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CALDEIRA (TIPOS E FUNCIONAMENTO)
Trabalho Acadêmico solicitado pelo Prof.º João
Antônio como processo de avaliação parcial da
disciplina Processo de Produção Química nos
Cursos de Engenharias, da Faculdade Área 1.
Adriana Santos
Diele Maria
Lilian Ramos Santana
Taís Araújo Ferreira
Thiala Marques
CALDEIRA (TIPOS E FUNCIONAMENTO)
CONCEITOS
Definição segundo os conceito técnicos:
• “Caldeira é todo e qualquer recipiente metálico cuja função é, entre muitas, a produção de
vapor através do aquecimento da água.
Definição segundo a NR-13:
• “Para efeito da NR-13, serão considerados, como “caldeiras” todos os equipamentos que
simultaneamente geram e acumulam vapor de água ou outro fluido..”
CALDEIRA
CALDEIRA
• 1698 - O inglês Thomas Savery patenteou um sistema de bombeamento de água utilizando
vapor como força motriz. 1711 – Newcomen desenvolveu outro equipamento com a
mesma finalidade. Sua caldeira era apenas um reservatório esférico, com aquecimento direto
no fundo, também conhecida como caldeira de Haycock.
• 1769 - James Watt modificou o projeto, alterando o formato , desenhando a caldeira Vagão,
a precursora das caldeiras utilizadas em locomotivas a vapor.
• 1856 - Stephen Wilcox, projetou um gerador de vapor com tubos inclinados, e da associação
com George Babcock tais caldeiras passaram a ser produzidas, com grande sucesso
comercial.
• 1880 - Alan Stirling desenvolveu uma caldeira de tubos curvados, cuja concepção básica é
ainda hoje utilizada nas grandes caldeiras de tubos de água.
HISTÓRICO
CALDEIRA
A finalidade de se gerar o vapor veio da revolução industrial e os
meios da época que se tinha era de pouca utilização , mas o
vapor no inicio serviu com a finalidade de mover máquinas e
turbinas para geração de energia e locomotivas. Atualmente as
caldeiras são empregadas na produção de vapor d’água ou
aquecimento de fluidos térmicos. No caso das refinarias de
petróleo, em termos práticos, a maior parte do vapor utilizado
nos processos é gerada em caldeiras, e uma pequena parte é
gerada em refervedores, com o aproveitamento de calor residual
em alguns processos.
APLICAÇÃO
CLASSIFICAÇÃO
CALDEIRA
Quanto à localização relativa da água e dos gases.
• Flamotubular
• Aquotubular
Quanto à energia empregada
• Elétrica
• A combustível sólido
• A combustível liquido
• A combustível gasoso
• De Recuperação
Quanto à montagem
• Pré montadas (Compactas)
• Montadas no campo
Quanto à Pressão
• Alta (60 kgf/cm2 ou mais)
• Média (22 a 39 Kgf/cm2)
• Baixa (6 a 16 Kgf/cm2)
CALDEIRA
As caldeiras que produzem vapor pela queima de combustíveis
podem ser classificadas em dois grandes grupos, de acordo com o
conteúdo nos tubos: em flamotubulares e aquatubulares.
CLASSIFICAÇÃO
CALDEIRAS
• Gases de combustão passam no interior de tubos
ou serpentinas imersas em água
• Geram somente vapor saturado.
• Usadas em industrias de pequeno porte, hotéis,
restaurantes ,hospitais etc.
• Operam com baixas pressões.
FLAMOTUBULARES
CALDEIRAS FLAMOTUBULARES
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.
VERTICAIS
CALDEIRAS FLAMOTUBULARES
• 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.
• Tipos: Cornuália; Lancaster; Multitubular;
Locomóvel; Escocesa.
HORIZONTAIS
CALDEIRAS FLAMOTUBULARES
• Construção fácil, com relativamente poucos custos;
• São bastante robustas;
• Não exigem tratamento de água muito cuidadoso;
• Exigem pouca alvenaria;
• Utilizam qualquer tipo de combustível: líquido, gasoso ou sólido.
VANTAGENS:
CALDEIRAS FLAMOTUBULARES
• Pressão limitada em torno de 15 atm., devido à espessura da chapa dos corpos cilíndricos crescer com o diâmetro.
