CALDEIRAS
Calor
Para compreendermos o que é calor, vamos imaginar a
seguinte situação:
Em um recipiente contendo água na temperatura...
Caloria
No slide anterior, tratamos da medição de temperaturas e
dos efeitos provocados sobre os corpos por um aumento
de ...
Definição de Caloria
A água recebeu uma
caloria de calor.
14,5º C 15,5º C
Unidade de Calor
A unidade de calor, no Sistema internacional de
Unidades, é o Joule; admite-se, entretanto, o uso de
calo...
Estado Físico
distinguem-se da seguinte forma:
•Os sólidos têm forma própria, volume bem definido e suas
moléculas têm pou...
Turbinas das moendas
Turbo gerador de energia elétrica
Turbo bombas para recalque de água
Ventiladores / exaustores
Aqueci...
Caldeira
Caldeira
O ar é formado basicamente dos componentes
Oxigênio (O) e Nitrogênio (N) que ficam agrupados em
pares.
Princípios...
Caldeira
Sólido;
Líquido;
Gasoso
Os combustíveis são classificados em :
Bagaço de cana
Lenha
Carvão
Principais Combustí...
Caldeira
Fatores que influenciam a combustão
O tamanho das partículas do combustível.
(quanto menor mais facilmente se com...
Caldeira Equipamento
É o elemento de ligação dos tubos para possibilitar a
circulação de água na caldeira, tem por função ...
Caldeira Equipamento
Tubulão de água (inferior)
EQUIPAMENTOS
Tubulão de água
externo
Caldeira Equipamento
Tubulão de água (inferior)
EQUIPAMENTOS
Tubulão de vapor
interno
Caldeira Equipamento
Tubulão de vapor
EQUIPAMENTOS
É um corpo cilíndrico contendo em seu interior água e vapor
formado pel...
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Tubulão de vapor
EQUIPAMENTOS
Tubulão de vapor
externo
Caldeira Equipamento
Tubulão de vapor
EQUIPAMENTOS
Tubulão de água
interno
Caldeira Equipamento
É distribuída no tubulão
através de furos dispostos em
toda a extensão do tubulão.
Tubos de alimentaç...
Caldeira Equipamento
Tubos de purga contínua
EQUIPAMENTOS
Localiza-se abaixo do nível
de água aproximadamente,
com furos e...
Caldeira Equipamento
É constituído de chapas, colocados
no costado frontal do tubulão de
vapor, formando uma
receber o vap...
Consiste em chicanas e filtros
que destinam-se a reter água do
vapor, de maneira que esse entre
“seco” no superaquecedor.
...
Caldeira Equipamento
São tubos
feixe tubular
conduzem a água
traseiros do
que
do
tubulão de vapor para o
tubulão
chamadas
...
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Tubos Geradores
EQUIPAMENTOS
São tubos dianteiros do feixe tubular ascendentes e
descendentes, que co...
Caldeira Equipamento
Tubos da fornalha (parede de água)
EQUIPAMENTOS
parede frontal,
traseira e
lateral.
Esses tubos estão...
Caldeira Equipamento
Aletados ou membranados
Tangentes
Espaçados
Tubos da fornalha (parede de água)
EQUIPAMENTOS
Os tubos ...
Caldeira Equipamento
Válvula de Segurança
EQUIPAMENTOS
É um dispositivo que deve atender de
forma confiável e precisa como...
Caldeira Equipamento
Válvula de Controle
EQUIPAMENTOS
Seu funcionamento é
automático e comandado
por instrumentos.
Caldeira Equipamento
Exaustores
EQUIPAMENTOS
O exaustor tem por
finalidade retirar os gases
formados pela
combustão, possu...
Caldeira Equipamento
combustão, através
térmica entre o gás
da troca
passando
Pré-aquecedores de ar
EQUIPAMENTOS
por dentr...
Caldeira Equipamento
Indicadores de nível
EQUIPAMENTOS
Sua finalidade permitir ao operador
verificar o nível de água no tu...
Caldeira Equipamento
Indicadores de nível
EQUIPAMENTOS
AULA 11 – CALDEIRAS
Caldeira Equipamento
Chaminé
EQUIPAMENTOS
Tem por objetivo conduzir para
atmosfera os gases formados na
combustão. Quando ...
Caldeira Equipamento
Economizador
EQUIPAMENTOS
Equipamento que efetua-se o aquecimento da água
de alimentação da caldeira ...
Caldeira Equipamento
Invólucro
EQUIPAMENTOS
São as paredes que envolvem toda a caldeira, podendo
ser constituídos de tijol...
Caldeira Equipamento
Invólucro
EQUIPAMENTOS
Caldeira
Caldeira
Caldeira
Caldeira
Caldeira
Tipos de transformação de Fases
Fusão: passagem de sólido para líquido;
Solidificação: passagem de líquido para sólido;
Va...
