CALDEIRAS E VASOS SOB PRESSÃO - UFF

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SUMRIO

INTRODUO CAPTULO I - CONCEITOS BSICOS DE COMBUSTO . Combustveis e Comburente ......................................................................... . Reaes de Combusto ................................................................................. . Ar necessrio Combusto ........................................................................... . Poder Calorfico ............................................................................................ . Calor Sensvel e Calor Latente ......................................................................

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CAPTULO II - CALDEIRAS - CONSIDERAES GERAIS . Tipos de caldeiras - Caractersticas e Empregos ........................................... 11 . Partes de uma caldeira - Componentes principais ......................................... 16 . Fornalhas e Queimadores ................................................................................ 18 . Caldeiras para Energia Alternativa ..................................................................28 . Acessrios e Instrumentos de Caldeiras ........................................................ 30 . Controle de Tiragem ........................................................................................ 35 CAPTULO III - OPERAO DE CALDEIRAS . Partida do Equipamento .................................................................................. . Operao de Rotina ......................................................................................... . Regulagens e Controles .................................................................................. 40 . Anomalias mais Comuns Durante a Operao .............................................. 42

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CAPTULO IV - PREVENO CONTRA EXPLOSO E OUTROS RISCOS . Riscos de Acidentes - Segurana e Proteo da Caldeira ............................. 45 . Exploses de Fornalhas - Causas e Providncias .......................................... 46 . Anlise de Riscos ............................................................................................ 48 CAPTULO V - TRATAMENTO DE GUA PARA CALDEIRAS . gua de Alimentao - Problemas e Controle .............................................. . Problemas Provocados pela gua de Alimentao ....................................... . Controle de Incrustaes e Corroso ............................................................ . Limpeza dos Sistemas de Gerao de Vapor ................................................ . Hibernao / Proteo nas paradas ................................................................

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CAPTULO VI - MANUTENO DE CALDEIRAS . Inspeo e Manuteno Preventiva ............................................................... 72 . Carta de Avarias ........................................................................................... 73

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BIBLIOGRAFIA ................................................................................................. 76

ANEXOS

1. Limites a serem estabelecidos para a gua no interior da caldeira .............. 78 2. Legislao de segurana e medicina do trabalho ........................................... 79

3. Norma Regulamentadora no 13 (NR-13) ....................................................... 80 I-A. Currculo mnimo para Treinamento de Seg. na Oper. de Caldeiras ..... 98 I-B. Currculo mnimo para Trein. de Seg. na Oper. de Unid. de Proc. ........ 100 II. Requisitos para certificao de Servio Prprio de Insp. de Equip. ........ 102 III. Equipamentos aos quais devem ser aplicada a NR-13 ................................ 103 IV. Classificao de vasos de presso ............................................................... 104 . 4. Noes de Grandezas Fsicas e Unidades .................................................... 106

TABELAS E GRFICOS . Rendimento da combusto .............................................................................. 108 2 . Tabela de vapor saturado (Presso relativa de 0 a 7,0 kgf/cm ) .................. 109 . Tabela de vapor saturado (Presso relativa de 7,5 a 219 kgf/cm2) .............. 110 . Tabela de Viscosidade para leo Combustvel ........................................... 111 . Caracterizao de leo Combustvel do tipo A1 ........................................ 112 . Informaes sobre leo Combustvel do tipo A2 ....................................... 113 . Caractersticas bsicas do GN de Campos .................................................. 114 . Caractersticas bsicas do GN Distribudo pela CEG................................... 115 . Vlvula de Segurana ....................................................................................... 116 . Tabela de Especificaes de leos Combustveis ...................................... 117 . Tabela de Especificaes de leos Combustveis (Portaria ANP no 90) ..... 118 . Tabela de Ponto de Fluidez Superior (Resoluo CNP no 03/86) ................ 119 . Armazenagem e Manuseio de leos Combustveis .................................... 120 . Tabela de Transformao de Condutividade para Slidos Dissolvidos ....... 121

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INTRODUO A Portaria no 23 de 27/12/94, que alterou a norma regulamentadora no 13 da Portaria no 3214, de 08/06/78, estabelece a obrigatoriedade do Treinamento de Segurana para Operadores de Caldeiras e Estgio Supervisionado. Esto isentos dessa obrigatoriedade os Operadores que, comprovadamente atravs de Carteira Profissional, tiverem mais de 3 anos de experincia nessa atividade e aqueles j possuidores de certificados de Treinamento conforme a Portaria 02 de 08/05/84.

Consideramos que a participao de profissionais j experientes, nesses cursos de treinamento, conveniente em funo da oportunidade de reciclagem de conhecimentos, pois pelos riscos envolvidos, a operao de caldeiras exige do operador o mximo de qualificao e atualizao.

Esta publicao aborda o assunto de forma generalizada, incluindo os tpicos exigidos pela NR-13, alm de focalizar outros aspectos que so importantes para a qualificao do Operador de Caldeiras.

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CAPTULO I

CONCEITOS BSICOS DE COMBUSTO

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CAPTULO I - CONCEITOS BSICOS DE COMBUSTO

I.1- Combustveis e Comburente Breve histrico: No Brasil, at o ano de 1919, o nico combustvel industrial era a lenha. Alis a lenha no s era utilizada industrialmente, mas seu uso tambm era total em locomotivas e navegao. Em seguida surgiram o carvo mineral, os leos vegetais, o betume e finalmente o petrleo e seus derivados. Durante muito tempo o carvo teve preponderncia como combustvel industrial. Somente em 1926 que teve incio o consumo de leo combustvel em indstrias e em centrais termoeltricas. Em 1940, j tnhamos muitas indstrias adaptadas para o uso de leo combustvel, sendo que a maioria voltou a consumir lenha no perodo da 2a Guerra Mundial. Atualmente, a grande maioria das indstrias, centrais eltricas e estradas de ferro utilizam os derivados de petrleo como fonte de energia calorfica, principalmente os leos combustveis e o gs natural. Classificao dos Combustveis: - Slidos - Lquidos - Gasosos Slidos: Madeira, turfa, linhita, antracito, hulha, carvo vegetal, coque de carvo, coque de petrleo, etc... Lquidos: Petrleo, leo de xisto, alcatro, lcool e leos vegetais. Gasosos: Metano, hidrognio, gs liquefeito de petrleo, gs de coqueria (siderrgica), gasognio, biogs, gs natural, etc...

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Sabemos que a combusto a reao qumica entre duas substncias: Combustvel e Comburente com produo de calor e luz. O Combustvel a substncia que queima e contm em sua composio principalmente dois elementos: carbono e hidrognio. O Comburente o elemento que entra na reao de combusto como fonte de oxignio. A fonte usual de oxignio o ar atmosfrico, onde o oxignio est contido na proporo de 23% em peso e 21% em volume. O restante praticamente constitudo de nitrognio.

I.2 Reaes de Combusto C + O2 CO2 + 32.761 Kj/Kg de carbono (8.100 Kcal/Kg) 2 C + O2 2 CO + 9.205 Kj/Kg de carbono (2.407 Kcal/Kg) 2 H2 + O2 2 H2O (l) + 141.796 Kj/Kg de hidrognio (34.100 Kcal/Kg) 2 H2 + O2 2 H2 O (V) + 120.876 Kj/Kg de hidrognio (28.890 Kcal/Kg) S + O2 SO2 + 9.247 Kj/Kg de enxfre (2.200 Kcal/Kg) Observa-se, pelas reaes anteriores, que deve-se sempre orientar a queima no sentido de se obter o CO2 pois tem-se assim uma maior liberao de calor. Na prtica, queimam-se combustveis que no se compem apenas de Carbono (C), mas tambm de hidrognio (H2) e enxofre (S), conforme visto nas reaes acima. A combusto completa quando todos os elementos combustveis contidos no combustvel em questo (C, H2, S, etc), combinam-se com o oxignio do ar, fornecendo os produtos finais correspondentes.

I.3 Clculo do Ar Necessrio Combusto Como foi visto, a combusto completa quando a quantidade de ar necessria e suficiente para oxidar os elementos constituintes do combustvel utilizado. Havendo combusto incompleta teremos fuligem, aldedo e monxido de carbono, alm de no ocorrer a liberao total do calor do combustvel. A quantidade de ar terica necessria combusto pode ser calculada pela seguinte frmula: Kg ar/ kg de combustivel = 11,5 (% C) + 34,7 (% H2) + 4,3 (% S)

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Os percentuais de carbono e hidrognio no combustvel so calculados aproximadamente por: % P/P Carbono = 100 - (% H2 + S + H2O + cinzas) % P/P Hidrognio = 26 - (15 x densidade) Os percentuais de gua, cinzas e enxofre so obtidos em laboratrio. Exemplificando, podemos considerar a queima de um leo combustvel tipo A, com a seguinte composio mdia: C = 84%, H2 = 11%, S = 4% e gua = 1%. Para queimar 1 Kg desse leo, necessitamos: 84/100 x 11,5 = 9,66 11/100 x 34,7 = 3,81 4/100 x 4,3 = 0,17

Dessa forma, teremos: 9,66 + 3,81 + 0,17 = 13,6 Kg de ar/Kg de leo A Considerando que o ar possui 23% P/P do oxignio, ento teremos: 0,23 x 13,6 3,1 Kg O2/Kg de leo tipo A Na prtica, trabalha-se com excesso de ar para garantir-se a queima completa do combustvel e a mnima concentrao de CO (monxido de carbono) O excesso de ar varia em funo do combustvel utilizado. So aceitveis de 15% a 30% para leos e de 10% a 15% para gases.

ANLISE TPICA PARA LEO E GS NATURAL LEO GS LEO GS (ESTEQUIOMTRICO) (C/ EXCESSO DE AR) % CO2 15 11 13 10 % CO ----0,01 - 0,05 0,01 - 0,05 % O2 2 - 3 2 - 3

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I.4 - Poder Calorfico Superior e Poder Calorfico Inferior de um Combustvel Como foi visto no captulo inicial, as reaes qumicas da combusto liberam calor, estas reaes so denominadas exotrmicas. O calor assim gerado que constitui o calor da combusto e que pode ser aproveitado das mais diversas maneiras. Assim, cada combustvel ao ser queimado capaz de liberar uma determinada quantidade de calor. Essas quantidades de calor so medidas em aparelhos chamados calormetros e so especficas para cada combustvel. Assim, a quantidade de calor liberada constitui uma das mais importantes caractersticas do combustvel e denominada poder calorfico. Define-se poder calorfico como a quantidade de calor produzida pela queima total de uma unidade de combustvel. Ex: Kcal/Kg; BTU/lb; Kcal/Nm.

Poder Calorfico Superior: O poder calorfico supeiror o calor liberado pela combusto da unidade de massa do combustvel a volume constante, estando a gua formada pela combusto, no estado lquido. No poder calorfico superior a gua formada permanece no estado lquido, logo, seu calor latente incluido no calor gerado na combusto.

Poder Calorfico Inferior: o calor liberado pela combusto da unidade de massa do combustvel, na presso constante de 1 atm, permanecendo a gua da combusto no estado gasoso (vapor). No poder calorfico inferior a gua formada permanece no estado gasoso, logo, seu calor latente fica excludo do calor gerado na combusto. Na prtica o que8

ocorre, visto que, a temperatura dos gases de combusto superior temperatura de saturao do vapor d'gua presso atmosfrica, permanecendo a gua na forma de vapor superaquecido.

I.5 Calor Sensvel e Calor Latente Denomina-se de calor sensvel a quantidade de calor necessria para elevar a temperatura de um corpo de massa m e calor especfico c (*), desde a temperatura t1, at a temperatura t2. O calor latente, ao contrrio do calor sensvel, no produz aquecimento, sendo aproveitado pelo corpo para realizar uma mudana de estado. (*)Denomina-se calor especfico c a quantidade de calor necessria para elevar de 1 C a temperatura de 1 g de uma substncia.

