo Submerso (Baixa Tensão): geralmente destinados a trabalhar
com pressões de vapor não muito elevadas (aproximadamente 15 kg/cm2
). A figura
abaixo mostra um dos possíveis esquemas, utilizando o sistema de eletrodos
submersos.
b) Tipo Jato de Água Alta Tensão (cascata): destinada a pressões de vapor
elevadas em grandes quantidades de vapor. A água da parte inferior do vaso da
caldeira é bombeada pela bomba de circulação para o bocal superior e flue por
gravidade na forma de jatos até atingir o eletrodo criando um círculo para a corrente
elétrica. A parte da água que não evaporou flue do eletrodo para o contra eletrodo,
completando o círculo para a corrente elétrica. A regulagem da vazão de vapor é
• Corpo da caldeira;
• Eletrodos;
• Câmara de vapor;
• Bomba de circulação;
• Bomba de alimentação;
• Saída de vapor;
• Eliminador de ar;
• Válvula de segurança;
• Descarga de fundo;
• Controle de nível de água
42
efetuada por uma válvula, a qual determina a quantidade de água que atinge o bocal
superior.
Observe um dos possíveis esquemas na figura abaixo.
c) Tipo Resistência: destinada, geralmente a pequenas produções de vapor. Na
maioria das vezes são do tipo horizontal, utilizando resistências de imersão.
43
8.2 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DAS CALDEIRAS ELÉTRICAS
• Não necessita de área para estocagem de combustível;
• Ausência total de poluição (não há emissão de gases);
• Baixo nível de ruído;
• Modulação da produção de vapor de forma rápida e precisa;
• Alto rendimento térmico (aproximadamente) 98,0%;
• Melhora do fator de potência e fator de carga;
• Área reduzida para a instalação de caldeira;
• Necessidade de aterramento da caldeira de forma rigorosa;
• Tratamento de água rigoroso.
9 PARTES DE UMA CALDEIRA
Como vimos, as caldeiras podem ser flamotubulares, aquatubulares e caldeiras
elétricas. Os componentes variam conforme o tipo de caldeira existente.
É necessário levar em consideração, também, o tipo de combustível empregado,
que pode ser: sólido, líquido ou gasoso.
10 FORNALHAS
Local onde o combustível é transformado em energia térmica.
Fator importante na fornalha é a formação de um recinto fechado e termicamente
isolado do meio exterior. Pode ser tijolos refratários de boa qualidade, pois as
temperaturas podem atingir até 1.600 ºC dependendo da fornalha.
Por ocasião em que estão sendo instalados tijolos refratários novos (uma
instalação nova ou uma substituição por necessidade de manutenção) recomenda-se
que se aplique pouco calor nos primeiros dias e se vá aumentando, gradativamente, até
os tijolos atingirem suas características de operação. Caso isto não seja observado e
aplique-se um valor elevado, bruscamente, os tijolos refratários poderão vir a se
danificarem.
Outro aspecto de apresentação de refratários é em forma de pó refratário que,
nesse caso, é aplicado sob a forma de argamassa ou concreto.
Um bom refratário deve ter as seguintes características:
1. Alta refratariedade (baixa transmissão de calor) e alto ponto de fusão;
2. Alta refratariedade sob carga;
3. Resistência ao choque térmico;
4. A dilatação deverá ser quase nula.
44
Os componentes refratários podem variar conforme a sua aplicação e
temperatura que terão de suportar. Os principais componentes são: óxido de sílica,
óxido de alumínio, grafite, silício, etc.
10.1 FORNALHAS PARA QUEIMA DE COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS
São as fornalhas com suporte e grelhas. As grelhas podem ser planas, inclinadas
ou dispostas na forma de degraus. Estes tipos de fornalhas destinam-se à queima de
lenha e seus derivados: carvão, sobras de produtos, bagaço de cana, casca de
castanha, etc. Normalmente, para caldeiras de baixa produção, a alimentação é feita
manualmente, embora possa ser mecanizada. Em caldeiras de alta produção,
geralmente a alimentação de combustível é automatizada.
A desvantagem que elas têm é de apresentarem abaixamento de temperatura na
entrada do combustível, grande produção de resíduos.
Quanto à fornalha para óleo combustível ou gás, existe muita variedade.
• Um tipo para caldeira flamotubular, em que os gases quentes passam por
dentro do cilindro.
• Um outro tipo para caldeira aquatubular, em que a água circula pela junção
dos tubos. A região externa da junção dos tubos é que configura a fornalha
das caldeiras aquotubulares.
10.2 FORNALHAS PARA QUEIMA DE COMBUSTÍVEIS EM SUSPENSÃO
São as usadas quando se queima óleo, gás ou combustíveis sólidos
pulverizados.
Para que ocorra uma combustão ideal, uma das condições é que o combustível
passe para o estado gasoso.
O elemento responsável pela queima do combustível é o maçarico ou combustor.
Nesse caso, a fornalha é dividida em duas partes: fornalha propriamente dita
(câmara de combustão) e o maçarico (combustor).
45
Como já se afirmou, nesse tipo de fornalha, o combustível tem que ser
pulverizado para facilitar a combustão.
11 TUBOS
Existem dois tipos de tubos: uma para caldeira flamotubular e outro para caldeira
aquotubular (maior espessura), independente do tipo de combustível.
11.1 TUBOS DE GERAÇÃO DE VAPOR
Tubos são os elementos que recebem a maior quantidade de calor da fornalha.
Estes tubos têm a finalidade de transferir o calor dos gases quentes para a água.
Em caldeiras flamotubulares, como foi visto, os gases passam por dentro dos
tubos e a água permanece por fora.
46
Em caldeiras aquatubulares estes tubos possuem água em seu interior e formam
as paredes de fornalha, recebendo calor diretamente dos gases de combustão. Têm,
também, o papel de ligar o tubulão de vapor superior aos coletores ou depósitos de
água inferiores. Completando a circulação de água em convenção natural no sentido
descendente existem os tubos de retomo externamente a câmara de combustão. A
água recebendo calor no feixe tubular torna-se mais leve, menos densa e tende a subir
em corrente ascendente para o tubulão de vapor onde se vaporiza.
12 CORPOS CILÍNDRICOS (COSTADO, CASCO OU CARCAÇA)
Apenas as caldeiras flamotubulares e as elétricas possuem corpo cilíndrico, que
são diferentes entre si. Nas caldeiras flamotubulares os gases passam através dos
tubos e a água que envolve estes tubos é comportada pelo corpo cilíndrico. Logo,
podemos para melhor visualizar dizer que é um cilindro com água, atravessado pelos
tubos.
O nível de água neste cilindro nunca é superior a ¾ da capacidade do mesmo e
nunca inferior a metade. As extremidades do casco podem ser diversos tipos:
• Espelhos (com abertura, estaiados, não-estaiados);
• Tampos planos;
• Tampos abaulados (elíptico e hemisférico).
47
13 QUEIMADORES
Para cada tipo de combustível existe um tipo de queimador, independente do
tipo de caldeira (flamotubular e aquotubular).
13.1 QUEIMADOR DE ÓLEO
Numa caldeira ou no caso geral de instalação para queima de óleo combustível,
a função mais importante do sistema é exercida pelos chamados "queimadores ou
combustores", os quais realizam a pulverização do óleo, projetando-o no interior da
fornalha, finamente dividido em gotículas, cujos diâmetros variam, aproximadamente,
de 30 a 50 mícrons. Dessa forma ocorre gaseificação rápida permitindo que a superfície
de contato do combustível com o oxigênio do ar de combustão seja grandemente
aumentada.
A pulverização do combustível é obtida por meio de agente pulverizador (vapor).
Os diversos tipos de queimadores existentes no mercado, podem ser classificados,
quanto ao processo empregado na atomização, em duas classes:
1. Queimadores de pulverização com fluido auxiliar (ar ou vapor).
2. Queimadores de pulverização mecânica.
13.1.1 Queimadores de pulverização com fluido auxiliar
13.1.1.1 Queimador de pulverização a ar de baixa pressão
Este tipo de queimador é encontrado em fornos industriais e algumas caldeiras
antigas. O ar passa pelo bico do queimador através de uma série de palhetas que lhe
dão um movimento rotativo. Devido á forma cônica do bico do queimador, a velocidade
48
do ar é aumentada sem que se modifique o seu movimento espiral. O efeito de
tubilhonamento obtido faz com que o óleo combustível admitido, já parcialmente
aquecido, seja inteiramente misturado com o ar facilitando a combustão.
13.1.1.2 Queimadores rotativos (baixa pressão e ar)
Representa modificações do sistema de pulverização à ar a baixa pressão.
Consistem, essencialmente, de um copo de forma tronco-cônica, que gira a altas
rotações dentro de um invólucro fixo, dotado de palhetas de formato cônico e que
produz no ar uma rotação no sentido oposto ao movimento do copo. Ao ser admitido o
óleo dentro do copo cônico, a força centrífuga faz com que ele, abandonando o copo
refratário, se espalhe e, desta forma, as gotículas de óleo são projetadas pela corrente
de ar. O turbilhonamento resultante se traduzirá numa alta pulverização de óleo, e o ar
com ele misturado causará sua combustão imediata.
13.1.1.3 Queimador de pulverização a ar de alta pressão
Neste tipo de queimador a pressão do ar é superior a 1 Bar. O ar primário para
estes queimadores é produzido por compressores. Quanto maior a pressão de ar
primário, menor a quantidade na porcentagem total de ar necessário. Assim,
completam-se com ar secundário, facilitando o controle da combustão. Este tipo de
queimador também trabalha eficientemente com vapor.
13.1.1.4 Queimador de pulverização a vapor
Este tipo de queimador é indicado para caldeiras que possuem vapor para este
fim. O consumo de vapor utilizado para a pulverização está entre 0,15 a 0,4 kg de vapor
por quilo de óleo pulverizado. O processo de atomização a vapor é semelhante ao
utilizado com ar comprimido, ou seja, o vapor passa através de um estreitamento,
arrastando consigo o combustível em pequenas gotículas.
49
13.1.2 Queimador de pulverização mecânica
Este tipo de queimador, também denominado de jato-pressão, é normalmente,
empregado em instalações de grande porte nas quais predomina o fator econômico e
em instalações marítimas, devido não só ao menor consumo de energia, como,
principalmente, devido á economia da água. A pulverização do óleo combustível é
produzida pela passagem de óleo sob alta pressão através de um orifício (bomba óleo).
A pressão do óleo varia normalmente de 4,0 à 9,0 Bar, mas pode atingir valores
bem maiores e é produzida por uma bomba.
13.1.3 Queimadores a gás
Estes queimadores são equipamentos que, em um sistema de combustão, têm
as seguintes funções:
• Fornecer o gás combustível e o comburente à câmara de combustão, fixando
adequadamente o posicionamento da chama.
• Misturar convenientemente o gás combustível e o comburente.
• Proporcionar os meios necessários para manter uma ignição contínua da
mistura gás combustível/ar (evitando a extinção de chama).
Obs.: É necessária uma adaptação do sistema de queima normal a óleo, para
queima de gás natural (ou outro) com a utilização obrigatória dos seguintes
equipamentos:
• Reguladores de Vazão;
• Válvula Solenóide;
50
• Pressostatos e válvulas reguladoras;
• Manômetros especiais para gases;
• Lança de queima principal para melhor homogeneização;
• Materiais para instalação elétrica, tubos e conecções.
14 TAMBOR E TUBULÃO DE LAMA
14.1 TAMBOR DE VAPOR (TUBULAÇÃO SUPERIOR)
Existem dois tipos, e apenas, para as caldeiras aquatubulares, com e sem
sistema de filtragem. O tambor de vapor é o local onde o vapor se separa da água.
Vejamos em detalhe como é o funcionamento do mesmo.
Tubulão de vapor com sistema de filtragem
51
Tubulão de vapor sem o sistema de filtragem
14.2 TUBULAÇÃO DE LAMA (TUBULAÇÃO INFERIOR)
Existe um tipo e apenas para as caldeiras aquatubulares. Recebe este nome
(lama) porque é o local onde há deposição dos sólidos.
Tubulão Superior (Vapor)
Tubulão Inferior (Lama)
52
14.3 CHAMINÉ
Chaminé é uma parte importante da caldeira. Ela ajuda na tiragem (saída de
gases da combustão) devido à diferença de pressão atmosférica que existe entre a sua
base e o seu topo, provocada pela diferença de temperatura dos gases de combustão.
Pode ser constituída de chapas de aço ou alvenaria de tijolo comum, porém em
qualquer um dos casos, sua construção deve ser rigorosamente projetada e executada,
levando-se em conta a quantidade de gases que deverá passar pela mesma, a
velocidade destes gases, a temperatura (tanto na base como no topo) e a pressão
atmosférica local. Também deve ser observado, que não haja qualquer fenda que
possibilite uma entrada falsa de ar.
A tiragem chama-se forçada, quando é promovida por ventiladores ou
exaustores.
15 ACESSÓRIOS E DISPOSITIVOS DE CALDEIRAS
15.1 DISPOSITIVOS DE ALIMENTAÇÃO
15.1.1 Alimentação de água
15.1.1.1 Equipamentos para alimentação de água nas caldeiras
Estes equipamentos desempenham um importante papel nas caldeiras, pois
mantém o nível de água para que a caldeira possa atender à demanda de vapor.
Devem ser muito bem controlados para repor exatamente a quantidade de água que foi
evaporada, e manter o regime permanente de geração, de forma segura para os
operadores e equipamentos.
Os equipamentos para a alimentação de água podem variar seus modelos e
suas capacidades, de acordo com a capacidade da caldeira, porém os principais são:
53
15.1.1.2 Injetores
São equipamentos para a alimentação de água usados em pequenas caldeiras
de comando manual e também foram muito empregados em locomotivas a vapor. Seu
princípio, simples, baseia-se no uso do próprio vapor de caldeira ou de ar comprimido
que é injetado dento do aparelho, onde existem os cônicos divergentes e as válvulas de
retenção, de controle, e de sobrecarga.
Quando o ar ou vapor passa pelos cônicos divergentes, forma vácuo, faz com
que a válvula de admissão seja aberta e arrasta por sucção a água do reservatório para
dentro da caldeira. Se a água entrar em excesso, sai através da válvula de sobrecarga.
Injetor de água:
15.1.1.3 Bomba centrífuga de água
E um equipamento importante para o funcionamento da caldeira, visto que
fornece a água de alimentação. É um equipamento que deve ter uma pressão superior
a pressão de trabalho da caldeira para que possa introduzir água no sistema. Na sua
instalação hidráulica é dotada de válvulas de retenção evitando o retorno do líquido de
trabalho, bem como a entrada de ar no circuito de aspiração. Este tipo de bomba é
dotado de vários rotores, para proporcionar maior pressão (múltiplos estágios).
15.1.1.4 Bombas alternativas
Esse equipamento também é encontrado em vários modelos e tamanhos. As
bombas alternativas podem aproveitar diferentes fontes de energia para o seu
acionamento. Podem ser movidas por intermédio de turbinas a vapor, conjunto de
54
êmbolos, motor elétrico ou, ainda, nas locomotivas a vapor aproveita o movimento das
rodas.
A grande vantagem deste tipo de bomba é a economia de força, porém
apresenta desvantagem de que sua capacidade é limitada a uma vazão mínima de
50.000 litros por hora e tem grande facilidade de arrastar, junto com água, grandes
quantidades do óleo lubrificante que é empregado no sistema.
Sua construção é bastante simples, constando de uma câmara, duas válvulas de
retenção e um êmbolo. A água é admitida e eliminada da câmara pelo movimento
alternativo do embolo.
As bomba alternativas são vulgarmente chamadas de bomba de “pistão” e
aquelas que usam conjunto de êmbolos para seu acionamento são chamadas de
“burro” ou “burrinho d'água”.
15.1.2 Bomba de dosagem de produtos químicos
A dosagem de produtos químicos para o tratamento de água da caldeira é
efetuada por uma bomba especial, a qual possui como caracteristicas principais a
vazão controlada e alta pressão de descarga, estas bombas são chamadas de bombas
dosadoras. Na maioria dos casos estas bombas funcionam através de diafragmas ou
pistões. Vejamos algumas delas.
15.1.3 Alimentação de ar da queima
O ar frio, tendo atravessando o pré-aquecedor graças ao insuflamento pelo
ventilador aquece e projeta-se na fornalha, onde reage com o combustível,
assegurando a sua contínua queima.
55
Os gases de combustão com elevada temperatura, por efeito da tiragem do
sistema, circulam através de todas as partes da caldeira, tomando contato com as
superfícies de absorção de calor, até atingir a chaminé e serem eliminados para a
atmosfera. Neste trajeto, a maior parte do conteúdo térmico dos gases da combustão é
transferida para a água.
Pré-aquecedor de ar?
Sistema ciclone separador de fuligem?
Exaustor de fumaça?
Alimentação de ar para fornalha?
15.2 SISTEMA DE PROCESSAMENTO E ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTÍVEL
O sistema de processamento e alimentação de combustível para a caldeira é
configurado conforme o tipo de combustível à queimar, sendo que, este combustível
pode ser: Cavaco de madeira, Biomassa, Serragem, Madeira bruta e óleo para caldeira.
Vejamos cada um destes sistemas e o que cada um contempla de acessórios.
56
15.2.1 Sistema de alimentação de cavaco e biomassa para queima
O sistema de alimentação de cavaco e biomassa como combustível para caldeira
contempla as seguintes etapas:
• Picador;
• Gradeamento e separação do cavaco;
• Depósito de cavaco;
• Transporte do cavaco para a caldeira;
• Dosagem do cavaco na caldeira;
15.2.1.1 Picador
O picador faz o trabalho da redução da madeira bruta em tamanhos menores, o
que facilita a queima dentro da fornalha e melhora o rendimento térmico da caldeira.
15.2.1.2 Gradeamento e separação do cavaco
O gradeamento serve para a classificação do cavaco por granolumetria, isto
facilita e homogeniza a queima dentro da caldeira, pois os cavacos maiores voltam para
o picador e os menores são incorporados sob certas dosagens na esteira de cavaco
que vai para a caldeira.
57
15.2.1.3 Depósito de cavaco e biomassa
Local destinado à acomodação do cavaco devidamente picado ou a biomassa,
neste depósito o material fica aguardando o transporte para a caldeira.
15.2.1.4 Transporte do cavaco para a caldeira
O transporte do cavaco para a caldeira pode ser feito por vários métodos, o qual
pode citar:
• Elevador de rosca (helicóide);
• Transportador por correia;
• Transportador de caneca / caçamba.
58
15.2.1.5 Dosagem do cavaco na caldeira
A dosagem do cavaco na caldeira é realizada pelas válvulas rotativas, também
chamadas de eclusas, as quais pelo seu principio de funcionamento, faz a separação
do depósito para a esteira ou rosca transportadora, desta forma a mesma permite a
variação de material depositado na rosca / esteira.
59
15.2.2 Alimentação de combustível alternativo (biomassa) e serragem
A biomassa é um produto que atualmente está sendo amplamente utilizada
como combustível em caldeiras para geração de vapor à alta pressão. O nome
biomassa, se deve ao fato deste tipo de matéria prima estar na superfíie terrestre, entre
estes resíduos, podemos citar; Resíduos agrícolas (palhas, bagaços diversos); podas
dos pomares; resíduos florestais; restos das indústrias da madeira e culturas
energéticas (girassol) entre outras matérias.
A forma de alimentação da biomassa e da serragem na caldeira segue
praticamente o mesmo modo da alimentação de cavaco, desta forma, não será
abordado novamente.
15.2.3 Alimentação de madeira bruta
O procedimento de alimentação de madeira bruta na caldeira envolve máquinas
especiais, como esteiras transportadoras robustas e especialmente desenvolvidas para
este fim, como podemos ver na imagem abaixo.
15.2.4 Alimentação de óleo combustível
A alimentação de óleo combustível envolve uma série de dispositivos auxiliares
para o bom funcionamento do sistema. O óleo combustível chega até as empresas
através de caminhões, onde o óleo é descarregado através de bombas de engrenagem
e depositado em tanques apropriados e devidamente aquecidos, para manter o óleo no
estado líquido.