Mudança de Fases
Termômetros
O aquecimento faz com que a espiral bimetálica curve-
se, movendo o ponteiro e, desta forma, indicando o valor...
Termometros de Caldeiras
Aço
Latão
Termopar
Baseados na medida da voltagem existente nas junções
de fios metálicos ou ligas de naturezas diferentes, a qual
d...
Definição de Caldeira
A NR-13, redação aprovada pela portaria 23 de 26/04/95, define
caldeira a vapor como todo equipament...
Caldeiras de recuperação
Quando a energia utilizada na produção de vapor é retirada de uma
fonte como escape de motores ou...
Caldeiras de recuperação
Classificação quanto à montagem
As caldeiras também podem ser classificadas quanto ao seu grau
de pré-fabricação. Por este...
Classificação quanto à concepção
As caldeiras podem ser agrupadas em:
– Flamotubulares
– Aquotubulares
Caldeiras Flamotubulares
Caldeiras Flamotubulares – Estas caldeiras caracterizam-se
pela passagem dos gases quentes por de...
Caldeiras Flamotubulares
Parede D’Água
Caldeiras Flamotubulares
Tipo A
Tipo D
Tipo O
Queimadores
Queimadores
Caldeiras Flamotubulares
Caldeiras Flamotubulares
Caldeiras Flamotubulares
As principais vantagens deste tipo de caldeiras em relação as
aquotubulares são:
•Tamanho compact...
Caldeiras Aquotubulares
Caldeiras Aquotubulares – Estas caldeiras caracterizam-se
pela combustão em uma câmara denominada ...
Esquema de Caldeira Aquatubular
Esquema de Caldeira Aquatubular
UNIPETRO - OPERADOR DE PROCESSOS PETROQUÍMICOS
Caldeiras Aquotubulares - Componentes
As caldeiras aquotubulares têm como característica
principal a formação do vapor no ...
Componentes
Os cinco primeiros elementos são fundamentais para o
funcionamento de qualquer caldeira aquotubular,
gerando s...
Caldeira Aquotubular – Funções dos Componentes
As funções destes componentes são as seguintes:
o vaporTubulão superior – s...
Caldeira Aquotubular – Funções dos Componentes
Tubulão inferior – acumular água líquida e coletar depósitos, de
onde podem...
Caldeira Aquotubular – Funções dos Componentes
Economizador – aquecer a água de alimentação da
caldeira, também utilizando...
Combustível
O termo “combustível” está, atualmente, ligado
diretamente à idéia de fonte de energia calorífica. Desta
forma...
Combustíveis – Classificação Naturais
a) Sólidos
– carvão mineral (turfa, hulha)
– madeira (nó de pinho, lenha)
– xisto (b...
Combustíveis – Classificação - Artificiais
a) Sólidos
– carvão vegetal
– coque de petróleo
b) Líquidos
–álcool
–derivados ...
Poder Calorífico
Da mesma forma que os combustíveis líquidos, os
Podercombustíveis gasosos também apresentam
Calorífico ex...
Queimadores
São dispositivos destinados a preparar o combustível
para a queima, fornecendo-o à fornalha dividido e em
ínti...
Atomização do Combustível
Como a queima de óleo combustível ou diesel processa-se na
fase gasosa, há necessidade que o mes...
Atomização do Combustível – Como Funciona
Este processo consiste na passagem do vapor através de um
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Atomização do Combustível – Como Funciona
O Óleo é misturado com o ar e atomizado.
Atomização do Combustível – Como Funciona
Deterioração em Caldeiras
Os principais agentes responsáveis pela corrosão em equipamentos,
operando em temperatura elevad...
Tratamento de Águas de Caldeiras
Caldeiras que operam em altas pressões devem ser alimentadas
com água destilada por evapo...
Remoção de Gases Dissolvidos
A presença de gases dissolvidos na água, como O2, CO2, H2S, etc., é
a principal causa de corr...
Tratamento de Águas de Caldeiras - Dureza
Por ser o principal agente formador de depósitos, a dureza deverá ser
mantida o ...
Distribuição de Vapor
O sistema de distribuição de vapor é o conjunto de vias
de transporte de energia que interliga os po...
Distribuição de Vapor
O Como conseqüência desse fato, quando se necessita uma
determinada pressão e/ou temperatura no pont...
Redução de Pressão
O Dispondo de uma caldeira gerando vapor a uma determinada
pressão, conforme o grau de superaquecimento...
Isolamento Térmico
A partir do momento que se lida com um fluido térmico, no caso o
vapor d’água, deve se ter a preocupaçã...
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Isolamento Térmico
Não só temperatura como outros parâmetros
ligados ao uso do isolamento, a saber:
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Isolamento Térmico
Os materiais mais comumente usados em isolamento térmico nos
sistemas de geração e distribuição de vapo...
Isolamento Térmico
Todos estes tipos de revestimento têm faixas de temperatura
para aplicação, coincidentes em vários limi...
