Produção de vapor Produção de vapor Operação de caldeiraOperação de caldeira

O vapor no século XXO vapor no século XX

No século XX, a máquina a vapor, No século XX, a máquina a vapor, como fornecedora de energia foi como fornecedora de energia foi

sendo substituída por:sendo substituída por: · turbinas a vapor, para a geração de · turbinas a vapor, para a geração de

energia elétrica;energia elétrica; · motores de combustão interna para · motores de combustão interna para

transporte;transporte; · geradores para fontes portáteis de · geradores para fontes portáteis de

energia;energia; · por motores elétricos, para uso · por motores elétricos, para uso

industrial e doméstico.industrial e doméstico.

O vapor produzido em um gerador O vapor produzido em um gerador de vapor pode ser usado de de vapor pode ser usado de

diversas formasdiversas formas · em processos de fabricação e · em processos de fabricação e

beneficiamento;beneficiamento; · na geração de energia elétrica;· na geração de energia elétrica; · na geração de trabalho mecânico;· na geração de trabalho mecânico; · no aquecimento de linhas e · no aquecimento de linhas e

reservatórios de óleo combustível;reservatórios de óleo combustível; · na prestação de serviços.· na prestação de serviços.

Nos processos de fabricação e de Nos processos de fabricação e de beneficiamento, o vapor é empregado beneficiamento, o vapor é empregado

emem:: · · bebidas e conexos: nas lavadoras de garrafas, bebidas e conexos: nas lavadoras de garrafas,

tanques de xarope, pasteurizadoras.tanques de xarope, pasteurizadoras. · Indústrias madeireiras: no cozimento de toras, · Indústrias madeireiras: no cozimento de toras,

secagem de tábuas ou lâminas em estufas, em secagem de tábuas ou lâminas em estufas, em prensas para compensados.prensas para compensados.

· Indústria de papel e celulose: no cozimento de · Indústria de papel e celulose: no cozimento de madeira nos digestores, na secagem com cilindros madeira nos digestores, na secagem com cilindros rotativos, na secagem de cola, na fabricação de rotativos, na secagem de cola, na fabricação de papelão corrugadopapelão corrugado

· Curtumes: no aquecimento de tanques de água, · Curtumes: no aquecimento de tanques de água, secagem de couros, estufas, prensas, prensas a secagem de couros, estufas, prensas, prensas a vácuovácuo..

· · Indústrias de laticínios: na pasteurização, na Indústrias de laticínios: na pasteurização, na esterilização de recipientes, na fabricação de creme esterilização de recipientes, na fabricação de creme de leite, no aquecimento de tanques de água, na de leite, no aquecimento de tanques de água, na produção de queijos, iogurtes e requeijões produção de queijos, iogurtes e requeijões (fermentação).(fermentação).

· Frigoríficos: nas estufas para cozimento, nos · Frigoríficos: nas estufas para cozimento, nos digestores, nas prensas para extração de óleo.digestores, nas prensas para extração de óleo.

· Indústria de doces em geral: no aquecimento do · Indústria de doces em geral: no aquecimento do tanque de glicose, no cozimento de massa em tanque de glicose, no cozimento de massa em panelas sob pressão, em mesas para o preparo de panelas sob pressão, em mesas para o preparo de massa, em estufas.massa, em estufas.

· Indústria de vulcanização e recauchutagem: na · Indústria de vulcanização e recauchutagem: na vulcanização, nas prensas.vulcanização, nas prensas.

· Indústrias químicas: nas autoclaves, nos tanques · Indústrias químicas: nas autoclaves, nos tanques de armazenamento, nos reatores, nos vasos de de armazenamento, nos reatores, nos vasos de pressão, nos trocadores de calor. pressão, nos trocadores de calor.

· Indústria têxtil: utiliza vapor no aquecimento de · Indústria têxtil: utiliza vapor no aquecimento de grandes quantidades de água para alvejar e tingir grandes quantidades de água para alvejar e tingir tecidos, bem como para realizar a secagem em estufas.tecidos, bem como para realizar a secagem em estufas.

· Indústria de petróleo e seus derivados: nos · Indústria de petróleo e seus derivados: nos refervedores, nos trocadores de calor, nas torres de refervedores, nos trocadores de calor, nas torres de fracionamento e destilação, nos fornos, nos vasos de fracionamento e destilação, nos fornos, nos vasos de pressão, nos reatores e turbinas.pressão, nos reatores e turbinas.

· Indústria metalúrgica: nos banhos químicos, na · Indústria metalúrgica: nos banhos químicos, na secagem e pintura.secagem e pintura.

