O documento descreve o histórico e os tipos de caldeiras, incluindo suas partes e aplicações. As caldeiras evoluíram desde a eolipila na Antiguidade até os diversos modelos atuais com diferentes tipos de aquecimento e combustíveis. Existem também caldeiras elétricas e é importante tratar a água para evitar incrustações.

1. CALDEIRAS

2. HISTÓRICO ( EOLÍPILA) PRIMEIRA TENTATIVA NA PRODUÇÃO DE VAPOR; IMPULSÃO NA UTILIZAÇÃO DO VAPOR DURANTE A REVOLUÇÃO INDUSTRIAL; INTENSIFICAÇÃO DA UTILIZAÇÃO DO VAPOR APÓS A 1ª GUERRA MUNDIAL; ATUALMENTE HÁ UMA GAMA DE SERVIÇOS PARA O EMPREGO DAS CALDEIRAS.

3. DEFINIÇÕES NR-13: “ Caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia, excetuando-se os refervedores e equipamentos similares utilizados em unidades de processo. “

4. DEFINIÇÕES PROFISSIONAL HABILITADO: “ aquele que tem competência legal para o exercício da profissão de engenheiro nas atividades referentes a projeto de construção, acompanhamento de operação e manutenção, inspeção e supervisão de inspeção de caldeiras e vasos de pressão, em conformidade com a regulamentação profissional vigente no País.”

5. OUTRAS DEFINIÇÕES “ É um sistema de geração de vapor, na qual a água em estado líquido, circulando em seu interior é transformada em vapor através do calor liberado na queima de um combustível (combustão). “

6. OUTRAS DEFINIÇÕES As caldeiras em geral são empregadas para alimentar máquinas térmicas, autoclaves para esterilização de materiais diversos, cozimento de alimentos através do vapor, ou calefação ambiental.”

7. CLASSIFICAÇÃO As Caldeiras podem ser classificadas de acordo com: Classes de Pressão; Grau de Automação; Tipo de Energia Empregada; Tipo de Troca Térmica.

8. CLASSIFICAÇÃO OUTRAS CLASSIFICAÇÕES: quanto ao tipo de montagem, circulação de água, sistema de tiragem tipo de sustentação.

9. TIPOS DE CALDEIRAS

10. CALDEIRAS FLAMOTUBULARES OU FOGOTUBULARES: são aquelas em que os gases provenientes da combustão (gases quentes) circulam no interior dos tubos e a água a ser aquecida ou vaporizada circula pelo lado de fora.

11. CALDEIRAS FLAMOTUBULARES OU FOGOTUBULARES:

12. CALDEIRAS FLAMOTUBULARES OU FOGOTUBULARES: RENDIMENTO TÉRMICO BAIXO E ESPAÇO OCUPADO MAIOR; ADEQUADAS PARA PEQUENAS INSTALAÇÕES; COSNTRUÇÃO MAIS SIMPLES.

13. CALDEIRAS DE TUBOS VERTICAIS os tubos são colocados verticalmente num corpo cilíndrico fechado nas extremidades por placas, chamadas espelhos ; A fornalha interna fica no corpo cilíndrico logo abaixo do espelho inferior. Os gases de combustão sobem através dos tubos, aquecendo e vaporizando a água que está em volta deles.

14. CALDEIRAS DE TUBOS VERTICAIS As fornalhas externas são utilizadas principalmente no aproveitamento da queima de combustíveis de baixo poder calorífico, tais como: serragem, palha, casca de café e de amendoim e óleo combustível.

15. CALDEIRAS DE TUBOS VERTICAIS

16. CALDEIRAS DE TUBOS HORIZONTAIS Abrangem vários modelos, desde as caldeiras Cornuália e Lancaster, de grande volume de água, até as modernas unidades compactas. As principais caldeiras horizontais apresentam tubulões internos nos quais ocorre a combustão e através dos quais passam os gases quentes. Podem ter de 1 a 4 tubulões por fornalha. Cornuália; Lancaster; Multitubular; Locomóvel; Escocesa.