Ar Comprimido
Hoje, o ar comprimido tornou-se indispensável nos mais
diferentes processos industriais, pois nenhum outro a...
Ar Comprimido para Instrumentos
É o ar necessário para utilização na operação da instrumentação
pneumática, comando de vál...
Ar comprimido de serviço
É o ar comprimido para uso geral, utilizado no acionamento de
ferramentas pneumáticas, na agitaçã...
QUESTIONÁRIO
1) Qual a diferença entre calor e caloria?
2) Quais são os estados físicos?
3) Do que é constituída uma calde...
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11 aula caldeiras

  1. 1. CALDEIRAS
  2. 2. Calor Para compreendermos o que é calor, vamos imaginar a seguinte situação: Em um recipiente contendo água na temperatura de 30ºC, foi introduzido um pedaço de aço a 120ºC. Com o passar do tempo, podemos perceber que o aço vai esfriando e a água vai se aquecendo até que ambos passam a ter mesma temperatura. Nessa situação, dizemos que os dois estão em equilíbrio térmico. O fato da água ter aumentado temperatura significa que suas partículas aumentar a sua a sua agitação térmica. Mas quem forneceu esta Certamente podemos concluir que o aço, ao se energia? resfriar, forneceu energia para a água. Portanto, houve uma passagem de energia do aço para a água. Esta energia, em trânsito é chamada de calor.
  3. 3. Caloria No slide anterior, tratamos da medição de temperaturas e dos efeitos provocados sobre os corpos por um aumento de temperatura. Neste, estudaremos as trocas de calor entre os corpos, de modo que devemos medir quantidades de calor. Para tanto, o primeiro passo será definir uma unidade. Como unidade de quantidade de calor, usaremos a caloria. Podemos entender uma caloria como sendo a quantidade de calor necessária para que um grama de água pura, sob pressão normal, tenha sua temperatura elevada de 14,5ºC para 15,5ºC.
  4. 4. Definição de Caloria A água recebeu uma caloria de calor. 14,5º C 15,5º C
  5. 5. Unidade de Calor A unidade de calor, no Sistema internacional de Unidades, é o Joule; admite-se, entretanto, o uso de calorias, que corresponde a 1/860 do watt-hora. 1 cal corresponde a 4,18J.
  6. 6. Estado Físico distinguem-se da seguinte forma: •Os sólidos têm forma própria, volume bem definido e suas moléculas têm pouca liberdade, pois as forças de coesão entre elas são muito intensas. •Os líquidos não têm forma própria, mas têm volume definido. Suas moléculas possuem liberdade maior do que nos sólidos, pois as forças de coesão, são menores. •Os gases ou vapores não possuem nem forma nem volume definidos. Devido a fracas forças de coesão suas moléculas têm grande liberdade. Quando alteramos as condições físicas de pressão e temperatura, podemos alterar o estado de agregação da matéria. Por ora, trataremos da mudança de fase sob pressão constante, variando somente a temperatura. A matéria pode apresentar-se em três fases ou estados de agregação molecular: sólido, líquido e vapor. Estes estados
  7. 7. Turbinas das moendas Turbo gerador de energia elétrica Turbo bombas para recalque de água Ventiladores / exaustores Aquecimento da matéria prima para a fabricação de açúcar e álcool Caldeira É constituído de vasos fechados submetidos à pressão e contendo água que se transforma, em vapor. Sua finalidade gerar vapor para acionamento de;
  8. 8. Caldeira
  9. 9. Caldeira O ar é formado basicamente dos componentes Oxigênio (O) e Nitrogênio (N) que ficam agrupados em pares. Princípios da Combustão
  10. 10. Caldeira Sólido; Líquido; Gasoso Os combustíveis são classificados em : Bagaço de cana Lenha Carvão Principais Combustíveis Álcool Óleo Gás
  11. 11. Caldeira Fatores que influenciam a combustão O tamanho das partículas do combustível. (quanto menor mais facilmente se combinam com o ar.). A umidade do combustível. Quantidade de ar. Quantidade de combustível. Temperatura do ar. Relação de distribuição entre ar/combustível
  12. 12. Caldeira Equipamento É o elemento de ligação dos tubos para possibilitar a circulação de água na caldeira, tem por função de acumular lama formada pela reação dos produtos químicos com a água da caldeira. Tubulão de água (inferior) EQUIPAMENTOS
  13. 13. Caldeira Equipamento Tubulão de água (inferior) EQUIPAMENTOS Tubulão de água externo
  14. 14. Caldeira Equipamento Tubulão de água (inferior) EQUIPAMENTOS Tubulão de vapor interno
  15. 15. Caldeira Equipamento Tubulão de vapor EQUIPAMENTOS É um corpo cilíndrico contendo em seu interior água e vapor formado pela troca térmica entre os gases da combustão e a água em circulação na caldeira. Estes tubos contem conexões para visores de nível, válvulas, de segurança, vents, instrumentos de indicação e controle, além de tubos de ligação com superaquecedor de vapor. A principal função: É a separação da água do vapor.