• Partida lenta em função de se aquecer todo o volume de água;
• Baixa capacidade e baixa taxa de produção de vapor por unidade de área de troca de calor;
• Circulação de água deficiente;
• Dificuldades para instalação de superaquecedores, economizadores e pré-aquecedores de ar.
DESVANTAGENS:
CALDEIRAS
• No interior dos tubos circula água que é aquecida até vaporizar-se
pelos gases quentes que passam pelo exterior dos tubos.
• Produz vapor superaquecido. Usadas em indústrias de grande porte e
termoelétricas. Operam em altas e médias pressões.
• É o mais empregado e como o próprio nome indica, tem circulação de
água por dentro dos tubos e os gases quentes envolvendo-os.
• São usados para insta1ações de maior porte e na obtenção de vapor
superaquecido.
AQUOTUBULAR
CALDEIRAS AQUOTUBULAR
• Maior taxa de produção de vapor por unidade de área de troca de calor;
• Possibilidade de utilização de temperaturas superiores a 450ºC e pressões
acima de 60 kgf/cm²;
• Partida rápida em razão do volume reduzido de água nos tubos;
• A limpeza nos tubos é mais simples que na flamotubular e pode ser feita
automaticamente;
• A vida útil pode chegar a 30 anos.
VANTAGENS
CALDEIRAS AQUOTUBULAR
• Pode custar até 50% mais que uma caldeira flamotubular de
capacidade equivalente;
• Construção mais complexa;
• Exigem tratamento de água muito cuidadoso.
DESVANTAGENS
CALDEIRAS COMPARAÇÃO
• As caldeiras flamotubulares apresentam
algumas desvantagens em relação às
aquatubulares como pressão de operação
limitada e pequena taxa de vaporização
.
• As caldeiras aquatubulares são as mais
utilizadas pois podem produzir grandes
quantidades de vapor a pressões elevadas
satisfazendo às necessidades dos
diferentes tipos de processos industriais.
CALDEIRA COMPONENTES
• Câmara de combustão
• Tubos
• Coletores
• Tubulão
• Superaquecedor
• Sopradores de fuligem
• Pré-aquecedor de ar.
• Economizado
• Alvenaria (refratários)
• Queimadoras
• Ventiladores
• Chaminé
• Válvulas de segurança
ENCONTRAMOS NESTAS CALDEIRAS, GERALMENTE, OS
SEGUINTES COMPONENTES:
CALDEIRA COMPONENTES
CALDEIRAS EFICIÊNCIA
Eficiência da caldeira é a eficiência pura da transferência de calor do combustível para o vapor, a
qual leva em conta a radiação e perdas de convecções.
Como descrito no ASME POWER TEST CODE, PTC 4.1, a eficiência combustível-vapor de uma
caldeira pode ser determinada por 02 métodos; o método entrada-saída e o método perdas de calor.
• Método entrada-saída: A eficiência por este método é baseada na proporção da saída e entradas
de calor na caldeira. Ela é calculada em se dividindo a saída da caldeira (Kcal) pela entrada da
caldeira (Kcal) e multiplicando por 100.
• Método perdas de calor: O método de medida de eficiência Equilíbrio de Calor é baseado na
consideração de todas as perdas de calor da caldeira. O método para cálculo atual consiste da
subtração de 100% do total das perdas, sendo que o valor resultante é a eficiência combustível
vapor da caldeira.
CALDEIRAS MANUTENÇÃO
• Superaquecimento
É a elevação da temperatura, normalmente localizada, dos materiais acima dos limites do projeto. Pode
se dar por deposição nas paredes dos tubos, incidência de chama provocada por mal funcionamento
dos queimadores, circulação deficiente de água, etc.
• Deterioração Mecânica
É o aparecimento de trincas que podem levar à ruptura, devido à fadiga térmica, choques térmicos,
explosões na câmara de combustão, etc.
• Corrosão
Dá-se internamente nos tubos devido a deficiências no tratamento da água e presença de gases
dissolvidos. Pode ser reduzida a limites seguros pelo tratamento eficiente da água.
PRINCIPAIS CAUSAS DE DETERIORAÇÃO DE CALDEIRAS
CALDEIRAS MANUTENÇÃO
Todo tratamento para obter bons resultados depende de um controle eficiente
e sistemático, quer dos parâmetros químicos e físicos, como de certas operações
e procedimentos.
