1) O documento descreve os principais tipos e componentes de caldeiras, máquinas que geram vapor através da combustão ou aquecimento elétrico. 2) São descritos os componentes clássicos de caldeiras como fornalha, câmara de combustão, caldeira de vapor, superaquecedor e economizador. 3) Os principais tipos de caldeiras são divididos entre flamotubulares, aquotubulares e mistas, variando de acordo com a localização da água e gases dentro da caldeira.

1. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento - GTR.O
CALDEIRAS

2. CALDEIRAS
ÍNDICE
1. Considerações Gerais.........................................................................................................6
1.1. TERMOS LIGADOS AOS GERADORES DE VAPOR...............................................7
2. COMPONENTES CLÁSSICOS........................................................................................8
3. TIPOS DE CALDEIRAS.................................................................................................10
3.1 CALDEIRAS FLAMOTUBULARES...........................................................................12
3.1.1 CALDEIRAS HORIZONTAIS..................................................................................13
3.1.2 CALDEIRAS VERTICAIS........................................................................................18
3.2 Caldeiras Aquotubulares................................................................................................19
3.2.1 CALDEIRAS AQUOTUBULARES DE TUBOS RETOS........................................20
3.2.2 CALDEIRAS AQUOTUBULARES DE TUBOS CURVOS....................................22
3.2.3 CIRCULAÇÃO DA ÁGUA EM CALDEIRAS AQUOTUBULARES.....................25
3.2.4 CALDEIRAS DE CIRCULAÇÃO POSITIVA FORÇADA......................................26
3.3 CALDEIRAS ELÉTRICAS...........................................................................................28
3.3.1 TIPOS DE CALDEIRAS ELÉTRICAS.....................................................................29
4. FORNALHAS..................................................................................................................32
4.1 CLASSIFICAÇÃO DAS FORNALHAS......................................................................32
4.2 Fornalhas sob Suporte....................................................................................................33
4.2.1 Fornalha de Suporte Estático......................................................................................33
4.2.2 Fornalha de Suporte Movimentado.............................................................................40
4.3 Fornalha de Queima em Suspensão...............................................................................44
4.3.1 Queimadores de Combustíveis Líquidos.....................................................................44
4.3.2 QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS GASOSOS...............................................47
CALDEIRAS - 2

3. CALDEIRAS
4.3.3 QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS PULVERIZADOS.................48
5. ACESSÓRIOS E DISPOSITIVOS DE CALDEIRAS....................................................50
5.1 APARELHOS DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA.........................................................50
5.1.1 INJETORES................................................................................................................50
5.1.2 BOMBAS ALTERNATIVA.......................................................................................51
5.1.3 BOMBAS CENTRÍFUGAS.......................................................................................52
5.1.4 CONTROLE AUTOMÁTICO DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO............................52
5.1.4.1 APARELHO DE CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA LIGA-
DESLIGA.................................................................................................................53
5.1.4.2 APARELHOS DE CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA
MODULANTE.........................................................................................................54
5.2 ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTÍVEL.......................................................................59
5.2.1 CONTROLE AUTOMÁTICO DE COMBUSTÃO...................................................60
5.3 ALIMENTAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA.............................................................60
5.4 VISOR DE NÍVEL........................................................................................................61
5.5 MANÔMETROS...........................................................................................................62
5.6 DISPOSITIVOS DE SEGURANÇA.............................................................................64
5.6.1 VÁLVULAS DE SEGURANÇA...............................................................................64
5.6.2 PROTEÇÃO E CONTROLE DE CHAMA................................................................67
5.7 DISPOSITIVOS DE CONTROLE................................................................................68
5.7.1 PRESSOSTATOS.......................................................................................................68
5.7.2 CHAVE SEQÜÊNCIAL.............................................................................................69
5.7.3 VÁLVULAS E TUBULAÇÕES................................................................................69
5.7.4 OUTROS ACESSÓRIOS...........................................................................................74
5.7.4.1 PREAQUECEDOR DE AR.....................................................................................74
5.7.4.2 ECONOMIZADOR.................................................................................................76
CALDEIRAS - 3

4. CALDEIRAS
5.7.4.3 SUPERAQUECEDORES........................................................................................78
5.7.4.4 PURGADORES.......................................................................................................80
6. TIRAGEM........................................................................................................................81
6.1 TIRAGEM NATURAL.................................................................................................81
6.2 TIRAGEM FORÇADA E INDUZIDA.........................................................................81
6.3 TIRAGEM MISTA OU BALANCEADA.....................................................................82
6.4 CONTROLE DE TIRAGEM.........................................................................................83
6.5 CHAMINÉ.....................................................................................................................83
7. COMBUSTÃO E COMBUSTÍVEL................................................................................84
7.1 DEFINIÇÕES................................................................................................................84
7.2 CÁLCULO DO AR NECESSÁRIO À COMBUSTÃO - COMBUSTÍVEL
LÍQUIDOS................................................................................................................85
7.3 ESTEQUIOMETRIA DA COMBUSTÃO....................................................................87
7.4 CONTROLE DE AR EM EXCESSO E EM FALTA...................................................87
8. ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DAS CALDEIRAS.........................................................89
8.1 UNIDADES ADOTADAS............................................................................................89
8.2 ANÁLISE DA ÁGUA...................................................................................................90
8.3 TRATAMENTOS E APARELHAGENS......................................................................92
8.3.1 TRATAMENTOS EXTERNOS.................................................................................92
8.3.1.1 ABRANDAMENTO................................................................................................95
8.3.1.2 DESMINERALIZAÇÃO.........................................................................................96
8.3.1.3 DESGASEIFICAÇÃO.............................................................................................96
8.3.1.4 REMOÇÃO DA SÍLICA.......................................................................................100
8.3.2 TRATAMENTO INTERNO.....................................................................................100
8.4 CONSIDERAÇÕES FINAIS.......................................................................................100
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5. CALDEIRAS
10. BIBLIOGRAFIA..........................................................................................................102
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6. CALDEIRAS
1. CONSIDERAÇÕES GERAIS
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 no processo
produtivo, como matéria-prima.
Além da indústria, outras empresas, utilizam, cada vez mais vapor gerado pelas
caldeiras, como por exemplo: restaurantes, hotéis, hospitais, frigoríficos.
Caldeira é um trocador de calor que, trabalhando com pressão superior à pressão
atmosférica, produz vapor, a partir da 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 fluídos 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 turbinas a
gás. Neste caso, o equipamento é chamado "Caldeira de Recuperação".
Algumas vezes, o fluído 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.
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 preaquecimento 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 muito do ponto de fulgor do
óleo combustível.
CALDEIRAS - 6

7. CALDEIRAS
1.1. TERMOS LIGADOS AOS GERADORES DE VAPOR
• CAPACIDADE DO GERADOR DE VAPOR
É o quanto a caldeira produz de vapor, podendo ser representada por:
a) quilo de vapor ou tonelada de vapor por hora (kgv/h,.tv/h).
b) BHP - “boiler horse-power”, onde 1BHP ≅ 15,65 kg/h.
c) Quilo de vapor por metro quadrado (kgv/m2 )de superfície de aquecimento.
• SUPERFÍCIE DE AQUECIMENTO
É a área de tubulação (placa metálica) que recebe o calor dos gases quentes
responsável por vaporizar a água (m2).
• CALOR ÚTIL
É a parcela de calor produzida pelo combustível que se transferiu para a água
formando vapor.
• EFICIÊNCIA TÉRMICA
É a relação entre o calor útil e o conteúdo térmico total do combustível queimado.
.
m v ( hv s − hv e )
=
.
ηT m c ⋅ PCI
⋅ ⋅
m V ,m C = vazão em massa de vapor fornecido, vazão em massa de combustível
(kg/h).
hvs, hve = entalpia do vapor de saída, entrada (kJ/kg)
PCI = poder calorífico inferior do combustível queimado (kJ/kg).
CALDEIRAS - 7

8. CALDEIRAS
2. COMPONENTES CLÁSSICOS
Atualmente os geradores de vapor de grande porte são constituídos de uma
associação de componentes, de maneira a constituírem um aparelho complexo,
principalmente quando destinados a queima de combustível sólidos que incluem
superaquecedores, economizadores, préaquecedores de ar, captadores de fuligem,
extratores mecânicos de cinza, e outros. As unidades menores destinadas a gerar
vapor de calefação em pequenas e médias indústrias dispensam a quase totalidade
dos componentes citados anteriormente. Assim sendo, os componentes clássicos das
caldeiras são listados a seguir, com a ressalva que nem todos os componentes abaixo,
necessariamente, fazem parte de todos os geradores de vapor.
A. Cinzeiro
Lugar onde depositam as cinzas e ou eventualmente restos de combustíveis que
atravessam o suporte de queima sem completarem sua combustão.
B. Fornalha
Local onde se instala a início do processo de queima, seja para a queima de
combustíveis sólidos, líquidos ou gasosos.
C. Câmara de combustão
Volume onde se deve extinguir toda a matéria combustível antes dos produtos de
combustão atingirem e penetrarem no feixe de absorção do calor por convecção.
Esta câmara por vezes se confunde com a própria fornalha dela fazendo parte,
Outras vezes separa-se completamente. A câmara de combustão pode ser
constituída pela própria alvenaria refratária, ou revestida de tubos (parede de
água), ou integralmente irradiada.
D. Caldeira de vapor
Corresponde ao vaso fechado, à pressão, com tubos, contendo a água no seu
interior, que ao receber calor se transforma em vapor
E. Superaquecedor
Responsável pela elevação da temperatura do vapor saturado gerado na caldeira.
Todo o vapor ao passar por este aparelho se superaquece.
F. Economizador
Onde a temperatura da água de alimentação sofre elevação, aproveitando o calor
sensível residual dos gases da combustão, antes de serem eliminados pela
chaminé.
G. Aquecedor de ar
Também conhecido como pré-aquecedor de ar, cuja função é aquecer o ar de
combustão para a seguir introduzi-lo na fornalha, graças ao aproveitamento do
calor sensível dos gases da combustão.
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9. CALDEIRAS
H. Canais de gases
São trechos intermediários ou finais de circulação dos gases de combustão até a
chaminé. Estes canais podem ser de alvenaria ou de chapas de aço conforme a
temperatura dos gases que neles circulam.
I. Chaminé
É a parte que garante a circulação dos gases quentes da combustão através de todo
o sistema pelo chamado efeito de tiragem. Quando a tiragem, porém, é
promovida por ventilador exaustor, sua função se resume no dirigir os gases da
combustão para a atmosfera. Neste caso se diz que a tiragem é induzida. A
circulação dos gases também poderá ser assegurada por um ventilador soprador de
ar de combustão com pressão suficiente para vencer toda a perda de carga do
circuito. Neste exemplo, a tiragem se diz forçada.
Tomando por base a unidade mais complexa, a figura 2.1 permite identificar os
componentes clássicos e o princípio de funcionamento da instalação.
Princípio de funcionamento de uma unidade complexa com fornalha para queima de
lenhas em toras
Fig.2.1
CALDEIRAS - 9

10. CALDEIRAS
3. TIPOS DE CALDEIRAS
Existem diversas formas para se classificar as caldeiras. Por exemplo, elas podem ser
classificadas sob os seguintes aspectos:
• Quanto à Localização Água-Gases:
A) Flamotubulares
Verticais
Horizontais
Fornalhas corrugadas
Traseira seca
Traseira molhada
Observação: Todos os tipos acima com 1,2 ou 3 passes.
B) Aquotubulares
Tubos retos
Tubos curvos
Perfil A
Perfil D
Perfil O
Lâmina, cortina ou parede de água
C) Mistas
• Quanto à Energia Empregada para o Aquecimento:
A) Combustíveis
Sólidos
Líquidos
Gases
B) Elétricas
Jatos-de-água
Eletrodos submersos
Resistores
CALDEIRAS - 10

11. CALDEIRAS
C) Caldeiras de Recuperação
Gases de outros processos
Produção de soda ou licor negro
D) Nuclear
• Quanto à Montagem:
A) Caldeiras pré-montadas (compactas)
B) Caldeiras montadas em campo
• Quanto à Sustentação:
A) Caldeiras auto-sustentadas
B) Caldeiras suspensas
C) Sustentação mista
• Quanto à Circulação de Água:
A) Circulação natural
B) Circulação forçada
C) Combinada
• Quanto ao Sistema de Tiragem:
A) Tiragem natural
B) Tiragem forçada
C) Tiragem balanceada ou induzida
Aguardaremos, neste trabalho, a classificação quanto à localização relativa água-
gases e, à parte, as Caldeiras Elétricas:
CALDEIRAS - 11

12. CALDEIRAS
3.1 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 a 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 a 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
espessura de acordo com o porte da caldeira e a sua pressão pode variar entre 5 a 10
quilogramas-força por centímetro quadrado, sendo que as maiores unidades atingem
a produção de 6 tv/h, saturado e pressões não superiores a 17 kgf/cm 2. Maiores
produções e pressões determinam a utilização de caldeiras aquotubulares.
Sucessivos estudos visando ao aperfeiçoamento das caldeiras revelaram que a
temperatura oscilava entre 316 a 4270 (graus Celsius), 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, depois, pela tiragem na chaminé. Com isso, o rendimento foi
aumentado, embora esse tipo de caldeiras não tivesse eficiência superior a 60%.
Podemos, ainda classificar as caldeiras flamotubulares em: HORIZONTAIS E
VERTICAIS.
Fig.3.1
CALDEIRAS - 12