60
Após este procedimento o óleo é transferido para um tanque intermediário,
onde, onde a bomba de alimentação de óleo da caldeira bombeia o óleo para a caldeira
conforme o consumo da mesma.
15.3 MEDIDORES DE VAZÃO
15.3.1 Medidores de vazão para líquidos
15.3.1.1 Medidores de vazão para líquidos (médias e baixas vazões)
Este tipo de medidor de vazão é bastante utilizado para medição de fluídos para
sistemas específicos, onde as vazões são pequenas ou médias, como por exemplo,
alimentação de máquinas, caldeiras e etc. Vejamos algumas imágens.
61
15.3.1.2 Medidores de vazão para gases
Este tipo de medidor de vazão é muito utilizado para medição de vazão em
sistemas de geração de vapor, como tubulações de saída de caldeiras. Geralmente são
do tipo placa de orifício, onde é instalado uma placa com furação calibrada e mede-se a
variação de pressão de um lado para o outro da placa, sendo esta variação de pressão
transformada em vazão.
15.4 BOMBA DE ÓLEO
A bomba, em uma caldeira à óleo, desempenha uma função muito importante,
pois é ela que envia o combustível para o queimador e mantém a caldeira em
funcionamento, desta forrma é importante ter sempre uma bomba reserva em paralelo à
bomba de serviço, para que em caso e manutenção, a caldeira não pare de funcionar.
62
15.5 VISOR DE NÍVEL (PARA INSPEÇÃO DO OPERADOR)
Consiste em um tubo de vidro colocado no tambor de vapor e que terá a
finalidade de dar ao operador a noção exata da posição do nível de água da caldeira.
Na maioria das caldeiras o nível de água é exatamente no centro do tubo de vidro.
Existem, porém, caldeiras que não seguem esta regra cabendo ao operador certificar-
se do quanto corresponde a marca de nível dos indicadores.
Manter o nível de água na caldeira é um importantíssimo papel do operador que
terá que dispensar-lhe uma especial atenção. Antes de se iniciar a operação da caldeira
deve ser feita uma drenagem no nível, afim de que se eliminem algumas impurezas que
por ventura tenham-se localizado no nível ou nas conexões do mesmo.
Nas caldeiras manuais, o nível é importantíssimo porque dará ao operador uma
noção exata de quando a água deverá ser introduzida na caldeira.
15.6 SISTEMA DE CONTROLE DE NÍVEL
15.6.1 Regulador de nível com bóia
Poderão ser constituídos de várias formas mas os principais constam de uma
câmara que é ligada ao tambor de vapor e uma bóia que por sua vez está ligada a uma
chave que comanda o circuito elétrico da bomba de alimentação de água.
Quando o nível de água na caldeira é normal a bóia mantém os contatos da
chave abertos. Caindo o nível além do normal, a bóia, por gravidade, desce fazendo
com que os contatos fechem o circuito elétrico da bomba. Quando a água novamente,
atingir o nível normal de bomba é desligada. Pode ainda, existir uma chave adicional
que desligará o maçarico, caso a água abaixe em demasia.
63
15.6.2 Regulador de nível com eletrodos
Este sistema consiste em aproveitar a condutividade elétrica da água, através de
três eletrodos que podem ser de aço inoxidável e tamanho diferentes correspondendo,
cada tamanho, a um nível de água (central, máximo e mínimo). Este dispositivo é
montado na parte superior da garrafa de nível, e os eletrodos estão ligados a um relé
de nível de água que, através de seus contatos, comandará a bomba de alimentação
de água.
Vejamos como funciona:
64
15.7 INDICADORES DE PRESSÃO
15.7.1 Manômetro
Aparelho com o qual se mede a pressão de gases e outros fluídos. É muito
utilizado na indústria, entre outros fins, para verificar a pressão das caldeiras e de vasos
de pressão.
O conhecimento desta pressão é obrigatório, não só sob o ponto de vista de
segurança, como também, para a operação econômica e segura da caldeira.
15.7.1.1 TIPOS DE MANÔMETROS
Atualmente, empregam-se dois tipos de manômetros: com mola e tubular.
15.7.1.2 Manômetro com mola
Chamado também de manômetro de Bourdon, baseia-se na tendência a
endireitar-se, que experimenta um tubo de bronze curvado, de seção elíptica, quando é
aplicada, em seu interior, uma pressão superior à atmosfera. Geralmente o tubo se
curva em arco de circunferência. Ao atuar a pressão no interior do tubo, sua
extremidade livre descreve um pequeno movimento, que é ampliado mediante um
sistema de alavancas que atuam sobre o setor dentado, fazendo girar a agulha
indicadora.
65
15.7.1.3 Manômetro tubular
Desenvolvido por Schüffer e Budemerg, o manômetro tubular baseia-se na
elasticidade produzida sobre urna lâmina ondulada que suporta, por um lado a pressão
atmosférica e, pelo outro, a pressão da caldeira. Ao variar pressão da caldeira, muda a
deformação da placa e, em conseqüência, a indicação fornecida pelo aparelho.
A escala de um manômetro pode ser graduada em quilograma força por
centímetro quadrado (kgf/cm2
) ou em atmosferas (atm) ou em libras força por polegada
quadrada (lbf/pol2
ou psi), ou ainda em qualquer outra unidade de pressão.
15.8 DISPOSITIVOS DE SEGURANÇA
15.8.1 VÁLVULAS DE SEGURANÇA
Sua função é de promover o escape do excesso de vapor, caso a pressão
máxima de trabalho permitida da caldeira venha ser ultrapassada, e os outros
dispositivos de segurança venham a falhar.
Quando uma caldeira possuir duas válvulas de segurança, uma delas deverá
abrir com 5% acima da pressão máxima de trabalho permitida e a outra com 10% acima
da pressão máxima permitida.
Para garantir um perfeito funcionamento da válvula de segurança, deve-se
observar o seguinte:
66
• Todas as válvulas de segurança deverão ser experimentadas uma vez ao dia,
acionando-se a alavanca de teste manual.
• Promover a inspeção das sedes das válvulas pelo menos uma vez por ano.
• Fazer periodicamente um teste de funcionamento da válvula. Isto se faz
colocando um manômetro aferido na caldeira e, em seguida, fechando todas
as saídas de vapor até que a válvula comece a funcionar. Para a aferição da
válvula devem ser observadas as porcentagens acima indicadas, e também
se deve observar que durante o teste a pressão máxima da caldeira não deve
ultrapassar 10% da pressão máxima permitida.
As válvulas de contrapeso são as mais simples, porém não atendem os
requisitos da NR-13. Sua vedação nem sempre impede vazamentos contínuos.
As válvulas de mola predominam nos dias de hoje. Há dois tipos de válvulas de
mola:
1. de baixo curso;
2. de alto curso.
No primeiro tipo, a pressão do vapor atuando sobre a área do disco de vedação,
abre totalmente a válvula.
No segundo tipo, a ação da pressão abre parcialmente a válvula. O vapor
escapando, projeta-se sobre um disco provido de anel de regulagem que provoca a
mudança de direção do fluido. A força de reação do vapor completa a abertura da
válvula.
Estas válvulas são muito mais perfeitas, abrindo e fechando instantaneamente.
Os fabricantes fornecem estas válvulas nas dimensões adequadas, desde que
as forneçam a vazão e pressão do vapor.
As válvulas de segurança exigem cuidados especiais desde a sua instalação.
Na instalação deve-se:
• Evitar choques;
• Acertar o prumo (velocidade da válvula);
• Evitar alterar a regulagem original do fabricante
Na operação:
• Não permitir acréscimos de peso na válvula;
• Testar diariamente seu funcionamento;
• Eliminar vazamentos contínuos.
As válvulas de segurança evitam, portanto, a continua elevação da pressão no
gerador de vapor. Válvulas de segurança corretamente devem:
1) Abrir totalmente à uma pressão definida, evitando o desprendimento de vapor
antecipadamente.
67
2) Permanecer aberta enquanto não houver queda de pressão, ou seja, retorno
da pressão para as condições de trabalho do gerador.
3) Fechar instantaneamente e com perfeita vedação logo após a queda de
pressão.
4) Permanecer perfeitamente vedada para pressões inferiores à sua regulagem.
Para assegurar esta performance, as válvulas de segurança devem ser
fabricada, sob controle de qualidade, instaladas corretamente e ser submetidas a
sistemáticas inspeções e mantidas em condições de funcionamento perfeito.
Podemos encontrar, basicamente, dois tipos de válvulas de segurança:
a) de contrapeso;
b) de mola.
68
15.9 ACOPLAMENTOS PARA MOTORES E BOMBAS
Os acoplamentos são necessários para garantir o perfeito funcionamento de
equipamentos rotativos, tais como bombas e motores, o acoplamento permite pequenos
desalinhamentos, em função do tipo construtivo, ou seja, para cada tipo de
acoplamento há um desalinhamento permissível. Quando uma bomba ou redutor para
de funcionar, o acoplamento pode ser uma das possíveis peças que tiverm problema,
basta visualizar para perceber se houve a quebra ou não. Vejamos alguns tipos de
acoplamentos.
15.10 DISPOSITIVOS DE CONTROLE
Estes dispositivos são projetados para garantir que a caldeira funcione em
perfeita segurança.
15.10.1 PRESSOSTATOS
15.10.1.1 Pressostatos de controle de máxima pressão da caldeira
Tem a finalidade de controlar a pressão interna da caldeira por meio de um
comando para os queimadores.
É constituído de um fole metálico (ou de um diafragma) que comanda uma chave
elétrica por meio de um dispositivo de regulagem de pressão. À medida que diminui a
pressão dentro da caldeira o fole (ou diafragma) se contrai, fechando o circuito elétrico,
dando partida ao queimador. Quando a pressão for restabelecida o fole (ou diafragma)
se dilatará e fará a abertura dos contatos interrompendo o funcionamento dos
queimadores. Nas caldeiras semi-automáticas a chave interrompe o circuito travado,
impedindo que seja reacendido manualmente, até que seja atingida a pressão de
operação.
69
15.11 COMPONENTES DA TUBULAÇÃO
As válvulas redutoras são empregadas quando se deseja reduzir a pressão à
jusante da tubulação. Seu funcionamento é comandado por uma válvula piloto e válvula
principal. Tanto válvula piloto corno válvula principal são ajustadas por meio de molas e
tensão regulável de acordo com a pressão desejada.
70
De acordo com a precisão exigida, são instaladas válvulas redutoras de pressão
de ação direta, ou de ação por válvulas piloto. Mais recomendadas, as de ação por
válvulas piloto admitem grandes variações de pressão e vazão de vapor, adaptando-se,
razoavelmente bem, às condições locais de escoamento.
15.12 VÁLVULAS
• Válvula principal de saída de vapor;
• Válvula de segurança;
• Válvula de alimentação;
• Válvula de retenção;
• Válvula de descarga lenta;
• Válvula de descarga rápida;
• Válvula de vapor de serviço;
• Válvula para escape de ar;
• Válvula para a introdução de produtos químicos;
• Válvula para descarga contínua
• Válvula de alívio.
15.12.1 Válvula principal de saída de vapor
Permite a vazão de todo o vapor produzido pela caldeira. Na maior parte das
aplicações são válvulas do tipo globo, por assegurarem controle perfeito do bloqueio
(estanqueidade). Também podem ser válvulas de esfera, pois garantem a vazão
completa de vapor pela válvula, com um mínimo de perda de carga, ou ainda as
válvulas de gaveta.
71
15.12.2 Válvulas de alimentação
Destinam-se a permitir ou interromper o suprimento de água no gerador de
vapor. São do tipo, globo com passagem reta.
15.12.3 Válvulas de retenção
Geralmente a válvula de alimentação permanece totalmente aberta. As válvulas
de retenção, colocadas logo após as válvulas de bloqueio e impedem o retorno da água
sob pressão do interior da caldeira.
72
15.12.4 Válvulas de descarga
Também conhecidas como válvulas de dreno, permitem a purga da caldeira.
Estão sempre ligadas as partes mais inferiores das caldeiras. O lodo do material
sólido em suspensão, geralmente acumulado no fundo dos coletores ou também
inferiores das caldeiras é projetado violentamente para fora da unidade, quando se
abrem estas válvulas.
Há dois tipos de válvulas de descarga que se instalam em série:
1- Válvula de descarga lenta, cuja função principal é assegurar a perfeita
vedação do sistema. E uma válvula de passagem reta do tipo globo.
2- Válvula de descarga rápida, que abre a secção plena instantaneamente,
assegurando a vazão da água com violência capaz de arrastar os depósitos internos.
As dimensões destas válvulas são padronizadas em 1.1/2”, 2” até 2.1/2”. As
descargas intermitentes, geralmente são projetadas no esgoto industrial.
15.12.5 Válvula de vapor de serviço
É uma válvula do tipo globo, cuja secção corresponde a 10% da válvula principal.
Sua função é assegurar o suprimento de vapor para acionamento de órgão da própria
caldeira, como:
• bombas de alimentação;
73
• aquecimento de óleo;
• injetores.
15.12.6 Válvula de escape de ar
Outra válvula do tipo globo que controla a saída e entrada de ar na caldeira no
início e final de operação. Apresenta dimensões entre ¾” e 1". Também conhecida
como válvula suspiro. Instalada sobre a caldeira, no ponto mais alto da mesma.
15.12.7 Válvula de introdução de produtos químicos e de descarga contínua
São ambas do tipo globo agulha de fina regulagem.
A primeira emprega-se quando se procede ao tratamento interno de água da
caldeira, permitindo a vazão regulada de produtos químicos.
A segunda assegura a descarga contínua da caldeira, a fim de manter a
concentração de sólidos totais em solução na água, abaixo dos limites máximos
permitidos para evitar incrustações.
74
15.12.8 Válvula de alívio
É uma válvula instalada na parte superior do pré-aquecedor de óleo, para evitar
que o óleo combustível atinja pressões superiores aos níveis adequados no mesmo.
15.12.9 Flanges e vedações para vapor
As tubulações de vapor, em geral, não são fabricadas inteiramente soldadas, em
determinados pontos, sempre há um flange acoplado à uma válvula ou dispositivo e
eventualmente, nesta junção, é necessário vedar para evitar os vazamentos. Esta
vedação é feita com a utilização de juntas especiais para vapor à alta pressão e
temperatura, onde estas vedações geralmente são recortadas apartir de um material
maior. Para válvulas e eixos rotativos usamos as gaxetas, onde esta tem aparência de
uma corda, geralmente no formato quadrado revestida com grafite ou teflon. Vejamos
os flanges e as vedações.
É importante a montagem correta e com todos os parafusos nos flanges, pois a
força exercida pelo vapor tende à separar os dois flanges, esta força pode ser calculada
da seguinte forma, vejamos um exemplo para uma tubulação de 6” (15,24 cm) à uma
pressão de 12 kgf/cm2
.
kgf
2188,97
F
4
24
,
15
.
.
kgf/cm
12
F
:
temos
4
.d
A
:
é
área
a
como
,
A
.
P
F
2
2
2
=
⇒








=
=
=
π
π
75
15.13 TUBULAÇÕES EM GERAL (REDES)
15.13.1 Rede geral de alimentação de água
Esta rede se inicia no fornecedor de água para a caldeira.
Pode ser uma caixa d’água ou uma ligação direta na rede de abastecimento da
água geral da indústria. Para a conexão desta rede, podemos usar conexões de PVC,
em função da pressão (PVC marron – 4 kgf/cm2
) e por trabalhar com temperatura
ambiente.
76
15.13.2 Rede de drenagem
Esta é uma rede que sai da parte mais baixa da caldeira e vai terminar fora casa
da caldeira. Próximo da caldeira a rede tem uma válvula de bloqueio comum. A rede
produz uma mistura de água e vapor que deve ser drenada para um local protegido,
onde não possa agir sobre alguma pessoa causando queimaduras. O objetivo é drenar
a caldeira, isto é, eliminar restos, sujeiras e compostos de corrosão que se acumulam
dentro dela. Esta rede, normalmente, é acionada manualmente e convém estar
protegida (isolada termicamente ou mecânicamente – Grade).
15.13.3 Rede de vapor
O vapor é um fluido pouco corrosivo, para o qual os diversos materiais podem
ser empregados, até a sua temperatura limite de resistência mecânica aceitável.
Os limites de temperatura estão fixados, principalmente em função da resistência
à fluência dos diversos materiais. Os tubos de aço (de qualquer tipo) são ligados com
solda, para formar a rede.
Para pressões muito altas de vapor (acima de 40 kg/cm2
, por exemplo), convém
que sejam adotados limites de temperatura mais baixa devido as solicitações
mecânicas no material.
Em qualquer tubulações para vapor, é muito importante a perfeita e completa
drenagem do condensado formado, por meio de purgadores. A auxiliar à drenagem é
feita, algumas vezes, a instalação dos tubos com um pequeno caimento constante na
direção do fluxo, principalmente em linhas de vapor saturado, onde é maior a formação
condensado. Tem-se por norma colocar, também, eliminadores de ar nos pontos altos
das tubulações.
Todas as tubulações de vapor devem ter isolamento térmico.
15.13.4 Coletor distribuidor de vapor
Abaixo podemor ver um coletor / distribuidor de vapor, este deve ser instalado
após a caldeira, pois é nele que a pressão do vapor pode ser equalizada, caso tenha
duas ou mais caldeiras instaladas na mesma rede, bem como é no coletor que uma
parte do condensado é separado do vapor. Este também é um equipamento que deve
ser bem isolado para minimizar a fuga de calor.
77
15.14 PURGADORES
São dispositivos automáticos que servem para eliminar o condensado formado
nas linhas de vapor e nos aparelhos de aquecimento, sem deixar escapar vapor.
Os bons purgadores, além de remover o condensado, eliminam, também, o ar e
outros gases incondensáveis, (CO2, O2 e ar atmosférico por exemplo), que possam
estar presentes.
15.14.1 APLICAÇÃO
Os purgadores são importantes e de emprego mais comum em tubulação
industrial, como segue:
- Para eliminação do condensado formado nas tubulações de vapor em geral.
- Para reter o vapor nos aparelhos de aquecimento por vapor (purgadores de
calor, serpentinas de aquecimento, autoclaves, estufas etc) deixando sair, apenas, o
condensado.
Os purgadores para ar comprimido são instalados em linhas de ar para remover
o condensado (água).
CLASSIFICAÇÃO
São classificados em três grupos:
1º, Grupo:
Tipos mecânicos (agem por diferença de densidade)
- Purgador de bóia (muito usado)
- Purgador de panela invertida
- Purgador de panela aberta
2º, Grupo:
-Termostáticos
- Purgadores de expansão balanceada (fole)
3º. Grupo:
- Purgador termodinâmico (muito usado)
- Purgador de ar (ventoso)
78
Será estudado somente os mais usados na indústria, devida à sua grande
aplicação e por ser encontrado em qualquer instalação industrial.
15.14.2 PURGADOR DE BÓIA
Funciona com um orifício de saída de água sempre abaixo do nível mínimo,
havendo excesso de água ou condensado, o nível levanta e a bóia flutua, abrindo a
saída pelo orifício. A bóia se estabiliza numa posição em que a água que está entrando
(com vapor) é igual à água que está saindo.
Esse tipo não deixa passar os gases existentes no sistema. O ar que nele entra
não consegue sair, porém, a descarga é contínua.
15.14.3 PURGADOR TERMODINÂMICO
Usado para retirar água condensada principalmente em tubulações e redes de
vapor, assim como a eliminação do condensado em separadores de condensado.
Neles, é indispensável a instalação de um filtro de vapor, pois são muito
sensíveis e detritos e impurezas.
Descarregam com o condensado, automaticamente, todo o ar ou gases não
condensáveis que se encontram nos aparelhos que forem instalados. Servem para
qualquer pressão entre 1 kg a 25 kg/cm2
e seu tamanho é reduzido, se comparado com
os demais. Possuem um disco que trabalha dentro de uma câmara, abrindo ou
fechando simultaneamente as passagens que dão para a entrada do vapor e para saída
de condensado.