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CAPTULO II

CALDEIRAS CONSIDERAES GERAIS

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CAPTULO II - CALDEIRAS - CONSIDERAES GERAIS Os geradores de vapor (caldeiras) so equipamentos complexos de troca de calor, que produzem vapor a partir da energia trmica (queima de combustvel), constitudos por diversos equipamentos associados, perfeitamente integrados, para permitir a obteno do maior rendimento trmico possvel.

II.1 Tipos de Caldeiras Caractersticas e Empregos As caldeiras podem ser classificadas em dois tipos: a) Caldeiras de Tubos de Fogo (Flamotubulares ou Fogotubulares) Nestes equipamentos, o qual consiste essencialmente de um corpo cilndrico com dois espelhos fixos nos quais os tubos so mandrilados ou soldados, os gases de combusto atravessam a caldeira pelo interior dos tubos cedendo calor gua que est envolvendo esses tubos, conforme mostram as figuras II.1 e II.2. Exemplos: Caldeiras ATA, Caldeiras ICESA, Caldeiras TENGE, Caldeiras AALBORG, etc.

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Figura II.1

12 Figura II.2

As caldeiras fogotubulares so as unidades de gerao de vapor de menor porte, estando limitadas produo de no mximo 20 t/h de vapor e presso no superior a 300 psi (20 Kgf/cm2). VANTAGENS: menor investimento (tm menor custo e so mais econmicas do que as similares aquotubulares) exigem pouca alvenaria manuteno mais fcil tratamento de gua menos rigoroso atendem bem variao de demanda de vapor, devido ao grande volume de gua que encerram. apresentam alta eficincia de transferncia de calor por rea de troca trmica ( 40% maior que as aquotubulares ).

DESVANTAGENS: presso de trabalho limitada (=20 Kgf/cm2), devido ao fato de que a espessura da chapa dos corpos cilndricos crescem com o dimetro; partida mais lenta, devido ao grande volume de gua; pequena taxa de vaporizao, logo, ocupam muito espao em relao rea de aquecimento; circulao deficiente de gua; no produz vapor superaquecido, somente vapor saturado.

b) Caldeiras Aquotubulares (Tubos de gua) Quando necessita-se de maiores produes e presses de vapor, utiliza-se as caldeiras aquotubulares. Nestes equipamentos os gases de combusto atravessam toda caldeira pela parte externa dos tubos cedendo calor gua contida no interior dos mesmos.

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Figura II.3

Figura II.4

As Caldeiras Aquotubulares por possurem uma estrutura tubular que compem a parte principal da absoro de calor, permite a obteno de grandes superfcies de aquecimento. Nestes tipos de caldeiras as produes de vapor chegam a atingir at

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750 t/h, com presses de at 200Kgf/cm2 e temperatura de 450 a 500 C, existindo unidades com presso crtica (226 atm) e supercrtica (350 atm). As Caldeiras Aquotubulares podem ser classificadas em trs grandes categorias: Caldeiras aquotubulares de tubos retos Caldeiras aquotubulares de tubos curvos Caldeiras aquotubulares de circulao positiva 1) Caldeiras Aquotubulares de tubos retos Essas caldeiras possuem um feixe de tubos retos paralelos e inclinados por onde a gua circula, segundo uma mesma orientao, sempre da parte posterior para a anterior. A capacidade dessas caldeiras varia de 3 a 30 t/h de vapor, com presses at 45 Kgf/cm2. Sua vaporizao especfica da ordem de 20-25 Kg vapor/m2. Esse tipo de caldeira apresenta varias vantagens, tais como facilidade de troca e limpeza dos tubos, facilidade de limpeza dos depsitos de fuligens por fora dos tubos, comportam um grande volume de gua e dispensam chamins elevadas ou tiragem forada por provocarem pequena perda de no carga circuto dos gases (15 a 20 mm de coluna d'gua). 2) Caldeiras Aquotubulares de tubos curvos Essas caldeiras so constituidas por tubos curvos unidos a tambores e dispostos de formas diversas. Atualmente os tipos mais difundidos so os de dois tambores por serem de menor custo. A aplicao de paredes de gua em caldeiras constituem um grande avano tecnico e confere enormes vantagens tais como: diminuio do tamanho das caldeiras (caldeiras compactas), queda de temperatura de combusto, menor custo de refratrios, vaporizao mais rpida, etc... As caldeiras de vapor aquotubulares de tubos curvos, do tipo compacta, chegam a atingir capacidade acima de 150 t/h de vapor. Sua vaporizao especfica de 28 a 30 Kg vapor/m2 , podendo atingir mesmo a 45 Kg vapor/m2.

3) Caldeiras Aquotubulares de circulao positiva Observa-se que a circulao da gua no interior dos tubos apresenta uma tendncia natural, graas diferena de peso especfico entre a gua situada nas partes mais frias da caldeira, e a gua aquecida e misturada com bolhas de vapor nas partes onde se processa forte troca trmica. Aplicando-se esse princpio determinouse a concepo de novas unidades geradoras de vapor. Nessas unidades, a circulao de gua rigorosamente orientada e sempre unidirecional atravs de todo sistema tubular. Essas caldeiras so chamadas de circulao positiva, podendo-se ser de circulao positiva natural ou forada, esta

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ltima feita com auxlio de bombas. As concepes mais modernas, mantendo-se o sistema de circulao forada, operam com elevada presso positiva na cmara de combusto (1 a 2 Kgf/cm2), assegurando aos gases uma velocidade da ordem de 200 cm/s e alcanando coeficientes de transmisso de calor 15 vezes maiores de uma caldeira comum. Essas condies permitem colocar a caldeira em operao rapidamente (5 a 7 minutos), atingindo rendimentos da ordem de 85-90%. De acordo com a fonte de aquecimento utilizada, as caldeiras so classificadas em: Caldeiras a combustveis convencionais (slidos, lquidos e gasosos) Caldeiras eltricas ( resistncias e eletrodos) Caldeiras de recuperao (gases de escape e produtos resduais) Caldeiras nucleares (fisso de urnio) Caldeiras solares (energia solar)

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II.2 Partes de uma Calderia Componentes Principais Nas caldeiras existem trs partes distintas, que compoem sua estrutura: Cmara de combusto (fornalha) Cmara de gua (feixes tubulares e tubulaes inferiores) Cmara de vapor (espao disponvel na tubulao superior, acima do nvel de gua) Componentes principais de Caldeira Flamotubular Conforme vimos, uma caldeira flamotubular consiste essencialmente de um corpo cilindrico (horizontal ou vertical) com dois espelhos fixos nos quais os tubos so mandrilados. Em uma das extremidades situa-se a fornalha de um modo que os gases resultantes da combusto, passando por dentro dos tubos, cedem calor gua. Nas caldeiras fogotubulares mais comuns a fornalha est montada dentro do corpo cilndrico, sendo que o queimador est montado na parte da frente da fornalha e na parte de trs temos uma tampa, com geometria tal, que faz com que os gases invertam o seu percuso, passando por dentro dos tubos para ento alcanar a chamin.

Figura II.5

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Componentes Principais de uma Caldeira Aquotubular:

Figura II.6

(1) Tambor de Vapor - o superior de onde o vapor produzido distribudo para consumo ou se dirige para o super-aquecedor. (2) Tambor de Lama - o vaso inferior, colocado na parte mais baixa e fria da caldeira e onde se acumula o lodo formado. (3) Feixe Tubular - conjunto de tubos que compem a rea de troca trmica entre os gases provenientes do combustvel queimado e a gua a ser evaporada. (4) Fornalha - conjunto prprio para promover a queima do combustvel. (5) Super-aquecedor - o componente no qual se consegue o super-aquecimento do vapor presso de trabalho. O super-aquecimento do vapor feito com o aproveitamento de calor transmitido por radiao e conveco na cmara de combusto. (6) Economizador - componente do sistema no qual se faz o pr-aquecimento da gua de alimentao, aproveitando o calor sensvel dos gases resultantes da combusto antes de lan-los atmosfera. (7) Pr-aquecedor de Ar - o componente no qual se faz o pr-aquecimento do ar de combusto por meio do aproveitamento do calor sensvel dos gases de combusto. (8) Chamin - a parte que garante a circulao dos gases quentes da combusto atravs de todo o sistema, pelo efeito de tiragem. Quando a tiragem, porm, promovida por ventiladores ou exaustores, sua funo se resume em dirigir os gases de combusto para a atmosfera.

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II.3 - Fornalhas e Queimadores Denomina-se de fornalha ao local destinado queima do combustvel. composta do combustor (queimador), que promove a queima do combustvel e da cmara de combusto onde se verifica a completa queima dos gases. A seleo correta de uma fornalha constitui o fator mais importante no projeto de um gerador de vapor. A seleo se faz considerando os seguintes fatores: tipo de combustvel volume de combustvel teor de umidade granulometria teor de cinzas e volteis peso especfico limpeza da fornalha temperatura da fornalha mtodo de injeo de ar regime de trabalho do gerador comprimento da chama Classificao das Fornalhas Temos vrios critrios para a classificao das fornalhas e podemos dividi-los em duas grandes categorias: a) Fornalhas que queimam sob suporte (combustveis slidos) b) Fornalhas que queimam em suspenso (combustveis gaseificados e slidos pulverizados, finamente divididos) 1 - Fornalhas que queimam sob suporte 1.1 - Fornalhas de grelhas planas levemente inclinadas - so destinadas para combusto de lenha em toras, tendo aplicao limitada a caldeiras de at 20 t/h de vapor. 1.2 - Fornalhas em escada - so constitudas de degraus apoiados em travesses inclinados, sobre os quais o combustvel projetado manual ou mecanicamente. So adequadas para combustveis mais leve, tais como: casca de arroz, casca de amendoim, serragem, bagao de cana, madeira picada, etc...

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1.3 - Fornalhas de esteiras rotativas mveis - o combustvel alimentado mecanicamente, formando uma camada espessa que se extingue medida que avana na fornalha e descarregando as cinzas residuais no fim do trajeto.

2 - Fornalhas que queimam em suspenso Nesta categoria temos as fornalhas destinadas a queima de leo combustvel, gs e combustveis slidos pulverizados. Neste caso temos um equipamento responsvel pela queima do combustvel chamado queimador ou combustor. Considerando que no caso de combustvel gasosos a fornalha no apresenta muitos problemas tcnicos a resolver, ento, nos deteremos mais no caso de combustveis lquidos. 2.1 - Combustveis lquidos Nos combustveis lquidos o principal problema passar o combustvel para o estado gasoso. As funes da fornalha e do maarico so assim distribudas: Vaporizao Cmara de combusto Fornalha Queimador Combusto Atomizao Dosagem ar/combusto Turbulncia

Sabemos que para o processo de combusto ser eficiente necessrio que: a) A relao entre combustvel e comburente deve ser estreita e bem determinada; b) A mistura entre combustvel e comburente (ar) deve ser a mais ntima e no menor espao de tempo possvel; c) O excesso de ar deve ser o mnimo necessrio combusto; d) A temperatura da cmara de combusto deve ser a mais alta possvel, de maneira a gaseificar, no menor tempo, as gotculas do combustvel lanadas pelo queimador; e) A fornalha deve ser criteriosamente dimensionada de acordo com a temperatura que deva trabalhar e com a quantidade de combustvel a ser queimado; f) A circulao dos gases de combusto deve ser tal que promova a eficiente troca trmica atravs do sistema, sem no entanto prejudicar a tiragem.

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2.2 - Ar de Combusto O ar necessrio ao processo de combusto pode ser classificado da seguinte forma: Ar Primrio: quando os queimadores utilizam ar para atomizao do leo, ou seja, o ar que entra no corpo do queimador para que se consiga o efeito de pulverizao do combustvel. Ar Secundrio: o ar que entra efetivamente no processo de combusto. Este ar pode ser suprido por ventiladores ("ventoinhas") ou atravs de janelas regulveis, convenientemente colocadas.