  16. 16. Caldeira Equipamento Tubulão de vapor EQUIPAMENTOS Tubulão de vapor externo
  17. 17. Caldeira Equipamento Tubulão de vapor EQUIPAMENTOS Tubulão de água interno
  18. 18. Caldeira Equipamento É distribuída no tubulão através de furos dispostos em toda a extensão do tubulão. Tubos de alimentação de água EQUIPAMENTOS geralmentesão em 45º para baixo e Este tubos posicionados direcionados na parte traseira do costado do tubulação.
  19. 19. Caldeira Equipamento Tubos de purga contínua EQUIPAMENTOS Localiza-se abaixo do nível de água aproximadamente, com furos em toda a extensão. É deste tubo que se faz coleta de água para análise fosfatos, dispersantes, de sólidos, pH, sulfito, alcalinidade, sílica,a qual é feito o da água dacontrole químico caldeira.
  20. 20. Caldeira Equipamento É constituído de chapas, colocados no costado frontal do tubulão de vapor, formando uma receber o vapor câmara dos para tubos geradores. Defletor EQUIPAMENTOS
  21. 21. Consiste em chicanas e filtros que destinam-se a reter água do vapor, de maneira que esse entre “seco” no superaquecedor. Caldeira Equipamento Separadores de vapor EQUIPAMENTOS
  22. 22. Caldeira Equipamento São tubos feixe tubular conduzem a água traseiros do que do tubulão de vapor para o tubulão chamadas de de água, tubos descendentes. Tubos de circulação EQUIPAMENTOS
  23. 23. Caldeira Equipamento Tubos Geradores EQUIPAMENTOS São tubos dianteiros do feixe tubular ascendentes e descendentes, que conduzem a mistura água e vapor saturado para o tubulão de vapor. Estes tubos são que recebem maior quantidade de calor da fornalha e a caldeira propriamente dita.
  24. 24. Caldeira Equipamento Tubos da fornalha (parede de água) EQUIPAMENTOS parede frontal, traseira e lateral. Esses tubos estão divididos em: O resfriamento da fornalha é feito através do fluxo de água que circula pelos tubos que formam as paredes, onde são eliminados pela coleta inferior e descarregam o vapor gerado no coletor superior que está interligado com o balão de vapor.
  25. 25. Caldeira Equipamento Aletados ou membranados Tangentes Espaçados Tubos da fornalha (parede de água) EQUIPAMENTOS Os tubos da fornalha ser classificadospodem em:
  26. 26. Caldeira Equipamento Válvula de Segurança EQUIPAMENTOS É um dispositivo que deve atender de forma confiável e precisa como; Abrir a uma pressão pré-determinada Descarregar o volume previsto no dimensionamento e na sobre pressão permitida. Fechar dentro do diferencial de alivio permitido, com a vedação inicial.
  27. 27. Caldeira Equipamento Válvula de Controle EQUIPAMENTOS Seu funcionamento é automático e comandado por instrumentos.
  28. 28. Caldeira Equipamento Exaustores EQUIPAMENTOS O exaustor tem por finalidade retirar os gases formados pela combustão, possui entrada de gás com Dampers (registros) comandados por atuadores pneumáticos.
  29. 29. Caldeira Equipamento combustão, através térmica entre o gás da troca passando Pré-aquecedores de ar EQUIPAMENTOS por dentro dos tubos e o ar por fora. Localiza-se na saída de gases da caldeira logo após o feixe tubular. Destina-se a fazer o aquecimento do ar de
  30. 30. Caldeira Equipamento Indicadores de nível EQUIPAMENTOS Sua finalidade permitir ao operador verificar o nível de água no tubulão de vapor, fator este indispensável na SEGURANÇA de operação da caldeira.
  31. 31. Caldeira Equipamento Indicadores de nível EQUIPAMENTOS AULA 11 – CALDEIRAS
  32. 32. Caldeira Equipamento Chaminé EQUIPAMENTOS Tem por objetivo conduzir para atmosfera os gases formados na combustão. Quando a tiragem não é efetuada portanto por exaustores, sendo do tipo natural, são as chaminés que mantém a depressão nesta grande na fornalha, portanto condição eles são de diâmetro e altura elevada.
  33. 33. Caldeira Equipamento Economizador EQUIPAMENTOS Equipamento que efetua-se o aquecimento da água de alimentação da caldeira aproveitando parte do valor dos gases resultantes da combustão que pode ser instalado antes ou após o pré-aquecedor da temperatura na água há redução significativa de consumo de combustível produzindo a mesma quantidade de vapor. de ar. objetivo com a elevação
  34. 34. Caldeira Equipamento Invólucro EQUIPAMENTOS São as paredes que envolvem toda a caldeira, podendo ser constituídos de tijolos refratários internamente e tijolos comuns externamente, ou ainda placas refratarias, chapas expandida, lã isolante e chapa lisa, ou também lã de rocha e chapas de alumínio.