79
15.15 FILTROS:
Filtros são dispositivos necessários às instalações industriais para reterem particulados
que podem danificar dispositivos, como válvulas e purgadores, sendo classificados
conforme a sua aplicação, podendo ser:
• Filtros de Ferro Fundido, flangeados ou roscados;
• Filtros de bronze.
15.15.1 FILTROS DE FERRO FUNDIDO FLANGEADOS OU ROSCADOS:
-Condições de Trabalho
• Vapor - pressão máxima 17,6 barg (250 psig) à 230°C.
• Água - pressão máxima 28,0 barg (400 psig) à 400°C.
-Telas
Os filtros são fornecidos com a tela em chapa perfurada ∅0,08, ∅0,05, 1,2 ou
3,2 mm.
80
Também poderão ser fornecidos com tela de chapa perfurada ∅2 mm revestida com
malha de 60, 80, 100 ou 200 mesh.
15.15.2 FILTROS Y EM BRONZE ROSCADOS
15.15.2.1 Filtros Y Em Bronze Roscados: Normalmente utilizados em redes de
água e ar comprimido, assim como vapor em baixa pressão.
-Condições de Trabalho
• Vapor - pressão máxima de 14 kg/cm2
à 260°C.
• Água fria - pressão máxima de 24 kg/cm2
(s/ choque)
-Telas
As características das telas seguem as mesmas especificações dos filtros em ferro
fundido com relação à malha
-Conexões
• Podem ser fornecidos com as conexões roscadas BSPT ou NPT.
-Bujão para Limpeza
• Poderão ser fornecidos com ou sem bujão para limpeza.
Bujão de
dreno do
filtro
Corpo do
filtro
Tela do
filtro
81
15.16 SEPARADORES DE UMIDADE
15.16.1 SEPARADORES DE UMIDADE VERTICAIS
15.16.1.1 Descrição do Produto
Os separadores de umidade removem a umidade existente em linha de vapor e
ar comprimido. Recomenda-se sua aplicação a montante (antes) de válvulas de
controle (evitando-se a erosão da sede por gotículas de água em suspensão) ou em
equipamentos que necessitam de vapor seco, como esterilizadores, e linha de ar
comprimido, pois o separador garantirá uma ótima retenção das gotículas de água e
óleo.
15.16.1.2 Condições de Trabalho
Pressão máxima de 16,0 bar à temperatura de 120°C.
Pressão máxima de 14,0 bar à temperatura do vapor saturado.
Teste Hidrostático a 24 bar.
15.16.1.3 Conexões
Podem ser fornecidos com as conexões roscadas BSPT, NPT ou flangeadas.
15.16.1.4 Materiais
São fornecidos com corpo e tampa em ferro fundido nodular.
15.16.1.5 Como Pedir
Ao fazer o pedido de um separador de umidade indique o modelo e o diâmetro.
Exemplo: l Separador de Umidade Vertical SPV ∅1".
15.16.1.6 Instalação
Deve ser instalado com a seta do corpo do separador coincidindo com o sentido
do fluxo.
82
15.16.2 SEPARADORES DE UMIDADE EM CHAPA FLANGEADOS
15.16.2.1 Conexões
Podem ser fornecidos com as conexões flangeadas #150, #300 e #600 mm
15.16.3 SEPARADORES DE UMIDADE HORIZONTAIS
15.16.3.1 Condições De Trabalho
Pressão máxima de operação: 10 barg.
Temperatura máxima de operação: 184 °C
Teste Hidrostático: 24 barg.
15.16.3.2 Conexões
Podem ser fornecidos com as conexões flangeadas.
Dreno: rosca BSPT
83
15.16.3.3 Instalação
Deve ser instalado com a seta do corpo do Separador coincidindo com o sentido
do fluxo.
15.16.4 OUTROS TIPOS DE SEPARADORES DE UMIDADE
Separadores de umidade centrífugos. Este tipo de separador ainda não é tão
comum em instalações de vapor devido ao seu custo de aquisição, porém em
instalações de ar comprimido seu uso está se tornando mais intenso.
15.17 VISOR DE FLUXO
15.17.1 VISORES DE FLUXO DE JANELA SIMPLES E DE JANELA DUPLA
15.17.1.1 Descrição do Produto
Os visores de fluxo são instalados em linhas de vapor, líquidos à jusante (antes)
de purgadores, neste caso quando estes descarregam o condensado para uma linha de
retomo comum, os visores proporcionam uma avaliação individual do funcionamento
dos purgadores. Podem ser fornecidos com janela simples (VZ) ou dupla (VZD).
84
15.17.1.2 Condições de Trabalho
Pressão máxima de 3,5 barg (50 psig) 'a temperatura de vapor (137°C).
Pressão máxima de 7,0 barg (100 psig) à temperatura ambiente (máx. 40°C).
15.17.1.3 Conexões
Podem ser fornecidos com as conexões rosqueadas BSPT (BS 21) ou NPT
(ANSI – BI.20.1).
15.18 JUNTAS DE DILATAÇÃO
15.18.1 DILATAÇÃO
As tubulações sendo instaladas, a frio, irão evidentemente expandir-se, sempre
que aquecidas. A expansão média de um tubo padrão é de aproximadamente
1,25 mm/°C x 100 m de temperatura diferencial (T1-T0). Parece-nos que seria loucura,
após projetar toda uma instalação de vapor com inclinações, pontos de drenagem, etc.,
corretos colocarmos tudo a perder devidos as distorções causadas pela expansão
descontrolada da tubulação. Assim, alguns cuidados precisam ser tomados, a fim de
assegurarmos que a tubulação permaneça dentro do alinhamento desejado, estando
fria ao aquecida.
Na maioria das instalações, onde predominam as tubulações curtas de pequeno
diâmetro e cheias de curvas existirá movimento suficiente, nas mudanças de direção
para permitir a transmissão. No entanto, nas instalações de maior diâmetro, mais
extensas, com menos curvas, consequentemente mais rígidas, precisamos enfrentar o
problema da expansão. Muitas vezes isso é feito provocando-se tensões nas
tubulações quando as mesmas estão frias, porém é muito mais comum a aplicação de
alguns acessórios para absorver a expansão como a seguir.
15.18.2 CONTORNO
É simplesmente uma volta completa da tubulação que deve ser instalada, de
preferência no plano horizontal, tendo a entrada pela parte superior, e a saída pela
parte inferior para evitar em ambos os casos, o acúmulo de condensado ou a formação
de bolsas montante.
85
VISTA
SUPERIOR
O contorno, com alguns outros tipos, produz uma força contrária à expansão da
tubulação, no entanto, como a existência de pressão dentro do mesmo, tenderá a abrir-
se causando tensões adicionais às flanges e conexões.
15.18.3 LIRA OU FERRADURA ou “u”
Sempre que haja espaço suficiente, esse tipo é largamente aplicado, como no
caso anterior, é recomendável que seja instalado no plano horizontal, isto é, no mesmo
plano da tubulação, para evitar o acúmulo de condensado à montante.
Nesse caso a pressão interna não tende a abri-lo, haverá tendência pequena
para a deformação, que não deverá causar problemas nos flanges. Sempre que for
instalado na vertical, devemos prever pontos de drenagem. Como regra prática,
recomenda-se que o raio da lira seja de pelo menos 6 vezes o diâmetro da tubulação
para vapor saturado.
15.18.4 JUNTAS
São freqüentemente empregadas, porque ocupam um espaço muito pequeno,
porém é absolutamente necessário que a tubulação esteja rigidamente ancorada e
dirigida por suportes. Isso por que a pressão do vapor atuando sobre a área seccional
da tubulação interna (deslizante) tenderá a força-lo em oposição à pressão exercida
pela tubulação, expandindo-se.
VISTA
SUPERIOR
86
15.18.5 JUNTAS SANFONADAS
Propriamente projetadas e aplicadas, as juntas de expansão sanfonadas, podem
ser usadas não somente para absorver os movimentos axiais como também alguns
movimentos laterais e angulares. Como as juntas anteriores a pressão tenderá a afastar
suas dobras, assim, a ancoragem os suportes deverão ser projetados para suportar
também essa pressão.
Devido a esse tipo de problema as juntas sanfonadas são normalmente
aplicadas paralelamente as curvas rígidas. (Fig 10). Dessa maneira, a curva em Z
absorverá a expansão e as juntas atuarão praticamente como um flexível para evitar
tensões indevidas nas conexões.
15.19 ANCORACEM
A ancoragem das tubulações entre juntas de expansão é essencial para força-las
a executar sua tarefa. Se as tubulações estiverem livres para executar quaisquer
movimentos, nada haverá para forçar as juntas a se comprimirem / alongaren-se. Ao
mesmo tempo em que a tubulação deve estar firmemente fixada para não permitir
movimentos, em certos pontos, os movimentos longitudinais devem ser liberados, a fim
de facilitar o deslocamento em função do aumento da temperatura (dilatação térmica),
como pode ser visto nas imagens abaixo.
87
15.20 ISOLAMENTO TÉRMICO
Trata-se da camada de revestimento que é montada ao redor das tubulações ou
superfícies que deseja-se evitar a perda de calor. Como sabemos, o calor sai de uma
superfície que está mais quente para uma superfície que está mais fria, desta forma
como a temperatura do vapor dentro da tubulação é muito maior do que a temperatura
externa, o calor é transferido deste para o ambiente.
15.20.1 Isolamento com lã de vidro
Este tipo de isolamento está sendo aos poucos retirado de circulação no
mercado, pois a lã de vidro é extremamente prejudicial à saúde e de difícil montagem
devido ao pó e resíduo que a mesma forma.
15.20.2 Isolamento com lã de rocha
É o método mais utilizado para isolamento de tubulações e superfícies,
principalmente pela facilidade de instalação, caracterisiticas de isolamento, não
poluente e de fácil manutenção. É construída apartir de rocha basáltica (rocha
vulcânica) encontrada facilmente em todo o mundo e também de escória metalúrgica,
que é um resíduo dos processos de obtenção do aço.
Ancoragem
88
15.20.3 Isolamento com silicato de cálcio
O silicato de cálcio produzido a partir de matérias-primas naturais como a cal
virgem e a diatomite (sílica amorfa), reforçadas por fibras de celulose e vidro. totalmente
isento de amianto, o silicato de cálcio também não apresenta sílica cristalina. O
processo de produção passa pela moldagem, reação em autoclaves, secagem e
acabamento.
Pode ser utilizado em temperaturas de operação até 650ºC e é quimicamente
inerte, podendo ser utilizado em contato com todos os tipos de aço, sem causar
corrosão. O silicato de cálcio tem grandes vantagens em relação à lã de vidro e a lã de
rocha em função da sua resistência mecânica ao esmagamento. Este material pode ser
usado em locais onde frequentemente haverá circulação sobre as tubulações /
superfícies isoladas, as quais não serão danificadas pela ato de “pisar” na superfície.
15.20.4 Espessuras de isolamento recomendadas (rock fibras)
Abaixo segue uma tabela com as espessuras de isolamento recomendadas para
cada temperatura e diâmetro de tubulação, considerando como isolamento térmico a lã
de rocha.
89
90
16 ÁGUAS
16.1 HISTÓRICO
A água foi considerada por Aristóteles como elemento químico até o fim do
século XVIII. A partir dessa data Lavosier, através de seus estudos, levou em
consideração a combustão do gás hidrogênio e notou a presença da formação de
umidade. A partir desse momento Convemdish observou que a mistura hidrogênio com
oxigênio em certas proporções desaparecem dando como produto a água.
16.2 PROPRIEDADES QUÍMICAS DA ÁGUA
A água é formada pela junção de Hidrogênio e Oxigênio, na proporção:
H2O – 2 Moléculas de Hidrogênio + 1 Molécula de Oxigênio = Água
A água reage com os metais ferrosos, dando como produto dessa reação a
formação de hidróxidos metálicos (ferrugem) mais hidrogênio.
A água reage com alguns não metais (latão, cobre) somente quando são
aquecidos ao rubro, dando como reação a oxidação não metálica mais hidrogênio.
16.3 PROPRIEDADES FÍSICAS DA ÁGUA
A água é uma substância líquida à temperatura e pressão normal, transparente,
inodora sem sabor (água destilada).
Ponto de fusão = 0º C (congelamento)
Ponto de Ebulição = 100º C (Evaporação)
Densidade = 1000 kg/m³
16.3.1 Condutividade da água
A condutividade é a propriedade da água tornar-se um condutor de eletricidade,
em tratando-se de situações normais (água pura), a mesma não é condutiva, quando
esta está impura, com sólidos em suspensão ou modificada quimicamente para atender
à potabilidade, a mesma torna-se condutiva. Analisando desta forma, concluímos que a
água que bebemos, a água que corre nos rios e etc é condutiva, pois a água é
considerada pura, somente a água que é destilada.
O grau de condutividade da água é diretamente proporcional à quantidade de
impurezas encontrada na água, ou seja, quanto mais “suja” a água, maior é o poder de
ela conduzir eletricidade.
16.4 PURIFICAÇÃO DA ÁGUA
A purificação da água é feita pelo processo físico chamado de destilação.
Através deste processo obten-se a chamada água destilada que para todos os efeitos
de ordem prática é considerada pura. Abaixo pode ser visto uma foto do destilador
utilizado em laboratório, juntamente com o princípio de funcionamento do mesmo.
91
16.5 CONCEITO DAS IMPUREZAS ENCONTRADAS NA ÁGUA
16.5.1 Turbides
É o termo aplicado à matéria suspensa de qualquer natureza (orgânica ou
inorgânica), presente em certa quantidade de água. A turbides é encontrada em quase
todas as águas de superfícies em valores de 2000 ppm (proporção por milhão), como
exemplo de partículas em suspensão podemos encontrar a sílica (areia). Um exemplo
de turbides pode ser observado na imagem abaixo.
16.5.2 Cor
É o termo aplicado em determinadas águas com coloração diferenciada pela
composição de matéria orgânica de origem animal ou vegetal (coloração verde,
vermelha e etc). Podemos destinguí-las como água limpa e água com cor, como segue:
92
Obs.: A presença de cor em águas industriais é indesejável nas aplicações da
industria, como por exemplo, nas fábricas de papel, por tingir as fibras da celulose e
trazendo conseqüências indesejáveis de qualidade no produto final. Em aplicações de
água para alimentação de caldeiras, a matéria orgânica carboniza-se provocando a
formação de incrustações na tubulação da máquina, trazendo prejuízos no rendimento
e no consumo de combustível do equipamento e ainda colocando em risco o seu
funcionamento.
16.5.3 Ferro
É a forma mais comum em que o ferro solúvel é encontrado nas águas. Nas
águas subterrâneas também se encontra desta forma e quando entra em contato com o
ar atmosférico reage com o oxigênio formando compostos sedimentares de coloração
amarelo, marrom e avermelhado, conhecido como óxido férrico.
16.5.4 Dureza
A dureza da água é proporcional ao conteúdo de sais de cálcio e magnésio
presentes na água. No Brasil, a dureza de uma água pode variar de 5 à 500 ppm. Estas
partículas de cálcio e magnésio quando aquecidas dentro de uma caldeira, aderem às
paredes, formando películas de um material de coloração branca, que prejudica a
geração de vapor e pode danificar seriamente o funcionamento da caldeira, bem como
provocar danos mais sérios. Abaixo pode ser visto uma estrutura em contato com água,
a qual possui elevada dureza. A mesma deixa grande resíduo de coloração branca
depositada na superfíie.
93
16.5.5 Sílica
É um constituinte de todas as águas naturais independentemente da fonte de
água. Os valores de sílica encontrada estão na faixa de 3 à 5 ppm. A grande
quantidade de sílica em águas industriais é prejudicial por provocar o fenômeno do
arraste (abrasão nas tubulações). Podemos ver abaixo o depósito de sílica retirado na
limpeza e inspeção interna de uma caldeira.
16.5.6 Gases diversos
• Dióxido de carbono (CO2);
• Oxigênio (O2);
• Ácido sulfídrico (H2S);
Ambos originados pela decomposição de matéria orgânica e o oxigênio é
originado pelo contato da água com o ar atmosférico.
16.6 TRATAMENTOS PRIMÁRIOS PARA ÁGUAS
São todos os processos físico químicos que é submetida a água para modificar
sua qualidade, tornando-a com características que atendem as especificações para
uma determinada aplicação industrial ou de potabilidade. Quanto ao uso de tratamentos
primários, a água pode ser dividida como água potável ou água industrial. Vejamos o
esquema básico de tratamento de água.
16.6.1 Tratamento externo de água
São todos os processos de tratamento feitos ou desenvolvidos antes da água
entrar na indústria.
Vejamos as etapas deste processo.
94
16.6.1.1 Filtração
No contexto do tratamento externo de água, o filtro é um leito de material
granular que remove fisicamente (principio do coador de café) o material em suspensão
na água que passa através dele. A única alteração na qualidade da água que a filtração
resulta é a redução de sólidos em suspensão. Geralmente este sistema é instalado
antes da clarificação, retirando materiais mais grosseiros, como folhas pequenos galhos
e etc. Vejamos o desenho abaixo.
16.6.1.2 Clarificação
É um processo usado para corrigir a turbides de águas superficiais, removendo
sólidos em suspensão, sólidos finos que se apresentam como turbides e cor e também
outros materiais em suspensão. O processo de clarificação passa por 03 etapas, as
quais podem ser vistas na figura abaixo.
95
16.6.1.3 Coagulação
É o processo que exige a adição e mistura rápida de um produto químico
chamado de coagulante (a base de sulfato de alumínio) ou cloreto de alumínio. A
reação química resultante neutraliza as cargas coloidais, de forma precipitado
(depositando-se no fundo), chamados de flocos apresentam-se como PIM POINT muito
pequenos, sendo estes retirados posteriormente por descarga de fundo.
16.6.1.4 Floculação
Este processo consiste na reunião de vários flocos pequenos mediante a
agitação suave, os quais formam partículas maiores com maior velocidade de
decantação. A agitação deve ser cuidadosamente controlada para impedir a
desintegração dos flocos frágeis.
16.6.1.5 Sedimentação
Após o processo de floculação, a água passa para o processo de sedimentação,
etapa final do processo de clarificação. À medida que os flocos agregados são
decantados, a água clarificada eleva-se e pode ser então separada do sedimento que é
removido em forma de lodo. O processo de clarificação admite equipamentos de muitos
tipos, entretanto o modelo utilizado deve proporcionar o ambiente adequado para cada
etapa.
16.6.1.6 Abrandamento com cal
O abrandamento com cal à temperatura ambiente é considerado uma etapa além
da clarificação porque produz o benefício adicional da redução dos sólidos totais
dissolvidos, como bicarbonatos de cálcio e magnésio, principais responsáveis pela
dureza da água. A maior finalidade do abrandamento é acelerar a clarificação da água.
Outra finalidade importante do abrandamento com cal é eliminar o CO2 existente na
água responsável pela grande maioria das corrosões internas das máquinas. A adição
do cal também remove a alcalinidade magnesiana da água, a qual é responsável pela
dureza da água.
16.6.1.7 Abrandamento com cal à quente
É realizado com temperaturas acima de 100º C, é um processo reservado
basicamente para águas de reposição de geradores de vapor (caldeiras).
16.6.1.8 Desmineralização
Os sistemas para desmineralização da água são utilizados para reduzir
condutividade, sílica, removendo os principais causadores de entupimentos em
tubulações de alta pressão. O sistema normalmente é compostos por vários tanques
ligados em série, onde a água passa de um tanque para outro, onde a mesma é
“filtrada”.
96
16.6.1.9 Desaerador
O processo de desaeração é necessário para a retirada de gases presentes nas
águas industriais, estes gases causam grandes problemas de corrosão e acides interna
nos equipamentos industriais. O desaerador ainda tem a função de pré-aquecer a água
de alimentação da caldeira. Vejamos o esquema de funcionamento conforme figura
abaixo.