Figura II.7

Ar Tercirio: quando o ar primrio e secundrio no so suficientes para o processo de combusto, faz-se uma terceira aduo de ar, que pode ser succionado por efeito de tiragem ou soprado por ventilador. Como j mencionamos anteriormente, necessrio, na prtica, que seja introduzido um excesso de ar para garantir-se a queima completa do combustvel. O excesso de ar deve ser controlado para que no se perca eficincia, pois o ar que no participa da combusto tende a resfriar a chama, alm de aumentar a velocidade dos gases dentro da caldeira com conseqnte perda de energia. O excesso de ar deve ser controlado atravs de instrumentos analizadores de gases de combusto, tais como, analizadores portteis ou analizadores contnuos. Nas caldeiras que queimam leos combustveis normalmente monitoramos o % CO2. Nas caldeiras que queimam gases faz-se necessrio o monitoramento de oxignio (O2) ou do CO (monxido de carbono).

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Figura II.8

2.3 - Queimadores Numa caldeira ou no caso geral de instalaes para queima de leo combustvel, a funo mais importante do sistema exercida pelos chamados queimadores ou combustores, os quais realizam a pulverizao do leo projetandoo no interior da fornalha. O queimador de leo tem assim por finalidade pulverizar o leo combustvel e lan-lo no interior da fornalha, finalmente dividido em gotculas, cujos dimetros variam, aproximadamente, de 30 a 150 mcrons. Dessa forma ocorre gaseificao rpida, permitindo que a superfcie de contato de combustvel com o oxignio do ar de combusto seja grandemente aumentada. A pulverizao de combustvel obtida por meio de um agente pulverizador. Os diversos tipos de queimadores existentes no mercado, podem ser classificados, quanto ao processo empregado na atomizao, em duas classes: 1 - queimadores de pulverizao com fluido auxiliar (ar ou vapor) 2 - queimadores de pulverizao mecnica

1.1 - Queimador de pulverizao a ar de baixa presso Este tipo de queimador encontrado em fornos industriais e algumas caldeiras antigas. A presso de ar varia de 150 a 800 mm de coluna d'gua e passa para o bico do queimador atravs de uma srie de palhetas que lhe do um movimento rotativo. Devido forma cnica do bico do queimador, a velocidade do ar aumentada sem que se modifique o seu movimento espiral. O efeito de turbilhonamento obtido faz com que o leo combustvel admitido, j parcialmente aquecido, seja inteiramente misturado com o ar, facilitando a combusto.

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Figura II.9

Num queimador a ar de baixa presso, a velocidade do ar varia com a raiz quadrada da presso. Dessa forma, se a presso do ar, no bico do queimador, correspondente a descarga mxima, for de 635 mm de coluna d'gua, ao reduzimos a descarga de leo metade ser necessrio reduzir para cerca de 160 mm de coluna d'gua a presso de ar, de modo que mantenha correta a proporo ar/leo. Nos queimadores de baixa presso necessrio grande volume de ar. Em geral no so satisfatrias as condies de pulverizao abaixo de 250 mm de coluna d'gua. A viscosidade mxima admissvel neste tipo de queimador est em torno de 90 SSU.

Queimador de Baixa Presso, com Comando Independente de Ar Primrio, Secundrio e Tercirio (aduzido pela Pedra Refratria)

Figura II.9

Figura II.10

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Queimador Rotativo, pulverizao e Ar de Baixa Presso (Rotao produzida pelo Ar Primrio)

Figura II.11

Figura II.12

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Figura II.13

1.2 - Queimador de Pulverizao a Ar de Alta Presso Neste tipo de queimador a presso do ar superior a 1 Kgf/cm2. O ar primrio para esses queimadores produzido por compressores. Quanto maior a presso do ar primrio, menor a percentagem total de ar necessrio. Assim complementa-se com ar secundrio, facilitando o controle da combusto. Este tipo de queimador tambm trabalha eficientemente com vapor. Admite viscosidade mxima em torno de 170 SSU. Queimador a Alta Presso de Ar, ou a Vapor

Figura II.14

Queimador a Alta Presso de Ar, ou a Vapor

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Figura II.15

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1.3 - Queimador de Pulverizao a Vapor Este tipo de queimador indicado para caldeiras que possuem vapor para esse fim. O consumo de vapor utilizado para a pulverizao est entre 0,15 a 0,4 Kg de vapor por quilo de leo pulverizado. O processo de atomizao a vapor semelhante ao utilizado com ar comprimido, ou seja, o vapor passa atravs de um estreitamento arrastando consigo o combustvel em pequenas gotculas.

Figura II.16

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1.4 - Queimador de Pulverizao Mecnica Esse tipo de queimador, tambm denominado queimador a jato-presso, normalmente empregado em instalaes de grande porte nas quais predomina o fator econmico e em instalaes martimas, devido no s ao menor consumo de energia como principalmente devido economia de gua. A pulverizao do leo combustvel produzida pela passagem do leo sob alta presso atravs de um orifcio. A presso do leo varia normalmente de 4 a 9,5 Kgf/cm2, mas pode atingir valores bem maiores e produzida por uma bomba. Usado para leos at 150 SSU.

Figura II.17

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Queimador a Jato-Presso:

Figura II.18

II.4 - Caldeiras para Energia Alternativa. A crise do petrleo, deflagrada em 1973, trouxe alteraes substanciais nos custos e disponibilidades da energia. Esta nova realidade obrigou as empresas a adaptarem seus processos de produo , bem como a buscarem solues visando a substituio do leo combustvel por outras fontes energticas. No caso do nosso pas, dependendo da regio, temos diversas alternativas a serem consideradas no que tange substituio do leo combustvel por outra fonte de energia, ou seja: eletricidade, lenha, carvo mineral, biomassa, gs, etc... Considerando que o assunto bastante extenso, empolgante e requer um ou mais cursos especficos para cada alternativa energtica disponvel, ento, nos limitaremos nesta obra a fazer um breve comentrio sobre os equipamentos disponveis para esses casos. a) Caldeiras Eltricas. As caldeiras eltricas, para gerao de vapor d'gua, so empregadas na Europa desde 1905 e nos Estados Unidos desde 1920. As caldeiras eltricas so, basicamente, vasos de presso nos quais adaptamos os elementos de aquecimento. H dois tipos de caldeiras eltricas: as de resistncia e as eletrodos.

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Nas caldeiras de resistncia, a corrente eltrica passa atravs de uma srie de resistncias eltricas devidamente protegidas, que se acham imersas na gua, provocando o seu aquecimento at atingir a vaporizao, dentro de um vaso de presso. Nas caldeiras a eletrodo, a corrente eltrica circula atravs da gua, convertendo a energia eltrica em trmica, at a produo de vapor. Neste caso, tambm, tudo se processa no interior de um vaso de presso. Por motivos econmicos,as caldeiras de resistnica esto limitadas a potncias de 2.000 a 2.600 KW, o que corresponde a produo de cerca de 3.500 Kg/h de vapor. Quanto ao aspecto segurana, esses equipamentos alm de requererem a ateno relativa aos tens de segurana normais de caldeiras, requerem cuidados tambm, devido aos equipamentos eltricos que compem esse tipo de caldeira.

b) Caldeiras a Combustveis Slidos. As caldeiras a combustveis slidos (lenha, resduos vegetais, carvo, etc...), j operam h bastante tempo no Brasil. Dependendo do tipo de produto a ser queimado, existem vrios arranjos que so utilizados, ou seja, tipo de grelhas, tipo de fornalhas, etc... Os aspectos relativos segurana so praticamente os mesmos de uma caldeira a leo combustvel, sendo que dependendo do tipo de alimentao empregada alguns outros aspectos precisam ser levados em considerao, tais como EPI adequados.

c) Caldeiras a Gs. Em diversas regies de pas o uso de caldeiras a gs vem aumentando bastante, principalmente devido a oferta de gs natural. O uso de caldeiras a gs apresenta muitas vantagens, pois o gs em mistura com o ar entra em ignio facilmente, permitindo regulagens simples, chama estvel e ausncia de poluio. Existem diversos tipos de queimadores a gs utilizados em caldeiras e que operam de uma forma segura e eficiente. No existe necessidade de modificaes das fornalhas das caldeiras a leo quando modificadas para queimarem gs.31

d) Caldeiras a leo Combustvel Devido ao fato de ainda a maioria dos queimadores de gerao de vapor, existentes nas indstrias, utilizarem leo combustvel como fonte trmica, abordaremos os aspectos: operacionais, de segurana e de manuteno relativos a esse tipo de caldeira.

II.5 - Acessrios e Instrumentos de Caldeiras Acessrios de caldeiras so os equipamentos ou dispositivos que atuam no sentido de aumentar o rendimento, melhorar as condies de segurana, facilitar a continuidade de operao e facilitar o controle de regulagens. O termo "acessrios" confunde-se com o termo "instrumentos" em alguns aspectos. De uma forma geral os instrumentos so os elementos de controle de regulagens.

II.5.1 - Dispositivos de AlimentaoFigura II.19

II.5 - Acessrios e Instrumentos de Caldeiras Acessrios de caldeiras so os equipamentos ou dispositivos que atuam no sentido de aumentar o rendimento, melhorar as condies de segurana, facilitar a continuidade de operao e facilitar o controle de regulagens. O termo "acessrios" confunde-se com o termo "instrumentos" em alguns aspectos. De uma forma geral os instrumentos so os elementos de controle de regulagens.

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II.5.1 - Dispositivos de Alimentao Os aparelhos de alimentao de gua para caldeiras so elementos indispensveis ao funcionamento do sistema de gerao de vapor, devem manter uma determinada vazo e vencer a perda de carga total do sistema, ou seja, perda de carga da tubulao, vlvulas e a contra-presso do vapor. Existem trs tipos de aparelhos de alimentao normalmente usadas nos geradores de vapor; 1) Bombas Centrfugas 2) Bombas Alternativas 3) Injetores 1 - Bombas Centrfugas As bombas centrfugas so as mais utilizadas e atendem a toda a gama de capacidade e presses necessrias aos geradores de vapor, podendo atingir vazes da ordem de 500m3/h. Nas pequenas instalaes de baixa presso as bombas centrfugas de um estgio so suficientes. A medida que se necessita de presso maiores, utilizase bombas de vrios estgios. So acionados por motor eltrico ou por turbinas auxiliares . necessrio que o reservatrio de alimentao de gua para a caldeira esteja a pelo menos 4 metros acima da entrada da bomba, a fim de se ter uma presso positiva na suco da bomba, j que a gua no tanque deve estar a uma temperatura elevada. Para maior garantia deve-se consultar o fabricante da bomba a esse respeito. 2 - Bombas Alternativas As bombas alternativas oferecem a vantagem da economia de fora, porm tem limitaes de capacidade e presso. Normalmente, so indicadas para vazo mxima de 50 m/h e presso de 20 Kgf/cm. Apresentam o inconveniente de arrastar leo e graxas lubrificantes das partes mveis juntamente com o vapor de escape, necessitando a instalao de separadores. 3 - Injetores Os injetores so aparelhos que utilizam o prprio vapor de caldeira como meio de impulso da gua. Normalmente so instalados como aparelho de reserva pronto para operar quando se verifica deficincias na bomba de alimentao de gua. No trabalham com gua quente (acima de 40C) e tambm no fazem suco, devendo o tanque de gua estar elevado, acima do injetor.

II.5.2 - Visor de Nvel33

O visor de nvel ou coluna de nvel, o aparelho que permite controlar visualmente o nvel de gua no interior da caldeira. Fazem parte do conjunto de nvel, os seguintes elementos: - corpo - registro de nvel - torneiras de prova - registros de descarga Deve-se ter especial cuidado na manuteno do visor de nvel, para ficarmos seguros que no existe indicao de nvel falso. Uma das mais importantes regras na operao de caldeiras manter-se constantemente a gua na caldeira a um nvel apropriado. O operador dever sempre verificar o nvel da gua observando a garrafa de nvel instalada no balo da caldeira. Recomenda-se que o visor seja drenado a cada incio de turno de operao. Este procedimento alm de assegurar a operao livre do visor, assegura tambm a certeza de que o operador, ao chegar, verificar o nvel da gua. A garrafa de nvel tambm deve ser drenada a cada turno, para que se remova a lama acumulada que causa turvao no visor, ocasionando falsa observao do nvel de gua. Mais detalhes sobre o controle e regulagem de nvel de gua ser fornecido no Captulo III. II.5.3 - Indicadores de Presso Os indicadores de presso do gerador de vapor so os manmetros. Esto localizados nas partes da caldeira onde necessita-se indicao de presso. Normalmente a escala de um manmetro corresponde pelo menos duas vezes a presso normal do trabalho. So ligados ao ponto de medio de presso atravs de sifo e vlvula de bloqueio. Este processo evita o contato do manmetro com temperaturas elevadas. II.5.4 - Vlvulas a) Vlvula Principal de sada de vapor A vlvula principal de sada de vapor permite a vazo de todo o vapor produzido pela caldeira.