  35. 35. Caldeira Equipamento Invólucro EQUIPAMENTOS
  36. 36. Caldeira
  37. 37. Caldeira
  38. 38. Caldeira
  39. 39. Caldeira
  40. 40. Caldeira
  41. 41. Tipos de transformação de Fases Fusão: passagem de sólido para líquido; Solidificação: passagem de líquido para sólido; Vaporização: passagem de líquido para vapor; Condensação: passagem de vapor para líquido; Sublimação: passagem de sólido para vapor ou vapor para sólido, processo também conhecido como cristalização.
  42. 42. Mudança de Fases
  43. 43. Termômetros O aquecimento faz com que a espiral bimetálica curve- se, movendo o ponteiro e, desta forma, indicando o valor da temperatura. São utilizados devido à facilidade e rapidez de leitura, em situações de monitoramento de temperatura (como por exemplo em caldeiras).
  44. 44. Termometros de Caldeiras Aço Latão
  45. 45. Termopar Baseados na medida da voltagem existente nas junções de fios metálicos ou ligas de naturezas diferentes, a qual depende das temperaturas das junções. Devido à grande sensibilidade e às condições de uso muito práticas são os termômetros mais utilizados para registro contínuo e controle de temperatura.
  46. 46. Definição de Caldeira A NR-13, redação aprovada pela portaria 23 de 26/04/95, define caldeira a vapor como todo equipamento destinado a produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia. Quanto à pressão de operação, podem ser classificadas como: – caldeiras de baixa pressão 6 a 16 kgf/cm2 – caldeiras de média pressão 22 a 39 kgf/cm2 – caldeiras de alta pressão 60 kgf/cm2 acima Quando a energia utilizada na produção de vapor é retirada de uma fonte como escape de motores ou gases residuais de processo, a caldeira é dita caldeira de recuperação.
  47. 47. Caldeiras de recuperação Quando a energia utilizada na produção de vapor é retirada de uma fonte como escape de motores ou gases residuais de processo, a caldeira é dita caldeira de recuperação Para efeito da NR-13, as caldeiras são classificadas em categorias: - A pressão de operação igual ou superior a 1960 kPa (19,98 kgf/cm2) 588 kgf/cm2 (5,99- C pressão de operação igual ou inferior a kgf/cm2) e volume igual ou inferior a 100 litros. - B todas as outras não enquadradas nas categorias anteriores
  48. 48. Caldeiras de recuperação
  49. 49. Classificação quanto à montagem As caldeiras também podem ser classificadas quanto ao seu grau de pré-fabricação. Por este critério, as caldeiras são agrupadas em: – caldeiras compactas; – caldeiras montadas parcialmente no local; – caldeiras montadas totalmente no local. Considera-se uma caldeira como compacta quando a mesma é embarcada pelo fornecedor completamente montada com: queimadores, ventiladores, controles e acessórios. Estas caldeiras são mais baratas, mais fáceis de instalar e têm menor prazo de entrega. A grande restrição prende-se a problemas de transporte, quando se necessitam de caldeiras de maior porte ou de pressões mais elevadas. Assim, caldeiras de capacidades acima de 250 t/h são totalmente montadas no local, caldeiras na faixa de 100 a 250 t/h são, geralmente, montadas no local, embora tenham parte de seus componentes montados na fábrica, já as caldeiras até 100 t/h são, em geral, compactas.
  50. 50. Classificação quanto à concepção As caldeiras podem ser agrupadas em: – Flamotubulares – Aquotubulares
  51. 51. Caldeiras Flamotubulares Caldeiras Flamotubulares – Estas caldeiras caracterizam-se pela passagem dos gases quentes por dentro de tubos, geralmente em três passes antes de saírem para a chaminé. Todo este conjunto de tubos, por onde passam os gases está imerso na água a ser vaporizada. São empregadas para baixas pressões (até 10 kg/cm2), baixas capacidades (até 15 t/h) São os equipamentos mais baratos, compactos e que requerem menos cuidados de operação e manutenção.
  52. 52. Caldeiras Flamotubulares Parede D’Água
  53. 53. Caldeiras Flamotubulares Tipo A Tipo D Tipo O
  54. 54. Queimadores
  55. 55. Queimadores
  56. 56. Caldeiras Flamotubulares
  57. 57. Caldeiras Flamotubulares
  58. 58. Caldeiras Flamotubulares As principais vantagens deste tipo de caldeiras em relação as aquotubulares são: •Tamanho compacto permitindo seu fácil transporte desde a fábrica até o local de uso e futuras relocalizações. • Melhor eficiência na troca de calor por área de troca térmica. •Maior flexibilidade para variações bruscas de consumo de vapor. •Operação simples com reduzido número de instrumentos de supervisão e de controle. •Baixo custo de manutenção, as quais se limitam a etapas de limpeza e troca de tubos.