Entrada
de água
clorada
Leito catiônico Leito aniônico Leito misto
Saída para
coletor de leito
regenerante
Água
regenerada
97
16.6.1.10 Filtro de areia ou carvão
O meio filtrante pode ser um leito simples de areia ou carvão chamado de
antracito, um leito duplo de carvão sobre a areia ou um leito misto de carvão, areia e
brita. Vejamos um esquema deste filtro, juntamente com as crepinas que fazem o
isolamento da câmara da areia x saída da água.
98
16.6.1.11 Filtro de carvão ativado
O carvão ativado granulado é ocasionalmente usado como meio filtrante, mas
geralmente os leitos de carvão são precedidos de areia e servem como proteção para
os leitos de troca iônica que os segue. Vejamos a imagem de um sistema de filtragem
que usa carvão ativado.
Legenda:
1 - Pré-filtragem (Dolomita – mineral de carbonato de cálcio e magnésio);
2 - Filtragem (Quartzo – mineral usado como elemento filtrante);
3 - Pré-purificação (Camada de carvão ativado);
4 - Camada de carvão ativado (carvão com granulometria menor que o anterior);
5 - Carvão ativado extrafino;
6 - Disco microtexturado (retentor de resíduos eventuais);
7 - Retrolavagem (sistema de limpeza interna).
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SENAI - Operador de Caldeira

  • 1. 1 SENAI – Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial CENTRO DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA SENAI CONCÓRDIA OPERADOR DE CALDEIRA Professor: Rodrigo Friebel rodrigo.friebel@sc.senai.br (49) 3441 4400 Aluno:_______________________ Concórdia - SC 2011
  • 2. 2 ÍNDICE CONCEITOS ___________________________________________________________ 3 2 VAPOR___________________________________________________________ 11 3 TABELA DE VAPOR SATURADO ____________________________________ 16 4 TABELA DE PODER CALORÍFICO DOS COMBUSTÍVEIS (KCAL/KG)____ 18 5 CALDEIRAS - CONSIDERAÇÕES GERAIS____________________________ 19 6 CALDEIRAS FLAMOTUBULARES___________________________________ 24 7 CALDEIRAS AQUATUBULARES ____________________________________ 31 8 CALDEIRAS ELÉTRICAS___________________________________________ 40 9 PARTES DE UMA CALDEIRA _______________________________________ 43 10 FORNALHAS _____________________________________________________ 43 11 TUBOS___________________________________________________________ 45 12 CORPOS CILÍNDRICOS (COSTADO, CASCO OU CARCAÇA) ____________ 46 13 QUEIMADORES___________________________________________________ 47 14 TAMBOR E TUBULÃO DE LAMA____________________________________ 50 15 ACESSÓRIOS E DISPOSITIVOS DE CALDEIRAS ______________________ 52 16 ÁGUAS___________________________________________________________ 90
  • 3. 3 CONCEITOS 1.1 QUE É VAPOR? Estado gasoso da água (pressão e temperatura). Todos sabem o que ocorre quando se ferve uma chaleira com água. Sai vapor, e se a tampa da chaleira não está bem colocada, a mesma começa a subir e baixar. Que acontece dentro da chaleira desde o momento em que se pôs água fria até o momento em que começou a sair vapor? Resposta: Em seguida a você ter posto a chaleira com água fria sobre o fogo (ou uma chama de gás) o calor começa a passar através do metal da chaleira para a água num “ato contínuo”: o calor aquece a água e a torna cada vez mais aquecida até que a mesma começa a ferver. Tão logo a água começa a ferver, ela chegará ao ponto em que não poderá mais absorver calor. Mas como a chaleira está sobre o fogo (ou chama de gás) o calor continuará a passar para a água. 1.2 QUE ACONTECERÁ ENTÃO? Produzir-se-á uma modificação na água. O calor extra que estava tratando de conseguir lugar na água, foi expelido em seguida em forma de vapor. Por outras palavras, o calor extra começou a evaporar, ou seja, converter a água em vapor. Se deixássemos a chaleira sobre o fogo durante um tempo suficiente, a água continuaria se evaporando, devido ao calor que seguiria, entretanto, até que não sobrasse nenhuma gota de água na chaleira. Toda água havia sido convertida em vapor. 1.3 POR QUE USAMOS O VAPOR? • Para aquecer fábricas e salas; • Dar fervura (temperatura de processos) na fabricação de doces;
  • 4. 4 • Transformar a massa de celulose em papel; • Para aquecer a água e lavar a roupa suja nas lavanderias; • Para cozinhar alimentos; • Para evaporar soluções químicas; • Para fazer funcionar turbinas de vapor (gerar energia elétrica), motores e bombas; • Para executar milhares de trabalhos em todos os tipos de indústria. Por que o vapor? Precisamente ele? Por que se emprega tão amplamente em todo o mundo civilizado? Porque em todas as partes se necessita de calor e energia (transporte de energia) ou energia de pressão. Acontece que o vapor é uma forma muito conveniente e econômica de enviar grandes quantidades de calor e energia de um lugar para outro. É fácil produzir vapor, e se faz com água, a qual existe em todo o mundo e em abundância. É fácil controlar o vapor e é de uma comodidade muito versátil. Para uma demonstração simples de calor e energia voltemos à nossa chaleira. Primeiro veremos como se comporta o vapor em relação ao calor produzido. Se pusermos um dedo dentro da água e outro no bico da chaleira, onde sai o vapor, sentiremos que o segundo dedo se queimará da mesma forma que o primeiro. Isto porque o vapor está tão aquecido como a água fervendo (em ebulição). Agora, vejamos a energia. Tudo o que devemos fazer é olhar como sobe e baixa a tampa da chaleira. Não necessitamos queimar os dedos. A energia do vapor é o que faz subir e baixar a tampa da chaleira. O vapor no seu estado natural, possui de 1 à 4 vezes mais energia que a água na mesma temperatura, isto justifica a utilização do vapor para aquecimento. Esta energia será vista mais à frente com detalhes em uma tabela de vapor, a qual justifica. PRODUÇÃO DE VAPOR Quando se gera vapor em uma caldeira, ocorre mais ou menos o mesmo que na chaleira, mas em escala maior e com certas variações. A caldeira é na realidade “a irmã maior” da chaleira. A diferença mais importante é que a chaleira há uma saída contínua de vapor, o que não permite que a pressão interna da chaleira aumente, conforme a figura 01 abaixo, ao contrário da caldeira que para ter um funcionamento adequando necessita de pressão interna.
  • 5. 5 Figura 01 – Saída de vapor da chaleira 1.4 GRANDEZAS FÍSICAS, UNIDADES E CONHECIMENTOS GERAIS: As nomenclaturas abaixo foram obtidas dos termos técnicos empregados nos catálogos da Spirax Sarco (fabricante de acessórios para vapor). 1.4.1 Pressão: Podemos dizer que pressão é a força (Kgf, N) aplicada sobre uma área (cm2 , mm2 ). 1 kgf 1cm 1cm N este caso tem os 1kgf/cm ²
  • 6. 6 1.4.2 Pressão Manométrica ou Relativa: É a pressão lida em acessórios conhecidos como manômetros. 1.4.3 Pressão Atmosférica: É a pressão que exerce a camada de ar sobre a terra equivalente a 1015 Pa ou aproximadamente 1 kg/cm2 (nível do mar). À medida que subimos a serra, a pressão atmosférica diminui, pois a camada de ar acima de nós também diminui. 1.4.4 Pressão Absoluta: É a pressão lida considerando a pressão atmosférica (Pressão Absoluta = Pressão Manométrica + Pressão Atmosférica. Pressão Absoluta = +
  • 7. 7 1.4.5 Pressão nos fluídos: Nos líquidos, podemos observar que quanto mais fundo mergulhamos, maior será a pressão que iremos sentir, ou seja, quanto maior a coluna dágua maior a pressão, isto pode ser explicado através da figura abaixo, a qual mostra que o furo inferior da garrafa despeja a água à uma distância maior do que o furo superior, isto porque a pressão é maior na parte de baixo da garrafa. Esta variação no jato (pressão) é explicada pela fórmula: (m) líquido do coluna da Altura h ) m/s (9,81 gravidade da Aceleração g ) (kg/m líquido do específico Peso ) (kgf/cm Pressão P : Onde 100000 h . g . P 2 3 2 = = = = = ρ ρ Como exemplo, para uma coluna de líquido de 10 m, teremos uma pressão de 0,98 kgf/cm2 , para efeito prático 1 kgf/cm2 . 1.4.6 Noções gerais de calor: Calor é uma forma de medida da energia de um corpo, a qual se transfere de um corpo para outro unicamente pela diferença de temperatura. O calor pode ser gerado por: • Atrito entre dois corpos; • Resistência à passagem de corrente; • Reação química (queima de combustível); • Reação nuclear (energia solar e em usinas atômicas). O calor é medido por intensidade (temperatura) e por quantidade de (unidade de calor). A água foi a substância utilizada como padrão para definir a unidade de quantidade de calor, a caloria (cal).
  • 8. 8 1.4.7 Caloria (Cal): É a medida da quantidade de calor usada para expressar a energia que o vapor possui. 1 Cal é a quantidade de calor que é necessária para aumentar a temperatura de 1 grama de água (peso) em 1° C. 1.4.8 Kilocaloria (Kcal): É um múltiplo da medida da quantidade de calor usada para expressar a energia que o vapor possui. 1 Kcal é a quantidade de calor que é necessária para aumentar a temperatura de 1 Kg de água (peso) em 1° C. 1.4.9 Noções gerais de temperatura: Através do tato, somos capazes de dizer se um corpo está quente, morno ou frio, isto é chamado de sensações térmicas. Abaixo podemos ver uma relação entre as diferentes escalas de medição de temperatura. A equação abaixo mostra exatamente qual a relação entre cada uma das temperaturas, desta forma podemos calcular para cada temperatura em particular (Célsius, Fahrenheit e Kelvin). 5 273 K 9 32 F 5 C − = − =    = → → 3,967BTU Kcal C 1 em água de 1g Aquece Cal 1 1 o
  • 9. 9 1.4.10 Condensado: O vapor que cedeu calor e retornou ao estado líquido é chamado condensado. 1.4.11 Superfície do aquecimento: É aquela superfície de uma tubulação, caldeira ou equipamento que está em contato direto com o vapor ou com as chamas / gases quentes da combustão. 1.4.12 Condução: Aquecer por condução é transferir calor de uma região para outra, desde que ambas tenham contato direto, ou seja, é a transferência de calor encontrada em produtos sólidos (paredes, equipamentos e etc). 1.4.13 Convecção: Aquecer por convecção é quando o calor se transporta de um lugar para outro por correntes de ar, de água, ou de um fluído qualquer. Se o quarto ou a sala que você se encontra, possui uma lareira acesa, a peça ao lado também estará agradável e quente devido as correntes de convecção. 1.4.14 Radiação: Aquecimento por radiação é aquele que ocorre quando o calor se transfere de um lugar para outro sem contato e sem a presença de fluídos (ar, água e etc). A transferência é feita por ondas de calor. Quando você colocar suas mãos em frente ao fogo, elas se aquecem por radiação. Vejamos a figura abaixo onde ela demostra como ocorre esses fenômenos. 1.4.15 Ponto de drenagem: É o ponto de descarga próprio ou natural destinado à retirada do condensado de uma tubulação ou de um equipamento de vapor. 1.4.16 Vapor Saturado: É o que chamamos simplesmente vapor. É o vapor gerado em contato com a água (Vapor dentro da caldeira e também dentro da chaleira). 1.4.17 Vapor saturado seco: É o vapor na temperatura da água fervendo que não contém partículas de água. É a qualidade ideal do vapor, mas que não se encontra na prática. 1.4.18 Vapor Super Aquecido: É o vapor saturado da caldeira ao qual se adicionou calor extra por mais e um equipamento chamado “super aquecedor”. É o vapor seco e sua temperatura é maior que a temperatura do vapor saturado à mesma Legenda
  • 10. 10 pressão. Este vapor é ideal para utilização em turbinas de geração de energia elétrica. 1.4.19 Revestimento Isolante: Material isolante para recobrimento de superfícies da tubulação ou do equipamento, para reduzir as perdas de calor (pode ser lã de vidro, lã de rocha ou silicato de cálcio – Será estudado em seguida). 1.4.20 Calor Latente: É o calor que produz modificação do estado físico da água sem produzir uma modificação na temperatura (vapor cede o calor latente e desta forma condensa). 1.4.21 Calor Sensível: É o calor que provoca a variação da temperatura, é o calor que foi acrescido à água da chaleira pela chama até que esta chegue ao ponto de ebulição. Vejamos uma ilustração que melhora o entendimento. 1.4.22 Calor específico (c): O calor específico de uma substância é a quantidade de calor necessária para elevar em 1º C a temperatura de 1 kg dessa substência. O calor específico é uma caracteristica de cada substância. Vejamos um exemplo: C kcal/kg.º 0,03 Cobre C kcal/kg.º 0,09 Chumbo C kcal/kg.º 0,32 Madeira C kcal/kg.º 0,12 Aço C kcal/kg.º 0,45 Vapor C kcal/kg.º 0,49 Gelo C kcal/kg.º 1,00 Água = = = = = = = C) (º obtida a temperatur de Variação t C) (kcal/kg.º específico Calor c (kg) resfriar ou aquecer à Massa m (kcal) cedido ou absorvido calor Q t . c . m Q = = = = = ∆ ∆ Calor Latente Calor Sensível Calor Sensível Calor Latente TF= Temperatura fusão; TE= Temperatura de ebulição Pontos (A, B, C, D, E, F) = Marcação do início e fim de processos (mudanças de fase)
  • 11. 11 1.4.23 Espaço de Vapor: Denomina-se assim todo e qualquer espaço de equipamentos e tubulações que trabalham com vapor (região da chaleira acima da água). 1.4.24 Processos: Toda e qualquer fabricação que usa vapor. O transporte do vapor na tubulação também e chamado de processo. 1.4.25 Estados físicos da água: Tanto as nuvens quanto os oceanos e os pólos são formados por água, só que apresentada de diferentes formas. À água pode ser encontrada sob várias formas, como, por exemplo, na forma de nuvens, de oceanos e de geleiras. À estas diferentes formas que a água pode adquirir chamamos de estados físicos. Os estados físicos da água são três: o sólido, o líquido e o gasoso. 2 VAPOR 2.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS É o nome que se dá a fase gasosa em contato com a fase líquida,vejamos algumas características do vapor. • A água existe em abundância na natureza; • Grande calor latente de vaporização (a temperatura constante); • O vapor é pouco corrosivo; • O vapor não é inflamável nem explosivo; • Não é tóxico; • Forma eficiente de transporte de energia; • Fácil de produzir e controlar.
  • 12. 12 2.2 O USO DO VAPOR DE ÁGUA 2.2.1 Histórico Registros históricos indicam que algumas propriedades do vapor de água já eram conhecidas e utilizadas por volta de 150 a.C. Nessa época, Nero de Alexandria escreveu, no seu tratado “Pneumática”, instrumentos de seus predecessores e contemporâneos, bem como seus próprios inventos, os quais utilizam as forças expansivas do vapor de água. Um destes inventos utiliza o vapor para fazer elevar a água acima do nível natural. E aqui, a observação extremamente importante que ele fez “que este potência pode ser usada para elevar pesos e o movimento de rotação pode ser obtido utilizando-se as forças de reação (princípio de ação e reação), porém apesar de sua colocação brilhante, não há notícias de qualquer aplicação comercial”. Vejamos uma ilustração da forma de bombear a água à um nível superior, utilizando o vapor. 2.2.2 A Importância do vapor de água como veículo Os combustíveis (fósseis ou nucleares), através da reação química de combustão, liberam grande quantidade de energia térmica que pode ser utilizada diretamente nesta forma ou ainda ser transformada em energia mecânica (trabalho), sendo necessário um meio onde esta energia térmica esteja contida a fim de realizarmos o seu devido aproveitamento. O vapor, é portanto, nada mais do que um veículo de transferência de energia térmica desde seu ponto de geração até seu ponto de utilização ou transformação. Uma das propriedades bastante importantes do vapor de água é o fato de que a quantidade de calor latente presente neste é consideravelmente maior do que seu calor sensível. Em geral o calor latente representa (dependendo da pressão do vapor) entre 70 a 80% do calor total do vapor. Durante o processo de vaporização a temperatura não se eleva enquanto recebe uma grande quantidade de calor (calor latente). Um quilo de vapor a pressão atmosférica contém 638,5 kcal de calor total, sendo 534,4 kcal de calor latente, estando do mesmo a uma temperatura de 99,1°C (conforme tabela visualizada no início da apostila).
  • 13. 13 2.2.3 Vapor para aquecimento e / ou processo 2.2.3.1 Uso direto Quando o vapor entra em contato direto com a substância a ser aquecida. Exemplos: • Aquecimento de água com injeção direta de vapor; • Lavagem de garrafas; • Curtimento de couro; • Esterilização; • Esterilização em auto-claves; • Engomagem de tecidos, etc. Devido ao contato do vapor com o produto é de se esperar que alguns resíduos do tratamento térmico da água da caldeira sejam incorporados aos produtos quando eles não estão envolvidos por uma proteção qualquer. O aquecimento de líquidos com injeção direta tem uma série de pontos favoráveis, dentre os quais podem ser destacados a simplicidade do sistema, seu baixo preço e a facilidade de manutenção. O
  • 14. 14 calor sensível do vapor é aproveitado no próprio sistema, além do calor latente, o que torna o processo bastante econômico. Com a injeção direta de vapor obtém-se uma agitação do produto, o que em muitos casos é altamente desejável. 2.2.3.2 Uso indireto do vapor Quando o vapor não entra em contato com o produto, estando separado por uma superfície. É empregado em processos onde deva receber grandes quantidades de calor a uma determinada temperatura e ou em processos que devam ser livres de contaminantes. Exemplos: • Passadeiras (calandras); • Aquecimento de ar (radiadores); • Cilindros secadores (industriais têxteis, de papel, química e petroquímicas); • Estufas especiais para madeira; • Cocção de alimentos (cozimento); • Autoclaves para entalados, pescado, etc. • Pasteurização do leite; • Vulcanização da borracha; • Fabricação de doces, geléias e massas (papelões industriais). 2.2.4 Vapor para potência (Realização de trabalho mecânico) A energia do vapor é utilizada para trabalho mecânico em equipamentos tais como turbinas a vapor na qual a energia térmica do vapor é transformada em energia cinética nos chamados bocais de expansão da turbina e esta energia, por sua vez, ao atuar, o vapor à alta velocidade sobre as palhetas da turbina.
  • 15. 15 Foto de uma turbina à vapor - Termelétrica As turbinas ditas de alta pressão que são as de maior tamanho que se constroem e de maior rendimento se alimentam com vapor superaquecido de alta pressão e temperatura, sendo utilizadas em centrais elétricas e na propulsão de navios. O vapor também é utilizado para realização de trabalho mecânico em máquinas alternativas como, por exemplo, locomotivas.
  • 16. 16 3 TABELA DE VAPOR SATURADO Para usar a tabela para saber qual a temperatura de vaporização e o volume específico do vapor dentro da caldeira, você deve fazer o seguinte: Leia a pressão no manômetro (pressão relativa), por exemplo, 21 kg/cm2 , procure na 1ª coluna (pressão relativa) esta pressão e em seguida leia os valores alinhados horizontamente para a direita. Para o caso anterior, teremos: Temperatura de vaporização 216,2 ºC, volume específico do vapor 0,0925 m3 /kg.