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Normalmente so as vlvulas dio tipo globo por permitirem controle mais perfeito da vazo, mas pode-se usar vlvulas tipo gaveta quando no se tem ou no necessita-se de rigoroso controle da vazo. b) Vlvula de Segurana As vlvulas de segurana destinam-se a evitar que a presso nas caldeiras eleve-se alm do limite especificado pelo projeto. Com isto temos assegurada a segurana do equipamento. As vlvulas de segurana corretamente dimensionadas devem: 1) abrir totalmente a uma determinada presso 2) permanecer aberta enquanto a presso retorna ao valor normal de operao 3) fechar instantaneamente aps verificar-se o abaixamento da presso s condies normais de operao. As vlvulas de segurana devem ter sada para fora da "casa de caldeiras", atravs de tubos de igual ou maior dimetro que a sada da vlvula; se houver necessidade de curvas, que sejam bem suaves a fim de dar livre expanso descarga. Devem ser testadas, diariamente, puxando-se as alvancas com toda presso de trabalho da caldeira, a fim de que no fiquem presas por falta de uso e semanalmente, deixando-se que a caldeira atinja a presso de abertura das vlvulas. Devem ser reguladas tendo como limite a PMTA. c) Vlvula de alimentao Destina-se a permitir ou interromper o suprimento de gua na caldeira. So vlvulas do tipo globo com passagem reta. d) Vlvula de reteno Tem como funo evitar o retorno de gua sob presso do interior da caldeira. So instaladas aps a vlvula de alimentao. e) Vlvula de descarga So vlvulas de descarga rpida que permitem a purga da caldeira ocasionando a "desconcentrao"do equipamento. Maiores detalhes sobre a necessidade de purga da caldeira so fornecidos no captulo referente a tratamento de gua. II.5.5 - Vlvulas solenides As vlvulas solenides so vlvulas eletromagnticas que trabalham totalmente abertas ou fechadas, em funo de energizao ou no da bobina, isto ,35

quando energizadas liberam o fluxo e quando no energizadas bloqueiam o fluxo. Assim, so utilizadas em vrias funes como por exemplo no controle de alimentao de combustvel, no controle de vapor etc.

II.5.6 - Pressostatos a) Pressostato de modulao de chama Tem como funes modificar a vazo de combustvel e do ar secundrio, obtendo-se assim a reduo da chama em presses elevadas no interior da caldeira ou aumentando-a quando em baixas presses, objetivando igualar dentro de certos limites a produo e o consumo de vapor. O sistema de modulao constitudo pelo Pressostato de Modulao de Chama e por um Servo-Motor que atua sobre a vlvula de combustvel e sobre o damper do ventilador de ar secundrio. Nas caldeiras equipadas com foto-resistor, o Pressostato de Modulao de Chama conjugado ao programador de combusto no comando automtico, de forma a obrigar o sistema de combusto a partir em fogo baixo. Aps a sensibilizao do foto-resistor, o servo-motor atua abrindo todo o fogo, caso a presso de vapor no interior da caldeira no seja muito elevada.

b) Pressostato de mxima Esse pressostato faz parte do sistema de segurana da caldeira. Sua funo desligar o circuito automtico quando a caldeira atinge a Presso Mxima de Trabalho, ou seja, atua desligando a alimentao de corrente eltrica do sistema automtico de combusto, cortando assim a alimentao de leo combustvel (fecha a vlvula solenide), desligando a bomba de leo, o ventilador e o programador.

II.5.7 - Detetor de chama Os equipamentos industriais que utilizam combustveis tais como caldeiras e fornos, devem ser protegidos nos casos de extino acidental da chama ou de falhas de ignio. O detetor mais usado o do tipo tico, o qual, detetando a luminosidade da chama, emite um impulso eltrico que retificado no programador, abrindo e fechando circuitos. Existem trs tipos de Detetores ticos: a) Detetor de luz visvel - somente aplicado para leo; b) Detetor de luz infra-vermelha - usados para leo e gs;

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c) Detetor de luz ultra-violeta - usados para leo e gs. Um outro dispositivo empregado o tipo "flame rod" que utiliza uma fonte externa de energia eltrica, eletrodo para detectar a chama e um amplificador eletrnico. O princpio de operao consiste na captao de eltrons livres liberados pela ionizao do gs de combusto. O sinal de corrente formada amplificado operando um rel de controle.

II.6 - Controle de Tiragem Uma das condies fundamentais para a queima numa fornalha a existncia de corrente de ar contnua, suprindo-a de oxignio necessrio combusto e retirando os gases de combusto atravs dos dutos de escape. A essa corrente de ar denomina-se "tiragem". A tiragem pode ser "natural" ou "mecnica". A tiragem natural aquela devida ao diferencial de presso existente entre a fornalha e a sada dos gases produzidos pela chamin. Para que haja uma combusto eficiente essa diferena de presso dever vencer todas as perdas de carga existentes e promover uma alimentao de ar suficiente para fornecer todo o oxignio necessrio queima completa. Alm da altura da chamin, o espaamento entre a sua extremidade e o chapu importante para uma tiragem adequada. Na prtica, esse espaamento deve ser igual ao dimetro da chamin. A tiragem mecnica aquela na qual se utiliza equipamentos mecnicos, geralmente ventiladores, com a finalidade de promover a alimentao de ar, ficando a chamin apenas com a funo de expelir os gases no alto, facilitando a sua disperso. Este processo geralmente utilizado nas caldeiras de maior porte, onde o ar e os gases da combusto so submetidos a maiores perdas de carga tornando a tiragem natural antieconmica ou at mesmo impraticvel. A tiragem mecnica pode ainda ser classificada: - forada - induzida - mista Na tiragem mecnica forada, o ventilador insufla o ar de combusto na fornalha.37

Na tiragem mecnica induzida, o ventilador colocado aps a fornalha, com a funo de retirar os gases de combusto. A tiragem excessiva produz um aumento na temperatura dos gases na chamin e reduz o percentual de CO2. A tiragem inadequada, por sua vez, resulta em combusto deficiente e excesso de fuligem. A medio da tiragem feita na cmara de combusto e na chamin. Tiragem insuficiente na cmara de combusto acarreta sada dos gases e fumaa para a rea exterior e vizinha. A tiragem deve ser suficiente para evitar presso elevada na cmara de combusto. A temperatura na chamin funo do projeto de caldeira. O fabricante do equipamento dever fornecer a temperatura da chamin para as condies de operao determinadas. Temperaturas altas dos gases de combusto indicam perda de calor pela chamin. necessrio verificar com o fabricante a temperatura de projeto. Observar a retirada de fuligem de modo a manter-se as superfcies de troca de calor sempre limpas. A tiragem, tambm, deve ser observada de modo que no se tenha tiragem excessiva, o que evidentemente produzir um aumento de temperatura dos gases e reduo do teor de CO2.

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CAPTULO III

OPERAO DE CALDEIRAS

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CAPTULO III - OPERAO DE CALDEIRAS

III.1 - Partida do Equipamento A vida til da caldeira, entre outros fatores, depende muito dos cuidados e procedimentos adotados na partida do equipamento, os quais devem ser observados criteriosamente ao incio de operao. A operao deve ser conduzida de maneira tal, que os seguintes objetivos sejam alcanados: - nvel mximo de segurana - menor nmero possvel de paradas - mximo aproveitamento do combustvel - evitar formao de fumaa negra ou branca - evitar a formao de incrustaes ou depsitos sobre as superfcies de troca trmica - assegurar a durao da vida do equipamento. Colocao da Caldeira em Linha Antes de se colocar a caldeira em linha, devemos nos certificar se todas as portas de visita esto fechadas, bem como se todos os motores, correias e acoplamentos esto em perfeito estado. Dependendo do tipo de gerador de vapor, existiro algumas caractersticas que devero ser observadas no incio da operao do equipamento, da ser fundamental que o operador conhea bem o tipo de caldeira e esteja ciente das normas e instrues fornecidas pelo fabricante e que constam do MANUAL DE OPERAO. No entanto, alguns procedimentos so comuns e devem ser seguidos. So eles: 1 - verificar o depsito de gua 2 - verificar o depsito de leo 3 - verificar as conexes do queimador 4 - verificar as vlvulas que devero ficar fechadas, bem como aquelas que devero permanecer abertas 5 - verificar se o leo combustvel encontra-se na temperatura e presso ideais para atomizao 6 - observar o nvel de gua do equipamento 7 - iniciar a sequncia de acendimento conforme o tipo de caldeira.

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Todo acendimento inicial com a caldeira fria deve ser lento e deve seguir a curva de acendimento caracterstica do equipamento. CURVA DE ACENDIMENTO INICIAL CALDEIRA FRIA

Figura III.1

III.2 - Operao de Rotina Uma caldeira deve operar dentro das especificaes para a qual foi projetada. Uma operao mal feita, reduz a eficincia do sistema provocando prejuzos significativos alm de oferecer srios riscos. Existe um mnimo de prescries que devem ser do conhecimento de todos os operadores de caldeiras, as quais enumeramos abaixo: 1) Inspecionar periodicamente o corpo de nvel, fazendo a descarga diariamente pelas torneiras de prova. Este procedimento permite ao operador assegurar-se de que as partes responsveis pela indicao do nvel no esto entupidas. Se em consequncia do entupimento a caldeira for operada sem gua, podero ocorrer danos totais. Sendo constatada a falta de nvel, deve-se imediatamente apagar o fogo e deixar a caldeira esfriar. Para evitar exploses, nunca se deve injetar gua. Para evitar exploses, nunca se deve injetar gua.

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2) Proceder a descarga da caldeira conforme as prescries do Departamento Tcnico (para eliminao da lama e partculas estranhas). 3) Testar diariamente as vlvulas de segurana. 4) No exceder presso normal de operao, para evitar descargas pelas vlvulas de segurana, pois a constante perda de vapor afeta o rendimento de caldeira. 5) Manter os visores de nvel e indicadores em geral, perfeitamente limpos. 6) Nunca aproveitar a incandescncia da fornalha para acender o queimador. Esta prtica evita a eventual formao de misturas gasosas, que podem chegar ao ponto de provocar exploses, causando danos totais fornalha. 7) Diariamente devem ser coletadas amostras de gua de alimentao e descarga para anlise. III.3 - Regulagem e Controles III.3.1 - Regulagem e Controle de Nvel de gua O controle automtico do nvel de gua em caldeiras imprescindvel, visto que o controle manual apresenta srios inconvenientes, a saber: - nvel de gua baixo, aqum dos limites de segurana, normalmente por descuido - nvel de gua alto, ocasionando arraste de gua pelo vapor - alimentao descontnua O controle automtico fornece segurana e estabilidade operao. Existem vrios tipos de reguladores automticos, tais como: a) Controle de Nvel por Eletrodos Baseia-se no princpio da condutividade eltrica da gua. Trabalha-se, normalmente, com trs eletrodos de ao inox, isolados do corpo da caldeira, na altura do nvel mximo (3o eletrodo), nvel mnimo (2o eletrodo) e nvel crtico (1o eletrodo). Se o nvel de gua baixar aqum do 2o eletrodo, um sistema de comando amplificado liga a bomba de alimentao. Se o nvel de gua atingir o 3o eletrodo, a bomba desliga e interrompe a alimentao. Se por algum motivo o nvel cair abaixo do 2o eletrodo e a bomba no funcionar e continuar at atingir o 1o eletrodo (nvel crtico), soar um alarme e haver a paralizao da combusto (a caldeira apagar).42

b) Controle de Nvel Termosttico Trata-se de um sistema completamente mecnico e bastante eficiente. utilizado em caldeiras aquotubulares e atua em funo da expanso ou contrao de um elemento termosttico, em consequncia da maior ou menor quantidade de gua em relao ao vapor em contato com este elemento. O movimento de expanso ou contrao age diretamente sobre a vlvula de alimentao corrigindo o nvel da caldeira.