• Controle químico
• Limpeza química das caldeiras
• Proteção de caldeiras contra corrosões
MANUTENÇÃO DAS CALDEIRAS
CALDEIRAS
• Perda pela chaminé: Representa o ponto de maior perda podendo variar de 5% a 30% do calor gerado na
combustão.
• Perda por radiação: As perdas, dadas como percentagem do combustível queimado, são menores se a caldeira
for mantida a plena carga. A literatura estima as perdas por radiação entre 0,25% a 4% do calor gerado.
• Perda através da purga: Quanto melhor a qualidade da água alimentada à caldeira, menor a necessidade de
drenagem. Também é possível a recuperação de parte do calor contido na água drenada. Estima-se entre 0,5% a
3% a perda de calor através da purga.
PONTOS DE PERDAS DE CALOR NUMA
CALDEIRA INDUSTRIAL
CALDEIRAS
•NR 4 - Serviços especializados em engenharia de segurança e em medicina do
trabalho (SESMT).
•NR 5 - Comissão Interna de Prevenção de Acidentes
•NR 6 - Equipamento de Proteção Individual – EPI
•NR 10 - Segurança em Instalações e Serviços em Eletricidade
•NR 13 - Caldeiras e Vasos de Pressão
•NR-15 - Atividades e Operações Insalubres
•NR 17 - Ergonomia
•NR 23 - Proteção Contra Incêndios
•NR 26 - Sinalização de Segurança
NORMAS REGULAMENTADORAS
CALDEIRA
REFERÊNCIA
• http://www.solarwaters.pt/caldeira-de-biomassa-industriais/quioto-industrial Acesso 28/03/2016
• EM 722 - Geração, Distribuição e Utilização de Vapor Profº Waldir A. Bizzo Acesso 10/03/2016
• https://lcsimei.files.wordpress.com/2012/09/caldeiras_prominp.pdf
• http://engmadeira.yolasite.com/resources/Caldeiras_texto.pdf
• CEFET-BA DAPIQ/ Operação de Processos Industriais e Químicos Professor: Francisco Luiz Gumes
Lopes
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  • 1. CALDEIRA (TIPOS E FUNCIONAMENTO)
  • 2. Trabalho Acadêmico solicitado pelo Prof.º João Antônio como processo de avaliação parcial da disciplina Processo de Produção Química nos Cursos de Engenharias, da Faculdade Área 1. Adriana Santos Diele Maria Lilian Ramos Santana Taís Araújo Ferreira Thiala Marques CALDEIRA (TIPOS E FUNCIONAMENTO)
  • 3. CONCEITOS Definição segundo os conceito técnicos: • “Caldeira é todo e qualquer recipiente metálico cuja função é, entre muitas, a produção de vapor através do aquecimento da água. Definição segundo a NR-13: • “Para efeito da NR-13, serão considerados, como “caldeiras” todos os equipamentos que simultaneamente geram e acumulam vapor de água ou outro fluido..” CALDEIRA
  • 4. CALDEIRA • 1698 - O inglês Thomas Savery patenteou um sistema de bombeamento de água utilizando vapor como força motriz. 1711 – Newcomen desenvolveu outro equipamento com a mesma finalidade. Sua caldeira era apenas um reservatório esférico, com aquecimento direto no fundo, também conhecida como caldeira de Haycock. • 1769 - James Watt modificou o projeto, alterando o formato , desenhando a caldeira Vagão, a precursora das caldeiras utilizadas em locomotivas a vapor. • 1856 - Stephen Wilcox, projetou um gerador de vapor com tubos inclinados, e da associação com George Babcock tais caldeiras passaram a ser produzidas, com grande sucesso comercial. • 1880 - Alan Stirling desenvolveu uma caldeira de tubos curvados, cuja concepção básica é ainda hoje utilizada nas grandes caldeiras de tubos de água. HISTÓRICO
  • 5. CALDEIRA A finalidade de se gerar o vapor veio da revolução industrial e os meios da época que se tinha era de pouca utilização , mas o vapor no inicio serviu com a finalidade de mover máquinas e turbinas para geração de energia e locomotivas. Atualmente as caldeiras são empregadas na produção de vapor d’água ou aquecimento de fluidos térmicos. No caso das refinarias de petróleo, em termos práticos, a maior parte do vapor utilizado nos processos é gerada em caldeiras, e uma pequena parte é gerada em refervedores, com o aproveitamento de calor residual em alguns processos. APLICAÇÃO