  • 18. 18 Toda a energia utilizada para a geração de vapor vem dos combustíveis, desta forma, abaixo segue uma tabela com a energia disponível em cada um deles. 4 TABELA DE PODER CALORÍFICO DOS COMBUSTÍVEIS (Kcal/Kg)
  • 19. 19 5 CALDEIRAS - CONSIDERAÇÕES GERAIS O homem primitivo, para retirar seu sustento da Natureza, utilizou de início, sua força muscular. Com o decorrer dos tempos, e para diminuir seu esforço, passou a substituir a força muscular pela utilização de animais. Sempre com o objetivo de obter maior produção com menor esforço, aperfeiçoou os meios que lhe proporcionavam subsistência e conforto. Descobre-se, assim, a utilização da energia como proporcionadora de maior quantidade de trabalho com menor tempo e como substituto do esforço físico. A energia utilizada inicialmente foi a produzida pelo vento (moinhos de vento), pela água (rodas dágua), pelo sol (secadores), pelo calor da terra. Posteriormente, utilizou-se a energia térmica, a elétrica e a força motriz. Recentemente, o homem passou a utilizar-se, também, da energia nuclear (atômica). Em 130 a.C., Heron de Alexandria criou a Eolípila, a forma mais rudimentar de turbina a vapor que provocou séculos mais tarde, uma verdadeira Revolução Industrial, com a invenção da máquina a vapor.
  • 20. 20 Abaixo pode ser vista a invenção de Heron. Utilizada em seus primeiros anos de vida, por Thomas Saveny no trabalho de extração de águas das minas, a nova máquina foi sendo aperfeiçoada passando a funcionar com cilindro e embolo a partir de 1705. Em 1763, James Watt estudando a nova máquina a vapor, chegou a outras conclusões e terminou por inventar o seu próprio tipo que corresponde, aproximadamente, à moderna máquina à vapor. Em 1782, Watt patenteou um novo modelo, máquina rotativa de ação dupla que permitiu o aproveitamento do vapor para impulsionar toda espécie de mecanismos. Caldeira Turbina Fonte de Calor
  • 21. 21 Depois de Watt, em torno de 1800, Richard Tvevithick e Oliver Evans, observando o fenômeno de alta pressão, aperfeiçoaram ainda mais a engenhosa máquina que logo teve uma aplicação proveitosa nas locomotivas rapidamente, na navegação, esta última, atribuída ao americano Robert Fulton que, depois de algumas experiências malogradas no SENA, conseguiu cruzar o Rio Hudson, dando início à navegação comercial. Mais tarde, aparece, no capítulo das máquinas a vapor, a turbina, transformada, sete anos depois, em unidade condensadora que veio a ser usada pelas usinas elétricas. Atualmente, graças a todos os aperfeiçoamentos e a intensificação da produção industrial, a caldeira ocupa um lugar muito importante, pois gera o vapor indispensável a muitas atividades, não só para movimentar máquinas, mas também para limpeza (esterilização), aquecimento, e participação direta nos processos produtivos. Além da indústria, outras empresas, utilizam cada vez mais o vapor gerado pelas caldeiras, como por exemplo: restaurantes, hotéis, hospitais e frigoríficos. Caldeira é um trocador de calor que, trabalhando com pressão superior à pressão atmosférica, produz vapor, a partir de energia térmica fornecida por uma fonte qualquer. É constituída por diversos equipamentos integrados, para permitir a obtenção do maior rendimento térmico possível e maior segurança. Esta definição abrange todos os tipos de caldeiras, sejam as que vaporizam água, mercúrio ou outros fluidos e que utilizam qualquer tipo de energia, inclusive a elétrica. Quase sempre, a fonte produtiva de calor é um combustível especificamente utilizado com esta finalidade, mas podem ser aproveitados, também, entre outros calores residuais de processos industriais, escape de motores Diesel ou de turbinas a gás. Neste caso, o equipamento é chamado “Caldeira de Recuperação”. Algumas vezes, o fluido permanece no estado líquido, apenas com temperatura elevada para ser aproveitado nos processos de aquecimento (calefação), formando, deste modo, a linha de caldeiras de água quente. A produção de vapor pode ser conseguida, também, pela absorção da energia térmica desprendida pela fissão do urânio. O material contido neste trabalho, se refere, principalmente, às caldeiras que produzem vapor d’água, a partir de combustíveis sólidos ou líquidos.
  • 22. 22 Para produzir o vapor d’água, é necessário que haja a combustão na caldeira. Quanto mais alta a viscosidade do combustível, mais difícil será a sua nebulização, ou seja, mais difícil será a sua divisão em gotículas. O pré-aquecimento do óleo combustível é fundamental para atingir os limites adequados de viscosidade necessários para uma boa pulverização. Tendo em vista a variação de viscosidade do óleo combustível, a temperatura de aquecimento não é fixa, devendo ser ajustada quando necessário. É importante salientar que esta temperatura não deve aproximar-se do ponto de fulgor do óleo combustível. 5.1 TIPOS DE CALDEIRAS Existem diversas formas para se classificar as caldeiras. Por exemplo, elas podem ser classificadas sob os seguintes aspectos: 5.1.1 1.1 Quanto à Localização Água (Vapor) – Gases de Combustão 5.1.1.1 Flamotubulares Verticais Horizontais Fornalhas corrugadas Fornalhas Lisas Traseira Seca Traseira Molhada Obs.: Todos os tipos acima com 1, 2 ou 3 passes. 5.1.1.2 Aquatubulares Tubos retos Tubos curvos Lâmina, cortina ou parede de água. 5.1.1.3 Mistas 5.1.2 Quanto à Energia Empregada para o Aquecimento 5.1.2.1 Combustíveis Sólidos Líquidos
  • 23. 23 Gases 5.1.2.2 Elétricas Jatos - de - água Eletrodos submersos Resistências 5.1.2.3 Caldeiras de recuperação Gases de outros processos Produção de soda ou licor negro 5.1.2.4 Nuclear 5.1.3 Quanto à Montagem 5.1.3.1 Caldeiras pré-montadas (compactas) Obs.: peça única de pequeno porte 5.1.3.2 Caldeiras montadas em campo 5.1.4 Quanto à Sustentação 5.1.4.1 Caldeiras auto-sustentáveis 5.1.4.2 Caldeiras suspensas 5.1.4.3 Sustentação mista 5.1.5 Quanto à Circulação de Água 5.1.5.1 A circulação natural 5.1.5.2 Circulação forçada 5.1.5.3 Combinada
  • 24. 24 5.1.6 Quanto Ao Sistema De Tiragem 5.1.6.1 Tiragem natural 5.1.6.2 Tiragem forçada 5.1.6.3 Tiragem balanceada ou induzida 5.1.7 Quanto a Pressão de Operação Categoria A: Pressão de operação é igual ou superior de 1960 Kpa (19,98 kgf/cm2 ); Categoria C: São aquelas cuja pressão de operação é igual ou inferior a 588 kPa (5,99 kgf/cm2 ) e o volume interno é igual ou inferior a 100 litros; Categoria B: São todas aquelas que não se enquadram nas categorias anteriores. Será abordado neste material, a classificação quanto à localização relativa água - gases e, à parte, as caldeiras elétricas: 6 CALDEIRAS FLAMOTUBULARES Este foi o primeiro tipo de caldeira construída. É também chamada de tubo-de- fogo, tubo-de-fumaça ou pirotubular, por causa dos gases quentes provenientes da combustão que circulam no interior dos tubos em um ou mais passes, ficando á água por fora dos mesmos. É o tipo de caldeira mais simples. Muito usada em locomotivas e navios, mesmo com o aparecimento de caldeiras mais modernas, este tipo ainda continua em uso. Posteriormente, com alguns aperfeiçoamentos, passou a chamar-se caldeira escocesa. Segundo o esquema, notamos que a caldeira tipo flamotubular não passa de um cilindro externo que contém água e um cilindro interno destinado à fornalha. Sua tiragem ou saída de gases é normal. A carcaça é construída de chapas que variam de
  • 25. 25 espessura de acordo com o porte da caldeira e a sua pressão pode variar entre 5 à 15 Kgf/cm². Sucessivos estudos visando o aperfeiçoamento das caldeiras revelaram que a temperatura oscilava entre 316° à 427° (graus Celsi us), que era perdida na chaminé. Resolveram aproveitar esta perda, a fim de reduzir o custo do combustível que, na época era o carvão mineral. O problema foi resolvido, aumentando a superfície de aquecimento da água colocando tubos em quantidade suficiente e forçando os gases quentes a passarem pelos tubos em passes, pela tiragem da chaminé. Com isso, o rendimento foi aumentando, embora esse tipo de caldeiras tivesse eficiência relativamente baixa em torno de 60 %. Podemos ainda classificar as caldeiras flamotubulares em: Horizontais e Verticais. Chaminé e válvula de abafamento Tubo saída do vapor Fornalha Nível de água Desenho Esquemático da primeira caldeira construída 6.1 CALDEIRAS HORIZONTAIS 6.1.1 Caldeira Cornuália Consta de um cilindro colocado internamente no sentido horizontal, ligando a fornalha até o local de saída dos gases. Seu funcionamento é simples, apresenta baixo rendimento e sua pressão não ultrapassa 10 kg/cm2 .
  • 26. 26 6.1.2 Caldeira Lancaster Sua construção é idêntica à Cornuália, podendo apresentar de dois a quatro tubos internos. A principal vantagem desta caldeira foi o aumento da área de troca térmica do calor com a água. Estes tipos de caldeiras são chamados de tubo-de-fogo-direto, porque os gases percorrem os tubos da caldeira uma única vez. Há caldeiras que apresentam Tubos-de-fogo e de retorno; os gases desprendidos durante a combustão na fornalha, circulam por tubos que os fazem retomar à fornalha. Outras caldeiras apresentam os dois tubos conjugados, o de aquecimento direto e o de retorno; sendo que os gases quentes circulam pelos tubos diretos e voltam pelos tubos de retorno. Os dois modelos descritos anteriormente serão apresentados na sequência. 6.1.3 Caldeiras Multitubulares de Fornalha Externa. O aquecimento é feito diretamente na base do cilindro e os gases retomam pelos tubos de fogo. A fornalha pode ser construída em alvenaria e ocupa quase toda a extensão do cilindro. Chaminé e válvula de abafamento Tubo saída do vapor Fornalha Nível de água Fornalha Cinzeiro Cinzeiro Gases Quentes da Fornalha
  • 27. 27 6.1.4 Caldeiras Escocesas Ou Compactas Este tipo de caldeira teve largo emprego na marinha, por ser construída de forma que todos os equipamentos colocados formam uma única peça. Seu diâmetro é bastante reduzido, sendo de fácil transporte e pode ser operada de imediato. Os gases produzidos na fornalha circulam várias vezes pela tubulação, sendo impulsionados por ventiladores. O combustível usado é unicamente óleo ou gás podendo seu rendimento atingir 83%. 6.1.5 Caldeiras para Locomotivas ou Locomóveis Também é do tipo multitubular. Sua característica principal é a fornalha que apresenta uma dupla parede em chapa, por onde circula a água. Quando o combustível é lenha ou carvão, possui na parte inferior um conjunto de grelhas que servem para manter a lenha em posição de queima e dar escoamento às cinzas. Estas são captadas em uma caixa colocada logo abaixo das grelhas, chamada de cinzeiro. Quando se trata de locomotiva, o cinzeiro, além de ser um dispositivo de segurança, é também um regulador de tiragem, tanto na locomoção parada como em marcha. O largo emprego deste tipo de caldeira se deve a facilidade de transferência de um local para outro, podendo ser acionada mecanicamente onde não houver energia elétrica.
  • 28. 28 6.2 CALDEIRAS VERTICAIS Este tipo de caldeira tem as mesmas características da caldeira horizontal multitubular. Os tubos são colocados verticalmente dentro do cilindro e a fornalha interna fica no corpo do cilindro. Existem tipos cuja fornalha é externa. Esta caldeira é usada em locais onde o espaço é reduzido e não requer grande quantidade de vapor, mas alta pressão. Os gases resultantes da queima na fornalha sobem pelos tubos e aquecem a água que se encontra por fora dos mesmos.
  • 29. 29
  • 30. 30 6.3 OUTROS EXEMPLOS DE CALDEIRAS FLAMOTUBULARES a) 2 Passes, traseira úmida, queimador à óleo ou gás. b) 2 Passes, traseira seca, queimador à óleo ou gás. c) 2 Passes, traseira seca, queimador à óleo ou gás e fornalha corrugada. d) 2 Passes, traseira seca, queimador para combustível sólido. e) 3 Passes, treseira seca, queimador à óleo ou gás. f) 3 Passes, treseira seca, queimador à óleo ou gás. a) b) c) d) e) f)
  • 31. 31 Vejamos agora algumas imagens deste tipo de caldeira. 7 CALDEIRAS AQUATUBULARES Quando descrevemos o processo evolutivo por que passaram as caldeiras, vimos que nas caldeiras de tubo de fogo primitivas, a superfície de aquecimento era muito pequena, tendo esta superfície aumentada à medida que se aumentaram o número de tubos. Por mais tubos que se colocassem dentro da caldeira, esta superfície ainda continuava pequena, causando alguns inconvenientes, tais como baixo rendimento, demora na produção de vapor etc. A crescente industrialização em todos os países e a criação de novos métodos industriais exigia caldeiras de maior rendimento, menor consumo, rápida produção de vapor, enfim se fazia necessário criar um novo tipo de caldeira.
  • 32. 32 Baseados nos princípios da termologia e nas experiências com tipos de caldeiras existentes na época, resolveram os fabricantes inverterem aquilo que era feito: trocaram os tubos de fogo por tubos de água, tendo assim, aumentado em muito, a superfície de aquecimento. A caldeira tubo-de-água é baseada no fato de que: "quando um líquido é aquecido as primeiras partículas aquecidas ficam mais leves e sobem, enquanto que as partículas frias que são mais pesadas descem, recebendo calor elas tornam a subir, formando assim, um movimento continuo, até que a água entre em ebulição. Há diferentes tipos de caldeiras tubos-de-água, a saber: • Caldeiras aquotubulares de tubos retos, podendo, os tambores estarem colocados no sentido longitudinal ou transversal; • Caldeiras aquotubulares de tubos curvos, que podem apresentar de um a mais de quatro tambores, no sentido longitudinal ou transversal; • Caldeiras aquotubulares de circulação positiva. 7.1 CALDEIRA AQUATUBULARES DE TUBOS RETOS Consiste em um feixe de tubos retos e paralelos que se interligam com o tambor de vapor, através de câmaras, conforme ilustra a figura. Pelos espaços existentes entre os tubos é que circulam os gases quentes.
  • 33. 33 Essas foram as primeiras caldeiras tubo-de-água que surgiram e tinham uma capacidade de produção de 3 à 30 toneladas-vapor/hora com pressões de até 45 kg/cm2 . Os projetos foram apresentados pelas firmas Badcok & Wilcox e a Steam Muller Corp. 7.2 CALDEIRAS AQUATUBULARES DE TUBOS RETOS E TAMBOR TRANSVERSAL. 7.3 CALDEIRAS AQUATUBULARES DE TUBOS CURVOS A principal característica deste tipo são os tubos curvos que se unem aos tambores por solda ou madrilamento, o que representa grande economia na fabricação
  • 34. 34 e facilidade de manutenção. Além de serem bastante práticas para limpar, possibilitam a grande quantidade de vapor. As primeiras caldeiras deste tipo foram idealizadas por Stirling. Apresentavam um número de tambores variados, e um grande volume de água. Na é apresentado um esquema desse tipo de caldeira, com três tambores superiores e um inferior, existindo modelos com dois tambores inferiores. Partindo desse modelo foram projetadas novas caldeiras. Com o objetivo de se aproveitar melhor o calor irradiado na fornalha, reduziu-se o número e o diâmetro dos tubos, e acresceu-se uma parede de água em volta da fornalha o que serviu como meio de proteção ao refratário da mesma. 7.4 CALDEIRA COM DOIS TAMBORES TRANSVERSAIS E PAREDE DE ÁGUA
  • 35. 35 7.5 CALDEIRA AQUATUBULAR DE TUBOS CURVOS E PAREDE DE ÁGUA 7.6 CALDEIRAS AQUATUBULARES COMPACTAS Quando falamos sobre a caldeira tubo-de-fogo compacta, vimos que este tipo de caldeira é muito usado em local de pequeno espaço e em instalações móveis, devido à facilidade de transporte. O mesmo ocorre com a caldeira aquotubular compacta que também apresenta estas vantagens e mais de poder entrar em funcionamento imediato. A capacidade média de uma caldeira deste tipo é de 30 toneladas de vapor por hora, porém existem aquelas que produzem até 3 vezes mais. Este tipo de caldeira também é muito utilizada como fornalha externa adapatada em caldeira anteriormente construída para funcionar com sistema de alimentação de combustível à óleo ou gás. Desta forma aumenta a produção de vapor e melhora a retomada de geração de vapor.
  • 36. 36 7.7 CALDEIRAS DE CIRCULAÇÃO POSITIVA A circulação de água nas caldeiras aquotubulares, ocorre por diferenças de densidade. Se a circulação for deficiente, poderá ocorrer um superaquecimento e consequentemente, haverá a ruptura dos tubos. As caldeiras em circulação positiva podem apresentar bombas externas, para forçar a circulação de água ou vapor, independente da circulação natural. A primeira caldeira deste tipo foi a de Fluxo Unidirecional ou “Caldeira de Benson”. Essa caldeira não possui tambor de vapor nem bomba de recirculação. Sua grande vantagem é a de ser a sua pressão ilimitada, assim como sua capacidade; porém exige muita perícia na operação. Existe também a caldeira Belser que é a mesma caldeira Benson acrescida do tambor de vapor, o qual coleta uma pequena parte da água evaporada para o aquecimento da água de entrada.
  • 37. 37 Vejamos o detalhe de uma caldeira aquatubular normalmente construída.
  • 39. 39 7.8 CALDEIRAS MANUAIS Todas as caldeiras aqui descritas podem ser operadas manualmente. Portanto, caldeiras manuais são aquelas que dependem da total vigilância do operador. Estas caldeiras encontram-se em decadência de uso. 7.9 CALDEIRAS SEMI-AUTOMÁTICAS Entendemos por caldeiras semi-automáticas aquelas que possuem alguns dispositivos manuais e outros automáticos. Geralmente, são caldeiras manuais antigas que passaram por algumas modificações, e recebera dispositivos automáticos. Portanto algumas operações são executadas manualmente pelo operador e outras automaticamente. Os dispositivos automáticos mais comumente encontrados nesse tipo de caldeira são os alimentadores de água e de óleo. 7.10 CALDEIRAS AUTOMÁTICAS Caldeiras automáticas são aquelas cujo trabalho do operador é mínimo, cabendo à ele apenas o controle e verificação dos dispositivos. Tudo na caldeira funciona
  • 40. 40 automaticamente: alimentação de combustível e água, controle de combustão, acendimento, etc. Imagem da tela do computador de uma caldeira automatizada Em certos casos, a automação total não é conveniente. É o caso de empresas que utilizam seus entulhos como combustíveis o que representa grande economia. Exemplo: usinas de açúcar que queimam o bagaço da cana. 8 CALDEIRAS ELÉTRICAS São basicamente constituídas, pelo casco ou tambor, contendo uma cuba interna e os eletrodos, um por fase. O casco é um vaso de pressão, cilíndrico vertical isolado termicamente e convenientemente aterrado. A cuba interna é isolada eletricamente por meio de porcelanas adequadas. A alimentação de energia elétrica é feita através de três eletrodos-suportes, sendo um por fase, dispostos a 120° e fixados com i soladores na parte superior do tambor. Na extremidade inferior dos eletrodos-suportes estão montados os eletrodos de contato, os quais ficam dentro da cuba imersos em água. A corrente elétrica passando através da água, no interior da cuba, provoca seu aquecimento e evaporização.