Figura III.2

c) Controlador de Nvel Termohidrulico Tambm baseia-se no efeito de dilatao e contrao. Um tubo de lato instalado inclinado como um indicador de nvel, recebe uma camisa tubular aletada. Esta cmara comunica-se com uma vlvula de diafragma. medida que o nvel oscila, a gua da cmara entra em contato com maior ou menor superfcie de vapor. A estas variaes correspondem contraes ou dilataes da gua que refletem sobre o diafragma da vlvula de alimentao de gua.

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III.3.2 - Regulagem e Controle de Presso Os controladores de presso atuam no sentido de manter constante a presso mxima de trabalho permitida durante a operao da caldeira. Os sistemas de controle de presso atuam equitativamente no fluxo de leo e no fluxo de ar secundrio para o queimador em funo da variao de carga na caldeira. Assim sendo, a presso de trabalho permanece constante.

Figura III.3

III.4 - Anomalias mais comuns durante a Operao 1 - Volta da Chama Este tipo de anomalia aparece geralmente quando a circulao dos gases atravs do sistema no mantida. Isto pode acontecer no incio da operao quando todo o sistema est frio e em particular a fornalha, ou durante bruscas variaes de cargas, quando so exigidas maiores demandas que mesmo com a tiragem forada, no mantida a circulao adequada dos gases. Esse fenmeno pode ocorrer, tambm, quando se verificar uma obstruo na suco obrigatria dos gases. O acmulo de combustvel no queimado na fornalha, tambm pode provocar o retorno da chama, quando de sua combusto.

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2 - Furo nos Tubos da Fornalha Quando for constatado furo em tubos da fornalha, dever o operador tomar as seguintes medidas: - apagar os queimadores - manter ligados os ventiladores - manter a alimentao da gua. A vlvula de respiro deve ser mantida aberta, bem como, a vlvula geral de distribuio de vapor, at a presso cair lentamente at chegar a zero. Prossegue-se com o resfriamento at a abertura do equipamento. 3 - Baixo Nvel Quando for observado que o tambor de vapor est sem nvel ou com o nvel muito baixo, devem ser tomadas as seguintes providncias: - apagar os queimadores imediatamente - fechar a alimentao de gua - fechar gradualmente a vlvula principal de sada de vapor, a fim de evitar perda de gua, e portanto, maior abaixamento do nvel. Esta prtica deve ser feita com o mximo de cuidado.

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CAPTULO IV

PREVENO CONTRA EXPLOSO E OUTROS RISCOS

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CAPTULO IV - PREVENO CONTRA EXPLOSO E OUTROS RISCOS IV.1 - Riscos de Acidentes - Segurana e proteo da caldeira Sabemos que todas as caldeiras oferecem riscos na operao, provocados por manobras indevidas ou por situaes imprevistas devido a complexidade do sistema. A fim de tornar a operao mais segura possvel, lana-se mo de um grande nmero de controles e dispositivos de segurana, conforme vimos anteriormente. Entretanto, mesmo com toda a aparelhagem possvel a ateno do operador constitui o fator fundamental no que se refere segurana do sistema. Compete ao operador eliminar e regularizar o mais rapidamente possvel qualquer anormalidade que ocorra, evitando com isto uma perda de controle do sistema. Devemos lembrar que mesmo nos sistemas automatizados h a possibilidade de falha na instrumentao. H um mnimo de prescries e situaes que devem ser do conhecimento do operador de caldeiras, a saber: 1) Inspecionar diariamente o corpo do nvel, fazendo a descarga pelas torneiras de prova. Este procedimento permite ao operador assegurar-se que as partes responsveis pela indicao do nvel no esto entupidas. 2) Se for constatada a falta de nvel de gua na caldeira, deve-se imediatamente apagar o fogo e fechar as vlvulas de vapor e alimentao de gua, deixando a caldeira esfriar lentamente. NUNCA INJETAR GUA NESSA SITUAO. 3) Testar diariamente as vlvulas de segurana. 4) No exceder a presso normal de operao, para evitar descargas pela vlvula de segurana. A constante perda de vapor afeta o rendimento do equipamento. 5) Proceder s descargas regulares da caldeira de acordo com as prescries da Departamento Tcnico. 6) Coletar regularmente amostras de gua de alimentao e da descarga para anlise. 7) Manter os visores de nvel e indicadores em geral perfeitamente limpos. 8) Nunca aproveitar a incandescncia da fornalha para reascender o queimador. 9) No abandonar o equipamento confiando em que ele automtico.

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10) Comunicar pessoa indicada qualquer anormalidade observada. 11) Ocorrendo perda de chama e a penetrao de leo na fornalha, proceder purga da mesma pelo menos por 5 minutos. NUNCA ACENDER IMEDIATAMENTE O QUEIMADOR. 12) Acompanhar todas as inspees e manutenes efetuadas no sistema. 13) Verificar os queimadores quanto a limpeza, deteriorizao e funcionamento.

IV.2 - Exploses de Fornalhas Causas. As exploses de fornalhas so geralmente resultantes das seguintes condies: 1 - acmulo de combustvel no queimado devido a combusto incompleta, perda de chama ou vazamento da vlvula de combustvel. 2 - mistura deste combustvel no queimado com ar em propores que favoream exploses. 3 - aplicao de calor suficiente para elevar a temperatura da mistura e alcanar o ponto de ignio. O combustvel pode penetrar na fornalha, sem se queimar, de vrias maneiras, como por exemplo: 1 - se o fogo extinto e o combustvel no cortado imediatamente 2 - atravs de vazamento pela vlvula principal de leo combustvel 3 - se o combustvel no est queimando to rpido quanto est entrando na fornalha 4 - se houver dificuldades de estabilizao da ignio na partida da caldeira.

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Providncias Pode-se evitar exploses de fornalhas tomando-se algumas precaues, tais como: 1 - na partida da caldeira trabalhar com um excesso de ar suficiente para assegurar na fornalha uma atmosfera rica em ar, prevenindo assim o acmulo de misturas explosivas 2 - verificar se as vlvulas principais de leo combustvel esto bem fechadas e no deixam passar produto 3 - remover oss queimadores que esto fora de servio, para evitar gotejamento 4 - havendo perda de chama, feche imediatamente todas as vlvulas principais de leo e purge a fornalha suficientemente 5 - remova periodicamente gua e borra dos tanques de leo 6 - certifique-se, na partida da caldeira, se o leo combustvel est aquecido e recirculado para dar a necessria viscosidade no queimador 7 - observe atentamente a chama do queimador na partida do equipamento 8 - mantenha em bom estado de conservao os sistemas se segurana da fornalha, ou seja, sistemas de segurana da chama e de controle do queimador 9 - antes da partida da caldeira faa uma completa inspeo nas reas circunvizinhas ao fogo e limpe conforme necessitar 10 - manter os bicos dos queimadores limpos e desobstrudos

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IV.3 Anlise de Riscos Objetivo: destacar os riscos mais representativos em caldeiras, as causas, os efeitos e as aes que minimizam a possibilidade de ocorrncia desses riscos, bem como, aquelas qua reduzam ou neutralizam os efeitos. Atividade: PARTIDA DA CALDEIRA. Risco: EXPLOSO NA FORNALHA. Causa: ACMULO DE VAPORES DE COMBUSTVEL. Efeito: LESES (QUEIMADURAS, FRATURAS E MORTE) E/OU DANOS NA CALDEIRA. Aes Preventivas: - na partida da caldeira proceder o acendimento pelo "automtico"; - se for necessrio o acendimento manual, inicialmente circular ar na fornalha (purga dos gases da fornalha) por 05 minutos no mnimo; - ao trmino da operao da caldeira, fechar as vlvulas de leo combustvel/gs; - remover o queimador; Aes Corretivas: Caso ocorra exploso na fornalha: - fechar as vlvulas de combustvel; - prestar atendimento as vtimas; - deixar a caldeira resfriar; - manter contato com o Inspetor da Caldeira; - abrir a caldeira; - seguir os procedimentos determinados pelo Inspetor - fazer relatrio de ocorrncia

Atividade: OPERAO DE CALDEIRA. Risco: ACMULO DE COMBUSTVEL NA FORNALHA. Causa: FALHA DO DETETOR DE CHAMA OU DO SISTEMA ELTRICO. Efeito: PERDA DE CHAMA/RESDUOS SLIDOS ADERIDOS FORNALHA (SUPERAQUECIMENTO LOCALIZADO) Aes Preventivas:50

- testar diariamente o funcionamento do detetor de chama; - em caos de falha no funcionamento do detetor de chama, retirar a caldeira de operao e providenciar o reparo; Aes Corretivas: Caso haja acmulo de leo na fornalha: - retirar a caldeira de operao; - fechar as vlvulas de combustvel; - deixar a caldeira resfriar purgando sempre a fornalha (ventilador ligado); - retirar cuidadosamente o queimador; - proceder a limpeza da caldeira; - investigar as causas de ocorrncia; - providenciar os reparos.

Atividade: OPERAO DA CALDEIRA Risco: SUPERAQUECIMENTO Causa: FALTA D'GUA (NVEL CRTICO)/FALHA NO TRATAMENTO DE GUA (INCRUSTAES)/SOBRECARGA DA CALDEIRA. Efeito: DANOS AO EQUIPAMENTO. Aes Preventivas: - manter em perfeito funcionamento os dispositivos de segurana: pressostatos/vlvulas de segurana/sistema de controle de nvel; - apagar a caldeira, normalmente, atravs da garrafa de nvel; - fazer o correto tratamento da gua de alimentao; - no trabalhar com a caldeira em sobracarga; Aes Corretivas: Caso ocorra falta d'gua e o sistema de controle de nvel no atuar, adotar o seguinte procedimento: - apagar o queimador; - fechar as vlvulas de combustvel; - fechar as vlvulas de entrada de gua de alimentao; - fechar as vlvulas de sada de vapor; - manter em funcionamento o ventilador de ar secundrio; - deixar a caldeira resfriar lentamente;

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NUNCA INJETAR GUA NA CALDEIRA PARA RESFRI-LA. ESSE PROCEDIMENTO PROVOCAR UMA VIOLENTA VAPORIZAO, PODENDO CAUSAR EXPLOSO. - investigar as causas da ocorrncia; - informar ao inspetor; - abrir a caldeira; - seguir os procedimentos determinados pelo instrutor.

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Anlise de Riscos na Operao de Caldeiras a Gs ou a leo

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ANLISE DE RISCOS -- CALDEIRAS A GS / LEO

Partida da caldeiraRISCOS

CAUSAS

CONSEQUNCIAS

MEDIDAS DE CONTROLE

PREVENTIVAS ACUMULO DE PASSAGEM EXPLOSO NA FORNALHA DE GS / GS/ VAPORES INFLAMVEIS LEO PARA AO TRMINO DA OPERAO: A FORNALHA LESO NA FORNALHA queimadura - FECHAR A VLVULA DE BLOQUEIO MANUAL fratura DE GSPARTIDA MANUAL SEM PURGA DA FORNALHA morte

NO CASO DE LEO COMBUSTVEL: - FECHAR AS VLVULAS; - REMOVER O QUEIMADOR; - ACENDER PELA SEQUNCIA AUTOMTICA.CASO SEJA NECESSRIO O ACENDIMENTO MANUAL, VENTILAR (PURGAR) A FORNALHA POR PELO MENOS 5 MINUTOS PARA A REMOO DOS VAPORES INFLAMVEIS.

OBS: As caldeiras a gs no operam em modo manual.