  59. 59. Caldeiras Aquotubulares Caldeiras Aquotubulares – Estas caldeiras caracterizam-se pela combustão em uma câmara denominada fornalha, enquanto a água a ser vaporizada circula no interior de tubos que cobrem as paredes da fornalha. Nos modernos projetos industriais, são usados, quase completamente, caldeiras tipo tubo de água, dando ensejo, a que se produzam grandes quantidades de vapor e elevadas pressões e temperaturas. A produção de vapor, nestes tipos de caldeiras atinge até 750 toneladas vapor/hora com pressões que já ultrapassam 200 kg/cm2.
  60. 60. Esquema de Caldeira Aquatubular
  61. 61. Esquema de Caldeira Aquatubular UNIPETRO - OPERADOR DE PROCESSOS PETROQUÍMICOS
  62. 62. Caldeiras Aquotubulares - Componentes As caldeiras aquotubulares têm como característica principal a formação do vapor no interior dos tubos, por onde também circula a água. Os principais elementos que compõem o corpo de uma caldeira aquotubular à combustão típica são: – tubulão superior; – tubos de circulação ascendente (“risers”); – tubos de circulação descendente (downcomers”); – tubulão inferior; – fornalha (onde ocorre a queima dos combustíveis). Podem existir também: – superaquecedor; – pré-aquecedor de ar; – economizador; – bomba de circulação forçada
  63. 63. Componentes Os cinco primeiros elementos são fundamentais para o funcionamento de qualquer caldeira aquotubular, gerando somente vapor saturado, no entanto são raros os casos de equipamentos contando apenas com eles. Normalmente, devido ao porte, utilização do vapor economicidade do sistema, vários dos outros itens citados estão presentes.
  64. 64. Caldeira Aquotubular – Funções dos Componentes As funções destes componentes são as seguintes: o vaporTubulão superior – separar, coletar, acumular d´água gerado e receber a água de alimentação; Tubos ascendentes – gerar e conduzir o vapor ao tubulão superior; Tubos descendentes – conduzir a água líquida ao tubulão inferior;
  65. 65. Caldeira Aquotubular – Funções dos Componentes Tubulão inferior – acumular água líquida e coletar depósitos, de onde podem ser drenados; Fornalha – gerar e fornecer a energia necessária ao processo de vaporização de água e superaquecimento do vapor; Superaquecedor – elevar a temperatura do vapor, secando-o; Pré-aquecedor de ar – aquecer o ar da combustão, normalmente, aproveitando o calor dos gases da combustão, por economicidade;
  66. 66. Caldeira Aquotubular – Funções dos Componentes Economizador – aquecer a água de alimentação da caldeira, também utilizando os gases de combustão; Bomba de circulação forçada – manter a circulação de água e vapor no interior dos tubos da caldeira, conforme a configuração pressão da caldeira e projeto da das tubulações funções destes componentes são as seguintes:
  67. 67. Combustível O termo “combustível” está, atualmente, ligado diretamente à idéia de fonte de energia calorífica. Desta forma, o termo dificilmente se dissocia de outras formas de energia, que também podem fornecer calor. Fala-se, por exemplo, em combustível nuclear, quando se faz referência a substâncias que por meio da fissão nuclear, produzem calor. Mas, no sentido exato do termo, combustível é a substância susceptível que, ao se combinar quimicamente com outra, gera uma reação exotérmica, isto é, uma reação que desprende calor.
  68. 68. Combustíveis – Classificação Naturais a) Sólidos – carvão mineral (turfa, hulha) – madeira (nó de pinho, lenha) – xisto (betuminoso) – resíduos industriais (bagaço de cana, casca de cereais). b) Líquidos – petróleo c) Gasosos – gás natural.
  69. 69. Combustíveis – Classificação - Artificiais a) Sólidos – carvão vegetal – coque de petróleo b) Líquidos –álcool –derivados de petróleo (exemplos: gasolina, querosene, óleos) – óleo de xisto c) Gasosos – GLP – gás CO – gás de gasogênio – gás de alto forno – gás natural.
  70. 70. Poder Calorífico Da mesma forma que os combustíveis líquidos, os Podercombustíveis gasosos também apresentam Calorífico expressos em kcal/kg e kcal/m3. O Poder Calorífico de um gás é maior se esse gás conter mais átomos de carbono (C) e hidrogênio (H). Assim, o gás natural, basicamente metano (CH4) tem menor poder constituído de propano (C3H8) ecalorífico do que GLP, butano (C4H10).
  71. 71. Queimadores São dispositivos destinados a preparar o combustível para a queima, fornecendo-o à fornalha dividido e em íntima mistura com o ar. O maçarico é o elemento que se destina a receber o óleo, e atomizá-lo para o interior da fornalha. Há diversos tipos, dos quais, normalmente, são usados, em caldeiras de refinarias: –maçaricos para óleo combustível (leves e pesados) e óleo diesel; –maçaricos para gás combustível (gás natural e gás de refinaria).
