Produção de vapor
Operação de caldeira
O vapor no século XX
No século XX, a máquina a vapor,
como fornecedora de energia foi
sendo substituída por:
 · turbinas a vapor, para a geração de
energia elétrica;
 · motores de combustão interna para
transporte;
 · geradores para fontes portáteis de
energia;
 · por motores elétricos, para uso
industrial e doméstico.
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.
Nos processos de fabricação e de
beneficiamento, o vapor é
empregado em:
 · bebidas e conexos: nas lavadoras de garrafas,
tanques de xarope, pasteurizadoras.
 · Indústrias madeireiras: no cozimento de toras,
secagem de tábuas ou lâminas em estufas, em
prensas para compensados.
 · Indústria de papel e celulose: no cozimento de
madeira nos digestores, na secagem com cilindros
rotativos, na secagem de cola, na fabricação de
papelão corrugado
 · Curtumes: no aquecimento de tanques de água,
secagem de couros, estufas, prensas, prensas a
vácuo.
 · Indústrias de laticínios: na pasteurização, na
esterilização de recipientes, na fabricação de creme
de leite, no aquecimento de tanques de água, na
produção de queijos, iogurtes e requeijões
(fermentação).
 · Frigoríficos: nas estufas para cozimento, nos
digestores, nas prensas para extração de óleo.
 · Indústria de doces em geral: no aquecimento do
tanque de glicose, no cozimento de massa em
panelas sob pressão, em mesas para o preparo de
massa, em estufas.
 · Indústria de vulcanização e recauchutagem: na
vulcanização, nas prensas.
 · Indústrias químicas: nas autoclaves, nos tanques
de armazenamento, nos reatores, nos vasos de
pressão, nos trocadores de calor.
 · Indústria têxtil: utiliza vapor no aquecimento de
grandes quantidades de água para alvejar e tingir
tecidos, bem como para realizar a secagem em estufas.
 · Indústria de petróleo e seus derivados: nos
refervedores, nos trocadores de calor, nas torres de
fracionamento e destilação, nos fornos, nos vasos de
pressão, nos reatores e turbinas.
 · Indústria metalúrgica: nos banhos químicos, na
secagem e pintura.
Classificação das
caldeiras
 As caldeiras podem ser classificadas de
acordo com:
  classes de pressão;
  grau de automação;
  tipo de energia empregada;
  tipo de troca térmica.
De acordo com as classes de
pressão, as caldeiras foram
classificadas segundo
a NR-13 em
  Categoria A: caldeira cuja pressão de
operação é superior a 1960 kPa
(19,98kgf/cm2);
  Categoria C: caldeiras com pressão de
operação igual ou inferior a 588 kPa
(5,99kgf/cm2) e volume interno igual ou inferior
a 100 litros;
  Categoria B: caldeiras que não se
enquadram nas categorias anteriores.
De acordo com o grau de
automação, as caldeiras podem se
classificar em:
 Manuais
 Semi-automática
 Automática.
De acordo com o tipo de energia
empregada, elas podem ser do tipo:
 Combustível – Sólido, liquido, gasoso
 Caldeiras elétricas
 Caldeiras de recuperação.
Tipos de caldeiras
 A classificação mais usual de caldeiras
de combustão refere-se à localização de
água/gases e divide-as em:
- Flamotubulares
- Aquatubulares
- Mistas.
 As caldeiras flamotubulares ou fogotubulares são aquelas em
que os gases provenientes da combustão (gases quentes)
circulam no interior dos tubos, ficando por fora a água a ser
aquecida ou vaporizada.
representação esquemática da caldeira flamotubular
As caldeiras mistas são caldeiras flamotubulares que
possuem uma ante-fornalha com parede d’água.
Normalmente são projetadas para a queima de combustível
sólido.
A caldeira elétrica é um equipamento cujo papel principal
é transformar energia elétrica em térmica, para transmiti-la a
um fluido apropriado, geralmente água.
Tipos de caldeiras flamotubulares


-
Caldeiras de tubos verticais
Caldeiras de tubos horizontais:
Cornuália
Lancaster
Multitubular
Multitubular locomóvel
Escocesa
Vantagens e desvantagens das
caldeiras flamotubulares
As principais vantagens das caldeiras deste tipo são:
  custo de aquisição mais baixo;
  exigem pouca alvenaria;
  atendem bem a aumentos instantâneos de demanda de vapor.
 Como desvantagens, apresentam:
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
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
 baixo rendimento térmico;
 partida lenta devido ao grande volume interno de água;
 limitação de pressão de operação (máx. 15 kgf/cm²);
 baixa taxa de vaporização (kg de vapor / m² . hora);
 capacidade de produção limitada;
 dificuldades para instalação de economizador, superaquecedor
e pré-aquecedor
Partes das caldeiras flamotubulares
 As caldeiras flamotubulares apresentam
as seguintes partes principais:
 Corpo
- Espelhos
- Feixe tubular ou tubos de fogo e caixa de fumaça.