Classificação das caldeirasClassificação das caldeiras As caldeiras podem ser classificadas de As caldeiras podem ser classificadas de

acordo com:acordo com: classes de pressão;classes de pressão; grau de automação;grau de automação; tipo de energia empregada;tipo de energia empregada; tipo de troca térmica.tipo de troca térmica.

De acordo com as De acordo com as classes de pressãoclasses de pressão, , as caldeiras foram classificadas as caldeiras foram classificadas

segundosegundoa NR-13 ema NR-13 em

Categoria A: caldeira cuja pressão de Categoria A: caldeira cuja pressão de operação é superior a 1960 kPa operação é superior a 1960 kPa (19,98kgf/cm2);(19,98kgf/cm2);

Categoria C: caldeiras com pressão de Categoria C: caldeiras com pressão de operação igual ou inferior a 588 kPa operação igual ou inferior a 588 kPa (5,99kgf/cm2) e volume interno igual ou inferior (5,99kgf/cm2) e volume interno igual ou inferior a 100 litros;a 100 litros;

Categoria B: caldeiras que não se Categoria B: caldeiras que não se enquadram nas categorias anteriores.enquadram nas categorias anteriores.

De acordo com o De acordo com o grau de automaçãograu de automação, , as caldeiras podem se classificar as caldeiras podem se classificar

em:em:

ManuaisManuais

Semi-automática Semi-automática

Automática.Automática.

De acordo com o De acordo com o tipo de energia tipo de energia empregadaempregada, elas podem ser do tipo:, elas podem ser do tipo:

Combustível – Sólido, liquido, gasosoCombustível – Sólido, liquido, gasoso

Caldeiras elétricas Caldeiras elétricas

Caldeiras de recuperação.Caldeiras de recuperação.

Tipos de caldeirasTipos de caldeiras A classificação mais usual de caldeiras de A classificação mais usual de caldeiras de

combustão refere-se à localização decombustão refere-se à localização deágua/gases e divide-as em: água/gases e divide-as em: - FlamotubularesFlamotubulares

- AquatubularesAquatubulares

- MMistasistas..

As caldeiras flamotubulares ou fogotubulares são aquelas em As caldeiras flamotubulares ou fogotubulares são aquelas em que os gases provenientes da combustão (gases quentes) que os gases provenientes da combustão (gases quentes) circulam no interior dos tubos, ficando por fora a água a ser circulam no interior dos tubos, ficando por fora a água a ser aquecida ou vaporizada.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 flamotubularesTipos de caldeiras flamotubulares

Caldeiras de tubos verticaisCaldeiras de tubos verticais Caldeiras de tubos horizontais: Caldeiras de tubos horizontais: - CornuáliaCornuália - LancasterLancaster - MultitubularMultitubular - Multitubular locomóvelMultitubular locomóvel - EscocesaEscocesa

Vantagens e desvantagens das Vantagens e desvantagens das caldeiras flamotubularescaldeiras flamotubulares

As principais vantagens das caldeiras deste tipo são:As principais vantagens das caldeiras deste tipo são:

custo de aquisição mais baixo;custo de aquisição mais baixo; exigem pouca alvenaria;exigem pouca alvenaria; atendem bem a aumentos instantâneos de demanda de vapor.atendem bem a aumentos instantâneos de demanda de vapor.

Como desvantagens, apresentam:Como desvantagens, apresentam:

baixo rendimento térmico;baixo rendimento térmico; partida lenta devido ao grande volume interno de água;partida lenta devido ao grande volume interno de água; limitação de pressão de operação (máx. 15 kgf/cm²);limitação de pressão de operação (máx. 15 kgf/cm²); baixa taxa de vaporização (kg de vapor / m² . hora);baixa taxa de vaporização (kg de vapor / m² . hora); capacidade de produção limitada;capacidade de produção limitada; dificuldades para instalação de economizador, superaquecedor e pré-dificuldades para instalação de economizador, superaquecedor e pré-

aquecedor aquecedor

Partes das caldeiras flamotubularesPartes das caldeiras flamotubulares As caldeiras flamotubulares apresentam As caldeiras flamotubulares apresentam

as seguintes partes principais:as seguintes partes principais: CorpoCorpo- EspelhosEspelhos- Feixe tubularFeixe tubular ou tubos de fogo e ou tubos de fogo e caixa de fumaçacaixa de fumaça..

Componentes de uma caldeira flamotubular típica.Componentes de uma caldeira flamotubular típica.