13. CALDEIRAS
3.1.1 CALDEIRAS HORIZONTAIS
A) Caldeira Cornuália:
Consta de um cilindro colocado inteiramente 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 (figura 3.1).
B) Caldeira Lancaster:
Sua construção é idêntica à Conuália, podendo apresentar de dois a quatro tubos
internos.(figura 3.2)
Caldeira Cornuália e tipos de caldeiras lancaster, corte transversal
Figura 3.2
Estes tipos de caldeiras são chamados de tubo-de-fogo-direto; porque os gases
percorrem os tubos da caldeira uma única vez.
Dentro ainda das caldeiras flamotubulares horizontais de fogo direto existem as
multitubulares, que contam com vários tubos internos conforme pode ser visto na
figura 3.3.
Há caldeiras que apresentam Tubos-de-fogo e de retorno; os gases desprendidos
durante a combustão na fornalha, circulam por tubos que os fazem retornar ao
lado da fornalha e em seguida para a chaminé.
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14. CALDEIRAS
Caldeira flamotubular horizontal - multitubular
Fig.3.3
C) Caldeiras Multitubulares de Fornalha Externa:
O aquecimento é feito diretamente na base do cilindro e os gases retornam pelos
tubos-de-fogo. A fornalha pode ser construída em alvenaria e ocupa quase a
extensão do cilindro (figura 3.4).
CALDEIRAS - 14

15. CALDEIRAS
Fig.3.4
D) Caldeiras 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,
chamadas de cinzeiro.
Quando se trata de locomotivas, o cinzeiro, além de ser um dispositivo de
segurança, é também, um regulador de tiragem, tanto na locomotiva parada como
em marcha. (Fig.3.5)
O largo emprego deste tipo de caldeira se deve à facilidade de transferência de um
local para outro, podendo ser acionada mecanicamente onde não houver energia
elétrica.
Fig.3.5
E) 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,
CALDEIRAS - 15

16. CALDEIRAS
podendo seu rendimento atingir a 83%. A figura 3.6 da um exemplo de caldeira
escocesas com 3 voltas de chama.
As caldeiras escocesas apresentam diversas disposições construtivas (figura 3.7)
contando com traseira molhada, traseira seca, dois e três passes, fornalha
corrugada, para aumentar a superfície de troca térmica, podendo ter queima de
óleo, gás ou combustível sólido.
Fig.3.6
CALDEIRAS - 16

17. CALDEIRAS
Fluxo de gás em caldeiras tipo escocesa
Fig. 3.7
CALDEIRAS - 17

18. CALDEIRAS
3.1.2 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.
Fig. 3.8
Podem ser de fornalha interna (figura 3.8) ou de fornalha externa. Geralmente as
fornalhas internas são envolvidas por uma câmara de água formada pelo
prolongamento do corpo cilíndrico, já as caldeiras verticais de fornalha externa são
aplicadas principalmente quando é usado combustível de baixo PCI (bagaço de cana,
casca de laranja, madeira, carvão, etc.)
CALDEIRAS - 18

19. CALDEIRAS
Atualmente a grande maioria das caldeiras flamotubulares em operação são
automáticas ou semi-automáticas embora se encontre ainda pequenas caldeiras
pirotubulares operando normalmente. Os dispositivos automáticos mais comumente
encontrados são os alimentadores de água e de óleo..
3.2 CALDEIRAS AQUOTUBULARES
Somente foi possível a obtenção de maiores produções de vapor, a pressões elevadas
e altas temperaturas com o aparecimento das caldeiras aquotubulares (tubos de
água). O fato dos tubulões estarem situados fora dos corpos das caldeiras, a eles se
unindo para constituírem um feixe tubular de água que compõe a parte principal de
absorção de calor, permite a obtenção de grandes superfícies de aquecimento. A
figura 3.9 representa uma seção transversal de feixe aquotubular unindo dois
tambores, no interior dos tubos circula a água e por fora os gases quentes através do
caminho formado pela alvenaria e chicanas internas.
Vapor
nível de água
tubulão de vapor
tubulão de lama
descarga
Circulação
de água em uma caldeira aquotubular
Fig.3.9
A água é vaporizada nos tubos que constituem a parede mais interna. Recebendo
calor primeiro, vaporiza e sobe até o tambor superior, dando lugar à nova quantidade
de água fria que será vaporizada e assim sucessivamente. Esse tipo de circulação de
água, provocada apenas pela diferença de peso específico entre a água ascendente e
descendente, é característica das chamadas caldeiras com circulação natural.
CALDEIRAS - 19

20. CALDEIRAS
A medida que a caldeira aquotubular aumenta sua capacidade, aumenta também seu
tamanho, quantidade de tubos e por conseqüência as perdas de cargas no circuito
hidráulico tornando a circulação por meio de bombas necessária, são as chamadas
caldeiras de circulação forçada.
A produção de vapor nestes tipos de caldeiras pode atingir capacidades de 600 até
750 tv/h com pressões de 150 a 200 kgt/cm 2, temperaturas de 450 - 500 oC existindo
unidades com pressões críticas (226 atm) e supercríticas (350 kgf/cm2).
A flexibilidade permitida pelo arranjo dos tubos que constituem os feixes ou parede
d’água possibilitam um vasta variedade de tipos construtivos conforme veremos na
classificação a seguir:
- 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.
3.2.1 CALDEIRAS AQUOTUBULARES DE TUBOS RETOS
Essas foram as primeiras caldeiras tubo-de-água que surgiram e tinham uma
capacidade de produção de 3 a 30 toneladas-vapor/hora com pressões de até 45
Kg/cm2. Os projetos foram apresentados pelas firmas Babcok & Wilcox e a Steam
Muller Corp.
Consiste em um feixe de tubos retos e paralelos que se interligam com o tambor de
vapor, através de câmaras, sendo que através dos espaços existentes entre os tubos
circulam os gases quentes. As figuras 3.10 e 3.11 são dois exemplos deste tipo de
gerador de vapor com tambor longitudinal e transversal respectivamente
CALDEIRAS - 20

21. Caldeira de tubos retos e tambor longitudional
Fig.3.10
Caldeira aquotubular de tubos retos e tambor transversal
Fig.3.11
A figura 3.12 apresenta uma das formas de fixação dos tubos mais usadas na
fabricação de caldeiras.

22. Feixe de tubos expandidos nas câmaras onduladas (coletores ondulados)
Fig.3.12
3.2.2 CALDEIRAS AQUOTUBULARES 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 e
facilidade na manutenção. Além de serem bastantes práticas para limpar,
possibilitam a produção de 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 figura 3.13
apresentamos um esquema desse tipo de caldeira, com três tambores superiores e
um inferior, existindo modelos com dois tambores inferiores.
Partindo deste 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, diminuição da caldeira, eliminação
total dos refratários de alta qualidade e vaporização mais rápida.

23. Fig.3.13
A figura 3.14 representa uma caldeira com dois tambores transversais e parede de
água, enquanto a figura 3.15 mostra uma caldeira com três tambores transversais.
Fig.3.14

24. Fig.3.15
Dentro da categoria de tubos curvos cabe analizar em separado, uma versão que
mantém grande projeção no mercado consumidor: a caldeira aquotubular compacta
de operação totalmente automatizada, conforme esquema da figura 3.16.
Corte de uma caldeira aquotubular compacta
Fig.3.16

25. Com produções até 100 toneladas de vapor por hora e obtenção de eficiência
térmica elevada (até 80%), estas unidades são oferecidas para pronto
funcionamento, dispensado a montagem no campo, fazendo apenas as interligações
e instalações elétricas-eletrônicas e hidráulicas.
Unidades não transportáveis num único pacote são fornecidas ou em blocos semi-
compactos ou em componentes unitários desmontados, de tal maneira que no local
de instalação estes componentes são unidos para completar a unidade.
3.2.3 CIRCULAÇÃO DA ÁGUA EM CALDEIRAS AQUOTUBULARES.
Os aços aplicados na construção das caldeiras expostas aos gases quentes precisam
ser continuamente resfriados por água ou mistura água-vapor para conservarem
suas qualidades de resistência, pois até a temperatura limite de 450ºC para os aços
carbonos comuns, 590ºC para os aços martensíticos e 650ºC para outras ligas
martensíticas, estes materiais conservam suas propriedades mecânicas.
Ultrapassando estes limites as propriedades destes materiais utilizados na
construção de caldeiras começam a diminuir sua resistência mecânica.
Assim sendo o resfriamento da superfície metálica que é submetida a tais
temperaturas é vital para a segurança do equipamento. Cabe, portanto, a água este
papel, seja no estado líquido, seja vapor, mediante uma circulação permanente,
controlada e orientada.
Numa unidade convencional a circulação da água se processa livremente, graças a
tendência natural provocada pela diferença de pesos específicos existentes entre a
água situada nas partes mais frias da caldeira e aquela contida nas zonas de alta
temperatura dos gases. A figura 3.17 apresenta quatro diferentes esquemas, cada
um esclarecendo como se processa a circulação natural da água no interior dos
tubos.
Sabe-se que a circulação natural da água fica mais comprometida a medida que a
pressão se eleva. Constata-se que o vapor a pressão de 35 kgf/cm2 pesa por
unidade de volume 45 vezes menos que a água; à 140 kgf/cm2 7,5 vezes menos e a
210 kgf/cm2 apenas 2,5 vezes. Dai concluí-se que a circulação controlada por
meios forçados é fundamental nas caldeiras e altíssimas pressões, normalmente
acima de 160 kgf/cm2.

26. Circulação Natural de água no interior dos tubos, diferentes concepções.
Fig.3.17
3.2.4 CALDEIRAS DE CIRCULAÇÃO POSITIVA FORÇADA
Há dois tipos de concepções que se destinguem pelo sistema de circulação, todas
utilizando como meio de circulação uma bomba centrífuga de construção especial,
para resistir às altas pressões de operação das unidades.
No 1º tipo, toda água introduzida na caldeira circula uma só vez, através do
economizador, caldeira e superaquecedor, transformando-se diretamente em vapor.
A bomba de alimentação injeta na caldeira exatamente a quantidade de vapor a
produzir.
No 2º tipo, além da bomba de alimentação existe outra destinada a recirculação da
água na caldeira.

27. As caldeiras de circulação positiva apresentam inúmeras vantagens como a
ausência de limite de pressão, e de capacidade, conhecendo-se exemplos com
pressões supercríticas. Além disso apresentam dimensões menores, aplicam tubos
de pequeno diâmetro (da ordem de 25 a 28mm), ausência de formação de depósitos
internos, geram vapor instantaneamente, exibem rendimentos altos e dispensam
grandes tambores. Em contrapartida exigem apurado controle da água de
alimentação e manutenção cuidadosa na bomba de circulação associado a
aperfeiçoados e sensíveis instrumentos de controle.
A primeira concepção de caldeira de circulação forçada foi dada por Benson, a qual
se caracteriza pela construção monotubular, através da qual circula a água
unidirecionalmente, desde a entrada até a saída, já no estado de vapor, conforme
esquema da figura 3.18
Fig.3.18
Existe também a caldeira Belser ou Sulzer, que é a mesma caldeira Benson
acrescida de um tambor separador intermediário entre a seção geradora de vapor e
o super aquecedor conforme figura 3.19. Este coleta cerca de 4% da água
evaporada para aquecimento da água de alimentação.
A caldeira “Le Mont” aproveitou a idéia do tambor separador com bomba de
recirculação (figura 3.20). A bomba de circulação opera com pressão superior a da
caldeira consumindo de 0,5 a 0,6% da energia produzida pela própria caldeira.

28. Principio Sulzer Princípio Le Mont
Fig.3.19 Fig.3.20
3.3 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 é isolada elétricamente por
meio de porcelanas adequadas.
A alimentação de energia elétrica é feita através de três eletrodos-suportes, sendo
um por fase, dispostos a 1200 e fixados com isoladores na parte superior do tambor.
Na extremidade inferior das eletrodos suporte 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 vaporização.
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.

29. Alguns fabricantes recomendam a adição cáustica ou fosfato trisódico na água de
alimentação (observe que esta deve ser calculada e colocada após o tratamento
químico da água de alimentação).
A quantidade se vapor gerada (Kg/h) depende diretamente dos seguintes
parâmetros:
- condutividade da água;
- nível da água;
- distância entre os eletrodos.
3.3.1 TIPOS DE CALDEIRAS ELÉTRICAS
a) Tipo Eletrodo Submerso: geralmente destinado a trabalhar com pressões de
vapor não muito elevadas (aproximadamente 15 Kgf/cm2.). A figura 3.21
mostra um dos possíveis esquemas, utilizando o sistema de eletrodos
submersos a baixa tensão (220 a 440 V), existe também nessa modalidade a
alta tensão (3800 a 13800 V).
b) Tipo Jato de Água (cascata): destinada a pressões de vapor elevadas e
grandes quantidades de vapor. Observe um dos possíveis esquemas na figura
3.22, disponíveis apenas para alta tensão (3,8 a 13,8 kV).
c) Tipo Resistência: destinada, geralmente, a pequenas produções de vapor. Na
maioria das vezes são do tipo horizontal, utilizando resistências de imersão.
• 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 instalação da caldeira;
- necessidade de aterramento da caldeira de forma rigorosa;
- tratamento de água rigoroso.