Componentes de uma caldeira flamotubular típica.
Caldeiras aquatubulares
 Tipos de caldeiras aquatubulares:
 Caldeiras aquatubulares de tubos retos, com tubulão transversal
ou longitudinal;
 Caldeiras aquatubulares de tubos curvos, com diversos tubulões
transversais ou longitudinais utilizados na geração (máximo 5);
 Caldeiras aquatubulares de circulação positiva;
 Caldeiras aquatubulares compactas.
Caldeiras aquatubulares de tubos
retos
Vantagens e desvantagens das
caldeiras aquatubulares de tubos
retos
 As principais vantagens das caldeiras deste tipo são:
-
Facilidade de substituição dos tubos;
Facilidade de inspeção e limpeza;
Não necessitam de chaminés elevadas ou tiragem forçada.
 Como desvantagens apresentam:
-
Necessidade de dupla tampa para cada tubo, (espelhos);
Baixa taxa de vaporização específica;
Rigoroso processo de aquecimento e de elevação de carga
(grande quantidade de material refratário).
Caldeiras aquatubulares de tubos
curvos
Caldeiras aquatubulares de tubos
curvos
Caldeiras aquatubulares de
tubos curvos
Vantagens das caldeiras
aquatubulares de tubos curvos:
 Redução do tamanho da caldeira;
 Queda da temperatura de combustão;
 Vaporização específica maior, variando na faixa de 30
kg de vapor/m² a 50 kg de vapor/m² para as caldeiras
com tiragem forçada;
 Fácil manutenção e limpeza;
 Rápida entrada em regime;
 Fácil inspeção nos componentes.
Caldeiras compactas
 Dentro da categoria das caldeiras de tubos
curvos surgiram as caldeiras compactas.
 Com capacidade média de produção de vapor
em torno de 30 ton/h, elas são equipamentos
apropriados para instalação em locais com
espaço físico limitado
 Por se tratar de equipamento compacto,
apresenta limitações quanto ao aumento de
sua capacidade de produção.
Caldeira de circulação positiva
 A circulação da água nas caldeiras
ocorre por diferenças de densidade,
provocada pelo aquecimento da água e
vaporização, ou seja circulação natural.
Se a circulação for deficiente, poderá
ocorrer um superaquecimento localizado,
com conseqüente ruptura dos tubos.
As figuras a seguir apresentam
alguns tipos de circulação de água
Vantagens e desvantagens:
 As vantagens das caldeiras de circulação positiva são:
-
Tamanho reduzido;
Não necessitam de grandes tubulões;
Rápida geração de vapor;
Quase não há formação de incrustações, devido à circulação
forçada.
 As desvantagens são:
 Paradas constantes, com alto custo de manutenção;
 Problemas constantes com a bomba de circulação, quando
operando em altas pressões.
Caldeiras elétricas
 A caldeira elétrica é um equipamento que
transforma energia elétrica em energia
térmica, transmitindo-a para um fluido
apropriado (geralmente água) e
transformando-o em vapor.
Princípio de funcionamento da
caldeira elétrica
 A produção do vapor em uma caldeira elétrica baseia-se em um
princípio pelo qual a corrente elétrica, ao atravessar qualquer
condutor, encontra resistência à sua livre circulação e desprende
calor (efeito Joule).
 A água pura é considerada um mau condutor de corrente elétrica.
Portanto, para que se possa obter a condutividade desejada
devem ser adicionados a ela determinados sais. Alguns
fabricantes recomendam a adição de produtos para o ajuste da
condutividade (soda cáustica, fosfato trisódico, etc.) na água de
alimentação. Essa adição deve ser calculada e colocada após o
tratamento químico da água de alimentação, com
acompanhamento por técnicos especializados de empresas
químicas especialistas em tratamento de água para caldeiras.
Características
As principais características das caldeiras
elétricas são:
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· 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%);
· 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.
A quantidade de vapor gerada (kgf/h) depende diretamente dos
seguintes parâmetros:
· condutividade da água;
· nível de água;
· distância entre os eletrodos.
Tipos de caldeiras elétricas
 Com resistência,
 Com eletrodo submerso
 jato de água.
Caldeira elétrica com eletrodos submersos
 Caldeira elétrica tipo jato de água
A caldeira elétrica tipo jato de água (cascata) é usada para
aplicações de maior produção de vapor
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
1. corpo da caldeira
3. contra-eletrodo
5. bomba de circulação
7. válvula de controle de produção
alimentação
 9. saída de vapor
(vent)
 11. válvula de segurança
de água
 13. descarga de fundo
2. eletrodo
4. corpo da cascata
6. bomba de alimentação
8. válvula de controle de
10. válvula respiro
12. controle de nível