Caldeiras aquatubularesCaldeiras aquatubulares

Tipos de caldeiras aquatubulares:Tipos de caldeiras aquatubulares:

Caldeiras aquatubulares de tubos retos, com tubulão transversal Caldeiras aquatubulares de tubos retos, com tubulão transversal ou longitudinal;ou longitudinal;

Caldeiras aquatubulares de tubos curvos, com diversos tubulões Caldeiras aquatubulares de tubos curvos, com diversos tubulões transversais ou longitudinais utilizados na geração (máximo 5);transversais ou longitudinais utilizados na geração (máximo 5);

Caldeiras aquatubulares de circulação positiva;Caldeiras aquatubulares de circulação positiva;

Caldeiras aquatubulares compactas.Caldeiras aquatubulares compactas.

Caldeiras aquatubulares de tubos Caldeiras aquatubulares de tubos retosretos

Vantagens e desvantagens das Vantagens e desvantagens das caldeiras aquatubulares de tubos retoscaldeiras aquatubulares de tubos retos

As principais vantagens das caldeiras deste tipo sãoAs principais vantagens das caldeiras deste tipo são::

- - Facilidade de substituição dos tubos;Facilidade de substituição dos tubos;- Facilidade de inspeção e limpeza;Facilidade de inspeção e limpeza;- Não necessitam de chaminés elevadas ou tiragem forçada.Não necessitam de chaminés elevadas ou tiragem forçada.

Como desvantagens apresentam:Como desvantagens apresentam:

- Necessidade de dupla tampa para cada tubo, (espelhos);Necessidade de dupla tampa para cada tubo, (espelhos);- Baixa taxa de vaporização específica;Baixa taxa de vaporização específica;- Rigoroso processo de aquecimento e de elevação de carga Rigoroso processo de aquecimento e de elevação de carga

(grande quantidade de material refratário). (grande quantidade de material refratário).

Caldeiras aquatubulares de tubos Caldeiras aquatubulares de tubos curvoscurvos

Caldeiras aquatubulares de tubos Caldeiras aquatubulares de tubos curvoscurvos

Caldeiras aquatubulares de tubos Caldeiras aquatubulares de tubos curvoscurvos

Vantagens das caldeiras aquatubulares Vantagens das caldeiras aquatubulares de tubos curvos:de tubos curvos:

Redução do tamanho da caldeira;Redução do tamanho da caldeira; Queda da temperatura de combustão;Queda da temperatura de combustão; Vaporização específica maior, variando na faixa de 30 Vaporização específica maior, variando na faixa de 30

kg de vapor/m² a 50 kg de vapor/m² para as caldeiras kg de vapor/m² a 50 kg de vapor/m² para as caldeiras com tiragem forçada;com tiragem forçada;

Fácil manutenção e limpeza;Fácil manutenção e limpeza; Rápida entrada em regime;Rápida entrada em regime; Fácil inspeção nos componentesFácil inspeção nos componentes..

Caldeiras compactasCaldeiras compactas

Dentro da categoria das caldeiras de tubos Dentro da categoria das caldeiras de tubos curvos surgiram as caldeiras compactas.curvos surgiram as caldeiras compactas.

Com capacidade média de produção de vapor Com capacidade média de produção de vapor em torno de 30 ton/h, elas são equipamentos em torno de 30 ton/h, elas são equipamentos apropriados para instalação em locais com apropriados para instalação em locais com espaço físico limitadoespaço físico limitado

Por se tratar de equipamento compacto, Por se tratar de equipamento compacto, apresenta limitações quanto ao aumento de apresenta limitações quanto ao aumento de sua capacidade de produção.sua capacidade de produção.

Caldeira de circulação positivaCaldeira de circulação positiva

A circulação da água nas caldeiras A circulação da água nas caldeiras ocorre por diferenças de densidade, ocorre por diferenças de densidade, provocada pelo aquecimento da água e provocada pelo aquecimento da água e vaporização, ou seja circulação natural. vaporização, ou seja circulação natural. Se a circulação for deficiente, poderá Se a circulação for deficiente, poderá ocorrer um superaquecimento localizado, ocorrer um superaquecimento localizado, com conseqüente ruptura dos tubos.com conseqüente ruptura dos tubos.

As figuras a seguir apresentam As figuras a seguir apresentam alguns tipos de circulação de águaalguns tipos de circulação de água

Vantagens e desvantagens:Vantagens e desvantagens:

As vantagens das caldeiras de circulação positiva são:As vantagens das caldeiras de circulação positiva são:

- Tamanho reduzido;Tamanho reduzido;- Não necessitam de grandes tubulões;Não necessitam de grandes tubulões;- Rápida geração de vapor;Rápida geração de vapor;- Quase não há formação de incrustações, devido à circulação Quase não há formação de incrustações, devido à circulação

forçada.forçada.