  • 6. CLASSIFICAÇÃO CALDEIRA Quanto à localização relativa da água e dos gases. • Flamotubular • Aquotubular Quanto à energia empregada • Elétrica • A combustível sólido • A combustível liquido • A combustível gasoso • De Recuperação Quanto à montagem • Pré montadas (Compactas) • Montadas no campo Quanto à Pressão • Alta (60 kgf/cm2 ou mais) • Média (22 a 39 Kgf/cm2) • Baixa (6 a 16 Kgf/cm2)
  • 7. CALDEIRA As caldeiras que produzem vapor pela queima de combustíveis podem ser classificadas em dois grandes grupos, de acordo com o conteúdo nos tubos: em flamotubulares e aquatubulares. CLASSIFICAÇÃO
  • 8. CALDEIRAS • Gases de combustão passam no interior de tubos ou serpentinas imersas em água • Geram somente vapor saturado. • Usadas em industrias de pequeno porte, hotéis, restaurantes ,hospitais etc. • Operam com baixas pressões. FLAMOTUBULARES
  • 9. CALDEIRAS FLAMOTUBULARES 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. VERTICAIS
  • 10. CALDEIRAS FLAMOTUBULARES • 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. • Tipos: Cornuália; Lancaster; Multitubular; Locomóvel; Escocesa. HORIZONTAIS
  • 11. CALDEIRAS FLAMOTUBULARES • Construção fácil, com relativamente poucos custos; • São bastante robustas; • Não exigem tratamento de água muito cuidadoso; • Exigem pouca alvenaria; • Utilizam qualquer tipo de combustível: líquido, gasoso ou sólido. VANTAGENS:
  • 12. CALDEIRAS FLAMOTUBULARES • Pressão limitada em torno de 15 atm., devido à espessura da chapa dos corpos cilíndricos crescer com o diâmetro. • Partida lenta em função de se aquecer todo o volume de água; • Baixa capacidade e baixa taxa de produção de vapor por unidade de área de troca de calor; • Circulação de água deficiente; • Dificuldades para instalação de superaquecedores, economizadores e pré-aquecedores de ar. DESVANTAGENS:
  • 13. CALDEIRAS • No interior dos tubos circula água que é aquecida até vaporizar-se pelos gases quentes que passam pelo exterior dos tubos. • Produz vapor superaquecido. Usadas em indústrias de grande porte e termoelétricas. Operam em altas e médias pressões. • É o mais empregado e como o próprio nome indica, tem circulação de água por dentro dos tubos e os gases quentes envolvendo-os. • São usados para insta1ações de maior porte e na obtenção de vapor superaquecido. AQUOTUBULAR
  • 14. CALDEIRAS AQUOTUBULAR • Maior taxa de produção de vapor por unidade de área de troca de calor; • Possibilidade de utilização de temperaturas superiores a 450ºC e pressões acima de 60 kgf/cm²; • Partida rápida em razão do volume reduzido de água nos tubos; • A limpeza nos tubos é mais simples que na flamotubular e pode ser feita automaticamente; • A vida útil pode chegar a 30 anos. VANTAGENS
  • 15. CALDEIRAS AQUOTUBULAR • Pode custar até 50% mais que uma caldeira flamotubular de capacidade equivalente; • Construção mais complexa; • Exigem tratamento de água muito cuidadoso. DESVANTAGENS
  • 16. CALDEIRAS COMPARAÇÃO • As caldeiras flamotubulares apresentam algumas desvantagens em relação às aquatubulares como pressão de operação limitada e pequena taxa de vaporização . • As caldeiras aquatubulares são as mais utilizadas pois podem produzir grandes quantidades de vapor a pressões elevadas satisfazendo às necessidades dos diferentes tipos de processos industriais.