  • 41. 41 A água pura é considerada um mau condutor de CORRENTE ELÉTRICA, portanto, devem-se adicionar determinados sais à mesma para que se possa obter uma determinada CONDUTIVIDADE. Alguns fabricantes recomendam a adição cáustica ou fosfato tri sódico na água de alimentação (observe que esta adição deve der calculada e colocada após o tratamento químico da água de alimentação). A quantidade de vapor gerada (kg/h) depende diretamente dos seguintes parâmetros: • Condutividade da água; • Nível da água; • Distância entre os eletrodos. 8.1 TIPOS DE CALDEIRAS ELÉTRICAS a) Tipo Eletrodo Submerso (Baixa Tensão): geralmente destinados a trabalhar com pressões de vapor não muito elevadas (aproximadamente 15 kg/cm2 ). A figura abaixo mostra um dos possíveis esquemas, utilizando o sistema de eletrodos submersos. b) Tipo Jato de Água Alta Tensão (cascata): destinada a pressões de vapor elevadas em grandes quantidades de vapor. A água da parte inferior do vaso da caldeira é bombeada pela bomba de circulação para o bocal superior e flue por gravidade na forma de jatos até atingir o eletrodo criando um círculo para a corrente elétrica. A parte da água que não evaporou flue do eletrodo para o contra eletrodo, completando o círculo para a corrente elétrica. A regulagem da vazão de vapor é • Corpo da caldeira; • Eletrodos; • Câmara de vapor; • Bomba de circulação; • Bomba de alimentação; • Saída de vapor; • Eliminador de ar; • Válvula de segurança; • Descarga de fundo; • Controle de nível de água
  • 42. 42 efetuada por uma válvula, a qual determina a quantidade de água que atinge o bocal superior. Observe um dos possíveis esquemas na figura abaixo. c) Tipo Resistência: destinada, geralmente a pequenas produções de vapor. Na maioria das vezes são do tipo horizontal, utilizando resistências de imersão.
  • 43. 43 8.2 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DAS CALDEIRAS ELÉTRICAS • Não necessita de área para estocagem de combustível; • Ausência total de poluição (não há emissão de gases); • Baixo nível de ruído; • Modulação da produção de vapor de forma rápida e precisa; • Alto rendimento térmico (aproximadamente) 98,0%; • Melhora do fator de potência e fator de carga; • Área reduzida para a instalação de caldeira; • Necessidade de aterramento da caldeira de forma rigorosa; • Tratamento de água rigoroso. 9 PARTES DE UMA CALDEIRA Como vimos, as caldeiras podem ser flamotubulares, aquatubulares e caldeiras elétricas. Os componentes variam conforme o tipo de caldeira existente. É necessário levar em consideração, também, o tipo de combustível empregado, que pode ser: sólido, líquido ou gasoso. 10 FORNALHAS Local onde o combustível é transformado em energia térmica. Fator importante na fornalha é a formação de um recinto fechado e termicamente isolado do meio exterior. Pode ser tijolos refratários de boa qualidade, pois as temperaturas podem atingir até 1.600 ºC dependendo da fornalha. Por ocasião em que estão sendo instalados tijolos refratários novos (uma instalação nova ou uma substituição por necessidade de manutenção) recomenda-se que se aplique pouco calor nos primeiros dias e se vá aumentando, gradativamente, até os tijolos atingirem suas características de operação. Caso isto não seja observado e aplique-se um valor elevado, bruscamente, os tijolos refratários poderão vir a se danificarem. Outro aspecto de apresentação de refratários é em forma de pó refratário que, nesse caso, é aplicado sob a forma de argamassa ou concreto. Um bom refratário deve ter as seguintes características: 1. Alta refratariedade (baixa transmissão de calor) e alto ponto de fusão; 2. Alta refratariedade sob carga; 3. Resistência ao choque térmico; 4. A dilatação deverá ser quase nula.
  • 44. 44 Os componentes refratários podem variar conforme a sua aplicação e temperatura que terão de suportar. Os principais componentes são: óxido de sílica, óxido de alumínio, grafite, silício, etc. 10.1 FORNALHAS PARA QUEIMA DE COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS São as fornalhas com suporte e grelhas. As grelhas podem ser planas, inclinadas ou dispostas na forma de degraus. Estes tipos de fornalhas destinam-se à queima de lenha e seus derivados: carvão, sobras de produtos, bagaço de cana, casca de castanha, etc. Normalmente, para caldeiras de baixa produção, a alimentação é feita manualmente, embora possa ser mecanizada. Em caldeiras de alta produção, geralmente a alimentação de combustível é automatizada. A desvantagem que elas têm é de apresentarem abaixamento de temperatura na entrada do combustível, grande produção de resíduos. Quanto à fornalha para óleo combustível ou gás, existe muita variedade. • Um tipo para caldeira flamotubular, em que os gases quentes passam por dentro do cilindro. • Um outro tipo para caldeira aquatubular, em que a água circula pela junção dos tubos. A região externa da junção dos tubos é que configura a fornalha das caldeiras aquotubulares. 10.2 FORNALHAS PARA QUEIMA DE COMBUSTÍVEIS EM SUSPENSÃO São as usadas quando se queima óleo, gás ou combustíveis sólidos pulverizados. Para que ocorra uma combustão ideal, uma das condições é que o combustível passe para o estado gasoso. O elemento responsável pela queima do combustível é o maçarico ou combustor. Nesse caso, a fornalha é dividida em duas partes: fornalha propriamente dita (câmara de combustão) e o maçarico (combustor).
  • 45. 45 Como já se afirmou, nesse tipo de fornalha, o combustível tem que ser pulverizado para facilitar a combustão. 11 TUBOS Existem dois tipos de tubos: uma para caldeira flamotubular e outro para caldeira aquotubular (maior espessura), independente do tipo de combustível. 11.1 TUBOS DE GERAÇÃO DE VAPOR Tubos são os elementos que recebem a maior quantidade de calor da fornalha. Estes tubos têm a finalidade de transferir o calor dos gases quentes para a água. Em caldeiras flamotubulares, como foi visto, os gases passam por dentro dos tubos e a água permanece por fora.
  • 46. 46 Em caldeiras aquatubulares estes tubos possuem água em seu interior e formam as paredes de fornalha, recebendo calor diretamente dos gases de combustão. Têm, também, o papel de ligar o tubulão de vapor superior aos coletores ou depósitos de água inferiores. Completando a circulação de água em convenção natural no sentido descendente existem os tubos de retomo externamente a câmara de combustão. A água recebendo calor no feixe tubular torna-se mais leve, menos densa e tende a subir em corrente ascendente para o tubulão de vapor onde se vaporiza. 12 CORPOS CILÍNDRICOS (COSTADO, CASCO OU CARCAÇA) Apenas as caldeiras flamotubulares e as elétricas possuem corpo cilíndrico, que são diferentes entre si. Nas caldeiras flamotubulares os gases passam através dos tubos e a água que envolve estes tubos é comportada pelo corpo cilíndrico. Logo, podemos para melhor visualizar dizer que é um cilindro com água, atravessado pelos tubos. O nível de água neste cilindro nunca é superior a ¾ da capacidade do mesmo e nunca inferior a metade. As extremidades do casco podem ser diversos tipos: • Espelhos (com abertura, estaiados, não-estaiados); • Tampos planos; • Tampos abaulados (elíptico e hemisférico).
  • 47. 47 13 QUEIMADORES Para cada tipo de combustível existe um tipo de queimador, independente do tipo de caldeira (flamotubular e aquotubular). 13.1 QUEIMADOR DE ÓLEO Numa caldeira ou no caso geral de instalação para queima de óleo combustível, a função mais importante do sistema é exercida pelos chamados "queimadores ou combustores", os quais realizam a pulverização do óleo, projetando-o no interior da fornalha, finamente dividido em gotículas, cujos diâmetros variam, aproximadamente, de 30 a 50 mícrons. Dessa forma ocorre gaseificação rápida permitindo que a superfície de contato do combustível com o oxigênio do ar de combustão seja grandemente aumentada. A pulverização do combustível é obtida por meio de agente pulverizador (vapor). Os diversos tipos de queimadores existentes no mercado, podem ser classificados, quanto ao processo empregado na atomização, em duas classes: 1. Queimadores de pulverização com fluido auxiliar (ar ou vapor). 2. Queimadores de pulverização mecânica. 13.1.1 Queimadores de pulverização com fluido auxiliar 13.1.1.1 Queimador de pulverização a ar de baixa pressão Este tipo de queimador é encontrado em fornos industriais e algumas caldeiras antigas. O ar passa pelo bico do queimador através de uma série de palhetas que lhe dão um movimento rotativo. Devido á forma cônica do bico do queimador, a velocidade
  • 48. 48 do ar é aumentada sem que se modifique o seu movimento espiral. O efeito de tubilhonamento obtido faz com que o óleo combustível admitido, já parcialmente aquecido, seja inteiramente misturado com o ar facilitando a combustão. 13.1.1.2 Queimadores rotativos (baixa pressão e ar) Representa modificações do sistema de pulverização à ar a baixa pressão. Consistem, essencialmente, de um copo de forma tronco-cônica, que gira a altas rotações dentro de um invólucro fixo, dotado de palhetas de formato cônico e que produz no ar uma rotação no sentido oposto ao movimento do copo. Ao ser admitido o óleo dentro do copo cônico, a força centrífuga faz com que ele, abandonando o copo refratário, se espalhe e, desta forma, as gotículas de óleo são projetadas pela corrente de ar. O turbilhonamento resultante se traduzirá numa alta pulverização de óleo, e o ar com ele misturado causará sua combustão imediata. 13.1.1.3 Queimador de pulverização a ar de alta pressão Neste tipo de queimador a pressão do ar é superior a 1 Bar. O ar primário para estes queimadores é produzido por compressores. Quanto maior a pressão de ar primário, menor a quantidade na porcentagem total de ar necessário. Assim, completam-se com ar secundário, facilitando o controle da combustão. Este tipo de queimador também trabalha eficientemente com vapor. 13.1.1.4 Queimador de pulverização a vapor Este tipo de queimador é indicado para caldeiras que possuem vapor para este fim. O consumo de vapor utilizado para a pulverização está entre 0,15 a 0,4 kg de vapor por quilo de óleo pulverizado. O processo de atomização a vapor é semelhante ao utilizado com ar comprimido, ou seja, o vapor passa através de um estreitamento, arrastando consigo o combustível em pequenas gotículas.
  • 49. 49 13.1.2 Queimador de pulverização mecânica Este tipo de queimador, também denominado de jato-pressão, é normalmente, empregado em instalações de grande porte nas quais predomina o fator econômico e em instalações marítimas, devido não só ao menor consumo de energia, como, principalmente, devido á economia da água. A pulverização do óleo combustível é produzida pela passagem de óleo sob alta pressão através de um orifício (bomba óleo). A pressão do óleo varia normalmente de 4,0 à 9,0 Bar, mas pode atingir valores bem maiores e é produzida por uma bomba. 13.1.3 Queimadores a gás Estes queimadores são equipamentos que, em um sistema de combustão, têm as seguintes funções: • Fornecer o gás combustível e o comburente à câmara de combustão, fixando adequadamente o posicionamento da chama. • Misturar convenientemente o gás combustível e o comburente. • Proporcionar os meios necessários para manter uma ignição contínua da mistura gás combustível/ar (evitando a extinção de chama). Obs.: É necessária uma adaptação do sistema de queima normal a óleo, para queima de gás natural (ou outro) com a utilização obrigatória dos seguintes equipamentos: • Reguladores de Vazão; • Válvula Solenóide;
  • 50. 50 • Pressostatos e válvulas reguladoras; • Manômetros especiais para gases; • Lança de queima principal para melhor homogeneização; • Materiais para instalação elétrica, tubos e conecções. 14 TAMBOR E TUBULÃO DE LAMA 14.1 TAMBOR DE VAPOR (TUBULAÇÃO SUPERIOR) Existem dois tipos, e apenas, para as caldeiras aquatubulares, com e sem sistema de filtragem. O tambor de vapor é o local onde o vapor se separa da água. Vejamos em detalhe como é o funcionamento do mesmo. Tubulão de vapor com sistema de filtragem
  • 51. 51 Tubulão de vapor sem o sistema de filtragem 14.2 TUBULAÇÃO DE LAMA (TUBULAÇÃO INFERIOR) Existe um tipo e apenas para as caldeiras aquatubulares. Recebe este nome (lama) porque é o local onde há deposição dos sólidos. Tubulão Superior (Vapor) Tubulão Inferior (Lama)
  • 52. 52 14.3 CHAMINÉ Chaminé é uma parte importante da caldeira. Ela ajuda na tiragem (saída de gases da combustão) devido à diferença de pressão atmosférica que existe entre a sua base e o seu topo, provocada pela diferença de temperatura dos gases de combustão. Pode ser constituída de chapas de aço ou alvenaria de tijolo comum, porém em qualquer um dos casos, sua construção deve ser rigorosamente projetada e executada, levando-se em conta a quantidade de gases que deverá passar pela mesma, a velocidade destes gases, a temperatura (tanto na base como no topo) e a pressão atmosférica local. Também deve ser observado, que não haja qualquer fenda que possibilite uma entrada falsa de ar. A tiragem chama-se forçada, quando é promovida por ventiladores ou exaustores. 15 ACESSÓRIOS E DISPOSITIVOS DE CALDEIRAS 15.1 DISPOSITIVOS DE ALIMENTAÇÃO 15.1.1 Alimentação de água 15.1.1.1 Equipamentos para alimentação de água nas caldeiras Estes equipamentos desempenham um importante papel nas caldeiras, pois mantém o nível de água para que a caldeira possa atender à demanda de vapor. Devem ser muito bem controlados para repor exatamente a quantidade de água que foi evaporada, e manter o regime permanente de geração, de forma segura para os operadores e equipamentos. Os equipamentos para a alimentação de água podem variar seus modelos e suas capacidades, de acordo com a capacidade da caldeira, porém os principais são:
  • 53. 53 15.1.1.2 Injetores São equipamentos para a alimentação de água usados em pequenas caldeiras de comando manual e também foram muito empregados em locomotivas a vapor. Seu princípio, simples, baseia-se no uso do próprio vapor de caldeira ou de ar comprimido que é injetado dento do aparelho, onde existem os cônicos divergentes e as válvulas de retenção, de controle, e de sobrecarga. Quando o ar ou vapor passa pelos cônicos divergentes, forma vácuo, faz com que a válvula de admissão seja aberta e arrasta por sucção a água do reservatório para dentro da caldeira. Se a água entrar em excesso, sai através da válvula de sobrecarga. Injetor de água: 15.1.1.3 Bomba centrífuga de água E um equipamento importante para o funcionamento da caldeira, visto que fornece a água de alimentação. É um equipamento que deve ter uma pressão superior a pressão de trabalho da caldeira para que possa introduzir água no sistema. Na sua instalação hidráulica é dotada de válvulas de retenção evitando o retorno do líquido de trabalho, bem como a entrada de ar no circuito de aspiração. Este tipo de bomba é dotado de vários rotores, para proporcionar maior pressão (múltiplos estágios). 15.1.1.4 Bombas alternativas Esse equipamento também é encontrado em vários modelos e tamanhos. As bombas alternativas podem aproveitar diferentes fontes de energia para o seu acionamento. Podem ser movidas por intermédio de turbinas a vapor, conjunto de
  • 54. 54 êmbolos, motor elétrico ou, ainda, nas locomotivas a vapor aproveita o movimento das rodas. A grande vantagem deste tipo de bomba é a economia de força, porém apresenta desvantagem de que sua capacidade é limitada a uma vazão mínima de 50.000 litros por hora e tem grande facilidade de arrastar, junto com água, grandes quantidades do óleo lubrificante que é empregado no sistema. Sua construção é bastante simples, constando de uma câmara, duas válvulas de retenção e um êmbolo. A água é admitida e eliminada da câmara pelo movimento alternativo do embolo. As bomba alternativas são vulgarmente chamadas de bomba de “pistão” e aquelas que usam conjunto de êmbolos para seu acionamento são chamadas de “burro” ou “burrinho d'água”. 15.1.2 Bomba de dosagem de produtos químicos A dosagem de produtos químicos para o tratamento de água da caldeira é efetuada por uma bomba especial, a qual possui como caracteristicas principais a vazão controlada e alta pressão de descarga, estas bombas são chamadas de bombas dosadoras. Na maioria dos casos estas bombas funcionam através de diafragmas ou pistões. Vejamos algumas delas. 15.1.3 Alimentação de ar da queima O ar frio, tendo atravessando o pré-aquecedor graças ao insuflamento pelo ventilador aquece e projeta-se na fornalha, onde reage com o combustível, assegurando a sua contínua queima.
  • 55. 55 Os gases de combustão com elevada temperatura, por efeito da tiragem do sistema, circulam através de todas as partes da caldeira, tomando contato com as superfícies de absorção de calor, até atingir a chaminé e serem eliminados para a atmosfera. Neste trajeto, a maior parte do conteúdo térmico dos gases da combustão é transferida para a água. Pré-aquecedor de ar? Sistema ciclone separador de fuligem? Exaustor de fumaça? Alimentação de ar para fornalha? 15.2 SISTEMA DE PROCESSAMENTO E ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTÍVEL O sistema de processamento e alimentação de combustível para a caldeira é configurado conforme o tipo de combustível à queimar, sendo que, este combustível pode ser: Cavaco de madeira, Biomassa, Serragem, Madeira bruta e óleo para caldeira. Vejamos cada um destes sistemas e o que cada um contempla de acessórios.
  • 56. 56 15.2.1 Sistema de alimentação de cavaco e biomassa para queima O sistema de alimentação de cavaco e biomassa como combustível para caldeira contempla as seguintes etapas: • Picador; • Gradeamento e separação do cavaco; • Depósito de cavaco; • Transporte do cavaco para a caldeira; • Dosagem do cavaco na caldeira; 15.2.1.1 Picador O picador faz o trabalho da redução da madeira bruta em tamanhos menores, o que facilita a queima dentro da fornalha e melhora o rendimento térmico da caldeira. 15.2.1.2 Gradeamento e separação do cavaco O gradeamento serve para a classificação do cavaco por granolumetria, isto facilita e homogeniza a queima dentro da caldeira, pois os cavacos maiores voltam para o picador e os menores são incorporados sob certas dosagens na esteira de cavaco que vai para a caldeira.
  • 57. 57 15.2.1.3 Depósito de cavaco e biomassa Local destinado à acomodação do cavaco devidamente picado ou a biomassa, neste depósito o material fica aguardando o transporte para a caldeira. 15.2.1.4 Transporte do cavaco para a caldeira O transporte do cavaco para a caldeira pode ser feito por vários métodos, o qual pode citar: • Elevador de rosca (helicóide); • Transportador por correia; • Transportador de caneca / caçamba.
  • 58. 58 15.2.1.5 Dosagem do cavaco na caldeira A dosagem do cavaco na caldeira é realizada pelas válvulas rotativas, também chamadas de eclusas, as quais pelo seu principio de funcionamento, faz a separação do depósito para a esteira ou rosca transportadora, desta forma a mesma permite a variação de material depositado na rosca / esteira.
  • 59. 59 15.2.2 Alimentação de combustível alternativo (biomassa) e serragem A biomassa é um produto que atualmente está sendo amplamente utilizada como combustível em caldeiras para geração de vapor à alta pressão. O nome biomassa, se deve ao fato deste tipo de matéria prima estar na superfíie terrestre, entre estes resíduos, podemos citar; Resíduos agrícolas (palhas, bagaços diversos); podas dos pomares; resíduos florestais; restos das indústrias da madeira e culturas energéticas (girassol) entre outras matérias. A forma de alimentação da biomassa e da serragem na caldeira segue praticamente o mesmo modo da alimentação de cavaco, desta forma, não será abordado novamente. 15.2.3 Alimentação de madeira bruta O procedimento de alimentação de madeira bruta na caldeira envolve máquinas especiais, como esteiras transportadoras robustas e especialmente desenvolvidas para este fim, como podemos ver na imagem abaixo. 15.2.4 Alimentação de óleo combustível A alimentação de óleo combustível envolve uma série de dispositivos auxiliares para o bom funcionamento do sistema. O óleo combustível chega até as empresas através de caminhões, onde o óleo é descarregado através de bombas de engrenagem e depositado em tanques apropriados e devidamente aquecidos, para manter o óleo no estado líquido.