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ANLISE DE RISCOS -- CALDEIRAS A GS / LEO

Partida da caldeiraRISCOS

CAUSAS

CONSEQUNCIAS

MEDIDAS DE CONTROLEPREVENTIVAS: ANTES DE RECIRCULAR O LEO: - FECHAR AVLVULA DO QUEIMADOR; - RETIRAR O QUEIMADOR. CORRETIVAS:SE OCORRER EXPLOSO NA FORNALHA:RETIRAR A CALDEIRA DE OPERAO FECHAR AS VLVULAS DE GS / LEO ATENDER AOS FERIDOS DEIXAR A CALDEIRA ESFRIAR - INFORMAR AO PROFISSIONAL HABILITADO E SEGUIR AS INSTRUES ANOTAR NO REGISTRO DE SEGURANA

CUMULO DE GS/ VAPORES PASSAGEM EXPLOSO FORNALHA DE GS / INFLAMVEIS LEO PARA NA LESO A FORNALHA FORNALHAqueimadura fratura morte

NA

PARTIDA MANUAL SEM PURGA DA FORNALHA

-

INVESTIGAR AS CAUSAS PROVIDENCIAR OS REPAROS TESTAR A CALDEIRA

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ANLISE DE RISCOS -- CALDEIRAS A GS / LEORISCOS

CAUSAS

CONSEQUNCIAS

MEDIDAS DE CONTROLEPREVENTIVAS- TESTAR DIARIMENTE OS INSTRUMENTOS- FALHA EM QUALQUER INSTRUMENTO:

ACUMULO DE FALHAS: GS/ VAPORES INSTRUMENTOS INFLAMVEIS (PRESSOSTATOS / NA TRANSMISSORES) FORNALHAFOTO-CLULA VLVULAS DANDO PASSAGEM

EXPLOSO NA FORNALHALESO queimadura fratura morte

retirar a caldeira de operao providenciar o reparo/troca do instrumento CORRETIVAS- RETIRAR A CALDEIRA DE OPERAO - ATENDER AOS FERIDOS - DEIXAR A CALDEIRA ESFRIAR - INFORMAR AO PROFISSIONAL HABILITADO ESEGUIR AS INSTRUES ANOTAR NO REGISTRO DE SEGURANA

TESTE DE ESTANQUEIDADE ( QUADRO ELTRICO)

- INVESTIGAR AS CAUSAS - PROVIDENCIAR OS REPAROS - TESTAR A CALDEIRA

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ANLISE DE RISCOS -- CALDEIRAS A GS / LEORISCOS

CAUSAS

CONSEQUNCIAS

MEDIDAS DE CONTROLEPREVENTIVAS

VAZAMENTO DE GS / LEO NA CASA DE CALDEIRA

FALHA:

Juntas (antes da tubulaodo teste de estanqueida de)RUPTURA DE:

CONCENTRAO DE GS NO AMBIENTE:

- INSTALAR DETETORES DE GS - MANTER OS PARAFUSOS APERTADOS E EM BOAS CONDIES AS JUNTAS DA TUBULAO - DIFICULDADE DE - SUPERVISIONAR OBRAS / MANUTENO: - PROTEGER AS VLVULAS E TUBULAES RESPIRAO

-Exploso

CORRETIVAS- INTERROMPER A OPERAO: (fechar a vlvula principal da entrada de gs/leo) - ATENDER PESSOAS FERIDAS / COM DIFICULDADE DE RESPIRAO - APERTAR PARAFUSOS. TROCAR JUNTAS PROVIDENCIAR REPAROS ANOTAR NO REGISTRO DE SEGURANA - SE HOUVER DANOS NA CALDEIRA, INFORMAR AO PROFISSIONAL HABILITADO E SEGUIR AS INSTRUES - INVESTIGAR AS CAUSAS - PROVIDENCIAR OS REPAROS- TESTAR A CALDEIRA

- tubulao - vlvula

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RISCOS

ANLISE DE RISCOS -- CALDEIRAS A GS / LEO CAUSAS CONSEQUNCIAS MEDIDAS DE CONTROLEPREVENTIVASFALTA DE GUA ( falha dos eletrodos de nvel ) INCRUSTAO (gua com tratamento deficiente ) DANOS NA CALDEIRA

SUPER AQUECIMENTO

- APAGAR A CALDEIRA DRENANDO A GARRAFA DENVEL - MANTER EM FUNCIONAMENTO OS DISPOSITIVOS DE SEGURANA (pressostatos, vlvulas de segurana, eletrodos de nvel) - CORRETO TRATAMENTO DA GUA - NO TRABALHAR EM SOBRE CARGA

CORRETIVAS

- APAGAR O QUEIMADOR E FECHAR AS VLVULAS:gs, gua e vapor - MANTER O VENTILADOR EM FUNCIONAMENTO - DEIXAR A CALDEIRA ESFRIAR - INFORMAR AO PROFISSIONAL HABILITADO E SEGUIR SUAS INSTRUES; - INVESTIGAR AS CAUSAS; - PROVIDENCIAR OS REPAROS; - ANOTAR NO REGISTRO DE SEGURANA NO CIRCULAR GUA NA CALDEIRA(VAPORIZAO RPIDA E POSSIBILIDADE DE EXPLOSO)

SOBRE CARGA( consumo excessivo de vapor )

A GUA A 25 0C E NA PRESSO ATMOSFRICA TEM UM VOLUME ESPECFICO DE 10-3 M3 / Kg , MAS A 100 oC SEU VOLUME ESPECFICO AUMENTA PARA 1,673 M3 / Kg, LOGO, A VAPORIZAO AUMENTA EM 1673 VEZES O SEU VOLUME INICIAL.1 litro de gua = 1673 litros de vapor

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CAPTULO V TRATAMENTO DE GUA PARA CALDEIRAS

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CAPTULO V - TRATAMENTO DE GUA PARA CALDEIRAS O tratamento de gua para caldeira deve-se ao fato da gua, de um modo geral, conter impurezas as quais provocam o aparecimento de crostas ou depsitos no lado da gua, ocorrendo ento, o super-aquecimento do metal e diminuio da eficincia na transferncia de calor. Alm disso, temos o efeito da corroso causada por substncias agressivas, tambm existentes na gua, tais como dixido de carbono, oxignio, cloretos, silicatos etc. Dessa forma, a gua que abastece uma caldeira deve sofrer a correo necessria para permitir que a mesma funcione sem desgaste, com o mnimo de combustvel e produzindo vapor de melhor qualidade.

V.1 - gua de Alimentao - Problemas e Controle Conforme a concentrao e o tipo de substncias presentes na gua e ainda conforme a presso de trabalho na caldeira, devemos partir para um tratamento externo ou interno, ou em alguns casos ambos os tratamentos devero ser efetuados. O tratamento externo retira as "impurezas"que causam problemas antes da gua entrar na caldeira. O Tratamento Externo pode ser: - clarificao e filtrao - troca inica (abrandamento ou desmineralizao) - desaerao O tratamento interno trata as "impurezas"dentro da caldeira. O Tratamento Interno, que consiste na injeo de produtos qumicos, pode compreender: - redutor de dureza - lcali - dispersante - redutor de oxignio - anti-espumante, etc.

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V.2 - Problemas Provocados pela gua de Alimentao a) Incrustaes Os slidos dissolvidos na gua, devido a alta temperatura e a taxa de evaporao vo se concentrando dentro da caldeira, sofrendo ou no modificaes, at ultrapassarem os limites de solubilidade, quando, ento, precipitam-se aderindo superfcie metlica causando incrustaes. Essas incrustaes por serem isolantes trmicos, diminuem a taxa de transferncia de calor, causando um super-aquecimento localizado, pois o metal naquela regio fica exposto a temperatura muito elevada enfraquecendo e rompendo. Alm disso, a diminuio do coeficiente de transmisso de calor atravs da parede dos tubos, ir ocasionar um maior consumo de combustvel, pois teremos uma menor produo de vapor por Kg de leo combustvel queimado. b) Corroso A corroso ocorre devido ao ataque qumico do metal da caldeira por determinadas substncias agrassivas existentes na gua, tais como: dixido de carbono (CO2), oxignio (O2) e cloro (Cl). O CO2, alm de normalmente dissolvido na gua, pode se originar da decomposio de carbonatos e bicarbonatos no interior da caldeira. O efeito da corroso o desgaste progressivo do metal, diminuindo a espessura das pardes dos tubos e provocando o rompimento. Os gases dissolvidos acompanham o vapor estendendo o efeito corrosivo s tubulaes e equipamentos. Em razo disso, podem entrar na caldeira, com o condensado, produtos de corroso altamente nocivos. No caso do O2 e Cl temos corroso localizada (pittings ou pites). Esses elementos agem em determinados pontos, aprofundando-se e provocando perfuraes. c) Arrastamento o fenmeno segundo o qual a gua da caldeira arrastada junto com o vapor. O vapor, antes de deixar a caldeira, est encerrado em bolhas que devem romper-se, em tempo hbil, na parte superior da caldeira, libertando o vapor.

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Quando as bolhas se rompem com atraso, ou quando h excesso de formao de bolha provocado por por algum espumante, ocorre o arrastamento. As bolhas se rompem com atraso porque certas condies aumentam a resistncia das mesmas, ou porque so enviadas para a linha de vapor antes do tempo e a espuma se d porque certas substncias a provocam. Consequncia do Arrastamento 1 - depsito nas linhas de distribuies de vapor 2 - danos nas turbinas e outros equipamentos 3 - diminuio da qualidade do vapor gerado 4 - danos nos registros e vlvulas 5 - efeito nocivo sobre os produtos manufaturados As Causas mais comuns de Arrastamento podem ser: Mecnicos: - nvel de gua alto - caldeira em sobrecarga - grandes flutuaes na demanda de vapor. Qumicos: - excesso de slidos dissolvidos na gua da caldeira - slidos em suspenso em excesso - alcalinidade exagerada - presena de matria orgnica na gua - presena de leo, graxa e detergente d) Fragilidade Custica o desgaste do metal provocado pelo excesso de alcalinidade. Esse fenmeno comum nos pontos terminais dos tubos (mandrilamento). A fragilidade custica ocorre quando existem condies especficas: tenso de trao e alcalinidade acima de 50.000 ppm. Essa elevada alcalinidade ocorre quando a gua do gerador de vapor concentrada por evaporao em uma fenda ou sob um depsito. A proteo habitual, nestes casos, conseguida adicionando-se um inibidor gua do gerador de vapor. O NaNo3 o inibidor mais freqentemente usado, sendo adicionado em quantidade suficiente para manter a proporo correta com a concentrao de NaOH na gua da caldeira. As propores recomendadas pelo "United States Bureau of Mines"so as seguintes: Presso da Caldeira At 250 psi (17 Kgf/cm)62

Na2NO3/NaOH 0,20

At 400 psi (27 Kgf/cm) At 700 psi (47 Kgf/cm) V.3 - Controle de Incrustaes e Corroso

0,25 0,40

O controle de incrustaes e corroso feita atravs do tratamento adequado da gua de alimentao da caldeira. V.3.1 - Tratamento Externo O tratamento externo pode compreender: - clarificao (floculao, decantao e filtrao) - troca inica - desaerao (desgaseificao) a) Clarificao A clarficao composta de trs operaes: floculao, decantao e filtrao. A floculao processa-se pela adio de reativos especficos gua, cuja funo aglomerar as impurezas, formando flocos os quais, por gravidade, decanta, deixando em consequncia uma gua clara. Os reativos que se adicionam gua so sulfato de alumnio e um lcali, dependendo da alcalinidade existente na gua. Esse lcali, no caso de caldeiras, a soda custica ou barrilha. Atualmente auxilia-se a floculao/decantao, por meio de poliletrlitos, que so polmeros de peso molecular elevado, solveis em gua, capazes de sofrer dissociao eletroltica formando ons de peso molecular elevado e altamente carregados. importante salientar que a eficincia da floculao depende do pH da gua, ou seja, o estabelecimento do pH ideal o fator de muita importncia. O uso do "Jar-Test" auxilia na adoo dos melhores valores de pH e de dosagem de reativos. Aps a floculao/decantao necessria a filtrao, pois, apesar da remoo por sedimentao da maioria dos flocos formados, sempre sobram partculas muito leves que precisam ser separadas. Os filtros so geralmente compostos por vrias camadas de pedra, pedregulho e areia. b) Troca Inica

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Consiste na passagem da gua por um leito de resinas trocadoras de ons. Essas resinas so polieletrlitos sintticos, insolveis e de grande superfcie, que possuem a propriedade de reagir com os ons presentes na gua, trocando-os pelos seus originais. A troca inica feita com duas finalidades: a) abrandamento b) desmineralizao O abrandamento consiste na remoo da dureza da gua, ou seja, retirada dos ons clcio e magnsio. Essas resinas so denominadas "catinicas". A desmineralizao a remoo de todos os ons presentes na gua. Na desmineralizao So necessrios dois tipos de resinas: catinicas e aninicas. As resinas catinicas podem ser do ciclo sdico ou do ciclo hidrognico. 2 RNa + Ca++ R Ca + 2 Na+ 2 RH + Ca++ R Ca + 2 H+ As resinas aninicas reagem da seguinte forma: ROH + Cl- RCl + OH c) Desaerao A desaerao ou desgaseificao consiste na remoo dos gases dissolvidos na gua, mais comumente CO2 e O2. A desaerao pode ser conseguida por aquecimento da gua temperatura prxima de 100C. V.3.2 - Tratamento Interno O tratamento interno, bem como o tratamento global a ser adotado, depende do tipo de caldeira, da presso de trabalho e das caractersticas da gua de alimentao. O Anexo I indica os limites que devero ser obedecidos na gua do interior da caldeira. Esses limites podem sofrer variaes, dependendo do tipo de caldeira. Funo dos produtos qumicos adicionados no tratamento da gua da caldeira.