As desvantagens são:As desvantagens são: Paradas constantes, com alto custo de manutenção;Paradas constantes, com alto custo de manutenção; Problemas constantes com a bomba de circulação, quando Problemas constantes com a bomba de circulação, quando

operando em altas pressões.operando em altas pressões.

Caldeiras elétricasCaldeiras elétricas

A caldeira elétrica é um equipamento A caldeira elétrica é um equipamento que transforma energia elétrica em que transforma energia elétrica em energia térmica, transmitindo-a para um energia térmica, transmitindo-a para um fluido apropriado (geralmente água) e fluido apropriado (geralmente água) e transformando-o em vapor.transformando-o em vapor.

Princípio de funcionamento da caldeira Princípio de funcionamento da caldeira elétricaelétrica

A produção do vapor em uma caldeira elétrica baseia-se em um A produção do vapor em uma caldeira elétrica baseia-se em um princípio pelo qual a corrente elétrica, ao atravessar qualquer princípio pelo qual a corrente elétrica, ao atravessar qualquer condutor, encontra resistência à sua livre circulação e desprende condutor, encontra resistência à sua livre circulação e desprende calor (efeito Joule).calor (efeito Joule).

A água pura é considerada um mau condutor de corrente elétrica. A água pura é considerada um mau condutor de corrente elétrica. Portanto, para que se possa obter a condutividade desejada Portanto, para que se possa obter a condutividade desejada devem ser adicionados a ela determinados sais. Alguns devem ser adicionados a ela determinados sais. Alguns fabricantes recomendam a adição de produtos para o ajuste da fabricantes recomendam a adição de produtos para o ajuste da condutividade (soda cáustica, fosfato trisódico, etc.) na água de condutividade (soda cáustica, fosfato trisódico, etc.) na água de alimentação. Essa adição deve ser calculada e colocada após o alimentação. Essa adição deve ser calculada e colocada após o tratamento químico da água de alimentação, com tratamento químico da água de alimentação, com acompanhamento por técnicos especializados de empresas acompanhamento por técnicos especializados de empresas químicas especialistas em tratamento de água para caldeiras. químicas especialistas em tratamento de água para caldeiras.

CaracterísticasCaracterísticasAs principais características das caldeiras As principais características das caldeiras

elétricas são:elétricas são: · · não necessita de área para estocagem de combustível;não necessita de área para estocagem de combustível; · ausência total de poluição (não há emissão de gases);· ausência total de poluição (não há emissão de gases); · baixo nível de ruído;· baixo nível de ruído; · modulação da produção de vapor de forma rápida e precisa;· modulação da produção de vapor de forma rápida e precisa; · alto rendimento térmico (aproximadamente 98%);· alto rendimento térmico (aproximadamente 98%); · melhora do Fator de Potência e Fator de Carga;· melhora do Fator de Potência e Fator de Carga; · área reduzida para instalação da caldeira;· área reduzida para instalação da caldeira; · necessidade de aterramento da caldeira de forma rigorosa;· necessidade de aterramento da caldeira de forma rigorosa; · tratamento de água rigoroso.· tratamento de água rigoroso. A quantidade de vapor gerada (kgf/h) depende diretamente dos A quantidade de vapor gerada (kgf/h) depende diretamente dos

seguintes parâmetros:seguintes parâmetros: · condutividade da água;· condutividade da água; · nível de água;· nível de água; · distância entre os eletrodos.· distância entre os eletrodos.

Tipos de caldeiras elétricasTipos de caldeiras elétricas

Com resistênciaCom resistência, ,

Com eletrodo submerso Com eletrodo submerso

jato de águajato de água..

Caldeira elétrica com eletrodos submersosCaldeira elétrica com eletrodos submersos

Caldeira elétrica tipo jato de águaCaldeira elétrica tipo jato de água

A caldeira elétrica tipo A caldeira elétrica tipo jato de água (cascata)jato de água (cascata) é usada para é usada para aplicações de maior produção de vaporaplicações de maior produção de vapor

1. corpo da caldeira 1. corpo da caldeira 2. eletrodo2. eletrodo 3. contra-eletrodo3. contra-eletrodo 4. corpo da cascata4. corpo da cascata 5. bomba de circulação5. bomba de circulação 6. bomba de alimentação6. bomba de alimentação 7. válvula de controle de produção7. válvula de controle de produção 8. válvula de controle de 8. válvula de controle de

alimentaçãoalimentação 9. saída de vapor9. saída de vapor 10. válvula 10. válvula

respiro (vent)respiro (vent) 11. válvula de segurança11. válvula de segurança 12. controle de 12. controle de

nível de águanível de água 13. descarga de fundo13. descarga de fundo