  • 60. 60 Após este procedimento o óleo é transferido para um tanque intermediário, onde, onde a bomba de alimentação de óleo da caldeira bombeia o óleo para a caldeira conforme o consumo da mesma. 15.3 MEDIDORES DE VAZÃO 15.3.1 Medidores de vazão para líquidos 15.3.1.1 Medidores de vazão para líquidos (médias e baixas vazões) Este tipo de medidor de vazão é bastante utilizado para medição de fluídos para sistemas específicos, onde as vazões são pequenas ou médias, como por exemplo, alimentação de máquinas, caldeiras e etc. Vejamos algumas imágens.
  • 61. 61 15.3.1.2 Medidores de vazão para gases Este tipo de medidor de vazão é muito utilizado para medição de vazão em sistemas de geração de vapor, como tubulações de saída de caldeiras. Geralmente são do tipo placa de orifício, onde é instalado uma placa com furação calibrada e mede-se a variação de pressão de um lado para o outro da placa, sendo esta variação de pressão transformada em vazão. 15.4 BOMBA DE ÓLEO A bomba, em uma caldeira à óleo, desempenha uma função muito importante, pois é ela que envia o combustível para o queimador e mantém a caldeira em funcionamento, desta forrma é importante ter sempre uma bomba reserva em paralelo à bomba de serviço, para que em caso e manutenção, a caldeira não pare de funcionar.
  • 62. 62 15.5 VISOR DE NÍVEL (PARA INSPEÇÃO DO OPERADOR) Consiste em um tubo de vidro colocado no tambor de vapor e que terá a finalidade de dar ao operador a noção exata da posição do nível de água da caldeira. Na maioria das caldeiras o nível de água é exatamente no centro do tubo de vidro. Existem, porém, caldeiras que não seguem esta regra cabendo ao operador certificar- se do quanto corresponde a marca de nível dos indicadores. Manter o nível de água na caldeira é um importantíssimo papel do operador que terá que dispensar-lhe uma especial atenção. Antes de se iniciar a operação da caldeira deve ser feita uma drenagem no nível, afim de que se eliminem algumas impurezas que por ventura tenham-se localizado no nível ou nas conexões do mesmo. Nas caldeiras manuais, o nível é importantíssimo porque dará ao operador uma noção exata de quando a água deverá ser introduzida na caldeira. 15.6 SISTEMA DE CONTROLE DE NÍVEL 15.6.1 Regulador de nível com bóia Poderão ser constituídos de várias formas mas os principais constam de uma câmara que é ligada ao tambor de vapor e uma bóia que por sua vez está ligada a uma chave que comanda o circuito elétrico da bomba de alimentação de água. Quando o nível de água na caldeira é normal a bóia mantém os contatos da chave abertos. Caindo o nível além do normal, a bóia, por gravidade, desce fazendo com que os contatos fechem o circuito elétrico da bomba. Quando a água novamente, atingir o nível normal de bomba é desligada. Pode ainda, existir uma chave adicional que desligará o maçarico, caso a água abaixe em demasia.
  • 63. 63 15.6.2 Regulador de nível com eletrodos Este sistema consiste em aproveitar a condutividade elétrica da água, através de três eletrodos que podem ser de aço inoxidável e tamanho diferentes correspondendo, cada tamanho, a um nível de água (central, máximo e mínimo). Este dispositivo é montado na parte superior da garrafa de nível, e os eletrodos estão ligados a um relé de nível de água que, através de seus contatos, comandará a bomba de alimentação de água. Vejamos como funciona:
  • 64. 64 15.7 INDICADORES DE PRESSÃO 15.7.1 Manômetro Aparelho com o qual se mede a pressão de gases e outros fluídos. É muito utilizado na indústria, entre outros fins, para verificar a pressão das caldeiras e de vasos de pressão. O conhecimento desta pressão é obrigatório, não só sob o ponto de vista de segurança, como também, para a operação econômica e segura da caldeira. 15.7.1.1 TIPOS DE MANÔMETROS Atualmente, empregam-se dois tipos de manômetros: com mola e tubular. 15.7.1.2 Manômetro com mola Chamado também de manômetro de Bourdon, baseia-se na tendência a endireitar-se, que experimenta um tubo de bronze curvado, de seção elíptica, quando é aplicada, em seu interior, uma pressão superior à atmosfera. Geralmente o tubo se curva em arco de circunferência. Ao atuar a pressão no interior do tubo, sua extremidade livre descreve um pequeno movimento, que é ampliado mediante um sistema de alavancas que atuam sobre o setor dentado, fazendo girar a agulha indicadora.
  • 65. 65 15.7.1.3 Manômetro tubular Desenvolvido por Schüffer e Budemerg, o manômetro tubular baseia-se na elasticidade produzida sobre urna lâmina ondulada que suporta, por um lado a pressão atmosférica e, pelo outro, a pressão da caldeira. Ao variar pressão da caldeira, muda a deformação da placa e, em conseqüência, a indicação fornecida pelo aparelho. A escala de um manômetro pode ser graduada em quilograma força por centímetro quadrado (kgf/cm2 ) ou em atmosferas (atm) ou em libras força por polegada quadrada (lbf/pol2 ou psi), ou ainda em qualquer outra unidade de pressão. 15.8 DISPOSITIVOS DE SEGURANÇA 15.8.1 VÁLVULAS DE SEGURANÇA Sua função é de promover o escape do excesso de vapor, caso a pressão máxima de trabalho permitida da caldeira venha ser ultrapassada, e os outros dispositivos de segurança venham a falhar. Quando uma caldeira possuir duas válvulas de segurança, uma delas deverá abrir com 5% acima da pressão máxima de trabalho permitida e a outra com 10% acima da pressão máxima permitida. Para garantir um perfeito funcionamento da válvula de segurança, deve-se observar o seguinte:
  • 66. 66 • Todas as válvulas de segurança deverão ser experimentadas uma vez ao dia, acionando-se a alavanca de teste manual. • Promover a inspeção das sedes das válvulas pelo menos uma vez por ano. • Fazer periodicamente um teste de funcionamento da válvula. Isto se faz colocando um manômetro aferido na caldeira e, em seguida, fechando todas as saídas de vapor até que a válvula comece a funcionar. Para a aferição da válvula devem ser observadas as porcentagens acima indicadas, e também se deve observar que durante o teste a pressão máxima da caldeira não deve ultrapassar 10% da pressão máxima permitida. As válvulas de contrapeso são as mais simples, porém não atendem os requisitos da NR-13. Sua vedação nem sempre impede vazamentos contínuos. As válvulas de mola predominam nos dias de hoje. Há dois tipos de válvulas de mola: 1. de baixo curso; 2. de alto curso. No primeiro tipo, a pressão do vapor atuando sobre a área do disco de vedação, abre totalmente a válvula. No segundo tipo, a ação da pressão abre parcialmente a válvula. O vapor escapando, projeta-se sobre um disco provido de anel de regulagem que provoca a mudança de direção do fluido. A força de reação do vapor completa a abertura da válvula. Estas válvulas são muito mais perfeitas, abrindo e fechando instantaneamente. Os fabricantes fornecem estas válvulas nas dimensões adequadas, desde que as forneçam a vazão e pressão do vapor. As válvulas de segurança exigem cuidados especiais desde a sua instalação. Na instalação deve-se: • Evitar choques; • Acertar o prumo (velocidade da válvula); • Evitar alterar a regulagem original do fabricante Na operação: • Não permitir acréscimos de peso na válvula; • Testar diariamente seu funcionamento; • Eliminar vazamentos contínuos. As válvulas de segurança evitam, portanto, a continua elevação da pressão no gerador de vapor. Válvulas de segurança corretamente devem: 1) Abrir totalmente à uma pressão definida, evitando o desprendimento de vapor antecipadamente.
  • 67. 67 2) Permanecer aberta enquanto não houver queda de pressão, ou seja, retorno da pressão para as condições de trabalho do gerador. 3) Fechar instantaneamente e com perfeita vedação logo após a queda de pressão. 4) Permanecer perfeitamente vedada para pressões inferiores à sua regulagem. Para assegurar esta performance, as válvulas de segurança devem ser fabricada, sob controle de qualidade, instaladas corretamente e ser submetidas a sistemáticas inspeções e mantidas em condições de funcionamento perfeito. Podemos encontrar, basicamente, dois tipos de válvulas de segurança: a) de contrapeso; b) de mola.
  • 68. 68 15.9 ACOPLAMENTOS PARA MOTORES E BOMBAS Os acoplamentos são necessários para garantir o perfeito funcionamento de equipamentos rotativos, tais como bombas e motores, o acoplamento permite pequenos desalinhamentos, em função do tipo construtivo, ou seja, para cada tipo de acoplamento há um desalinhamento permissível. Quando uma bomba ou redutor para de funcionar, o acoplamento pode ser uma das possíveis peças que tiverm problema, basta visualizar para perceber se houve a quebra ou não. Vejamos alguns tipos de acoplamentos. 15.10 DISPOSITIVOS DE CONTROLE Estes dispositivos são projetados para garantir que a caldeira funcione em perfeita segurança. 15.10.1 PRESSOSTATOS 15.10.1.1 Pressostatos de controle de máxima pressão da caldeira Tem a finalidade de controlar a pressão interna da caldeira por meio de um comando para os queimadores. É constituído de um fole metálico (ou de um diafragma) que comanda uma chave elétrica por meio de um dispositivo de regulagem de pressão. À medida que diminui a pressão dentro da caldeira o fole (ou diafragma) se contrai, fechando o circuito elétrico, dando partida ao queimador. Quando a pressão for restabelecida o fole (ou diafragma) se dilatará e fará a abertura dos contatos interrompendo o funcionamento dos queimadores. Nas caldeiras semi-automáticas a chave interrompe o circuito travado, impedindo que seja reacendido manualmente, até que seja atingida a pressão de operação.
  • 69. 69 15.11 COMPONENTES DA TUBULAÇÃO As válvulas redutoras são empregadas quando se deseja reduzir a pressão à jusante da tubulação. Seu funcionamento é comandado por uma válvula piloto e válvula principal. Tanto válvula piloto corno válvula principal são ajustadas por meio de molas e tensão regulável de acordo com a pressão desejada.
  • 70. 70 De acordo com a precisão exigida, são instaladas válvulas redutoras de pressão de ação direta, ou de ação por válvulas piloto. Mais recomendadas, as de ação por válvulas piloto admitem grandes variações de pressão e vazão de vapor, adaptando-se, razoavelmente bem, às condições locais de escoamento. 15.12 VÁLVULAS • Válvula principal de saída de vapor; • Válvula de segurança; • Válvula de alimentação; • Válvula de retenção; • Válvula de descarga lenta; • Válvula de descarga rápida; • Válvula de vapor de serviço; • Válvula para escape de ar; • Válvula para a introdução de produtos químicos; • Válvula para descarga contínua • Válvula de alívio. 15.12.1 Válvula principal de saída de vapor Permite a vazão de todo o vapor produzido pela caldeira. Na maior parte das aplicações são válvulas do tipo globo, por assegurarem controle perfeito do bloqueio (estanqueidade). Também podem ser válvulas de esfera, pois garantem a vazão completa de vapor pela válvula, com um mínimo de perda de carga, ou ainda as válvulas de gaveta.
  • 71. 71 15.12.2 Válvulas de alimentação Destinam-se a permitir ou interromper o suprimento de água no gerador de vapor. São do tipo, globo com passagem reta. 15.12.3 Válvulas de retenção Geralmente a válvula de alimentação permanece totalmente aberta. As válvulas de retenção, colocadas logo após as válvulas de bloqueio e impedem o retorno da água sob pressão do interior da caldeira.
  • 72. 72 15.12.4 Válvulas de descarga Também conhecidas como válvulas de dreno, permitem a purga da caldeira. Estão sempre ligadas as partes mais inferiores das caldeiras. O lodo do material sólido em suspensão, geralmente acumulado no fundo dos coletores ou também inferiores das caldeiras é projetado violentamente para fora da unidade, quando se abrem estas válvulas. Há dois tipos de válvulas de descarga que se instalam em série: 1- Válvula de descarga lenta, cuja função principal é assegurar a perfeita vedação do sistema. E uma válvula de passagem reta do tipo globo. 2- Válvula de descarga rápida, que abre a secção plena instantaneamente, assegurando a vazão da água com violência capaz de arrastar os depósitos internos. As dimensões destas válvulas são padronizadas em 1.1/2”, 2” até 2.1/2”. As descargas intermitentes, geralmente são projetadas no esgoto industrial. 15.12.5 Válvula de vapor de serviço É uma válvula do tipo globo, cuja secção corresponde a 10% da válvula principal. Sua função é assegurar o suprimento de vapor para acionamento de órgão da própria caldeira, como: • bombas de alimentação;
  • 73. 73 • aquecimento de óleo; • injetores. 15.12.6 Válvula de escape de ar Outra válvula do tipo globo que controla a saída e entrada de ar na caldeira no início e final de operação. Apresenta dimensões entre ¾” e 1". Também conhecida como válvula suspiro. Instalada sobre a caldeira, no ponto mais alto da mesma. 15.12.7 Válvula de introdução de produtos químicos e de descarga contínua São ambas do tipo globo agulha de fina regulagem. A primeira emprega-se quando se procede ao tratamento interno de água da caldeira, permitindo a vazão regulada de produtos químicos. A segunda assegura a descarga contínua da caldeira, a fim de manter a concentração de sólidos totais em solução na água, abaixo dos limites máximos permitidos para evitar incrustações.
  • 74. 74 15.12.8 Válvula de alívio É uma válvula instalada na parte superior do pré-aquecedor de óleo, para evitar que o óleo combustível atinja pressões superiores aos níveis adequados no mesmo. 15.12.9 Flanges e vedações para vapor As tubulações de vapor, em geral, não são fabricadas inteiramente soldadas, em determinados pontos, sempre há um flange acoplado à uma válvula ou dispositivo e eventualmente, nesta junção, é necessário vedar para evitar os vazamentos. Esta vedação é feita com a utilização de juntas especiais para vapor à alta pressão e temperatura, onde estas vedações geralmente são recortadas apartir de um material maior. Para válvulas e eixos rotativos usamos as gaxetas, onde esta tem aparência de uma corda, geralmente no formato quadrado revestida com grafite ou teflon. Vejamos os flanges e as vedações. É importante a montagem correta e com todos os parafusos nos flanges, pois a força exercida pelo vapor tende à separar os dois flanges, esta força pode ser calculada da seguinte forma, vejamos um exemplo para uma tubulação de 6” (15,24 cm) à uma pressão de 12 kgf/cm2 . kgf 2188,97 F 4 24 , 15 . . kgf/cm 12 F : temos 4 .d A : é área a como , A . P F 2 2 2 = ⇒         = = = π π
  • 75. 75 15.13 TUBULAÇÕES EM GERAL (REDES) 15.13.1 Rede geral de alimentação de água Esta rede se inicia no fornecedor de água para a caldeira. Pode ser uma caixa d’água ou uma ligação direta na rede de abastecimento da água geral da indústria. Para a conexão desta rede, podemos usar conexões de PVC, em função da pressão (PVC marron – 4 kgf/cm2 ) e por trabalhar com temperatura ambiente.
  • 76. 76 15.13.2 Rede de drenagem Esta é uma rede que sai da parte mais baixa da caldeira e vai terminar fora casa da caldeira. Próximo da caldeira a rede tem uma válvula de bloqueio comum. A rede produz uma mistura de água e vapor que deve ser drenada para um local protegido, onde não possa agir sobre alguma pessoa causando queimaduras. O objetivo é drenar a caldeira, isto é, eliminar restos, sujeiras e compostos de corrosão que se acumulam dentro dela. Esta rede, normalmente, é acionada manualmente e convém estar protegida (isolada termicamente ou mecânicamente – Grade). 15.13.3 Rede de vapor O vapor é um fluido pouco corrosivo, para o qual os diversos materiais podem ser empregados, até a sua temperatura limite de resistência mecânica aceitável. Os limites de temperatura estão fixados, principalmente em função da resistência à fluência dos diversos materiais. Os tubos de aço (de qualquer tipo) são ligados com solda, para formar a rede. Para pressões muito altas de vapor (acima de 40 kg/cm2 , por exemplo), convém que sejam adotados limites de temperatura mais baixa devido as solicitações mecânicas no material. Em qualquer tubulações para vapor, é muito importante a perfeita e completa drenagem do condensado formado, por meio de purgadores. A auxiliar à drenagem é feita, algumas vezes, a instalação dos tubos com um pequeno caimento constante na direção do fluxo, principalmente em linhas de vapor saturado, onde é maior a formação condensado. Tem-se por norma colocar, também, eliminadores de ar nos pontos altos das tubulações. Todas as tubulações de vapor devem ter isolamento térmico. 15.13.4 Coletor distribuidor de vapor Abaixo podemor ver um coletor / distribuidor de vapor, este deve ser instalado após a caldeira, pois é nele que a pressão do vapor pode ser equalizada, caso tenha duas ou mais caldeiras instaladas na mesma rede, bem como é no coletor que uma parte do condensado é separado do vapor. Este também é um equipamento que deve ser bem isolado para minimizar a fuga de calor.
  • 77. 77 15.14 PURGADORES São dispositivos automáticos que servem para eliminar o condensado formado nas linhas de vapor e nos aparelhos de aquecimento, sem deixar escapar vapor. Os bons purgadores, além de remover o condensado, eliminam, também, o ar e outros gases incondensáveis, (CO2, O2 e ar atmosférico por exemplo), que possam estar presentes. 15.14.1 APLICAÇÃO Os purgadores são importantes e de emprego mais comum em tubulação industrial, como segue: - Para eliminação do condensado formado nas tubulações de vapor em geral. - Para reter o vapor nos aparelhos de aquecimento por vapor (purgadores de calor, serpentinas de aquecimento, autoclaves, estufas etc) deixando sair, apenas, o condensado. Os purgadores para ar comprimido são instalados em linhas de ar para remover o condensado (água). CLASSIFICAÇÃO São classificados em três grupos: 1º, Grupo: Tipos mecânicos (agem por diferença de densidade) - Purgador de bóia (muito usado) - Purgador de panela invertida - Purgador de panela aberta 2º, Grupo: -Termostáticos - Purgadores de expansão balanceada (fole) 3º. Grupo: - Purgador termodinâmico (muito usado) - Purgador de ar (ventoso)
  • 78. 78 Será estudado somente os mais usados na indústria, devida à sua grande aplicação e por ser encontrado em qualquer instalação industrial. 15.14.2 PURGADOR DE BÓIA Funciona com um orifício de saída de água sempre abaixo do nível mínimo, havendo excesso de água ou condensado, o nível levanta e a bóia flutua, abrindo a saída pelo orifício. A bóia se estabiliza numa posição em que a água que está entrando (com vapor) é igual à água que está saindo. Esse tipo não deixa passar os gases existentes no sistema. O ar que nele entra não consegue sair, porém, a descarga é contínua. 15.14.3 PURGADOR TERMODINÂMICO Usado para retirar água condensada principalmente em tubulações e redes de vapor, assim como a eliminação do condensado em separadores de condensado. Neles, é indispensável a instalação de um filtro de vapor, pois são muito sensíveis e detritos e impurezas. Descarregam com o condensado, automaticamente, todo o ar ou gases não condensáveis que se encontram nos aparelhos que forem instalados. Servem para qualquer pressão entre 1 kg a 25 kg/cm2 e seu tamanho é reduzido, se comparado com os demais. Possuem um disco que trabalha dentro de uma câmara, abrindo ou fechando simultaneamente as passagens que dão para a entrada do vapor e para saída de condensado.
  • 79. 79 15.15 FILTROS: Filtros são dispositivos necessários às instalações industriais para reterem particulados que podem danificar dispositivos, como válvulas e purgadores, sendo classificados conforme a sua aplicação, podendo ser: • Filtros de Ferro Fundido, flangeados ou roscados; • Filtros de bronze. 15.15.1 FILTROS DE FERRO FUNDIDO FLANGEADOS OU ROSCADOS: -Condições de Trabalho • Vapor - pressão máxima 17,6 barg (250 psig) à 230°C. • Água - pressão máxima 28,0 barg (400 psig) à 400°C. -Telas Os filtros são fornecidos com a tela em chapa perfurada ∅0,08, ∅0,05, 1,2 ou 3,2 mm.