30. 1 - Corpo da Caldeira
2 - Eletrodo
3 - Câmara de Vapor
4 - Bomba de Circulação
5 - Bomba de Alimentação de
Água
6 - Eliminador de Água
7 - Válvula de Segurança
Caldeira elétrica tipo eletrodo submerso (baixa
tensão)
Fig.3.21

31. Caldeira Elétrica tipo eletrodo jateado
Fig.3.22
Legenda:
1- Válvula de Descarga de Fundo 8 - Eletrodo
2 - Bomba de Circulação 9 - Cilindro com Injetores
3 - Válvula Controle de Vazão 10- Injetores
4 -Válvula de Segurança 11- Contra eletrodos
5 - Haste do Condutor 12- Aquecedor de Partida
6 - Isoladores 13- Entrada de Água de Alimentação
7 - Válvula de Saída de vapor

32. 4. FORNALHAS
Fornalha é a denominação genérica que se dá para o local onde se queima o
combustível e donde partem os produtos desta combustão. É formada por duas
partes distintas:
1- O aparelho de combustão
2- A câmara de combustão
O aparelho de combustão compreende um conjunto de componentes que oferecem
as condições necessárias para a queima de combustível. Exemplos de aparelhos de
combustão são as grelhas rotativas, as grelhas basculante, o queimador a óleo, a
gás, etc.
A câmara de combustão é representada por um volume adequadamente
dimensionado onde se desenvolve a chama e se completa a combustão, além de
propiciar a proteção e os suportes necessários para o aparelho de combustão.
A fornalha deve evaporar toda a umidade do combustível e destilar suas substâncias
voláteis, elevar a temperatura do combustível até a combustão espontânea
proporcionando uma combustão completa, criar turbulência para misturar o ar e o
combustível e finalmente impedir a troca de calor entre os gases quentes
produzidos e o ambiente.
No interior da fornalha as paredes devem ser revestidas com uma camada de tijolos
refratários responsáveis por reter o calor no interior da fornalha, por isso devem ter
refratariedade e alto ponto de fusão, resistência ao choque térmico e dilatação quase
nula.
A fixação desses tijolos é feita com argamassa refratária. Os principais
componentes dos materiais refratários são o óxido de sílica, óxido de magnésio,
grafite e silício. Recomenda-se, quando da utilização de tijolos refratários novos,
que se aplique pouco calor nos primeiros momentos e se vá aumentando
gradativamente, até atingirem suas características de operação.
4.1 CLASSIFICAÇÃO DAS FORNALHAS
Várias são as maneiras de se classificar este componente importante dos geradores
de vapor, sendo assim optou-se pela classificação que engloba todas as fornalhas
em apenas duas categorias:
1- Fornalhas que queimam sobre suporte
2- Fornalhas de queima em suspensão

33. A primeira categoria engloba todas as fornalhas que queimam combustíveis sólidos
à granel, grosseiramente divididos, picados e britados.
A segunda se preocupa com a queima de combustíveis líquidos, gasosos ou sólidos
finamente pulverizados que podem ser queimados em suspensão.
4.2 FORNALHAS SOB SUPORTE
As fornalhas sob suporte congregam uma série de concepções construtivas
especificamente projetadas para a obtenção das melhores condições necessárias aos
variados combustíveis disponíveis para a queima.
Segundo a quantidade de combustível manipulado, seu grau de divisão e
mecanização da alimentação, as fornalhas sobre suporte são subdividas em dois
grupos:
• fornalhas de suporte estático
• fornalhas de suporte movimentado
4.2.1 FORNALHA DE SUPORTE ESTÁTICO
Neste grupo incluímos todas as fornalhas onde o combustível introduzido,
permanece praticamente em repouso sob o suporte até sua completa extinção. Se
enquadram nesse grupo, as seguintes fornalhas:
• Fornalha de Grelhas Planas
São adequadas para a queima de lenha em toras de um metro. A figura 4.1 mostra a
instalação de uma grelha plana em caldeira flamotubular.
O suporte todo costuma possuir ligeira inclinação para a parte posterior de 10 a 15
graus para facilitar o manuseio do combustível durante os períodos de
movimentação das toras a que são submetidos.
A aplicação deste tipo de grelha é limitado à caldeiras com capacidade de gerar até
15 tv/h. A partir desta capacidade o suprimento manual do combustível se complica
o ponto de inviabilizá-lo. Projetos maiores, jamais deveriam adotar este sistema de
queima sob pena de contribuir para o desperdício de reversas florestais
comprometidas com outros programas mais coerentes com a economia da Nação.

34. Grelha Plana : a- caixa de fogo; b- suporte da grelha; c- barras de grelha; d- ponte
de fornalha
Figura 4.1
Fornalha de Grelha em Escada
Como o nome sugere, esta grelha é construída por placas de FOFO, formando
degraus, apoiados em travessões inclinados. O combustível é arrastado ou projetado
no início do plano inclinado, desce até formar um monte equilibrado, preenchendo
todo o suporte. A figura 4.2 apresenta quatro exemplos de grelha tipo escada. Em
seguida na figura 4.3, apresenta-se algumas disposições construtivas dos travessões
inclinados que servem de apoio às placas que compõem os degraus.
Estas grelhas, quando alimentadas mecanicamente se prestam para caldeiras de até
20 tv/h. Acima deste valor, há outros processos mais adequados e de mais fácil
manutenção.

35. Quatro exemplos de grelhas em escada
Fig. 4.2

36. Componentes da grelha de escada
Fig. 4.3
• Grelha Resfriada Inclinada
É uma variante da grelha anterior e consta de um plano inclinado constituído pelos
próprios tubos de circulação de água da caldeira. Esses tubos, afastados um do
outro, cerca de 60 a 120 mm são soldados em dois coletores, um alimenta o feixe
inclinado e o outro que recebe a água em circulação conectado com o resto da
caldeira (figura 4.4).
Aplicam-se em unidades geradoras de até 100 tv/h para a queima de qualquer
biomassa, mesmo aquelas contendo teores de umidade superiores a 50%. Se
prestam pois, para queimar cavacos de lenhas, resíduos florestais, resíduos
industriais, cascas de cereais e outras bio-massas.

37. Gerador de Vapor com Grelhas Inclinadas
Fig. 4.4
• Fornalhas Celulares
Extremamente simples, versáteis e satisfatória quanto a performance, são
verdadeiras câmaras de alvenaria refratária, sobre cujo piso, o combustível é
despejado, formando um monte que recebe ar insuflado em todos os planos,
proporcionando a secagem parcial e queima. São utilizados para queima de
diferentes bio-combustíveis, como: cavacos, casca de madeira, serragem, cascas de
cereais e de lenha, porém a aplicação mais generalizada tem sido na queima de
bagaço de cana. A figura 4.5 mostra como opera uma fornalha deste tipo,
identificando os tubeiros sopradores de ar, geralmente introduzidos com uma
velocidade entre 8 a 15 m/s.

38. Fornalha celular
Fig. 4.5
• Fornalhas com Grelhas Basculantes
A figura 4.6 apresenta um projeto de caldeira com grelhas basculantes para queima
de casca de arroz. As fornalhas desta categoria se aplicam para caldeiras de até 150
tv/h
Como se observa no desenho, a grelha é formada por piso plano constituído por
placas perfuradas, observe que o ar ingressa por baixo do piso basculante. As
placas se apoiam em travessões lisos que giram em torno de mancais laterais
mediante a ação de um pistão pneumático, que também pode ser visto pela figura
4.7. A cada ação do pistão corresponde um basculante, durante o qual as cinzas
caem no cinzeiro. Esta concepção construtiva possui alimentação de combustível
sempre por projeção. Há dois tipos de distribuidores, um denominado aspegidor
pneumático e outro mecânico (figura 4.7).

39. Caldeira Aquotubular com Grelha Basculante
Fig.4.6
Aspegidor de Combustível Sólido Tipo Mecânico
Fig. 4.7

40. 4.2.2 FORNALHA DE SUPORTE MOVIMENTADO
Grande número de concepções construtivas se enquadram nesta segunda sub-
divisão de fornalhas de suporte. As principais características que se distinguem das
anteriores, reside no seguinte:
- alimentação contínua e mecanizada do combustível
- suportes constituídos por componentes que percorrem toda extensão do plano
inferior da fornalha com movimento contínuo assegurado por acionamento
mecânico.
De acordo com o mecanismo aplicado para provocar o deslocamento do
combustível, distingui-se os seguintes tipos:
- grelha caminhante por arraste;
- grelha com alimentação por baixo;
- grelha oscilante;
- grelha com esteira contínua.
• Grelha Caminhante por Arraste
Trata-se de uma grelha inclinada constituída de elementos articulados que
promovem um movimento alternativo das placas de suporte. Há placas móveis e
fixas, todas apoiadas por estruturas de ferro fundido. As placas móveis, mediante
ação de um mecanismo correm guiadas sobre as fibras, deslocando o leito do
combustível no sentido do plano inclinado no movimento de vai e vem. O
movimento é lento, de forma a provocar um deslocamento com velocidade de
queima necessária à caldeira, esta grelha também é conhecida pelo nome de grelha
vai e vem.
A figura 4.8 ilustra este tipo de grelha com inclinação aproximada de 20 o em que a
rosca sem fim (a) força o carvão sobre as barras de suporte (b) apoiadas nas vigas
de acionamento (c) movimentadas por uma engrenagem regulável (d) que lhe
confere o movimento de vai e vem. O cilindro (e) é responsável por projetar a
escória mais leve ao reservatório de escória (i) que recebe também detritos da
grelha pela saída (k). O ventilador (f) introduz o ar de combustão que penetra na
grelha pelas câmaras de corrente de ar inferior (g); regulado por “dampers” através
do controle da corrente de ar inferior (h). Bocais de ar (l), localizados acima da
grelha, auxiliam na queima do pó de carvão em suspensão e do coque volátil.

41. Fig. 4.8
• Grelha de Alimentação por Baixo
O combustível é admitido por meio de uma rosca (a), acionada por motor elétrico
(h) com transmissão por engrenagens (g), que continuamente projeta o combustível
na parte inferior da grelha. A grelha (c) propriamente dita é inclinada e
transversalmente apresenta dupla inclinação de ambos os lados do, canal central
(b), de forma que o combustível caminhe do centro para os lados, onde é
totalmente queimado sobre a grelha de combustão (d), conforme representação na
figura 4.9 (seção A-B).
O carvão, a medida que é forçado a subir para as partes superiores do leito, vai se
aquecendo eliminando os voláteis e incandescendo-se. Atingindo o topo do leito, o
carvão rola sobre si mesmo lateralmente até sua extinção total na grelha de
combustão. As laterais recebem as cinzas que são basculadas por meio de alavancas
(e), caindo em seguida nos cinzeiros. A escória é direcionada para a saída f da
figura 4.9.

42. Fig. 4.9
• Grelha Oscilante
São grelhas que provocam o caminhamento do combustível sob o suporte, graças a
impulsos produzidos por mecanismo oscilante (figura 4.10).
Grelha com Movimento Oscilatório
Fig. 4.10

43. O suporte é constituído por placas perfuradas, uma ao lado da outra, formando um
piso ligeiramente inclinado para o fundo. Estas placas são fixadas em barras, as
quais, por sua vez, se reúnem a lâminas flexíveis.
Estas lâminas flexíveis, no lado oposto às barras, são rigidamente fixadas a uma
estrutura solidamente chumbada no concreto da fundação. A grelha é adaptável
para a queima de qualquer combustível de biomassa e do carvão com médio e
baixo teor de cinzas. Carvão com alto poder calorífico, fundem as placas e
inutilizam a fornalha, fato este que tem limitado sua aplicação.
Modelo mais avançado é a grelha oscilante resfriada que queima carvão com alto
poder calorífico pois contém, junto ao piso da grelha tubos resfriados pela própria
água da caldeira além de apresentar na sua parte inferior compartimentos por onde
passa o ar de combustão.
• Grelha com Esteira Contínua
Também conhecidas como grelha rotativa, lembra um transportador, onde os óleos
das correntes recebem as placas perfuradas que formam o piso do leito. Foram
concebidos com a finalidade de desempenhar automaticamente boas condições de
carregamento, distribuição do combustível e extração de cinzas (figura 4.11).
Fig. 4.11

44. Entre todas é a de montagem mais complexa porque envolve uma mecanização mais
elaborada, são utilizadas para aplicação em caldeiras de produção superiores a 39 t/h até
150 t/h.
4.3 FORNALHA DE QUEIMA EM SUSPENSÃO
São as fornalhas usadas quando se queima óleos , gases ou combustíveis sólidos
pulverizados, utilizando para tal, equipamento especial chamado maçarico ou
combustor, responsável pela dispersão do combustível na fornalha de forma
homogênea. Cada classe de fornalha emprega queimadores especiais para proporcionar
as condições de queima adequada. Conforme o tipo de combustível empregado,
podemos ter:
- queimadores de combustíveis líquidos;
- queimadores de combustíveis gasosos;
- queimadores de combustíveis sólidos pulverizados.
4.3.1 QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS
Os combustíveis líquidos são queimados nas câmaras de combustão, sempre em
suspensão, na forma pulverizada por meio de vários processos.
a) Pulverização a ar - O óleo escoa por gravidade ou por impulsão de uma bomba de
baixa pressão, o ar é insuflado por ventilador, sendo o veículo responsável pela
pulverização do óleo em gotículas (figura 4.12)
Maçarico a Óleo Com Pulverização a Ar
Fig. 4.12
Conforme a pressão do ar, os queimadores são denominados de baixa pressão (até 500
mmca) ou de média pressão (da ordem de 100 mmca). São indicados para unidades de

45. pequeno porte, queimando uma quantidade máxima de 50 kg óleo/h. O ar de
pulverização, denominado ar primário, representa 20% do ar total necessário à
combustão. Opera com 30 a 40% de excesso de ar e apresentam uma pulverização não
uniforme, dificultando a regulagem da queima. Uma concepção mais moderna deste
tipo, procura dar uma rotação aos dois fluxos, o que tem permitido uma melhora na sua
performance (figura 4.13).
Queimador de Ar Comprimido com Rotação do Fluido Auxiliar Primário
Fig. 4.13
b) Pulverização a vapor - Substituem o ar pelo vapor produzido na própria caldeira,
promovendo uma pulverização mais fina e fortemente acentuada pelo aquecimento.
Tem o inconveniente de parte do calor produzido na combustão ser consumido pelo
vapor, quando este for saturado (figura 4.14).