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1 - Redutor de Dureza A dureza da gua causada pela presena de ons clcio, magnsio, ferro, mangans, alumnio, zinco, cobre, etc... Em virtude da maior concentrao dos ons clcio e magnsio em relao aos demais, na prtica se diz que a dureza de uma gua determinada pela concentrao de ons clcio e magnsio nela presentes. Esses ons formadores de dureza se combinam com solues de sabo, formando sabes insolveis na gua. Diz-se que a dureza temporria quando os sais de clcio e magnsio se encontram na forma de bicarbonatos, os quais, pela ao do calor, decompem-se em carbonatos, precipitando por serem muito pouco solveis. Ca (HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2 Mg (HCO3)2 MgCO3 + H2O + CO2 MgCO3 + H2O Mg (OH)2 + CO2 Existem, atualmente, vrios processos para retirada de dureza da gua: a) Cal Sodada a Frio ou a Quente (Na2CO3/CaO) Usada para gua de alta dureza, ou seja, mais de 150 ppm de CaCO3. A frio reduz a dureza para 15 a 30 ppm e a quente, at para 5 ppm. Reaes que ocorrem: Ca (HCO3)2 + Ca (OH)2 CaCO3 + H2O Mg (HCO3)2 + Ca (OH)2 Mg (OH)2 + CaCO3 + 2 H2O Mg CO3 + Ca (OH)2 Mg (OH)2 + CaCO3 Mg SO4 + Ca (OH)2 Mg (OH)2 + CaSO4 Ca SO4 + Na2 CO3 CaCO3 + Na2 SO4 Mg Cl2 + Ca (OH)2 Mg (OH)2 + CaCl2

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b) Precipitao com Fosfatos Os fosfatos usados podem ser os polifosfatos. Os polifosfatos so menos alcalinos do que os ortofosfatos, agem como seqestrantes de clcio e magnsio e impedem a precipitao prematura de seus fosfatos, s revertendo a ortofosfatos no interior da caldeira. Os polifosfatos agem como inibidores de desenvolvimento de cristais de CaCO3._

2PO4 + 4 Ca++ + 2 OH Ca3 (PO4)2 . Ca(OH)2 c) Tratamento com Quelatos Esse tratamento difere completamente do convencional, pois no precipita o clcio e o magnsio. Forma complexos solveis e impassveis de ocasionarem incrustaes na caldeira. Neste caso no h formao de lama. Formam complexos tambm o ferro, o cobre e o nquel, decorrentes da corroso. O mais usado o E.D.T.A., geralmente usa-se o Na4 EDTA. Esse tipo de tratamento indicado para guas abrandadas, com dureza menor que 1 ppm em CaCO3 e caldeiras de baixa e mdia presso. d) Tratamento com Polmeros usado, tambm para caldeiras de baixa e mdia presso. Os polmeros atuam como dispersantes de borras e inibem as incrustaes, pois conferem cargas de mesma natureza a todas as partculas em suspenso; assim, as partculas se repelem, tornando-se menos passivas de sofrerem incrustaes. So usados polmeros naturais como amido e carboximetilcelulose ou polmeros sintticos como poliacrilatos. e) Tratamento Conjugado Nesse tratamento utiliza-se o efeito conjugado do quelato + polmero ou fosfato + polmero. Tambm utilizado para caldeiras de baixa e mdia presso e o pH deve estar ajustado na faixa de 10,0 a 11,0.

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2 - lcali O lcali usado na gua de alimentao da caldeira para corrigir o pH para a faixa adequada, ou seja, entre 10,0 a 11,0. O lcali normalmente usado a soda custica (NaOH). 3 - Redutor de Oxignio O oxignio pode ser encontrado na gua, temperatura ambiente, em concentrao at 8 ppm. um elemento de alto potencial de corroso, despolarizante de reas catdicas, destri as pelculas protetoras dos metais, acelera a corroso nas linhas de vapor e condensado, assim como o tanque de cobre e suas ligas nos condensadores e rotores de bombas. A remoo qumica do oxignio pode ser feita utilizando-se substncias redutoras. a) Sulfito de Sdio Catalizado (Na2SO3) 2 Na2SO3 + O2 2 NaSO4 = = usado em caldeiras que trabalham com presso de at 44 Kgf/cm2, pois, agindo com o oxignio, forma Na2SO4 que aumenta a quantidade de slidos na caldeira. Alm disso, por decomposio trmica, Libera SO2 e H2S que aumentam a acidez do condensado, produzindo corroso. b) Hidrazida (N2H4) um composto lquido que, reagindo com o oxignio, forma H2O e N2 no aumentando os slidos dissolvidos na caldeira. N2 H4 + O2 N2 + 2 H 2 O Sendo um composto lquido e voltil, possui vrias vantagens sobre o sulfito, sendo a maior delas a manuteno do poder redutor por todo o ciclo. Devemos ter cuidado no uso da hidrazina para no causar corroso ao invs de evit-la. Para caldeiras entre 800 a 3.000 psi (54 a 200 Kgf/cm2), usa-se de 0,01 a 0,02 ppm de N2H4. Em caldeiras de presses menores que 800 psi, usa-se 0,05 ppm de N2H4. Quando dosado em excesso, pode se decompor em amnia, que poder causar corroso. 2N2H4 4 NH3 + N2

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4 - Neutralizantes do Vapor Os neutralizantes do vapor so usados devido formao de CO2, desprendido da caldeira pela decomposio de bicarbonatos e carbonatos. O CO2 reage com o vapor condensado dando cido carbnico, que causa corroso. CO2 + H2O H2 CO3 O combate ao CO2 feito usando-se amidas neutralizadoras, as quais volatizando junto com o vapor, neutralizam o cido carbnico nele formado. C6H11NH2 + CO2 + H2 C6H11NH3CO3 C4H9NO + CO2 + H20 C4H10NOHCO3 Descarga da Caldeira A evaporao da gua provoca a concentrao dos sais dissolvidos e a formao de lama no interior da caldeira. Assim sendo, so necessrios descargas peridicas para haver a "desconcentrao" e manter-se os slidos e sais dissolvidos dentro dos limites compatveis com a presso de trabalho da caldeira, conforme mostra o Anexo 1 - Limites a Serem Obedecidos Para a gua no Interior da Caldeira. A descarga da caldeira funo do ciclo de concentrao, o qual representa o limite mximo de concentrao permitida no interior da caldeira, tomando-se como referncia a concentrao de cloretos (Cl-). (cloretos) caldeira ciclo de concentrao = ---------------------------(cloretos) alimentao 1 % de purga (descarga) = -------------------------------- x 100 ciclo de concentrao

Consideremos o exemplo a seguir: - cloretos medidos na gua de descarga da caldeira: 100 ppm - cloretos medidos na gua de alimentao: 10 ppm

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100 . ciclo de concentrao = ------- = 10 10

1 . % de purga (descarga) = ------ x 100 = 10% 10

- deve ser descarregado 10% do volume de gua de alimentao (litros por hora).

V.4 - Limpeza dos Sistemas de Gerao de Vapor A limpeza de sistemas de gerao de vapor se torna necessria quando a caldeira for operar pela primeira vez e periodicamente, quando o tratamento for mal conduzido ou no existir. A limpeza de caldeiras novas ou aps a reforma necessria para a eliminao de leos e graxas no interior das tubulaes e nos tambores. Sabemos que a formao de crostas ou depsitos no lado da gua poder causar o super-aquecimento do metal e atuar como isolante, diminuindo a eficincia na taxa de transferncia do calor, alm de acarretar numerosos danos, tais como: abaulamento em tubos ("laranja"), podendo resultar em ruptura, mudana de estrutura do material, diminuindo a resistncia, envergamento de tubos, etc... Limpeza de Caldeiras A limpeza de caldeiras pode ser executada por trs processos: manual, mecnica e qumica. Limpeza Manual A limpeza manual feita removendo-se todas as portas de visita e em seguida lavando-se os tubos com jatos de gua sob alta presso. Este processo remove lama e depsitos moles, mas no remove incrustaes duras e no atinge a rea da caldeira.

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Limpeza Mecnica Este tipo de limpeza executada em caldeiras aquotubulares, normalmente, utilizando-se escovas de ao ligadas a um cabo flexvel. A limpeza feita atravs de cada tubo e tem como inconveniente no atingir tubos com ngulos retos e no remover incrustaes mais duras. Limpeza Qumica A limpeza qumica realizada utilizando-se solues de produtos qumicos, que variam de acordo com a natureza qumica das incrustaes. Existem muitas formas e processos de limpeza qumica de caldeiras. A forma mais segura de se efetuar a limpeza qumica de uma caldeira escolhendo-se uma assistncia tcnica de tradio no mercado. Limpeza Qumica de Caldeiras Novas ou Reformadas As empresas que trabalham na rea de tratamento de gua de caldeiras, possuem produtos com formulaes adequadas para este tipo de limpeza, ou seja, eliminao de leos e graxas no interior da tubulao e nos tambores. Outros produtos utilizados so: Na3PO4 e Na2CO3. O primeiro na proporo de 5,1 Kg/1.000 l de H2O e o segundo na proporo de 9,1 Kg/1.000 l de H2O. Seqncia de Lavagem utilizando-se os produtos acima 1) encher a caldeira com gua limpa sem que o nvel atinja a "entrada do homem" (man hole) do tambor superior. 2) introduzir o produto previamente dissolvido atravs do "man hole". 3) fechar o "man hole" e elevar o nvel de gua at o meio do visor. 4) manter o fogo baixo para elevar a presso at aproximadamente 10 psi (0,7 Kgf/cm2), com a vlvula de escape um pouco aberta para expelir o ar do sistema. 5) fechar a vlvula e elevar a presso at 50 psi (3,5 Kgf/cm2) mantendo-se por trs horas com fogo reduzido. O vapor gerado pode ser descarregado para a atmosfera compensando o nvel com gua limpa. Periodicamente executar descargas para ajudar circulao. 6) diminuir o fogo lentamente at apagar. 7) quando a presso atingir 20 psi (1,3 Kgf/cm2), descarregar a caldeira. 8) encher a caldeira com gua limpa at o nvel de operao e descarregar, novamente para a remoo de borra eventualmente formada no interior do equipamento.