17. CALDEIRAS DE TUBOS HORIZONTAIS Cornuália: é constituída de um tubulão horizontal ligando a fornalha ao local de saída de gases; Funcionamento simples; Rendimento Baixo;

18. CALDEIRAS DE TUBOS HORIZONTAIS Cornuália:

19. CALDEIRAS DE TUBOS HORIZONTAIS Lancaster: A caldeira Lancaster é de construção idêntica à anterior, porém tecnicamente mais evoluída; constituída de dois a quatro tubulões internos; Algumas delas apresentam tubos de fogo e de retorno.

20. CALDEIRAS DE TUBOS HORIZONTAIS LANCASTER:

21. CALDEIRAS DE TUBOS HORIZONTAIS Multitubular: a queima de combustível é efetuada em uma fornalha externa; Os gases quentes passam pelos tubos de fogo; Queima de qualquer tipo de Combustível.

22. CALDEIRAS DE TUBOS HORIZONTAIS Multitubular :

23. CALDEIRAS DE TUBOS HORIZONTAIS Locomóvel: apresenta uma dupla parede em chapa na fornalha, pela qual a água circula; Fácil transferência de Local; Produção de Energia Elétrica; Utilizada em Serrarias e em Campos de Petróleo.

24. CALDEIRAS DE TUBOS HORIZONTAIS Locomóvel:

25. CALDEIRAS DE TUBOS HORIZONTAIS Escocesa: o modelo de caldeira industrial mais difundido no mundo; É destinada à queima de óleo ou gás; Criada basicamente para uso marítimo.

26. Partes das Caldeiras Flamotubulares Corpo da Caldeira; Espelhos; Feixe Tubular; Caixa de Fumaça

27. Partes das Caldeiras Flamotubulares

28. CALDEIRAS AQUATUBULARES Maior Rendimento; Maior produção de Vapor; Maior Superfície de Aquecimento.

29. CALDEIRAS AQUATUBULARES DE TUBOS RETOS Feixe Tubular de Transmissão de Calor; Tubulões de Vapor; Formam um Circuito Fechado; Produzem de 3 até 30 t vapor/hora, com pressões de 45 Kgf/cm2.

30. CALDEIRAS AQUATUBULARES DE TUBOS RETOS

31. CALDEIRAS AQUATUBULARES DE TUBOS CURVOS Sem limite de Capacidade de produção de Vapor; Tubos Curvos Interligados aos Tubulões; Possui de 3 a 5 tubulões; Serviu de modelo para outras caldeiras.

32. CALDEIRAS AQUATUBULARES DE TUBOS CURVOS

33. CALDEIRAS AQUATUBULARES DE TUBOS CURVOS

34. CALDEIRAS AQUATUBULARES COMPACTAS Categoria de Caldeiras de Tubos Curvos; Produz em torno de 30 t/h de vapor; Adequada para locais com espaços limitados; Apresenta limite quanto ao aumento da sua capacidade de produção.

35. CALDEIRAS AQUATUBULARES DE CIRCULAÇÃO POSITIVA Circulação por diferença de densidade, ou seja, circulação natural; Circulação deficiente = superaquecimento; Podem apresentar bombas externas.

36. CALDEIRAS AQUATUBULARES DE CIRCULAÇÃO POSITIVA A figura a seguir apresenta alguns tipos de circulação de água.

37. CALDEIRAS PARA QUEIMA DE COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS Queima de Multi-Combustíveis; Fibroso; Carvão; Óleo; Gás Natural.

38. CALDEIRAS PARA QUEIMA DE COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS De fácil Operação; Constituídas com paredes de água: Limita o uso de Refratário; Menor Custo de Manutenção; Diminui vazamentos e depósito de cinzas nas fornalhas.

39. CALDEIRAS PARA QUEIMA DE COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS E GASOSOS Paredes de Água: Tipo Tubos Membranados; Restringe o uso de Refratário. Superaquecedor: Saída da Fornalha. Feixe de Convecção: Formado por um conjunto de tubos que interligam os tubulões.