46. Maçarico a Óleo com Atomização a Vapor
Fig. 4.14
Queimador de Copo Rotativo
Fig. 4.15
Uma versão melhorada do princípio acima exposto é o queimador de “copo rotativo”,
largamente aplicado nos geradores de vapor limitados à capacidade de queima de 500
kg óleo/h, embora alguns tipos especiais com alta rotação (10000 rpm) chegam a
capacidade de 3000 kg óleo/h. O funcionamento baseia-se na formação de um filme de
óleo no interior de um copo tronco cônico girando a alta rotação (3600 rpm), que
projeta o combustível na forma de um anel cônico de encontro a um fluxo de ar rotativo
de alta pressão. A colisão de ambos fluidos provocam simultaneamente a pulverização e
a mistura do combustível com o comburente (figura 4.15).
c) Pulverização mecânica: Caracterizados pela ausência completa de peças rotativas,
garantindo a pulverização do óleo por escoamento estrangulado em alta velocidade
através de orifícios de pequenas dimensões (figura 4.16). A energia necessária para o
líquido atravessar o orifício em alta velocidade é mantida por uma bomba de
engrenagens.

47. Fig.4.16
4.3.2 QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS GASOSOS
Graças ao estado gasosos, o gás é o combustível mais simples de ser queimado pois a
mistura com o comburente se processa de forma muito mais fácil do que com qualquer
outro combustível, podendo ter sua velocidade de ignição consideravelmente aumentada
mediante pré aquecimento do suprimento do comburente. Basicamente distinguem-se
dois tipos:
• queimadores de mistura
• queimadores de difusão.
Os primeiros promovem a mistura do ar com o gás antes de injetá-los na câmara de
combustão (figura 4.17), já os queimadores de difusão tem por princípio injetar ambos
os fluidos separadamente, proporcionando a mistura de ambos no interior da câmara de
combustão, tendo concepções que insuflam cada fluido em correntes paralelas (figura
4.18.a), cruzadas (figura 4.18.b) ou ainda turbulentas (figura 4.18.c).

48. Queimador de Mistura, Esquemático
Fig.4.17
(a) (b) (c)
Esquema dos tres tipos de Queimadores de difusão: a) em correntes paralelas, b)
cruzadas e c) turbulentas.
Fig.4.18
Existem também queimadores de difusão para queimar a combinação de gás e óleo é até
carvão pulverizado, encontrados nas grandes unidades geradoras de vapor.
4.3.3 QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS PULVERIZADOS
A utilização dos combustíveis sólidos apresentam como exemplo mais importante o
carvão mineral utilizado nas grandes unidades geradoras de vapor das centrais Termo
Elétricas. Há contudo, outras matérias orgânicas pulverizadas e resíduos de processos
industriais que servem a queima, como é o caso do bagaço de cana, o bagacilho, a borra
de café, a serragem e resíduos florestais macerados, que são reduzidos a tamanhos de
alguns milímetros e queimados em suspensão, quando insuflados na câmara de
combustão.

49. A figura 4.19 mostra, de forma esquemática um queimador a carvão pulverizado tipo
ciclone que associa a injeção pneumática com a formação de forte movimento vorticoso
no interior da câmara de combustão, existindo concepções mais modernas que distribui
os queimadores (geralmente em número de quatro) tangencialmente à câmara de
combustão.
O processo possibilita a queima de combustíveis sólidos finos de carvão com alto teor
de cinzas, aproveita os finos resultantes da preparação do próprio carvão e admite a
queima de grandes quantidades, assegurando sua aplicação nas grandes caldeiras,
possibilitando uma larga faixa de controle de combustão.
Fig.4.19
Em contrapartida apresenta algumas desvantagens, a principal representada pela maior
facilidade das partículas escaparem para o meio ambiente, acompanhada da
complexidade da aparelhagem de preparação do combustível, do consumo de energia
para acionamento das máquinas e do calor dispendido na secagem do carvão.
A redução parcial do tamanho das pedras de carvão para 10 a 20mm de diâmetro se
processa com britadores de martelo. Após a britagem segue-se a secagem do carvão
pelos mais variados aparelhos cilindrícos rotativos. Para a pulverização definitiva
usam-se moinhos de rolos, de bolas ou cônicos e o transporte do pó de carvão efetua-se
normalmente por via pneumática geralmente a alta pressão.

50. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
5. ACESSÓRIOS E DISPOSITIVOS DE CALDEIRAS
5.1 APARELHOS DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA
A cada quilograma de vapor extraído da caldeira, deve corresponder equivalente quantidade
de água injetada. Não se verificando a reposição, o nível de água, no interior da caldeira,
começa a baixar. Enquanto, as superfícies metálicas, expostas ao contato dos gases quentes,
estiverem banhados pela água, nenhum dano ocorre ao equipamento.
No momento porém, que o nível ultrapassar o limite mínimo ao estabelecido, compromete-
se a segurança da unidade. Criam-se condições de ruptura das paredes metálicas ou mesmo
de explosões devido o superaquecimento da placa metálica.Por essa razão, cabe ao operador,
embora auxiliado pela automação do processo de alimentação, vigiar permanentemente o
nível exibido pelo visor transparente existente na caldeira.
A introdução da água, nos Geradores de Vapor, se faz com os aparelhos de Alimentação.
Sob o ponto de vista termodinâmico, o aparelho de alimentação, realiza um trabalho
representado pelo deslocamento de uma massa de água associada a uma pressão capaz de
vencer as resistências oferecidas pelo circuito.A figura 5.1, apresenta um esquema típico de
instalação de alimentação de água, com bomba centrífuga, controlada automaticamente por
uma válvula.
Tubulão de vapor
Válvula de controle
Bomba de alimentação
Esquema de uma Linha de Alimentação de Água de Caldeira
Fig 5.1
5.1.1 INJETORES
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 50

51. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
São equipamentos para 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
dentro do aparelho, onde existem os cônicos divergentes e as válvulas de retenção, de
controle, e de sobrecarga, conforme figura 5.2.
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 entra em excesso, sai através de uma válvula de sobrecarga.
Injetor de Água
Fig.5.2
5.1.2 BOMBAS ALTERNATIVA
Também conhecidas como bombas de pistões, de ação direta ou de deslocamento positivo,
podem ser acionadas por motores elétricos ou a vapor.
A bomba acionada eletricamente tem sido aplicada em pequenas caldeiras que operam em
pressões elevadas, pois as bombas centrífugas para altas pressões dificilmente atingem
pequenas capacidades.
Sua constituição esquemática, representada na figura 5.3, conta com uma câmara, duas
válvulas de retenção e um êmbolo.
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 51

52. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
Bomba Alternativa ou de Êmbolo
Fig.5.3
As bombas acionadas a vapor mais difundidas são as denominadas Bombas duplex a vapor
ou também conhecidas por Burrinhos, disponíveis no mercado para atender geradores com
produções de vapor até 50 t/hora e pressões até 21 kgf/cn 2. Nestas o vapor aciona o par de
pistões de maior diâmetro movimentando assim os pistões menores de injeção de água.
Estes tipos de bombas, devido a presença de lubrificação contínua dos cilindros, apresentam
o inconveniente de arrastarem óleo para o interior da caldeira, por isso, geralmente,
cumprem o papel de bomba de reserva.
5.1.3 BOMBAS CENTRÍFUGAS
São bombas que têm dado os melhores resultados, pela simplicidade de seus componentes,
facilidade de manutenção, pela grande vazão que nos oferece, atingindo até 500.000 litros
de água por hora, e por operar em regime contínuo, ao contrário das bombas alternativas
onde a alimentação se processa em golpes contínuos.
Seu funcionamento consiste em um disco com um jogo de palhetas que giram em alta
velocidade e fazem a sucção da água. Cada disco forma um estágio, cuja quantidade pode
variar de acordo com a capacidade da bomba. Nas caldeiras de baixa pressão empregam-se
bombas com apenas um estágio e nas de alta pressão são usados multiestágios.
As bombas centrífugas são passíveis de serem acionadas por motores elétricos ou por
turbinas a vapor, estas últimas aplicáveis apenas em geradores de maiores capacidades e
pressões. Podem, ainda, ter carcaça cilíndrica e bipartida.
5.1.4 CONTROLE AUTOMÁTICO DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 52

53. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
Os aparelhos de controle automático de alimentação dividem-se em dois grupos,
identificados pelo critério de funcionamento (liga-desliga) ou modulante.
5.1.4.1 APARELHO DE CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA LIGA-DESLIGA.
Há dois aparelhos básicos que respondem por esta característica; um denominado Regulador
de Nível com Eletrodo e o outro Regulador de Nível com Bóia.
• 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 tamanhos diferentes, correspondendo, cada tamanho, a um
nível de água: o central, o máximo e o mínimo. Este dispositivo é montado na parte superior
do tambor de vapor, e os eletrodos estão ligados a um relé de nível de água que, através de
seus contatos, comandará a bomba de alimentação de água.
A bomba entrará em funcionamento quando a água atingir a ponta de eletrodo central e
deverá parar quando a água atingir o eletrodo de nível máximo ( o menor eletrodo). Se o
nível da água atingir a ponta do eletrodo maior o relé desligará o queimador ou em alguns
sistemas poderá fazer funcionar um alarme que dará ao operador a indicação do defeito
(figura 5.4).
• Regulador De Nível Com Bóia
Poderão ser construídos de várias formas mas os principais constam de uma garrafa que é
ligada ao tambor de vapor e uma bóia que flutua no seu interior. Qualquer flutuação do
nível interno é transmitidos a esta bóia, presa na parte superior por uma haste (3), conforme
fig. 5.5.
A haste movimenta-se dentro do recipiente (5), e ao passar pelo campo magnético (2)
produzido pelo imã permanente (1) faz movimentar a célula de mercúrio (4) pelo pino
pivotado (A). A bomba assim fica dependendo do sistema liga-desliga, das chaves de
mercúrio, alimentando ou não a caldeira.
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 53

54. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
Indicador De Nível Com Eletrodo, onde: E = Eletrodo; VVN -1 e 2 = Válvula do visor de
nível superior e inferior; VDN = Válvula do dreno de nível; VDRN = Válvula de dreno
reguladora de nível; CN = Coluna de nível e TP-1 e 2 = Torneiras de prova 1 e 2.
Fig.5.4
Demonstração Esquemática de um Regulador de Nível com Bóia usando Chaves de
Mercúrio
Fig.5.5
5.1.4.2 APARELHOS DE CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA MODULANTE
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 54

55. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
• Elemento Termostático Para Controle De Nível
Tem a finalidade de controlar o fluxo da água na caldeira. Seu funcionamento baseia-se no
principio da dilatação dos corpos pelo calor (figura 5.6).
Sua construção é bastante simples. É formado por dois tubos concêntricos, sendo que o
tubo externo é o tubo de expansão e o interno serve para fazer a ligação com o tambor de
vapor pela sua parte superior, onde recebe uma quantidade de vapor. Faz também a ligação
com o tambor de vapor em um ponto correspondente ao nível mínimo, recebendo, portanto,
pela parte de baixo, água do tambor de vapor.
O tubo termostático abrange quase toda a extensão da fornalha, sendo que em uma das
extremidades é rigidamente ligado a serpentina de aquecimento e a outra extremidade
permanece livre, a fim de poder dilatar-se e mover a válvula de admissão da água.
Quando a caldeira está com uma queima total, a extremidade livre do tubo termostático
mantém a válvula de admissão em posição que passe, apenas, a água para repor a quantidade
que está sendo evaporada.
Se houver uma baixa no nível de água, aumentará a temperatura do elemento termostático,
devido ao aumento da quantidade do vapor dentro do tubo. Com isso, o tubo se dilata
movimentando o conjunto de comando da válvula de admissão da água, fazendo com que a
mesma se abra dando passagem à água de alimentação.
À medida que a água vai entrando no tambor, a quantidade de vapor dentro do tubo
termostático também vai diminuindo, dando lugar à água que é bem mais fria que o vapor,
fazendo, desta forma, com que o tubo, que se havia expandido pelo calor, agora se contraia
em virtude da mudança de temperatura: à medida que a temperatura diminui no interior do
tubo, este se contrai, fazendo com que o conjunto de comando faça a redução da entrada de
água até que o nível seja equilibrado.
O nível normal de água na caldeira poderá ser elevado ou baixado à vontade, dentro de
limites razoáveis. Uma porca de regulagem, localizada na extremidade do tubo, pode ser
girada para proporcionar o nível desejado mesmo com a caldeira em funcionamento.
Um amortecedor protege o regulador contra esforços bruscos quando a válvula está fechada
e o tubo de expansão está contraído
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 55

56. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
Controle De Nível Proporcional A Um Elemento De Ação Mecânica Por Efeito Termostático
Fig.5.6
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 56

57. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
• Elemento Termohidráulico Para Controle De Nível
Uma outra concepção, conforme figura 5.7, denomina-se controle de nível
termohidráulico, que opera agora graças à dilatação e contração da água contida
numa câmara cilíndrica anelar fechada.
Controle de Nível Proporcional a um Elemento com Princípio de Atuador Termo-
Hidráulico
Fig.5.7
O sistema compreende um duplo cilindro concêntrico, instalado com uma
inclinação pré definida em relação ao nível interno da caldeira. O primeiro, aletado
em toda extensão, forma uma camisa fechada, enquanto o interno une-se ao tambor
de forma a receber as oscilações do nível de água.
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 57

58. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
O tubo externo, por sua vez, liga-se pela parte inferior ao diafragma de uma válvula
de controle. Pela conexão superior desta camisa introduz-se água limpa até o
fluido transbordar.
A caldeira entrando em operação, apenas uma parcela desta câmara entra em
contato com o vapor o qual promove o aquecimento e conseqüente dilatação da
parte correspondente de água. O aumento de volume reflete sobre o diafragma da
válvula de controle, portanto sobre o orifício de passagem de água de alimentação.
À medida que o nível oscila, a água contida na câmara recebe contato com maior
ou menor superfície de aquecimento, respondendo com variações nas dilatações e
contrações do fluido de maneira a transmitir à válvula de controle, posições
diferentes de ingresso ou interrupção da passagem da água.
• Controle de Nível Pneumático
A figura 5.8 exibe uma versão mais moderna de controle de nível em caldeiras,
introduzindo o ar comprimido como fluido auxiliar.
Fig.5.8
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 58

59. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
5.2 ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTÍVEL
No caso de combustível líquido o fornecimento não deve ser feito diretamente do
tanque principal para o consumo e sim passar por um reservatório intermediário,
evitando-se problemas de flutuação de carga e baixa temperatura do combustível no
bombeamento. Esse reservatório deve ser instalado no circuito mais próximo da
bomba de óleo tendo antes um filtro da bomba, uma válvula de gaveta e a linha de
retorno do excedente ao depósito, sendo sua principal finalidade o aquecimento de
óleo (figura 5.9).
Devido à quantidade do “Fuel oil” fornecido com alto teor de parafina o sistema de
aquecimento deve ser misto (eletricidade e vapor), a fim de elevar e manter a
temperatura do óleo acima do ponto de fluidez (ponto de baixa viscosidade).
Caso o óleo combustível seja muito viscoso, ele deve ser recirculado no sistema de
preaquecimento até atingir a temperatura ideal, antes de ser admitido na caldeira
para não entupir o pulverizador, em razão da viscosidade imprópria.
No início de funcionamento, quando o óleo não está ainda a uma temperatura ótima
de pulverização, deve-se usar querosene.
Bomba de óleo combustível
Fig.5.9
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 59

60. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
No caso dos combustível sólidos a alimentação pode ser manual ou mecanizada
No caso de alimentação manual de combustível sólido deve ser armazenada na casa
da caldeira uma quantidade suficiente para até duas horas, evitando-se o acúmulo
de combustível que retira a liberdade de ampla circulação que o operador deve ter..
5.2.1 CONTROLE AUTOMÁTICO DE COMBUSTÃO
Três são as grandezas relacionadas com o problema de malha aberta que responde
pela regulagem automática da combustão:
• o consumo de combustível
• o consumo de ar para a combustão
• a extração dos gases formados
O controle destas três grandezas visam:
• manter o suprimento de calor da fonte supridora, de acordo com a demanda do
processo.
• assegurar um mínimo de consumo de combustível para atingir as condições
propostas, ou seja, alcançar a máxima eficiência;
• manter as condições de operação da fornalha dentro de parâmetros satisfatórios.
No fundo os objetivo são os mesmos. A quantidade de combustível se ajusta com a
pressão da caldeira, de modo que uma queda na pressão significa falta de
combustível, e excesso, significa combustível a mais. Portanto a regulagem da
pressão de forma a mantê-la dentro dos limites fixados na operação, implica
necessariamente na modificação do suprimente de combustível.
A intervenção nesta fonte de calor determina a modificação do volume de ar
necessário à sua queima, dentro dos parâmetros compatíveis com uma combustão
perfeita. Esta variação provocada na formação de volumes de gases de combustão,
deve ser vigiada por uma ação paralela, que garanta a sua (gases) extração
completa de forma a assegurar uma pressão definida na câmara de combustão da
caldeira.
5.3 ALIMENTAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
É feita através do quadro de comando que é o componente da caldeira onde estão
os dispositivos elétricos que permitem a operação da caldeira. Para o caso das
caldeiras com alimentação a combustível líquido eles são mais complexos pois
comandam o acendimento automático e o controle da chama, além de outros
comandos como o de nível de água que controla as bombas de alimentação e os
relés de alta pressão.
No caso de caldeiras de alimentação por combustível sólido (lenha) os quadros de
comando são mais simples pois basicamente possuem apenas o comando de nível
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 60

61. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
automático que controla o funcionamento das bombas de alimentação de água e o
aumento de pressão.
Os comandos são colocados em um armário que os abrigam da poeira e umidade,
tais comandos são basicamente:
• seleção do comando manual ou automático;
• chave de ligar e desligar a bomba d’água;
• chave de liga e desliga o ventilador de exaustão;
• alarme sonoro de advertência;
• lâmpada piloto;
• chaves magnéticas de ligação do nível automático.
5.4 VISOR DE NÍVEL
Consiste em um tubo de vidro colocado no tambor de vapor (figura 5.10) e que tem
a finalidade de dar ao operador a noção exata da altura onde se encontra a água da
caldeira. Na maioria das caldeiras o nível de água é exatamente no centro do tubo
de vidro, o que corresponde ao centro do tambor de vapor. Existem, porém,
caldeiras que não seguem esta regra cabendo ao operador certificar-se do quanto
corresponde a marca de nível dos indicadores.
Visor de nível
Fig.5.10
Manter o nível de água da caldeira é um importante papel do operador que terá que
dispensar-lhe uma especial atenção.
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 61

62. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
Antes de se iniciar a operação da caldeira, deve ser feita uma drenagem no nível, a
fim de que se eliminem algumas impurezas que por ventura tenha-se localizado no
nível ou nas conexões do mesmo. Nas caldeiras manuais, o nível é importantíssimo
porque dará ao operador uma noção exata de quanto a água deverá ser introduzida
na caldeira.
5.5 MANÔMETROS
Aparelho com o qual se mede a pressão de gases, de vapores e de outros fluídos. É
muito utilizado na indústria, entre outros fins, para verificar a pressão de caldeiras e
de vasos sob 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.
A figura 5.11 mostra as partes Internas, de forma esquemática, de um manômetro
de Bourdon padrão cujo funcionamento baseia-se na tendência de flexão, 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.
Existem vários tipos de manômetros: manômetro tubular, manômetro com líquido
amortecedor (glicerina ou silicone), manômetro diferencial, e outros tipos que são
abordados em instrumentação e controle não constituíndo objetivo principal do
presente curso.
A escala de uma manômetro pode ser graduada em quilograma, força por
centímetro quadrado (Kgf/cm2), em atmosferas (atm), em libras-força por
polegada quadrada (lbf/pol2 ou psi), ou em qualquer outra unidade de pressão. A
tabela abaixo dá a correspondência entre estas unidades.
atm Kgf/cm2 psi
1 1,033 14,22
0,96 1 14,7
0,065 0,068 1
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 62

63. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
Partes internas de um manômetro de Bourdon
Fig.5.11
A indicação em psi é usual no sistema inglês e no Brasil utiliza-se mais
correntemente indicações em kgf/cm2.
Os manômetros, de um modo geral, indicam a pressão relativa (também
denominada pressão manométrica) e não a “pressão absoluta”. Isso quer dizer que,
para se obter a pressão dita “absoluta”, tem-se que somar à pressão indicada no
manômetro, a pressão atmosférica local (pressão absoluta = pressão manométrica +
pressão atmosférica).
Cada caldeira tem uma capacidade de pressão determinada. Sendo assim, os
manômetros utilizados em cada caldeira devem ter a escala apropriada. A pressão
máxima de funcionamento da caldeira deverá estar sempre marcada sobre a escala
do manômetro, com um traço feito a tinta vermelha, para servir de alerta ao
operador no controle da pressão.
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 63

64. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
5.6 DISPOSITIVOS DE SEGURANÇA
5.6.1 VÁLVULAS DE SEGURANÇA
Sua função é de promover o escape de excesso do vapor, caso a pressão máxima do
trabalho permitida da caldeira venha a ser ultrapassada, e os outros dispositivos de
segurança venha a falhar.
Quando uma caldeira possui 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:
• 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 uma 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 deve-se
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
atrás anunciados. Sua vedação nem sempre impede vazamentos contínuos.
As válvulas de mola predominam nos dias de hoje. Há dois tipos de válvulas de
mola:
• de baixo curso;
• 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 de 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 completa a abertura da válvula.
Estas válvulas são muito mais perfeitas, abrindo e fechando instantaneamente.
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 64

65. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
Os fabricantes fornecem estas válvulas nas dimensões adequadas, desde que se
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 acréscimo de peso na válvula;
• testar diariamente seu funcionamento;
• eliminar vazamentos contínuos.
As válvulas de segurança evitam, portanto, a contínua elevação da pressão no
gerador de vapor. Válvulas de segurança corretamente dimensionadas devem:
1. Abrir totalmente a um pressão definida, evitando o desprendimento de vapor
antecipadamente.
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 fabricadas,
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 (figura 5.12)
b) de mola (figura 5.13)
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 65

66. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
Fig.5.12
Fig.5.13
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 66

67. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
5.6.2 PROTEÇÃO E CONTROLE DE CHAMA
Caldeiras que usam queimadores de sólidos pulverizados (carvão), líquidos (BPF,
diesel,...) ou gasosos (gás de gasogênio, GLP,...) necessitam de um sistema de
proteção e controle de chama para supervisionar principalmente:
• procedimento incorreto de ligação;
• falta de chama por qualquer motivo.
Ocorrendo uma destas falhas, a fornalha da caldeira ficaria sujeita a uma explosão,
caso não houvesse a interrupção imediata do fornecimento do combustível.
Conforme a concentração da mistura (ar/combustível), a magnitude de explosão
poderá se tornar perigosa, causando danos ao equipamento e provocando risco de
vida ao seu operador.
A maior parte dos casos de explosão, ocorrem durante o acendimento da chama.
Os dispositivos usualmente empregados nestes sistemas de proteção são dos
seguintes tipos:
POR TERMOELÉTRICOS
São formados por lâminas bimetálicas (lâminas de metais diferentes) e de uma
chave elétrica. As lâminas bimetálicas ficam instaladas no caminho dos gases e
também estão ligadas ao circuito, de tal modo, que não é possível acender o
queimador com a chave aberta. Acendendo a caldeira, o calor dos gases
desprendidos dilata as lâminas, queimando-se a caldeira as lâminas e se contraem
abrindo e interrompendo o circuito elétrico do queimador.
POR CÉLULAS FOTOELÉTRICAS
Trata-se de um sistema bem aperfeiçoado que trabalha com uma célula fotoelétrica,
um amplificador e um relé. O seu funcionamento é baseado na coloração das
chamas. Se estas se apagarem a luminosidade no interior da fornalha será
diminuída, a célula fotoelétrica comandará o amplificador e o relé que abrirá seus
contatos, interrompendo o circuito dos queimadores.
Os sistemas fotocondutivos para segurança de chama tem quase o mesmo
funcionamento dos fotoelétricos, sendo modificado o tipo de célula. Utiliza-se das
irradiações infravemelhas das chamas e faz uso de amplificadores especial.
Os amplificadores conseguem estabelecer diferenças entre o calor das chamas e o
calor dos refratários da fornalha.
Estes controladores funcionam como equipamentos de segurança, fazendo com que
a caldeira seja parada e religada automaticamente, controlando perfeitamente a
água de alimentação e os limites de pressão.
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 67

68. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
Também efetua a parada de emergência comandada pelo circuito de segurança.
5.7 DISPOSITIVOS DE CONTROLE
Estes dispositivos são projetados para garantir que a caldeira funcione em perfeita
segurança.
5.7.1 PRESSOSTATOS
PRESSOSTATO 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 (figura 5.14).
É constituído de um fole metálico (ou de um diafragma) que comanda uma chave
elétrica por meio de um dispositivo de regulagem da 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 dilata e fará a abertura dos contatos, interrompendo o
funcionamento dos queimadores. Nas caldeiras semi-automática e chave
interrompe o circuito do queimador, quando atingida a pressão de corte e mantém o
circuito travado, impedindo que seja reacendido manualmente, até que seja atingida
a pressão de operação.
Fig.5.14
• Pressostato Modular
De construção quase idêntica ao pressostato de máxima pressão, faz a regulagem
do óleo e do ar para os queimadores. A sua diferença para o pressostato acima, é
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 68

69. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
que este não faz a simples partida ou parada de motor da bomba de combustível e
regulador de ar nos pontos preestabelecido de pressão.
Ele regula a velocidade do motor nas pressões intermediárias às prefixadas, dando
um perfeito equilíbrio ao regulador de ar-combustível.
Todo este trabalho é conseguido através do motor modulador que consiste (além
dos enrolamentos do motor) de um relé de equilíbrio e de um reostato de
balanceamento. Portanto o motor trabalha junto com o reostato da chave
moduladora.
5.7.2 CHAVE SEQÜÊNCIAL
Tem a finalidade de promover na caldeira um ciclo completo de operações ou seja:
a) modulação automática
b) ignição elétrica
c) apagar a caldeira por motivo de segurança
d) limitar a pressão
e) promover a ignição automaticamente.
Seu funcionamento é parecido com o do pressostato modulador, só que ao invés de
apresentar o reostato para regulagem de velocidade do motor, apresenta um
conjunto de contatos, sendo destinados um para cada operação a ser feita. Portanto
quando termina um ciclo de operação, imediatamente, começa outro.
5.7.3 VÁLVULAS E TUBULAÇÕES
• Válvula Solenóide
São comandados eletricamente, abrindo e fechando, dando passagem ao óleo, e
vapor.
Um bom lubrificante para a haste móvel da válvula solenóide é o grafite em pó.
Nas cadeiras flamotubulares com queima a óleo ou a gás, o óleo diesel, ou gás, para
a chama piloto é controlada por uma válvula solenóide, dotada de uma bobina, que,
quando energizada, atrai o obturador pelo campo eletromagnético formado, abrindo
a passagem do combustível.
• 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 mais perfeito da
vazão.
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 69

70. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
A válvula conhecida como gaveta, aplica-se em grandes unidades, sem
responsabilidade sobre o controle da vazão.
• Válvula De Alimentação
Destinam-se a permitir ou interromper o suprimento de água no gerador de vapor.
São do tipo globo com passagem reta (figura 5.15).
Fig.5.15
• Válvulas de Escape de Ar
Outra válvula do tipo globo que controla a saída ou entrada de ar na caldeira, nos
inícios e fins de operação. Apresenta dimensões de ¾ “a 1”.
• Válvula de Retenção
Geralmente, á válvula de alimentação permanece totalmente aberta. As válvulas de
retenção, colocadas logo após a anterior, impedem o retorno da água sob pressão
do interior da caldeira (figura 5.16).
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 70

71. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
figura 5.16
• Válvulas de Descarga
Também conhecidas como válvulas de dreno, permitem a purga da caldeira.
Estão sempre ligadas às 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:
1º Válvula de descarga lenta, cuja função principal é assegurar a perfeita vedação
do sistema. É uma válvula de passagem reta do tipo globo.
2º Válvula de descarga rápida, que abre a secção plena instantaneamente,
assegurando a vazão da água com violência capaz de arrastar os depósitos
internos.
Além da descarga de fundo, caldeira de certo porte, recebem outro sistema de
descarga para assegurar uma dessalinização contínua da água, feita por meio de
válvula globo agulha.
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 71

72. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
• 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 órgãos da
própria caldeira, como:
− bombas de alimentação
− aquecimento de óleo
− injetores
• Válvulas 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 o tratamento interno de água da caldeira,
permitindo a vazão regulada de produtos químicos.
A segunda assegura a descarga contínuo da caldeira, a fim de manter a
concentração de sólidos totais em solução na água, aquém dos limites máximos
permitidos para evitar incrustações.
• Válvulas de Alívio
É uma válvula instalada na parte superior do préaquecedor de óleo, para evitar que
o óleo combustível atinja pressões superiores aos níveis adequados no mesmo.
• Tubulações
Rede geral de alimentação de água.
Esta rede se inicia no fornecedor de água para a caldeira.
A rede de água não deve ter vazamentos.
É recomendável que a água sofra um tratamento químico antes de ser bombeada
para dentro da caldeira.
Considerando que foi feito o tratamento, a água é bombeada para o interior da
caldeira, passando antes pelo preaquecedor (se a caldeira assim estiver equipada).
Nesse trecho, dependendo da caldeira, há todo um jogo de dispositivos automáticos
que controlam o momento em que deve ser a água adicionada e o momento que ela
já é suficiente, ativando e desativando a bomba.
Se a água for lançada na parte onde tem vapor, estando ela bem mais fria,
provocará um choque térmico, que poderá causar sérias conseqüências. Portanto, a
admissão é feita abaixo do nível de água e o mais distante possível da fornalha.
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 72

73. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
Não se deve injetar água fria em caldeira quente quando o nível d’água estiver
baixo. Deve-se diminuir o fogo a até apagá-lo, esfriando a caldeira. Caso isto não
seja observado, corre-se o risco do choque térmico e da provável implosão da
caldeira.
Rede Geral de Óleo Combustível
Esta rede começa no reservatório principal de combustível, conduzindo o mesmo
até a bomba e daí ao combustor. Os esquemas de distribuição do combustível
variam, pois dependem do projeto do fabricante.
De maneira geral, dispositivos elétricos controlam a bomba e dosam o fluxo de
combustível para a mistura correta com o ar.
Se a rede de água não deve ter vazamentos, esta menos ainda. Os combustíveis são
inflamáveis, portanto podem provocar acidentes. Além disso, criam ainda outra
condição insegura no trabalho, pois eliminam o atrito e o operador pode acidentar-
se por quedas, etc.
Rede de Drenagem
Esta é a rede que sai da parte mais baixa da caldeira e vai terminar fora da caldeira.
Próximo da caldeira ela tem uma válvula comum. A rede conduz uma mistura de
água e vapor para um local protegido, onde não possa atingir algumas pessoas. O
objetivo é drenar a caldeira, isto é, eliminar os detritos, sujeiras e composto de
corrosão que se acumulam dentro dela.
Esta rede, normalmente, é acionada manualmente e convém estar protegida.
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 do aço (de qualquer tipo), são ligados
com solda de encaixe para diâmetro até 1 ½ - 2”, e com solda de topo para
diâmetro maiores.
Em quaisquer tubulações para vapor, é muito importante a perfeita e completa
drenagem do condensado formado, por meio de purgadores. Para auxiliar a
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 de condensado. Alguns projetista têm por norma colocar,
também , eliminadores de ar nos pontos altos das tubulações.
Todas as tubulações de vapor devem ter isolamento térmico.
- Registro de saída de vapor - estabelece demanda de vapor para os utilizadores.
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 73

74. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
- Rede de vapor para preaquecimento óleo combustível no preaquecedor
- Estabelece demanda de vapor preaquecimento de óleo combustível no
preaquecedor.
- Rede de vapor para preaquecimento do óleo combustível no tanque de
armazenamento
- Estabelece demanda de vapor para preaquecimento do óleo combustível no tanque
de armazenamento.
5.7.4 OUTROS ACESSÓRIOS
5.7.4.1 PREAQUECEDOR DE AR
O preaquecedor de ar é um equipamento que tem a finalidade de aproveitar o calor
dos gases no aquecimento do ar necessário à combustão (figura 5.17). O
preaquecedor transfere o calor dos gases quentes para o ar que está entrando para a
combustão.
Fig.5.17
Classificação
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 74

75. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
Os preaquecedores podem ser classificados de acordo com o princípio de operação,
em:
a) Preaquecedor regenerativo
Nos preaquecedores regenerativos, o calor dos gases de combustão é transferido
indiretamente para o ar, através de um elemento de “armazenagem”, por onde passa
o ar e o gás de combustão, alternadamente, conforme desenho esquemático da
figura 5.18.
Preaquecedor de ar regenerativo
Fig.5.18
b) Preaquecedor com colmeia metálica
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 75

76. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
Esse preaquecedor é constituído de placas de aço finas e corrugadas que são
aquecidas quando da passagem dos gases de combustão e resfriadas quando da
passagem do ar. Seu formato assemelha-se a uma roda gigante, girando lenta e
uniformemente (figura 5.19).
Fig.5.19
c) Preaquecedor com colmeia refratária
Os gases quentes, ao passarem pela colmeia refratária trocam o calor com o frio
para a combustão (figura 5.20).
Fig.5.20
5.7.4.2 ECONOMIZADOR
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 76

77. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
Sua finalidade é aquecer a água de alimentação da caldeira (ver esquema da figura
5.21). Está localizado na parte alta da caldeira entre o tambor de vapor e os tubos
geradores de vapor sendo que os gases são obrigados a circular através dele, antes
de saírem pela chaminé.
Fig.5.21
Existem vários tipos de economizadores e na sua construção podem ser
empregados tubos de aço maleável ou tubo de aço fundido com aletas. Os
economizadores podem ser:
SEPARADO
Usados nas caldeiras de baixa pressão (25 kg/cm2) e construído geralmente de
tubos de aço ou ferro fundido com aletas; no seu interior circula a água e por fora
os gases de combustão.
INTEGRAL
Empregado na maioria dos geradores de vapor, apesar de requerer mais cuidados
que o economizador em separado. Deverá ser retirado da água de alimentação todo
o gás carbônico e o oxigênio, isto porque, quando estes elementos são aquecidos
aumentam a corrosão dos tubos. Este economizador tem grande capacidade de
vaporização e é constituído por uma serpentina e tubos de aço maleável.
A corrosão nos tubos dos economizadores pode ser tanto de dentro para fora como
de fora para dentro. Os furos de fora para dentro são causados pelos gases que
aquecem e arrastam enxofre contido no óleo. Ao se juntarem com o oxigênio e
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 77

78. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
com outros elementos contidos nos gases, formam um poderoso agente corrosivo
(Ácido sulfúrico, por exemplo). Os furos de dentro para fora são causados pela
circulação da água não tratada que contém oxigênio e gás carbônico, principais
agentes da corrosão interna dos tubos.
5.7.4.3 SUPERAQUECEDORES
a) Considerações sobre o vapor saturado superaquecido.
Se aquecermos água em um recipiente fechado, quando a água atingir uma certa
temperatura esta se transforma em vapor (temperatura de 100ºC aproximadamente,
ao nível do mar). Enquanto existir água dentro do recipiente, o vapor será saturado
e a temperatura não aumentará.
Mantendo-se o aquecimento até que toda a água se evapore teremos o vapor
superaquecido, com o conseqüente aumento de temperatura.
Este processo de superaquecimento do vapor seria impraticável nas caldeiras, pois
quando a água evaporasse, os tubos se queimariam e também não haveria uma
demanda suficiente na rede de vapor. Assim sendo, empregamos aparelhos
destinados a elevar a temperatura do vapor sem prejuízo para a caldeira.
O vapor saturado é mais indicado para uso em aquecimento, pois devido à mudança
de fase permite a troca de calor a temperatura constante, apresentando como
inconveniente a grande formação de condensado.
O vapor superaquecido é utilizado em turbinas a vapor, devido a ausência de
umidade exigida para operar nessas turbomáquinas por questões de deteriorização
das pás, vibração e queda de rendimento. Contudo existem situações de utilização
do vapor superaquecido para aquecimento e processo, é o caso em que se tem
extensas tubulações de vapor, isto é, a parcela de calor de superaquecimento serve
para vencer as perdas térmicas da linha, chegando ao processo como vapor saturado
com um mínimo de umidade (~2%), necessário a determinados processos
industriais.
b) Processo de superaquecimento de vapor
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 78

79. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
Para superaquecer o vapor empregam-se aparelhos denominados superaquecedores.
Estes aparelhos normalmente aproveitam os gases da combustão para dar o devido
aquecimento ao vapor saturado, transformando-o em vapor superaquecido.
Os superaquecedores são construídos de tubos de aço em forma de serpentina cujo
diâmetro varia de acordo com a capacidade da caldeira. Estes tubos podem ser
lisos ou aletados.
Quando instalados dentro das caldeiras estão localizados atrás do último feixe de
tubos, entre dois feixes de tubos, sobre os feixes de tubo ou ainda sobre a fornalha
(figura 5.22). A caldeira pode, apresentar o superaquecedor em separado (figura
5.23). Neste caso, ele dependerá de uma fonte de calor para o aquecimento;
normalmente, é instalada uma outra fornalha.
Figura 5.22
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 79

80. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
Fig.5.23
5.7.4.4 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, por exemplo), que possam estar presentes.
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 80

81. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
6. TIRAGEM
É o processo de retirada da caldeira para a atmosfera, dos gases provenientes da
combustão. A tiragem pode ser efetuada de várias maneiras: natural, forçada e
mista.
6.1 TIRAGEM NATURAL
Quando normalmente sem a ajuda de equipamentos especiais o ar entra na fornalha,
alimenta a chama e sai pela chaminé, graças a diferença de temperaturas existentes
na sua base e no seu topo.
6.2 TIRAGEM FORÇADA E INDUZIDA
No caso em que os gases são eliminados com a ajuda de ventiladores sopradores, a
tiragem chama-se forçada (figura 6.1), podendo apresentar várias disposições
construtivas. Suas dimensões porém, dependem da capacidade da caldeira para um
suficiente suprimento de ar de combustão e para que os gases sejam totalmente
eliminados).
Nas caldeiras em que os gases são eliminados através de exaustores, aspirando os
gases e projetando-os para a atmosfera, a tiragem é chamada induzida (figura 6.2).
Tiragem Forçada
Fig.6.1
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 81

82. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
As caldeiras que possuem este tipo de tiragem são chamadas de caldeiras
despressurizadas e precisam ter muito boa vedação para evitar a entrada de ar falso,
através de suas paredes ou duplos invólucros.
Tiragem Induzida
Fig.6.2
6.3 TIRAGEM MISTA OU BALANCEADA
Neste sistema, são empregados dois ventiladores sendo que um deles tem a finalidade de
introduzir o ar dentro da caldeira (ventilador soprador) e o outro tem a finalidade de retirar
o ar da caldeira (ventilador exaustor), conforme esquema da figura 6.3.
Tiragem mista
Fig.6.3
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 82

83. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
6.4 CONTROLE DE TIRAGEM
Para que uma caldeira possa ter um bom funcionamento, a tiragem tem que ser
muito bem controlada. Este controle é feito por registros colocados no circuito dos
gases. Estes registros constam de uma ou mais palhetas que podem ser comandada
manual ou automaticamente, chamados de “dampers”.
6.5 CHAMINÉ
Ajudam a tiragem devido à diferença entra a sua base e o seu topo, provocada pela
diferença de temperatura dos gases da combustão.
As chaminés podem ser construídas de chapas de aço ou de alvenaria, empregando-
se tijolos comuns. Em qualquer dos casos, sua construção deve ser muito rigorosa,
levando-se em conta a quantidade e a velocidade dos gases da base, do tipo de
material empregado e a pressão atmosférica no local. Em nenhuma hipótese
poderão existir fendas que possibilitem a entrada falsa de ar.
Pela chaminé deverão sair o gás carbônico (CO2), vapor d’água (H2O) e outros
compostos. Isso, porém, na maioria das vezes não ocorre e junto com o gás
carbônico há um grande desprendimento de fuligem que contribui para a poluíção
da atmosfera.
A fumaça que sai pela chaminé, quando apresentar uma coloração clara, pode
indicar um pequeno excesso de ar e quando sua coloração for escura, indica a
presença de combustível não queimado pela deficiência na alimentação de ar, de
forma a atingir uma relação ar-combustível adequado.
A maneira mais segura de determinar as quantidades de gás carbônico que se
desprendam pela chaminé é fazer uma análise com aparelhos indicadores.
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 83

84. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
7. COMBUSTÃO E COMBUSTÍVEL
7.1 DEFINIÇÕES
COMBUSTÃO
A combustão é produzida pela reação química de duas substâncias: combustível e
comburente.
COMBUSTÍVEL
É a substância que queima e contém em sua composição, principalmente, carbono e
hidrogênio, além de outros que o compõe.
CLASSIFICAÇÃO DOS COMBUSTÍVEIS
Os combustíveis podem ser classificados em:
a) SÓLIDOS
madeira, turfa, linhito, lulha, carvão vegetal, coque de carvão, coque de petróleo,
etc.
b) LÍQUIDOS
petróleo, óleo de xisto, alcatrão, álcool e óleos vegetais.
c) GASOSO
metano, hidrogênio, GLP (butano e propanol), gás de coqueira (siderurgica),
gasogênio, biogás, etc.
COMBURENTE
É o elemento que entra na reação de combustão como fonte de oxigênio.
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 84

85. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
REAÇÕES DA COMBUSTÃO
Na combustão, a reação que ocorre é denominada, basicamente, de oxidação. A
fonte usual é o oxigênio do ar atmosférico. O oxigênio está contido no ar
atmosférico na proporção de 23% em percentagem por peso atômico ou 21% em
percentagem volumétrica.
C + O2 →CO2 + 8.100 Kcal/kg C
C + ½ O2 →CO + 2.400 Kcal/kg C
2H2 + O2 →2H2O (L) + 34100 Kcal/kg H2
S + O2 →SO2 + 2.200 Kcal/kgS
Observa-se pelas reações anteriores, que se deve, sempre, orientar a queima no
sentido de se obter o CO2 pois assim se tem uma maior liberação de calor.
Na prática, queima-se combustíveis que não se compõem, apenas, de carbono (C),
mas também de hidrogênio (H2) e enxofre (S), conforme visto nas reações acima.
A combustão é completa quando todos elementos combustíveis contidos no
combustível em questão (C, H2 S, etc.), se combinam com o oxigênio do ar,
fornecendo os produtos finais correspondentes. A seguir é exposto as principais
exigências de um eficiênte processo de combustão:
a) o comburente deve formar com o combustível uma mistura homogênea. O uso
de queimadores apropriados, bem como a temperatura correta do óleo são
fatores essenciais para uma queima ideal. Estes fatores propiciam a gaseificação
do combustível.
b) o comburente deve estar em quantidade suficiente em relação ao combustível
para que a reação química da combustão seja completa. Deve-se trabalhar com
o mínimo de excesso de ar.
c) quanto maior a viscosidade do combustível, mais difícil será a sua pulverização,
ou seja, mais difícil será a sua divisão em gotículas. O preaquecimento do óleo
combustível é fundamental para se atingirem 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 muito do ponto de fulgor do
óleo combustível.
7.2 CÁLCULO DO AR NECESSÁRIO À COMBUSTÃO - COMBUSTÍVEL
LÍQUIDOS
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 85

86. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
A combustão é completa quando a quantidade de ar é a necessária e suficiente para
oxidar os elementos constituintes do combustível utilizado.
Havendo combustão incompleta teremos fuligem, aldeído e monóxido de carbono,
além de não ocorrer a liberação total do calor do combustível.
A quantidade teórica de ar necessária à combustão pode ser calculada pela seguinte
fórmula:
mtar = 11,5 C + 34,8 (H-O/8) + 4,35. S
Onde
mtar = massa teórica de ar necessária a combustão (kg ar/kg comb).
Os percentuais de água, cinzas e enxofre são obtidos em laboratório, ou
especificados pelo fornecedor do combustível.
Exemplificando, podemos considerar a queima de um óleo combustível tipo A
(BPF), com a seguinte composição média:
C = 84%, H2 = 11%, S = 4% e O2 = 1%
0 , 01
mtar = (11,5 - 0,84) + 34,8 (0,11 - )+ (4,35 x 0,04)
8
mtar = 9,66 + 3,7845 + 0,174
mtar = 13,62 kg ar/kg óleo
Dessa forma, teremos: 13,6 kg ar/kg BPF
Considerando que o ar possuí 23% em percentagem por peso atômico do oxigênio,
então teremos:
O2 = 0,23 x 13,6 = 3,1 kg O2 / kg de BPF.
Exercicio:
1) Calcular a relação ar/combustível teórico para um combustível com a seguinte
composição: C= 81%, H2= 10%, S = 8%, O2 = 0,5%, cinzas = 0,5%.
2) Determine o volume de ar real necessário à queima do combustível do exercicio
1 nas seguintes condições de pressão e temperatura: 27ºC e 700 mmHg:
Solução:
PV = mRT
P = 700 mmHg = 93,325 (Kpa) , 1 bar = 102 Kpa = 750,064 mmHg.
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 86

87. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
T = 273 = 27 = 300 (K)
R 8 , 315 kJ
RAR = = = 0 , 287
Mar 29 kg .K
mtar , calculado no exercicio 1.
7.3 ESTEQUIOMETRIA DA COMBUSTÃO
Proporção correta do volume de ar x combustível queimado:
Sabemos que a combustão é perfeita quando a quantidade de ar utilizada é a
necessária e suficiente para a completa combustão. Cada unidade de peso de
determinado combustível requer uma quantidade determinada de ar. Dependendo
da temperatura ambiente, esta quantidade de ar corresponderá a um dado volume.
Este volume de ar necessita entrar na câmara de combustão na proporção correta
em relação ao combustível queimado.
Se a proporção de ar e combustível não for mantida haverá insuficiência ou excesso
de ar e, consequentemente, perda de eficiência no processo.
Determinados combustíveis exigem maior ou menor excesso de ar, já que a
combustão perfeita é quase impraticável. Partindo-se de uma análise elementar de
um óleo combustível, chegou-se à conclusão que um quilo de óleo ao queimar,
necessita de, aproximadamente, 13,6 kg de ar. Como na prática não se consegue
uma atomização perfeita nem se garante que todo o ar admitido possa misturar-se
intimamente com o óleo durante o processo de combustão, é normal admitir-se um
excesso de ar, além do teóricamente necessário, a fim de se garantir a queima
perfeita do combustível. Logicamente é necessário controlar esse excesso de ar, de
forma tal que ele atinja níveis mínimos, pois o ar que não participa de combustão
tende a retirar calor da chama, sem contribuir para a reação, além do que,
estaremos aquecendo um volume de ar desnecessariamente, o que implicará num
aumento de velocidade de circulação dos gases quentes, com conseqüente perda de
calor pela chaminé.
7.4 CONTROLE DE AR EM EXCESSO E EM FALTA
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 87

88. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
A forma mais prática e rápida de se calcular o calor perdido através dos gases de
combustão é pela medição de sua temperatura na base da chaminé, associando-se
ao teor de CO2 medido no mesmo ponto.
Como foi visto, sabemos que o excesso de ar reduz a percentagem de CO 2 presente
nos gases de combustão, pois para o mesmo volume de CO2 teremos aumentado o
volume total dos gases.
As medições do teor de CO2 nos gases de combustão são efetuadas por meio de um
medidor de CO2 tipo “Firyte” ou “Orsat”. Esse tipo de medidor de CO2 funcionam
pela absorção deste gás por uma solução de hidróxido de potássio concentrada
contida numa coluna graduada, que fornece o teor de CO2 por leitura direta. Com
a determinação dos valores de CO2 e temperatura, obteremos informações tais
como: a perda percentual de calor pela chaminé e a percentagem de excesso de ar.
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 88

89. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
8. ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DAS CALDEIRAS
As águas de alimentação de caldeiras provêm de fontes naturais como poços, lagos,
córregos, rios, e de outros mananciais contendo reservas deste fluido.
Conforme a sua procedência, tais águas podem conter diferentes produtos
dissolvidos ou em suspensão, em concentrações bem diversas.
O emprego direto das águas “in natura”, como água de alimentação de caldeiras,
implica num processo de evaporação da fase líquida, com conseqüentes
concentrações dos produtos minerais dissolvidos.
Outros produtos, entretanto, também se liberam, tais como gases dissolvidos
existentes na fonte fornecedora ou mesmo resultante da decomposição de matérias
orgânicas igualmente presentes.
Os resíduos, após a evaporação da fase líquida, formam depósitos sobre as
superfícies metálicas das caldeiras, com aderências de diferentes tipos, de
conformidade com a natureza do material acumulado. Certos produtos
depositados, permanecem na forma de um lodo de fácil remoção; outros se
incorporam a própria parte metálica na forma de resíduos resistentes, de remoção
mais difícil, constituindo um depósito denominado pêlos caldeireiros de
incrustações.
Como esses depósitos incrustantes, são fracos condutores de calor, seu acúmulo
sobre as superfícies metálicas tendem a criar maiores resistências ao escoamento do
calor, contribuindo para uma sensível diminuição do Coeficiente de Condutividade
entre os gases quentes e a água situada no interior da tubulação. Evidentemente,
diante de uma condição de trabalho que prejudica a troca de calor entre os fluidos
do processo, a caldeira, passa a produzir menor quantidade de vapor e a apresentar
uma diminuição no seu rendimento térmico.
8.1 UNIDADES ADOTADAS
A unidade mais universal para exprimir a concentração das substâncias em solução
nas águas naturais é o ppm, ou seja, partes por milhão.
Conhecem-se outras unidades mais comuns nas análises inglesas:
gpg= grãos americanos por galão
pts/100.000= partes por 100.000 partes de água
gpg imp= grãos por galão inglês
Entre as diferentes unidades há as seguintes equivalências:
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 89

90. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
1 gpg = 17,1 ppm
1 ppm= 1 mg/l = 1 g/m3
1 ppm = 0,0583 gpg = 0,07 gpg imp = 10lb/1.000.000 galões ingleses
As análises são sempre feitas com referência ao volume de água e não ao pêso,
assumindo o pêso de 1 kg por cada litro de água sem levar em conta a correção pela
temperatura.
8.2 ANÁLISE DA ÁGUA
Toda água de alimentação deve ser conhecida e controlada. Baseado no fato de se
conhecer quais as impurezas normais das águas naturais, foram formulados
métodos simplificados suficientemente satisfatórios para assegurar um controle
rotineiro.
O método consiste na determinação dos seguintes valores:
• dureza
• alcalinidade
• cloretos
• fosfatos
• pH
Certas águas obrigam a determinação de outros dados como sejam:
• sólidos totais
• resíduos calcinado
• matéria orgânica
• concentração de O2 livre.
• sílica.
− Dureza - O grau de dureza exprime a concentração dos sais de cálcio seja na
forma de carbonato, sulfato silicato ou cloreto. Pode ser expressa em grau
alemão, francês ou inglês, entre os quais há uma relação:
Grau F = 0,5 grau A Grau A = 0,7 grau I
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 90

91. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
O grau F eqüivale a 10 mg CaCO3/litro
O grau I eqüivale a 14,3 mg CaCO3/litro
O grau A eqüivale a 10mg CaCO3/litro
− Alcalinidade - Exprime a presença de ions dos sais de bicarbonato, carbonatos,
hidróxidos, fosfatos, silicatos, etc., ou seja, todos os que contribuem para a
alcalinidade da água. Destes os mais expressivos são os carbonatos e
hidróxidos.
− Cloretos - São geralmente muito solúveis, sejam de cálcio, magnésio, sódio,
ferro e outros. Sua determinação se faz com solução de Nitrato de Prata N10
padrão empregando como indicador o Cromato de Potássio. Estes sais, por
serem altamente solúveis permitem, em primeira aproximação, estabelecer a
porcentagem de descarga da caldeira.
− Fosfatos - Os sais de fosfatos são auxiliares valiosos no tratamento de água.
Geralmente não comparecem nas águas naturais. Sua determinação se processa
com reagente de molibdato de amônio.
A concentração é feita por teste colorimetrico comparativo com escala padrão. A
intensidade da côr é proporcional à concentração do fosfato. A escala
comparativa já indica a concentração dos fosfatos.
− pH - Indica a acidez ou alcalinidade das águas. As águas naturais são
geralmente ligeiramente ácidas: 6,3 - 6,5 pH.
O pH é determinado por escala comparativa de indicadores padrões.
− Matéria orgânica - Podem comparecer nas águas na forma coloidal ou de algas
microscópicas, respondendo por sérios problemas de corrosões nos
superaquecedores e também nas caldeiras. Sua determinação se faz pelo
processo do permanganato.
− Gases dissolvidos - As águas naturais contém sempre gases dissolvidos. O CO2
se apresenta com concentração até 50 ppm, porém, facilmente eliminável por
aquecimento. A solubilidade do oxigênio chega a ser até 5,7 ml/l à 25ºC. O
oxigênio é extremamente agressivo, atacando o metal da caldeira. O aumento da
temperatura da água acentua a agressividade deste gás. Sua determinação, para
caldeiras de pressões mais elevadas, acima de 21 kg/cm2 é obrigatória.
O método para determinação do oxigênio exige cuidados especiais e deve-se a
Winkler baseado na rápida ação oxidante do elemento em soluções de hidróxido
manganoso Mn (OH)2.
− Sílica - É responsável pelas incrustações mais difíceis de serem removidas das
superfícies metálicas. Sua determinação se faz por processo quantitativo.
− Sólidos totais - É a soma dos sólidos em suspensão e dos sólidos dissolvidos.
Os sólidos totais são uma medida da possibilidade de formação de espuma,
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 91

92. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
arraste de sílica volátil e formação de depósitos. Supondo que o tratamento
d’água está obtendo o máximo de eficiência possível, é necessário purgar a
caldeira para reduzir sua concentração. Esta purga é realizada pela extração de
superfície, que é uma purga contínua e, quando necessário, pela extração de
fundo, que é uma purga intermitente, limitando assim a concentração de sólidos
totais admissíveis na água de caldeira, cujo teor tolerável é inversamente
proporcional à pressão de operação, como se segue:
8.3 TRATAMENTOS E APARELHAGENS
Basicamente apresenta-se em dois métodos sempre associados, o primeiro método
denominado de TRATAMENTO EXTERNO, proporciona o melhoramento da
qualidade da água antes de sua introdução no gerador de vapor. O outro método é
chamado de TRATAMENTO INTERNO realizando as reações químicas de
tratamento no interior da própria caldeira.
8.3.1 TRATAMENTOS EXTERNOS
O primeiro passo no tratamento da água é sua clarificação a fim de remover todas
as partículas sólidas existentes em suspensão responsáveis pela sua turbidez.
O método tradicional de simples filtração só obtém resultado quando a água
procede de poços artesianos profundos, os quais as vezes já dispõe de uma água
límpida, embora fortemente carregada de sais dissolvidos.
Nessa hipótese, a aplicação de um filtro de areia aberto com remoção das
impurezas por gravidade ou uma variante de filtro auto lavável, também aberto,
atendem as necessidades do processo. Na ausência de espaço para se instalar um
filtro deste tipo, se recorre a um filtro de camadas de areia e antracito, fechado,
compacto que promove a circulação da água sob pressão até no máximo de 10 m
c.a. (vide fig.8.1). Quando a pressão interna do vaso do filtro acusa valores
superiores a pressão atrás indicada promove-se uma inversão do fluxo da água que
passa a circular no sentido ascendente, arrastando para o esgoto todo o material
acumulado sobre a camada superior de areia. Esta operação se prolonga até o visor
existente no circuito, acusar passagem de água límpida, com duração aproximada
de 5 a 10 minutos.
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 92

93. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
Fig.8.1
Naturalmente durante esta limpeza o suprimento de água fica interrompido, razão
pela qual, ser de boa norma, instalar dois aparelhos em paralelo. Enquanto um
deles atende a operação de limpeza, o segundo continua suprindo água ao processo.
A periodicidade da operação limpeza depende da qualidade da água, porém, na
maioria dos casos não ultrapassa 24 horas com um mínimo de 12 horas.
Todavia, a turbidez da água igualmente se deve a presença de matérias coloidais
dificilmente retidas nos filtros anteriores. Esta ocorrência é comum nos mananciais
de superfícies que agregam águas correntes com todos os tipos de rejeitos por onde
passam, humanos, vegetais e minerais.
Dificilmente hoje se encontra um córrego, rio ou lago que disponha de água
límpida sendo forçoso o acréscimo de um pré tratamento, antes da filtração,
denominado clarificação.
Os aparelhos clarificadores recebem a água bruta tal qual procedem das fontes de
suprimento juntamente com agentes coaguladores que promovem a formação de
flocos gelatinosos dotados de grande capacidade de absorção das impurezas
existentes no fluido.
Os agentes coagulantes minerais mais divulgados são compostos de ferro e de
alumínio estes últimos de maior aplicação.
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94. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
O hidróxido de alumínio formado no aparelho com o aspecto de flocos gelatinosos
vão paulatinamente decantando, arrastando para o fundo do aparelho toda a
turbidez da água.
Os aparelhos destinados a formar os flocos são denominados floculadores, os
destinados a decantar são os decantadores. As duas funções podem ser verificar
num único aparelho denominado Clarificador. A figura 8.2 mostra um esquema de
um decantador estático tipo cilíndrico cônico.
Decantador Cilindrico Cônico
Fig.8.2
A água límpida a seguir deve ser submetida a outros tratamentos para eliminar as
impurezas dissolvidas. Serão parâmetros determinantes na decisão do processo de
tratamento a ser adotado, a qualidade da água, a pressão da caldeira e a pureza do
vapor.
Determinadas águas uma vez isentas de turbidez, podem ser introduzidas
diretamente no interior das unidades geradoras de vapor de baixa pressão, e ali
serem submetidas ao chamado tratamento interno descrito páginas adiante.
Caldeiras de maior responsabilidades, principalmente aquelas que se destinam a
suprir vapor para centrais térmicas exigem águas absolutamente isentas de
impurezas.
A segunda etapa dos tratamentos externos praticados pela tecnologia, encontram-se
aqueles que promovem apenas o abrandamento da água, ou seja, que eliminam a
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 94

95. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
sua dureza, e outros projetados para fornecer uma água totalmente desmineralizada.
Em ambos, em seguida, se acrescenta a desgaseificação.
8.3.1.1 ABRANDAMENTO
Existem na literatura diversos métodos para se obter o abrandamento da água,
dentre eles o mais difundido atualmente é o abrandamento por troca de íons. Este
método se baseia na propriedade de certas areias naturais que imersas em água
provocam um intercâmbio de íons.
O abrandamento da água consiste em passar a água dura através de uma coluna de
resina aniônica a base de sódio. O sódio presente na resina substituí o cálcio e o
magnésio da água num processo contínuo até o seu exaurimento, momento a partir
do qual se torna forçoso a regeneração. Neste estágio se interrompe a passagem da
água a ser tratada substituíndo-a por uma solução de cloreto de sódio a qual
recompõe o cátion consumido e remove o cálcio e o magnésio do aparelho
diretamente para o esgoto. Feita a regeneração, volta a operação.do ciclo de
tratamento. A figura 8.3 -a exibe um aparelho abrandador de um estágio, com
tanque de salmoura para regeneração e todas as tubulações de operação, já a figura
8.3-b representa o corte em perspectiva de um abrandador de leito misto.
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 95

96. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
(a) (b)
a) Instalação de abrandador de um Estágio, b) Corte em Perspectiva de um
Permutador Abrandador de Leito Mixto.
Fig.8.3
8.3.1.2 DESMINERALIZAÇÃO
Efetuada sobre uma série de trocadores de ;íons, é o tratamento escolhido para a
alimentação das caldeiras com pressões acima de 40kgf/cm2, especialmente quando
estas caldeiras comportam superaquecedores ou alimentam turbinas, caso nas
usinas térmicas para geração de potência.
Uma unidade para suprimento de água desmineralizada contém os aparelhos de
troca aniônicos e catiônicos, conforme a exigência da qualidade da água e se
complementa com outros aparelhos como preparadores das soluções regenerativas,
bombas dosadoras e aparelhos registradores.
8.3.1.3 DESGASEIFICAÇÃO
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Tem a finalidade de eliminar todos os gases ainda dissolvidos na fase líquida, para
a atmosfera, como por exemplo o oxigênio, gás carbônico, sulfídrico e outros.
A eliminação dos gases Normalmente é executada por aparelhagem específica,
denominada DEGASEADOR.
Todavia, unidades que operam com baixas pressões, podem dispensar o acréscimo
da aparelhagem, adotando métodos químicos para atenuar o efeito corrosivo,
sobretudo o oxigênio.
Os produtos mais difundidos neste tipo de tratamento são o Sulfito de Sódio e a
Hidrazina.
A Hidrazina simples ou catalizada vem sendo mais utilizada para neutralizar a
corrosão do oxigênio, porquanto ela seqüestra este gás dissolvido na água.
• Aparelhos Desgaseificadores
O degaseador a pulverização (Vide figura 8.4) dispersa a água em finas gotas
através de pulverizadores na câmara de vapor do aparelho proporcionando um
aumento da superfície de contato das fases.
O degaseador de cascata, também conhecido como tipo de bandejas, operam em
contra corrente, despejando a água a partir de um distribuidor superior na forma de
múltiplas cascatas através do qual o vapor flui em sentido contrário. A fase líquida
se aquece ao longo do percurso até se acumular no vaso de reserva. O vapor, parte
condensa parte escoa pelo escape na atmosfera arrastando consigo os gases
incondensáveis.
Uma variação mais moderna deste tipo, aplica bandejas perfuradas de forma a criar
uma série de jatos cilíndricos de água em queda vertical aumentando a superfície de
contato das fases, conforme esquema da fig.8.5.
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98. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
Esquema de um degaseador a pulverização
Fig.8.4
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99. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
Degaseador de bandejas perfuradas
Fig.8.5
Os gases incondensáveis são arrastados pelas bolhas de vapor em excesso para a
coluna do aparelho que dispõe de uma distribuição da água de ingresso na forma de
cascatas.
O aparelho deste tipo precisa ser rigidamente fixado a base, e todos os acessórios
firmemente atados, dado que a injeção do vapor diretamente no fundo do vaso
cheio de água fria, no início do processo de aquecimento provoca fortes golpes de
aríete pela instântanea condensação do vapor.
As melhores construções destes aparelhos contém em cada orifício de distribuição
do vapor um misturador para atenuar os efeitos da forte trepidação resultante do
golpe de aríete.
Deve-se acrescentar na instalação destes aparelhos, uma série de acessórios de
controle de nível, da pressão interna de operação, da pressão do vapor de injeção,
manômetros e termômetros, indicadores de nível, bem como, a providência de
adequado isolamento.
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100. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
Na maioria das instalações de degaseamento, o aparelho opera com uma pressão
interna ligeiramente superior a pressão atmosférica, de conformidade com a
temperatura desejada na água degaseada.
8.3.1.4 REMOÇÃO DA SÍLICA
Como já foi observado anteriormente, a sílica está presente na água como ácido
salicílico e silicatos solúveis. Forma incrustações de difícil remoção que podem ser
retirados pelo tratamento com óxidos por troca iônica.
8.3.2 TRATAMENTO INTERNO
Aplica-se em água de baixa dureza, não turvas, adicionando-se produtos químicos
que reagem no interior da caldeira.
Há varias composições no mercado, cujas doses são prescritas pêlos fabricantes em
função das impurezas encontradas pela análise da água.
O produto básico destas composições, porém, é o trifosfato de sódio.
É o método mais econômico que consiste em adicionar uma solução dos sais de
tratamento no próprio tanque de alimentação de água ou no tubo de injeção desta,
no interior da caldeira, mediante um dosador contínuo.
As reações do fosfato no interior da caldeira precipitam os sais de cálcio, numa
forma não aderente a superfície metálica e tornam altamente solúveis os sais que
davam dureza a água.
O precipitado formado pelas reações, sob forma de um lodo, depositam-se nas
partes inferiores da caldeira, de onde são eliminados por meio de descargas
intermitentes.
8.4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Apesar do tratamento mais rigoroso que se possa adotar, é impossível eliminar da
água todos os sais em solução. Excetua-se o método da distilação.
A caldeira com a água que produz vapor, portanto, vai acumulando e concentrando
os sais que ingressam com a água. A concentração deve ser mantida até o limite de
solubilidade a partir do qual há precipitações que concorrem para incrustração,
arraste de partículas sólidas pelo vapor e formação de espuma.
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101. ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O
É a descarga da caldeira que mantém a concentração destes sais dentro dos limites
convenientes, além de arrastar o lodo que se acumula nas partes inferiores da
caldeira.
• FORMAÇÃO DE ESPUMA E ARRASTE.
O arraste consiste de diminutas gotículas de água que são carregadas pelo vapor no
momento que este se desprende da superfície da água. Em condições normais de
operação, o arraste de água é uma possibilidade remota pois os internos do tubulão
superior são projetados para evitar que isto ocorra. Entretanto, pode ocorrer este
tipo de arraste se houver:
• danos nos aparelhos separadores de vapor
• nível alto no tubulão
• variação brusca de carga
• presença de espuma no tubulão superior
A formação de espuma é devida a concentração de produtos químicos provocando
redução de tensão superfícial da película de água que envolvem as bolhas de vapor
em geração. As causas da formação espuma são:
• excessiva concentração de sólidos na água
• excessiva alcalinidade cáustica
• matéria orgânica em suspensão na água como óleo, graxas, etc.
Assim, os produtos químicos são lançados no espaço de vapor e carregados por ele.
A intensidade desta espuma depende da natureza dos compostos químicos na água
da caldeira. O problema de arraste provoca a formação de depósitos no
superaquecedor, nas pás das turbinas e no sistema de condensado, além de
problemas de corrosão e erosão, nas caldeiras aquotubulares.
Outro contaminante indesejável é o óleo ou graxa presentes na água de caldeiras os
quais são grandes formadores de espuma. Formam também uma película isolante
sobre a superfície interna dos tubos da caldeira provocando superaquecimento.
Dependendo da temperatura, podem ser carbonizados resultando uma deposição de
carbono na caldeira.
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102. 10. BIBLIOGRAFIA
1. Pera, Hildo, Geradores de Vapor de Água .Ed. Fama: São Paulo ,1990
2. Pereira, C.A.A., et all, Geração e Distribuição de Vapor Apostíla Petrobrás S/A,
1993.
3. DUBBEL, Manual de Construção de Máquinas. Ed. Hemus: São Paulo, 1974.
4. Santos, A.H.M; et all, Instrumentação e Controle Aplicado a Caldeiras Itajubá:
FUPAI, 1993.
5. Canuto, R. , Operadores de Circuitos Fluidos.
6. Apostila Michelin, 1987.