  • 80. 80 Também poderão ser fornecidos com tela de chapa perfurada ∅2 mm revestida com malha de 60, 80, 100 ou 200 mesh. 15.15.2 FILTROS Y EM BRONZE ROSCADOS 15.15.2.1 Filtros Y Em Bronze Roscados: Normalmente utilizados em redes de água e ar comprimido, assim como vapor em baixa pressão. -Condições de Trabalho • Vapor - pressão máxima de 14 kg/cm2 à 260°C. • Água fria - pressão máxima de 24 kg/cm2 (s/ choque) -Telas As características das telas seguem as mesmas especificações dos filtros em ferro fundido com relação à malha -Conexões • Podem ser fornecidos com as conexões roscadas BSPT ou NPT. -Bujão para Limpeza • Poderão ser fornecidos com ou sem bujão para limpeza. Bujão de dreno do filtro Corpo do filtro Tela do filtro
  • 81. 81 15.16 SEPARADORES DE UMIDADE 15.16.1 SEPARADORES DE UMIDADE VERTICAIS 15.16.1.1 Descrição do Produto Os separadores de umidade removem a umidade existente em linha de vapor e ar comprimido. Recomenda-se sua aplicação a montante (antes) de válvulas de controle (evitando-se a erosão da sede por gotículas de água em suspensão) ou em equipamentos que necessitam de vapor seco, como esterilizadores, e linha de ar comprimido, pois o separador garantirá uma ótima retenção das gotículas de água e óleo. 15.16.1.2 Condições de Trabalho Pressão máxima de 16,0 bar à temperatura de 120°C. Pressão máxima de 14,0 bar à temperatura do vapor saturado. Teste Hidrostático a 24 bar. 15.16.1.3 Conexões Podem ser fornecidos com as conexões roscadas BSPT, NPT ou flangeadas. 15.16.1.4 Materiais São fornecidos com corpo e tampa em ferro fundido nodular. 15.16.1.5 Como Pedir Ao fazer o pedido de um separador de umidade indique o modelo e o diâmetro. Exemplo: l Separador de Umidade Vertical SPV ∅1". 15.16.1.6 Instalação Deve ser instalado com a seta do corpo do separador coincidindo com o sentido do fluxo.
  • 82. 82 15.16.2 SEPARADORES DE UMIDADE EM CHAPA FLANGEADOS 15.16.2.1 Conexões Podem ser fornecidos com as conexões flangeadas #150, #300 e #600 mm 15.16.3 SEPARADORES DE UMIDADE HORIZONTAIS 15.16.3.1 Condições De Trabalho Pressão máxima de operação: 10 barg. Temperatura máxima de operação: 184 °C Teste Hidrostático: 24 barg. 15.16.3.2 Conexões Podem ser fornecidos com as conexões flangeadas. Dreno: rosca BSPT
  • 83. 83 15.16.3.3 Instalação Deve ser instalado com a seta do corpo do Separador coincidindo com o sentido do fluxo. 15.16.4 OUTROS TIPOS DE SEPARADORES DE UMIDADE Separadores de umidade centrífugos. Este tipo de separador ainda não é tão comum em instalações de vapor devido ao seu custo de aquisição, porém em instalações de ar comprimido seu uso está se tornando mais intenso. 15.17 VISOR DE FLUXO 15.17.1 VISORES DE FLUXO DE JANELA SIMPLES E DE JANELA DUPLA 15.17.1.1 Descrição do Produto Os visores de fluxo são instalados em linhas de vapor, líquidos à jusante (antes) de purgadores, neste caso quando estes descarregam o condensado para uma linha de retomo comum, os visores proporcionam uma avaliação individual do funcionamento dos purgadores. Podem ser fornecidos com janela simples (VZ) ou dupla (VZD).
  • 84. 84 15.17.1.2 Condições de Trabalho Pressão máxima de 3,5 barg (50 psig) 'a temperatura de vapor (137°C). Pressão máxima de 7,0 barg (100 psig) à temperatura ambiente (máx. 40°C). 15.17.1.3 Conexões Podem ser fornecidos com as conexões rosqueadas BSPT (BS 21) ou NPT (ANSI – BI.20.1). 15.18 JUNTAS DE DILATAÇÃO 15.18.1 DILATAÇÃO As tubulações sendo instaladas, a frio, irão evidentemente expandir-se, sempre que aquecidas. A expansão média de um tubo padrão é de aproximadamente 1,25 mm/°C x 100 m de temperatura diferencial (T1-T0). Parece-nos que seria loucura, após projetar toda uma instalação de vapor com inclinações, pontos de drenagem, etc., corretos colocarmos tudo a perder devidos as distorções causadas pela expansão descontrolada da tubulação. Assim, alguns cuidados precisam ser tomados, a fim de assegurarmos que a tubulação permaneça dentro do alinhamento desejado, estando fria ao aquecida. Na maioria das instalações, onde predominam as tubulações curtas de pequeno diâmetro e cheias de curvas existirá movimento suficiente, nas mudanças de direção para permitir a transmissão. No entanto, nas instalações de maior diâmetro, mais extensas, com menos curvas, consequentemente mais rígidas, precisamos enfrentar o problema da expansão. Muitas vezes isso é feito provocando-se tensões nas tubulações quando as mesmas estão frias, porém é muito mais comum a aplicação de alguns acessórios para absorver a expansão como a seguir. 15.18.2 CONTORNO É simplesmente uma volta completa da tubulação que deve ser instalada, de preferência no plano horizontal, tendo a entrada pela parte superior, e a saída pela parte inferior para evitar em ambos os casos, o acúmulo de condensado ou a formação de bolsas montante.
  • 85. 85 VISTA SUPERIOR O contorno, com alguns outros tipos, produz uma força contrária à expansão da tubulação, no entanto, como a existência de pressão dentro do mesmo, tenderá a abrir- se causando tensões adicionais às flanges e conexões. 15.18.3 LIRA OU FERRADURA ou “u” Sempre que haja espaço suficiente, esse tipo é largamente aplicado, como no caso anterior, é recomendável que seja instalado no plano horizontal, isto é, no mesmo plano da tubulação, para evitar o acúmulo de condensado à montante. Nesse caso a pressão interna não tende a abri-lo, haverá tendência pequena para a deformação, que não deverá causar problemas nos flanges. Sempre que for instalado na vertical, devemos prever pontos de drenagem. Como regra prática, recomenda-se que o raio da lira seja de pelo menos 6 vezes o diâmetro da tubulação para vapor saturado. 15.18.4 JUNTAS São freqüentemente empregadas, porque ocupam um espaço muito pequeno, porém é absolutamente necessário que a tubulação esteja rigidamente ancorada e dirigida por suportes. Isso por que a pressão do vapor atuando sobre a área seccional da tubulação interna (deslizante) tenderá a força-lo em oposição à pressão exercida pela tubulação, expandindo-se. VISTA SUPERIOR
  • 86. 86 15.18.5 JUNTAS SANFONADAS Propriamente projetadas e aplicadas, as juntas de expansão sanfonadas, podem ser usadas não somente para absorver os movimentos axiais como também alguns movimentos laterais e angulares. Como as juntas anteriores a pressão tenderá a afastar suas dobras, assim, a ancoragem os suportes deverão ser projetados para suportar também essa pressão. Devido a esse tipo de problema as juntas sanfonadas são normalmente aplicadas paralelamente as curvas rígidas. (Fig 10). Dessa maneira, a curva em Z absorverá a expansão e as juntas atuarão praticamente como um flexível para evitar tensões indevidas nas conexões. 15.19 ANCORACEM A ancoragem das tubulações entre juntas de expansão é essencial para força-las a executar sua tarefa. Se as tubulações estiverem livres para executar quaisquer movimentos, nada haverá para forçar as juntas a se comprimirem / alongaren-se. Ao mesmo tempo em que a tubulação deve estar firmemente fixada para não permitir movimentos, em certos pontos, os movimentos longitudinais devem ser liberados, a fim de facilitar o deslocamento em função do aumento da temperatura (dilatação térmica), como pode ser visto nas imagens abaixo.
  • 87. 87 15.20 ISOLAMENTO TÉRMICO Trata-se da camada de revestimento que é montada ao redor das tubulações ou superfícies que deseja-se evitar a perda de calor. Como sabemos, o calor sai de uma superfície que está mais quente para uma superfície que está mais fria, desta forma como a temperatura do vapor dentro da tubulação é muito maior do que a temperatura externa, o calor é transferido deste para o ambiente. 15.20.1 Isolamento com lã de vidro Este tipo de isolamento está sendo aos poucos retirado de circulação no mercado, pois a lã de vidro é extremamente prejudicial à saúde e de difícil montagem devido ao pó e resíduo que a mesma forma. 15.20.2 Isolamento com lã de rocha É o método mais utilizado para isolamento de tubulações e superfícies, principalmente pela facilidade de instalação, caracterisiticas de isolamento, não poluente e de fácil manutenção. É construída apartir de rocha basáltica (rocha vulcânica) encontrada facilmente em todo o mundo e também de escória metalúrgica, que é um resíduo dos processos de obtenção do aço. Ancoragem
  • 88. 88 15.20.3 Isolamento com silicato de cálcio O silicato de cálcio produzido a partir de matérias-primas naturais como a cal virgem e a diatomite (sílica amorfa), reforçadas por fibras de celulose e vidro. totalmente isento de amianto, o silicato de cálcio também não apresenta sílica cristalina. O processo de produção passa pela moldagem, reação em autoclaves, secagem e acabamento. Pode ser utilizado em temperaturas de operação até 650ºC e é quimicamente inerte, podendo ser utilizado em contato com todos os tipos de aço, sem causar corrosão. O silicato de cálcio tem grandes vantagens em relação à lã de vidro e a lã de rocha em função da sua resistência mecânica ao esmagamento. Este material pode ser usado em locais onde frequentemente haverá circulação sobre as tubulações / superfícies isoladas, as quais não serão danificadas pela ato de “pisar” na superfície. 15.20.4 Espessuras de isolamento recomendadas (rock fibras) Abaixo segue uma tabela com as espessuras de isolamento recomendadas para cada temperatura e diâmetro de tubulação, considerando como isolamento térmico a lã de rocha.
  • 89. 89
  • 90. 90 16 ÁGUAS 16.1 HISTÓRICO A água foi considerada por Aristóteles como elemento químico até o fim do século XVIII. A partir dessa data Lavosier, através de seus estudos, levou em consideração a combustão do gás hidrogênio e notou a presença da formação de umidade. A partir desse momento Convemdish observou que a mistura hidrogênio com oxigênio em certas proporções desaparecem dando como produto a água. 16.2 PROPRIEDADES QUÍMICAS DA ÁGUA A água é formada pela junção de Hidrogênio e Oxigênio, na proporção: H2O – 2 Moléculas de Hidrogênio + 1 Molécula de Oxigênio = Água A água reage com os metais ferrosos, dando como produto dessa reação a formação de hidróxidos metálicos (ferrugem) mais hidrogênio. A água reage com alguns não metais (latão, cobre) somente quando são aquecidos ao rubro, dando como reação a oxidação não metálica mais hidrogênio. 16.3 PROPRIEDADES FÍSICAS DA ÁGUA A água é uma substância líquida à temperatura e pressão normal, transparente, inodora sem sabor (água destilada). Ponto de fusão = 0º C (congelamento) Ponto de Ebulição = 100º C (Evaporação) Densidade = 1000 kg/m³ 16.3.1 Condutividade da água A condutividade é a propriedade da água tornar-se um condutor de eletricidade, em tratando-se de situações normais (água pura), a mesma não é condutiva, quando esta está impura, com sólidos em suspensão ou modificada quimicamente para atender à potabilidade, a mesma torna-se condutiva. Analisando desta forma, concluímos que a água que bebemos, a água que corre nos rios e etc é condutiva, pois a água é considerada pura, somente a água que é destilada. O grau de condutividade da água é diretamente proporcional à quantidade de impurezas encontrada na água, ou seja, quanto mais “suja” a água, maior é o poder de ela conduzir eletricidade. 16.4 PURIFICAÇÃO DA ÁGUA A purificação da água é feita pelo processo físico chamado de destilação. Através deste processo obten-se a chamada água destilada que para todos os efeitos de ordem prática é considerada pura. Abaixo pode ser visto uma foto do destilador utilizado em laboratório, juntamente com o princípio de funcionamento do mesmo.
  • 91. 91 16.5 CONCEITO DAS IMPUREZAS ENCONTRADAS NA ÁGUA 16.5.1 Turbides É o termo aplicado à matéria suspensa de qualquer natureza (orgânica ou inorgânica), presente em certa quantidade de água. A turbides é encontrada em quase todas as águas de superfícies em valores de 2000 ppm (proporção por milhão), como exemplo de partículas em suspensão podemos encontrar a sílica (areia). Um exemplo de turbides pode ser observado na imagem abaixo. 16.5.2 Cor É o termo aplicado em determinadas águas com coloração diferenciada pela composição de matéria orgânica de origem animal ou vegetal (coloração verde, vermelha e etc). Podemos destinguí-las como água limpa e água com cor, como segue:
  • 92. 92 Obs.: A presença de cor em águas industriais é indesejável nas aplicações da industria, como por exemplo, nas fábricas de papel, por tingir as fibras da celulose e trazendo conseqüências indesejáveis de qualidade no produto final. Em aplicações de água para alimentação de caldeiras, a matéria orgânica carboniza-se provocando a formação de incrustações na tubulação da máquina, trazendo prejuízos no rendimento e no consumo de combustível do equipamento e ainda colocando em risco o seu funcionamento. 16.5.3 Ferro É a forma mais comum em que o ferro solúvel é encontrado nas águas. Nas águas subterrâneas também se encontra desta forma e quando entra em contato com o ar atmosférico reage com o oxigênio formando compostos sedimentares de coloração amarelo, marrom e avermelhado, conhecido como óxido férrico. 16.5.4 Dureza A dureza da água é proporcional ao conteúdo de sais de cálcio e magnésio presentes na água. No Brasil, a dureza de uma água pode variar de 5 à 500 ppm. Estas partículas de cálcio e magnésio quando aquecidas dentro de uma caldeira, aderem às paredes, formando películas de um material de coloração branca, que prejudica a geração de vapor e pode danificar seriamente o funcionamento da caldeira, bem como provocar danos mais sérios. Abaixo pode ser visto uma estrutura em contato com água, a qual possui elevada dureza. A mesma deixa grande resíduo de coloração branca depositada na superfíie.
  • 93. 93 16.5.5 Sílica É um constituinte de todas as águas naturais independentemente da fonte de água. Os valores de sílica encontrada estão na faixa de 3 à 5 ppm. A grande quantidade de sílica em águas industriais é prejudicial por provocar o fenômeno do arraste (abrasão nas tubulações). Podemos ver abaixo o depósito de sílica retirado na limpeza e inspeção interna de uma caldeira. 16.5.6 Gases diversos • Dióxido de carbono (CO2); • Oxigênio (O2); • Ácido sulfídrico (H2S); Ambos originados pela decomposição de matéria orgânica e o oxigênio é originado pelo contato da água com o ar atmosférico. 16.6 TRATAMENTOS PRIMÁRIOS PARA ÁGUAS São todos os processos físico químicos que é submetida a água para modificar sua qualidade, tornando-a com características que atendem as especificações para uma determinada aplicação industrial ou de potabilidade. Quanto ao uso de tratamentos primários, a água pode ser dividida como água potável ou água industrial. Vejamos o esquema básico de tratamento de água. 16.6.1 Tratamento externo de água São todos os processos de tratamento feitos ou desenvolvidos antes da água entrar na indústria. Vejamos as etapas deste processo.
  • 94. 94 16.6.1.1 Filtração No contexto do tratamento externo de água, o filtro é um leito de material granular que remove fisicamente (principio do coador de café) o material em suspensão na água que passa através dele. A única alteração na qualidade da água que a filtração resulta é a redução de sólidos em suspensão. Geralmente este sistema é instalado antes da clarificação, retirando materiais mais grosseiros, como folhas pequenos galhos e etc. Vejamos o desenho abaixo. 16.6.1.2 Clarificação É um processo usado para corrigir a turbides de águas superficiais, removendo sólidos em suspensão, sólidos finos que se apresentam como turbides e cor e também outros materiais em suspensão. O processo de clarificação passa por 03 etapas, as quais podem ser vistas na figura abaixo.
  • 95. 95 16.6.1.3 Coagulação É o processo que exige a adição e mistura rápida de um produto químico chamado de coagulante (a base de sulfato de alumínio) ou cloreto de alumínio. A reação química resultante neutraliza as cargas coloidais, de forma precipitado (depositando-se no fundo), chamados de flocos apresentam-se como PIM POINT muito pequenos, sendo estes retirados posteriormente por descarga de fundo. 16.6.1.4 Floculação Este processo consiste na reunião de vários flocos pequenos mediante a agitação suave, os quais formam partículas maiores com maior velocidade de decantação. A agitação deve ser cuidadosamente controlada para impedir a desintegração dos flocos frágeis. 16.6.1.5 Sedimentação Após o processo de floculação, a água passa para o processo de sedimentação, etapa final do processo de clarificação. À medida que os flocos agregados são decantados, a água clarificada eleva-se e pode ser então separada do sedimento que é removido em forma de lodo. O processo de clarificação admite equipamentos de muitos tipos, entretanto o modelo utilizado deve proporcionar o ambiente adequado para cada etapa. 16.6.1.6 Abrandamento com cal O abrandamento com cal à temperatura ambiente é considerado uma etapa além da clarificação porque produz o benefício adicional da redução dos sólidos totais dissolvidos, como bicarbonatos de cálcio e magnésio, principais responsáveis pela dureza da água. A maior finalidade do abrandamento é acelerar a clarificação da água. Outra finalidade importante do abrandamento com cal é eliminar o CO2 existente na água responsável pela grande maioria das corrosões internas das máquinas. A adição do cal também remove a alcalinidade magnesiana da água, a qual é responsável pela dureza da água. 16.6.1.7 Abrandamento com cal à quente É realizado com temperaturas acima de 100º C, é um processo reservado basicamente para águas de reposição de geradores de vapor (caldeiras). 16.6.1.8 Desmineralização Os sistemas para desmineralização da água são utilizados para reduzir condutividade, sílica, removendo os principais causadores de entupimentos em tubulações de alta pressão. O sistema normalmente é compostos por vários tanques ligados em série, onde a água passa de um tanque para outro, onde a mesma é “filtrada”.
  • 96. 96 16.6.1.9 Desaerador O processo de desaeração é necessário para a retirada de gases presentes nas águas industriais, estes gases causam grandes problemas de corrosão e acides interna nos equipamentos industriais. O desaerador ainda tem a função de pré-aquecer a água de alimentação da caldeira. Vejamos o esquema de funcionamento conforme figura abaixo. Entrada de água clorada Leito catiônico Leito aniônico Leito misto Saída para coletor de leito regenerante Água regenerada
  • 97. 97 16.6.1.10 Filtro de areia ou carvão O meio filtrante pode ser um leito simples de areia ou carvão chamado de antracito, um leito duplo de carvão sobre a areia ou um leito misto de carvão, areia e brita. Vejamos um esquema deste filtro, juntamente com as crepinas que fazem o isolamento da câmara da areia x saída da água.
  • 98. 98 16.6.1.11 Filtro de carvão ativado O carvão ativado granulado é ocasionalmente usado como meio filtrante, mas geralmente os leitos de carvão são precedidos de areia e servem como proteção para os leitos de troca iônica que os segue. Vejamos a imagem de um sistema de filtragem que usa carvão ativado. Legenda: 1 - Pré-filtragem (Dolomita – mineral de carbonato de cálcio e magnésio); 2 - Filtragem (Quartzo – mineral usado como elemento filtrante); 3 - Pré-purificação (Camada de carvão ativado); 4 - Camada de carvão ativado (carvão com granulometria menor que o anterior); 5 - Carvão ativado extrafino; 6 - Disco microtexturado (retentor de resíduos eventuais); 7 - Retrolavagem (sistema de limpeza interna).