40. CALDEIRAS PARA QUEIMA DE COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS E GASOSOS Purificadores de Vapor: Primários tipo centrífugos e secadores chevrons. Recuperadores de Calor: Economizadores de tubos lisos, pré-aquecedores de ar tubular; Aquecedores de Ar de Combustão: Tipo Tubos Membranados; Restringe o uso de Refratário.

41. PARTES DAS CALDEIRAS AQUATUBULARES As partes principais de uma caldeira aquatubular são: tubulão superior (ou tambor de vapor), tubulão inferior (ou tambor de lama), feixe tubular, parede de água, fornalha e superaquecedor.

42. PARTES DAS CALDEIRAS AQUATUBULARES Tubulão superior Tubulão inferior

43. CALDEIRAS ELÉTRICAS Em áreas onde há suprimento abundante de energia elétrica, pode-se analisar se é vantajosa a instalação de equipamentos eletrotérmicos, levando-se em consideração o custo da energia elétrica fornecida pela concessionária local.

44. CALDEIRAS ELÉTRICAS As caldeiras elétricas oferecem certas vantagens, que são: Ausência de poluição ambiente. Manutenção simples – apenas bombas. A falta d’água não provoca danos à caldeira. Área reduzida de instalação. Não necessita de área para estocagem de combustível. Melhora o fator de carga elétrica instalada, e com isto reduz o preço médio de kWh consumido na indústria.

45. CALDEIRAS ELÉTRICAS

46. COMPONENTES DAS CALDEIRAS Fornalha A fornalha, também chamada de câmara de combustão, é o local onde se processa a queima de combustível.

47. Fornalha De acordo com o tipo de combustível a ser queimado, a fornalha pode ser dividida em: Fornalhas para queima de combustível sólido Fornalha com grelhas basculantes Fornalha com grelha rotativa Fornalhas para queima de combustível em suspensão

48. Queimadores Os queimadores são peças destinadas a promover, de forma adequada e eficiente, a queima dos combustíveis em suspensão.

49. Superaquecedor São equipamentos destinados a elevar a temperatura do vapor saturado sem aumentar sua pressão. O superaquecedor é constituído de tubos lisos ou aletados de aço resistente a altas temperaturas, distribuídos em forma de serpentina, que aproveitam os gases de combustão para dar o devido aquecimento ao vapor saturado, transformando-o em vapor superaquecido.

50. Superaquecedor As vantagens do uso do vapor superaquecido são, basicamente, duas: a primeira é meramente contar com maior disponibilidade de energia, e a Segunda, a mais importante, é o aumento do resfriamento das turbinas, devido, principalmente, ao maior salto entálpico disponível. O total de ganhos de calor ou de energia, com vapor superaquecido, é de aproximadamente 3% para cada 60ºC de superaquecimento.

51. Superaquecedor

52. Economizador O economizador tem a finalidade de aquecer a água de alimentação da caldeira. Normalmente está localizado na parte alta da caldeira entre o tambor de vapor e os tubos geradores de vapor, e os gases são obrigados a circular através dele, antes de saírem pela chaminé.

53. Economizador Existem vários tipos de economizadores e na sua construção podem ser empregados tubos de aço maleável ou tubos de aço fundido com aletas.

54. Pré-aquecedor de ar O pré-aquecedor de ar é um equipamento (trocador de calor) que eleva a temperatura do ar antes que este entre na fornalha. O calor é cedido pelos gases residuais quentes ou pelo vapor da própria caldeira.

55. Pré-aquecedor de ar

56. Pré-aquecedor de ar A instalação desses equipamentos oferece a vantagem de melhorar a eficiência da caldeira pelo aumento da temperatura de equilíbrio na câmara de combustão.