  • 17. CALDEIRA COMPONENTES • Câmara de combustão • Tubos • Coletores • Tubulão • Superaquecedor • Sopradores de fuligem • Pré-aquecedor de ar. • Economizado • Alvenaria (refratários) • Queimadoras • Ventiladores • Chaminé • Válvulas de segurança ENCONTRAMOS NESTAS CALDEIRAS, GERALMENTE, OS SEGUINTES COMPONENTES:
  • 19. CALDEIRAS EFICIÊNCIA Eficiência da caldeira é a eficiência pura da transferência de calor do combustível para o vapor, a qual leva em conta a radiação e perdas de convecções. Como descrito no ASME POWER TEST CODE, PTC 4.1, a eficiência combustível-vapor de uma caldeira pode ser determinada por 02 métodos; o método entrada-saída e o método perdas de calor. • Método entrada-saída: A eficiência por este método é baseada na proporção da saída e entradas de calor na caldeira. Ela é calculada em se dividindo a saída da caldeira (Kcal) pela entrada da caldeira (Kcal) e multiplicando por 100. • Método perdas de calor: O método de medida de eficiência Equilíbrio de Calor é baseado na consideração de todas as perdas de calor da caldeira. O método para cálculo atual consiste da subtração de 100% do total das perdas, sendo que o valor resultante é a eficiência combustível vapor da caldeira.
  • 20. CALDEIRAS MANUTENÇÃO • Superaquecimento É a elevação da temperatura, normalmente localizada, dos materiais acima dos limites do projeto. Pode se dar por deposição nas paredes dos tubos, incidência de chama provocada por mal funcionamento dos queimadores, circulação deficiente de água, etc. • Deterioração Mecânica É o aparecimento de trincas que podem levar à ruptura, devido à fadiga térmica, choques térmicos, explosões na câmara de combustão, etc. • Corrosão Dá-se internamente nos tubos devido a deficiências no tratamento da água e presença de gases dissolvidos. Pode ser reduzida a limites seguros pelo tratamento eficiente da água. PRINCIPAIS CAUSAS DE DETERIORAÇÃO DE CALDEIRAS
  • 21. CALDEIRAS MANUTENÇÃO Todo tratamento para obter bons resultados depende de um controle eficiente e sistemático, quer dos parâmetros químicos e físicos, como de certas operações e procedimentos. • Controle químico • Limpeza química das caldeiras • Proteção de caldeiras contra corrosões MANUTENÇÃO DAS CALDEIRAS
  • 22. CALDEIRAS • Perda pela chaminé: Representa o ponto de maior perda podendo variar de 5% a 30% do calor gerado na combustão. • Perda por radiação: As perdas, dadas como percentagem do combustível queimado, são menores se a caldeira for mantida a plena carga. A literatura estima as perdas por radiação entre 0,25% a 4% do calor gerado. • Perda através da purga: Quanto melhor a qualidade da água alimentada à caldeira, menor a necessidade de drenagem. Também é possível a recuperação de parte do calor contido na água drenada. Estima-se entre 0,5% a 3% a perda de calor através da purga. PONTOS DE PERDAS DE CALOR NUMA CALDEIRA INDUSTRIAL
  • 23. CALDEIRAS •NR 4 - Serviços especializados em engenharia de segurança e em medicina do trabalho (SESMT). •NR 5 - Comissão Interna de Prevenção de Acidentes •NR 6 - Equipamento de Proteção Individual – EPI •NR 10 - Segurança em Instalações e Serviços em Eletricidade •NR 13 - Caldeiras e Vasos de Pressão •NR-15 - Atividades e Operações Insalubres •NR 17 - Ergonomia •NR 23 - Proteção Contra Incêndios •NR 26 - Sinalização de Segurança NORMAS REGULAMENTADORAS
  • 24. CALDEIRA REFERÊNCIA • http://www.solarwaters.pt/caldeira-de-biomassa-industriais/quioto-industrial Acesso 28/03/2016 • EM 722 - Geração, Distribuição e Utilização de Vapor Profº Waldir A. Bizzo Acesso 10/03/2016 • https://lcsimei.files.wordpress.com/2012/09/caldeiras_prominp.pdf • http://engmadeira.yolasite.com/resources/Caldeiras_texto.pdf • CEFET-BA DAPIQ/ Operação de Processos Industriais e Químicos Professor: Francisco Luiz Gumes Lopes
  • 25. FIM