  72. 72. Atomização do Combustível Como a queima de óleo combustível ou diesel processa-se na fase gasosa, há necessidade que o mesmo seja atomizado, que é a divisão do combustível em gotículas finas (10 - 50 mícrons), facilitando, assim, a sua vaporização com o calor da chama e o contato com o ar de combustão. Quanto mais pesado for o combustível, tanto menores deverão ser as gotículas para manter a eficiência do queimador. A pulverização é conseguida com o auxílio de um agente pulverizante, que pode ser ar comprimido, vapor d’água ou mecanismos de pulverização mecânica.
  73. 73. Atomização do Combustível – Como Funciona Este processo consiste na passagem do vapor através de um orifício consigo de redução para uma câmara de mistura, arrastando o óleo combustível em pequenas gotículas, saindo atomizado pelo bico atomizador. Conforme mostra a Figura a seguir, o vapor circula entre os tubos concêntricos, e é conduzido ao bico de pulverização por finas canaletas. Os vários modelos deste tipo de maçarico derivam da maneira como se encontram no bico pulverizador o óleo e o vapor. Constituem um tipo já bastante antigo e são muito usados em caldeiras.
  74. 74. Atomização do Combustível – Como Funciona O Óleo é misturado com o ar e atomizado.
  75. 75. Atomização do Combustível – Como Funciona
  76. 76. Deterioração em Caldeiras Os principais agentes responsáveis pela corrosão em equipamentos, operando em temperatura elevadas, como é o caso dos fornos e caldeiras, são: – oxidação; – condensação de ácidos; – cinzas fundidas. Outras causas de deterioração incluem: – deposição de coque nos tubos; – desprendimento de refratários; – empenamento de tubos por fluência; – corrosão de suportes de tubos; – oxidação de maçaricos.
  77. 77. Tratamento de Águas de Caldeiras Caldeiras que operam em altas pressões devem ser alimentadas com água destilada por evaporadores ou água desmineralizada. A desmineralização consiste na remoção dos sais presentes na água. Esta remoção pode ser feita por resinas de troca iônica e/ou membranas de osmose reversa. A água de alimentação de caldeira, independentemente do tipo e extensão do tratamento, pode conter contaminantes que eventualmente sejam causa de depósitos, corrosão e arraste. Os depósitos reduzem diretamente a transferência de calor, causando um maior consumo de combustível, altas temperaturas no metal (tubos da caldeira) e possíveis danos.
  78. 78. Remoção de Gases Dissolvidos A presença de gases dissolvidos na água, como O2, CO2, H2S, etc., é a principal causa de corrosão em caldeiras, independente da pressão de operação (baixa, média ou alta). Purga das Caldeiras Durante a geração de vapor, a caldeira vai acumulando e concentrando os sólidos dissolvidos que ingressam com a água de alimentação, somados com os produtos químicos que são injetados diretamente no tubulão inferior da caldeira. Para isso, as caldeiras, principalmente as de média e alta pressão, são dotadas de sistemas de “purga” (descargas de água).
  79. 79. Tratamento de Águas de Caldeiras - Dureza Por ser o principal agente formador de depósitos, a dureza deverá ser mantida o mais baixo possível (praticamente zero). A eliminação da dureza na água de caldeira é conseguida através da injeção de fosfato. A dureza de cálcio por exemplo, reage com o fosfato formando um precipitado, que, ao longo do tempo, deposita-se no fundo do tubulão inferior, em forma de lama, sendo eliminado por “purga de fundo”. Independentemente do nível de pressão de operação, a água de caldeira deverá ser mantida com teor zero de dureza. Alcalinidade Usualmente, considera-se a alcalinidade como causada pela presença de carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos de cálcio, magnésio e soda (Ca, Mg, Na).
  80. 80. Distribuição de Vapor O sistema de distribuição de vapor é o conjunto de vias de transporte de energia que interliga os pontos de produção e de utilização. É importante lembrar, aqui, que, nesse sistema, a tendência é de haver sempre uma dissipação de parte da energia transportada, de forma irreversível.
  81. 81. Distribuição de Vapor O Como conseqüência desse fato, quando se necessita uma determinada pressão e/ou temperatura no ponto de utilização, deve-se prever o que acontecerá durante o transporte desse vapor desde o ponto de produção. Por exemplo, considere-se uma caldeira produzindo vapor saturado a uma pressão de 8 kgf/cm2, o qual será utilizado a 200 m de distância. Dificilmente, pode-se dispor de uma pressão maior que 7,5 kgf/cm2 no ponto de consumo, devido às perdas por atrito.