57. EQUIPAMENTOS AUXILIARES

58. Sopradores de fuligem Os sopradores de fuligem (ramonadores) permitem uma distribuição rotativa de um jato de vapor no interior da caldeira e tem por finalidade, fazer a remoção da fuligem e depósitos formados na superfície externa da zona de convecção das caldeiras.

59. Sopradores de fuligem A figura a seguir mostra como é feita esta sopragem.

60. Válvulas de Segurança As válvulas de segurança e de alívio de pressão são dispositivos que protegem automaticamente os equipamentos de processo de um eventual excesso de pressão, caldeiras e vasos de pressão obrigatoriamente necessitam desses dispositivos de segurança para sua proteção, em cumprimento à legislação através de normas como a NR-13 , e atendendo aos códigos nacionais e internacionais de projeto

61. Indicador de nível Os indicadores de nível tem por objetivo indicar o nível de água dentro do tubulão de evaporação. Em geral, são constituídos por um vidro tubular.

62. Injetores O injetor é um dispositivo empregado como alimentador auxiliar de caldeiras para situações de falta de energia elétrica

63. Sistemas de controle de água de alimentação Os sistemas de controle de água de alimentação devem regular o abastecimento de água ao tubulão de evaporação para manter o nível entre limites desejáveis. Esse limites devem ser observados no indicador de nível. A quase totalidade das caldeiras são equipadas com sistemas automatizados, que proporcionam maior segurança, maiores rendimentos e menores gastos de manutenção.

64. APLICAÇÃO O vapor produzido em um gerador de vapor pode ser usado de diversas formas: · em processos de fabricação e beneficiamento; · na geração de energia elétrica; · na geração de trabalho mecânico; · no aquecimento de linhas e reservatórios de óleo combustível; · na prestação de serviços.

65. TRATAMENTO DE ÁGUA PARA CALDEIRAS A água para caldeiras deve receber tratamento que permita: remoção total ou parcial de sais de cálcio e magnésio, os quais produzem incrustações e levam à ruptura dos tubos. O processo, designado por abrandamento da água pela cal soldada, consiste na injeção de soluções de CaO (cal) e NaCO3 (carbonato de sódio ou soda) para precipitar o carbonato de cálcio e formar hidróxido de magnésio floculado, de modo a serem removidos antes de a água ser bombeada para a caldeira.

66. TRATAMENTO DE ÁGUA PARA CALDEIRAS As principais grandezas de qualidade da água são: Dureza total PH

67. MÉTODO DE TRATAMENTO DE ÁGUA Clarificação O processo consiste na previa floculação, decantação e filtração da água com vistas a reduzir a presença de sólidos em suspensão. Abrandamento Consiste na remoção total ou parcial dos sais de cálcio e magnésio presentes na água, ou seja, consiste na redução de sua dureza.

68. MÉTODO DE TRATAMENTO DE ÁGUA Desmineralização ou troca iônica Desgazeificação São empregados equipamentos especiais que aquecem a água e desta forma, são eliminados os gases dissolvidos. Pode ser utilizado vapor direto para o aquecimento da água a ser desgazeificada.

69. MÉTODO DE TRATAMENTO DE ÁGUA Remoção de sílica Como já foi abordado, a sílica produz uma incrustação muito dura e muito perigosa. Os tratamentos normalmente empregados no interior da caldeira não eliminam a sílica. Os métodos mais usados para essa finalidade são a troca e tratamento com óxido de magnésio calcinado.

70. MÉTODO DE TRATAMENTO DE ÁGUA Métodos internos Os tratamentos internos se baseiam na eliminação da dureza, ao controle do pH e da sua alcalinidade, na eliminação do oxigênio dissolvido e no controle dos cloretos e do teor total de sólidos.

71. MÉTODO DE TRATAMENTO DE ÁGUA Eliminação da dureza Precipitação com fosfatos Tratamento com quelatos Controle do pH e da alcalinidade Eliminação do oxigênio dissolvido Controle do teor de cloretos e sólidos totais

72. Manutenção das caldeiras Todo tratamento para obter bons resultados depende de um controle eficiente e sistemático, quer dos parâmetros químicos e físicos, como de certas operações e procedimentos.