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Utilizando-se produtos de empresas que do assistncia tcnica nessa rea, proceder a limpeza qumica conforme procedimentos por elas recomendados. A assistncia tcnica completa durante todo o processo de limpeza qumica dever ser exigida.

IMPORTANTE Quando as caldeiras necessitarem ficar fora de operao por muito tempo, de toda convenincia mant-las cheias com inibidores para evitar corroso nas superfcies internas.

V.5 Hibernao / Proteo nas paradas Muitas empresas dispem de uma caldeira funcionando e outra na reserva. As caldeiras, quando permanecem paradas esto sujeitas a corroso pela ao do oxignio. A corroso se inicia aps a despressurizao e o resfriamento da caldeira. Quando a caldeira retirada de operao e esfriada, recomendado que o perodo de parada deva ser, no mnimo, de 01 (um) ms, para que no ocorra desperdcio de gua e produtos qumicos de tratamento e no mximo de 06 (seis) meses, para que no haja a necessidade de inspeo extraordinria de segurana (sub-tem 13.5.9 da NR-13).

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Tcnica de Proteo Durante o perodo de parada da caldeira, utiliza-se, simultaneamente, para sua proteo: Retirada de oxignio atravs de produtos qumicos (no caso, sulfito de sdio); Manuteno de pH elevado atravs da adio de agentes alcalinizantes. A caldeira dever ser enchida completamente com gua aquecida, at tranbrdar pelo respiro. O pH deve ser ajustado entre 10,5 e 11,0. O teor mnimo de sulfito de sdio de ser de 100 ppm. Manter a caldeira hermeticamente fechada para evitar a entrada de ar. Para garantir a eficcia do processo, dever ser feito o controle semanal, retirando-se uma amostra atravs da garrafa de nvel da caldeira e verificando-se a concentrao de sulfito de sdio. A empresa responsvel pelo tratamento de gua dever dar o suporte tcnico aos operadores da caldeira, para a hibernao. No retorno da caldeira operao, basta baixar o volume da gua at o nvel mnimo de funcionamento e acender normalmente o equipamento, obedecendo as instrues para o aquecimento lento e gradual. Proceder normalmente a dosagem de produtos qumicos para o tratamento da gua.

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CAPTULO VI

MANUTENO DE CALDEIRAS

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CAPTULO VI - MANUTENO DE CALDEIRAS A manuteno criteriosa e cuidadosa, tanto preventiva como corretiva, constitui favor vital para a segurana e durabilidade da caldeira. A rotina de manuteno deve sempre seguir as recomendaes dos fabricantes dos equipamentos. A seguir forneceremos algumas sugestes quanto a inspeo, manuteno preventiva, bem como uma anlise da carta de avarias. VI.1 Inspeo e Manuteno Preventiva 1 - Tubulao - Limpeza a cada 2 meses (Regime integral de trabalho) - verificar as incrustaes - verificar se h vazamentos (choro nos tubos) - verificar o fusvel trmico - verificar os pontos de corroso:Pittings, alvolos - verificar a existncia de trincas - verificar se h abaulamento 2 - Alvenaria - observar espessuras (desgastes) - observar rachaduras 3 - Queimador - verificar vazamentos no circuito - limpeza diria do atomizador (imerso) - limpeza de filtros (diria) 4 - Ventilador - limpeza mensal - verificao de correias - lubrificao semanal de mancal - observar rudos quando em operao 5 - Bombas - lubrificao de graxeiras (semanal) - observar rudos e aquecimento (rolamento)

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- observar prensa-gaxetas 6 - Instrumentao - foto-clula (limpeza peridica) - eletrodos de ignio (abertura, estado da porcelana) - medidor de nvel (limpeza dos eletrodos) - solenides (bobinas) - limpeza - pressostatos (regulagem)

7 - Vlvulas - vazamentos

8 - Chaves Magnticas/Motores - limpeza - lubrificao

9 - Vlvulas de Segurana - verificar regulagem (disparo e fechamento) - no caso de troca de molas consultar o fabricante

VI.2 - CARTA DE AVARIAS 1 - Falha na ignio 1. transformador desalimentado 2. terminais de alta tenso quebrados ou com passagem para a terra 3. eletrodos de alta tenso com o isolamento rachado 4. depsitos de carvo nos isoladores ou eletrodos 5. posicionamento incorreto dos eletrodos 6. mau funcionamento dos cames de controle 7. cabos de ligao com defeito 8. vlvula solenide ou vlvula de ar que no se abriram 9. gua no leo 10. bico do queimador sujo ou entupido

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2 - Falha na chama 1. vidro da clula foto-eltrica sujo 2. temperatura ambiente muito alta 3. vlvula da clula foto-eltrica em mau estado 4. ligaes eltricas soltas 5. clulas avariadas 6. vlvulas eletrnicas em mau estado no circuito de proteo 7. acabou o leo ou ento h gua no leo 8. pulverizador entupido 9. rede de leo ou filtros entupidos 10. correia de acionamento da bomba partida 11. mola do regulador de presso quebrada 12. vlvula solenide sem alimentao

3 - O queimador faz fumaa ou funciona pulsativamente 1. pulverizador sujo 2. presso excessiva na rede de retorno de leo 3. maarico fora de posio 4. pouco ar para a combusto 5. presso de leo baixa 6. alavancas de controle do queimador em posio incorreta de ajustagem 7. regulagem incorreta do ar primrio 8. tenso baixa (equipamentos de corrente contnua) 9. tenso varivel 10. presena de gua no leo combustvel

4 - A bomba de leo no debita 1. vazamento na rede de aspirao 2. quantidade de leo insuficiente no tanque 3. filtros sujos 4. bomba com desgaste excessivo 5. ajustagem da vlvula de escape da bomba mal feito 6. engaxetamento de bomba com defeito 7. selo da bomba vazando

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5 - O ventilador no debita 1. a correia de acionamento est deslizando 2. polias de acinamento frouxas 3. desalinhamento 4. palhetas dos ventiladores sujas 5. restrio na aspirao do ventilador 6. mancais do ventilador avariados 7. eixo empenado ou quebrado 8. tela de aspirao suja 9. tenso de alimentao insuficiente para o motor (corrente contnua)

6 - A bomba de alimentao no debita 1. filtro de aspirao sujo 2. temperatura de gua muito alta 3. vazamento na rede de aspirao 4. grande vazamento no engaxetamento da bomba 5. rede de aspirao entupida 6. altura de carga excessiva 7. acoplamento de acionamento deslizando ou quebrado 8. rotor da bomba encravado 9. contatos do rel de nvel de gua sujos (somente no controle de eletrodos) 10. rel de tempo da bomba em mau estado 11. eletrodos com passagem para a terra 12. bolha de vapor no bomba 13. suprimento de gua insuficiente 14. rotao invertida 15. rotor gasto 16. manmetro indicador de presso de gua com defeito

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BIBLIOGRAFIA Livros I. Shetes - Heat Engineering Lorenzi, Otto de - Combustion Engineering Lima, Lo da Rocha - Elementos bsicos de Engenharia Qumica Pera, Hildo - Geradores de Vapor de gua W. H. Severus, H.E. Degler La Produccon de Energia Mediante el Vapor de gua, el Aire J.C. Miles y los gases Manuais - Manual de Operao e Manuteno da ATA - Economia de Combustveis - Petrobras - Combusto e Combustveis Industriais - Esso - Manual Shell de combusto - Curso de Informao sobre combustveis e combusto - IBP - Curso de Operao, controle e Manuteno de Caldeiras Engo Jos Luiz de Arajo - Manuais sobre analisadores de gases - Anotaes pessoais.

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ANEXOS

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ANEXO 1LIMITES A SEREM OBEDECIDOS PARA A GUA NO INTERIOR DA CALDEIRAat 13 Kgf/cm2 10,5 - 11,5 0 13,1-20 11,0 0 20,1-30 11,0 0 30,1-40 10,5 0 40,1-50 10,5 0 50,1-60 10,0 0 -

pH Dureza Alcalinidade a fenolftalena Alcalinidade ao Metil Orange (C/CaCO3) Alc. Hidrxida (C/CaCO3) Cloretos (C/Cl-) Fosfatos *(C/PO4) Slica (C/SiO2) Sulfitos (C/SO3) Slidos dissolvidos (ppm) Slidos em suspenso (ppm) Hidrazina (ppm) pH do condensado

350 - 500

< 700

< 600

< 500

< 400

< 300

150 - 300 < 250 30 - 50 < 250 20 - 50

150 -250 < 200 30 - 50 < 200 20 - 50

100 - 150

80 - 120

80 - 120

80 - 100

H2O Desmineralizada 30 - 50 20 - 50 20 - 40 15 - 30

H2O Desmineralizada 20 - 40 20 - 40 -

< 3000

< 2500

< 2000

< 1500

< 1200

< 1000

< 300 0,1 - 0,2 7,2 - 7,8

< 250 0,1 - 0,2 7,2 - 7,8

< 200 0,1 - 0,2 7,2 - 7,8

< 100 0,1 - 0,2 7,2 - 7,8

< 50 0,1 0,2 7,2 7,8

< 20 0,1 - 0,2 7,2 - 7,8

* No tratamento com quelatos, este valor nulo.

ANEXO 2

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LEGISLAO DE SEGURANA E MEDICINA DO TRABALHO I - CONSTITUCIONAL Art. 165, Inciso IX II - LEGAL Lei 6514/77 de 22-12-77 - D nova redao ao Cap. V - Ttulo II - da CLT III - NORMATIVA Portaria Ministrio do Trabalho no 3214/78 de 08-06-78, aprova as "Normas Regulamentadoras de Segurana e Medicina do Trabalho"NR 1 NR 2 NR 3 NR 4 NR 5 NR 6 NR 7 NR 8 NR 9 NR 10 NR 11 NR 12 NR 13 NR 14 NR 15 NR 16 NR 17 NR 18 NR 19 NR 20 NR 21 NR 22 NR 23 NR 24 NR 25 NR 26 NR 27 NR 28 NR 29 NR 30 NR 31 NR 32 NR 33 - Disposies Gerais - Inspeo Prvia - Embargo ou Interdio - Servio Especializado em Engenharia de Segurana e em Medicina do Trabalho - Comisso Interna de Preveno de Acidentes CIPA - Equipamento de Proteo Individual EPI - Exame Mdico - Edificaes - Riscos Ambientais - Instalaes e Servios em Eletricidade - Transporte, Movimentao, Armazenagem e Manuseio de Materiais - Mquinas e Equipamentos - Caldeiras e Vasos de Presso - Fornos - Atividades e Operaes Insalubres - Atividades e Operaes Perigosas - Ergonomia - Obras de Construo, Demolio e Reparos - Explosivos - Lquidos Combustveis e Inflamveis - Trabalho a Cu Aberto - Trabalhos Subterrneos - Proteo Contra Incndios - Condies Sanitrias e de Conforto nos Locais de Trabalho - Resduos Industriais - Sinalizao de Segurana - Registro de Profissionais no Ministrio do Trabalho - Fiscalizao e Penalidades - Segurana e Sade no Trabalho Porturio - Segurana e Sade no Trabalho Aquavirio - Segurana e Sade no Trabalho na Agricultura, Pecuria ... - Segurana e Sade no Trabalho em Servios de Sade - Segurana e Sade no Trabalho em Espaos Confinados

ANEXO 3 NORMA REGULAMENTADORA No 13 (NR-13)

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CALDEIRAS E VASOS DE PRESSO APROVADA PELA PORTARIA No 23 DE 26/04/95 DA SECRETARIA DE SEGURANA E SADE NO TRABALHO SSST DO MTb. 13.1. Caldeira a vapor - Disposio Gerais 13.1.1. Caldeiras a vapor so equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob presso superior atmosfrica, utilizando qualquer fonte de energia, excetuando-se os refervedores e equipamentos similares utilizados em unidades de processo. 13.1.2. Para efeito desta NR, considera-se Profissional Habilitado aquele que tem competncia legal para o exerccio da profisso de engenheiro nas atividades referentes a projetos de construo, acompanhamento de operao e manuteno, inspeo e superviso de inspetor de caldei