  82. 82. Redução de Pressão O Dispondo de uma caldeira gerando vapor a uma determinada pressão, conforme o grau de superaquecimento, estará sendo atendida uma necessidade de energia do processo naquela temperatura. Considera-se, no entanto, uma possível mudança ou expansão da produção, que passe a demandar outro nível de temperatura para seu funcionamento. Na hipótese desta temperatura ser mais alta que a fornecida pelo gerador de vapor, investimentos em outros gerador ou forma de aquecimento tornam-se inevitáveis. Mas, na hipótese do nível de temperatura ser menor, o uso de vapor à pressão menor que a gerada é, conseqüentemente, mais econômico.
  83. 83. Isolamento Térmico A partir do momento que se lida com um fluido térmico, no caso o vapor d’água, deve se ter a preocupação com a temperatura de chegada deste vapor aos usuários, de modo a garantir uma operação satisfatória e econômica para a indústria como um todo. Neste contexto, encaixa-se o isolamento térmico de tubulação e equipamentos.
  84. 84. e razões estão Isolamento Térmico Não só temperatura como outros parâmetros ligados ao uso do isolamento, a saber: – redução da formação de condensado em linhas e equipamentos, que pode ser danoso para os mesmos; de vapor (caldeira) e–conservação de energia, na geração tubulações; – proteção pessoal; – redução da emissão de radiação térmica; – redução de ruído e vibração.
  85. 85. Isolamento Térmico Os materiais mais comumente usados em isolamento térmico nos sistemas de geração e distribuição de vapor são: –fibras de lã mineral (mantas); –silicato de cálcio em tijolos (paredes) ou calhas (tubulações) rígidos; – fibra de vidro (mantas e calhas); – espuma rígida de polímeros orgânicos (forma especiais); – fibras e tijolos cerâmicos para altas temperaturas (paredes de fornalha).
  86. 86. Isolamento Térmico Todos estes tipos de revestimento têm faixas de temperatura para aplicação, coincidentes em vários limites, o que faz com que outros fatores, além da condutividade, determinem sua escolha. Para temperaturas até 450 ºC, a fibra de vidro em várias formas e a lã mineral podem ser utilizadas. Nesta faixa encontram-se, normalmente, as tubulações de distribuição de vapor superaquecido até cerca de 100 kgf/cm2. O silicato de cálcio tem capacidade de isolamento recomendado até cerca de 800 ºC, podem ser utilizado nas mesmas aplicações acima e outras ainda. A fibra de vidro apresenta um inconveniente muito grande à segurança industrial, porque se trata de material inflamável, comparativamente ao silicato que é material inorgânico e incombustível.
  87. 87. Ar Comprimido Hoje, o ar comprimido tornou-se indispensável nos mais diferentes processos industriais, pois nenhum outro auxiliar pôde rentavelmente para solucionarser empregado tão simples e problemas de automação. O ar comprimido é um dos elementos de vital importância na operação de uma refinaria. Um Sistema de ar comprimido é composto, basicamente, por compressores de ar, um vaso pulmão de ar de instrumentos, um vaso pulmão de ar de serviço e um secador de ar. Tendo em vista sua aplicação, Comprimido para Instrumento e pode ser classificado em Ar Ar Comprimido de Serviço. (de serviço e deTipicamente, a pressão do ar comprimido instrumentos) é controlada em 7,0 kgf/cm2.
  88. 88. Ar Comprimido para Instrumentos É o ar necessário para utilização na operação da instrumentação pneumática, comando de válvulas, posicionadores de campo, etc. A fim de não prejudicar a ação dos instrumentos, este ar precisa ser de alta pureza (isento de partículas sólidas, óleo, etc) e deve ser completamente seco (isento de umidade) Para isso, a instalação possui certos equipamentos especiais como: compressores com cilindros não lubrificados, secador de ar com leito de alumina ou sílica gel e filtros. Toda tubulação de distribuição é de aço galvanizado (coletores gerais ou secundários) enquanto as linhas de controle são de cobre.
  89. 89. Ar comprimido de serviço É o ar comprimido para uso geral, utilizado no acionamento de ferramentas pneumáticas, na agitação de produtos em tanques, como fluido de arraste em ejetores, ou ainda, na utilização em oficinas de manutenção, etc..
  90. 90. QUESTIONÁRIO 1) Qual a diferença entre calor e caloria? 2) Quais são os estados físicos? 3) Do que é constituída uma caldeira? 4) Qual a classificação dos combustíveis? 5) Quais são os fatores que influenciam na combustão? 6) Quais os equipamentos de uma caldeira? 7) Qual a utilidade da válvula de segurança? 8) Faça o esquema de mudanças de fases? 9) O que é um termopar? 10) O que é uma caldeira Flamotubular? 11) O que é uma caldeira Aquatubular? 12) Quais são as funções dos componentes? 13) O que é atomização do combustível? 14) Como funciona a distribuição de vapor? 15) Para que serve o isolamento térmico? 16) Do que é constituído o isolamento térmico?
  91. 91. FIM

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