73. Manutenção das caldeiras Controle químico Limpeza química das caldeiras Proteção de caldeiras contra corrosões

74. DETERIORAÇÃO Um dos principais responsáveis pela deterioração das caldeiras é a corrosão, que age como fator de redução da espessura das superfícies submetidas à pressão. A corrosão não é sentida pelos instrumentos de operação da caldeira, ou seja, os pressostatos e as válvulas de segurança não detectam sua evolução por que não é acompanhada por elevação de pressão de trabalho.

75. DETERIORAÇÃO Corrosão interna Oxidação generalizada do ferro Corrosão galvânica Corrosão por aeração diferencial Corrosão salina Fragilidade cáustica Corrosão por gases dissolvidos

76. DETERIORAÇÃO Corrosão externa Esse tipo de corrosão acontece nas superfícies expostas aos gases de combustão e é função do combustível utilizado e das temperaturas. Nas caldeiras aquotubulares, as superfícies de aquecimento mais quente são aquelas do superaquecedor, podendo ocorrer corrosão tanto nas caldeiras que queimam o oleio como carvão.

77. INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS

78. Caldeira Digital Características Técnicas Queimadores de aço inoxidável multigás (gás natural ou GLP); Bomba circuladora com pós-circulação; Termostato de sobretemperatura; Controle de saída de gases; Controle de circulação de água do circuito de calefação; Controle de tiragem de gases forçado; Controle de chama por ionização; Conexão para termostato de ambiente; Conexão para sonda anticipadora em instalações de piso radiante.

79. Controle Digital O controle digital permite selecionar o serviço desejado facilmente segundo as opções de água quente sanitária ou calefação e água quente sanitária. Regular as temperaturas da água de consumo e do circuito de calefação de forma simples e precisa. Contém todos os dados necessários para conhecer o estado funcional da caldeira com simbologia simples. Incorpora todas as funções de segurança com um novo código de falhas por controle numérico.

80. Caldeira Digital S 30 Dimensões reduzidas; Acendimento suave e progressivo; Funcionamento silencioso; Regulação digital de temperatura do circuito de calefação; Indicação digital da temperatura da água no circuito de calefação; Indicador de anomalias de funcionamento; Tiro natural ou tiro balanceado forçado; Opção para piso radiante.

81. Caldeira De Piso Digital M 60 Dimensões reduzidas; Acendimento suave e progressivo; Funcionamento silencioso; Regulação digital de temperatura do circuito de calefação; Indicação digital da temperatura da água no circuito de calefação; Indicador de anomalias de funcionamento; Tiro natural; Opção para piso radiante; Opção de instalação de mais caldeiras em paralelo, elevando a potência para mais de 100.000 Kcal/h.

82. NORMAS REGULAMENTADORAS NR 4 - Serviços Especializados Em Engenharia de Segurança E Em Medicina do Trabalho (SESMT). NR-5 - Comissão Interna de Prevenção de Acidentes NR 6 - Equipamento de Proteção Individual – EPI NR 10 - Segurança em Instalações e Serviços em Eletricidade NR 13 - Caldeiras e Vasos de Pressão

83. NORMAS REGULAMENTADORAS NR-15 Atividades e Operações Insalubres NR 17 - Ergonomia NR 23 - Proteção Contra Incêndios NR 26 - Sinalização de Segurança

84. LEGISLAÇÃO COMPLEMENTAR Consolidação das Leis do Trabalho - CLT SEÇÃO XII (Redação dada pela Lei nº 6.514, de 22.12.1977) DAS CALDEIRAS, FORNOS E RECIPIENTES SOB PRESSÃO (Redação dada pela Lei nº 6.514, de 22.12.1977)

85. Doenças Ocupacionais Asbestose Perda Auditiva Induzida pelo Ruído relacionada ao trabalho Choques térmicos Riscos de acidentes