AULA COMPLETA TIPOS E DESCRIÇOES CALDEIRAS.pdf

JooVitorSantosSilva1 107 views 77 slides Feb 08, 2024
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About This Presentation

AULA COMPLETA SOBRE CALDEIRAS.


Slide Content

CALDEIRAS
PROFESSOR: João Vitor Santos Silva.

Calor
Paracompreendermosoqueécalor,vamosimaginara
seguintesituação:
Emumrecipientecontendoáguanatemperaturade30ºC,foi
introduzidoumpedaçodeaçoa120ºC.Comopassardo
tempo,podemosperceberqueoaçovaiesfriandoeaágua
vaiseaquecendoatéqueambospassamatermesma
temperatura.Nessasituação,dizemosqueosdoisestãoem
equilíbriotérmico.Ofatodaáguateraumentado
temperaturasignificaquesuaspartículasaumentar
asua
asua
agitaçãotérmica.Masquemforneceuesta
Certamentepodemosconcluirqueoaço,aose
energia?
resfriar,
forneceuenergiaparaaágua.Portanto,houveumapassagem
deenergiadoaçoparaaágua.Estaenergia,emtrânsitoé
chamadadecalor.

Caloria
Noslideanterior,tratamosdamediçãodetemperaturase
dosefeitosprovocadossobreoscorposporumaumento
detemperatura.Neste,estudaremosastrocasdecalor
entreoscorpos,demodoquedevemosmedirquantidades
decalor.Paratanto,oprimeiropassoserádefiniruma
unidade.Comounidadedequantidadedecalor,usaremos
acaloria.Podemosentenderumacaloriacomosendo
aquantidadedecalornecessáriaparaqueumgramade
águapura,sobpressãonormal,tenhasuatemperatura
elevadade14,5ºCpara15,5ºC.

Definiçãode Caloria
Aáguarecebeuuma
caloriadecalor.
14,5ºC 15,5ºC

Turbinasdasmoendas
Turbogerador de energia elétrica
Turbobombaspara recalque de água
Ventiladores/ exaustores
Aquecimento damatéria prima para a fabricação
deaçúcareálcool
Caldeira
Éconstituídodevasosfechadossubmetidosàpressãoecontendo
águaquesetransforma,emvapor.Suafinalidadegerarvapor
paraacionamentode;

Caldeira

Caldeira
Oaréformadobasicamentedoscomponentes
Oxigênio(O)eNitrogênio(N)queficamagrupadosem
pares.
PrincípiosdaCombustão

Caldeira
✓Sólido;
✓Líquido;
✓Gasoso
Oscombustíveis são classificados em:
Bagaçodecana
Lenha
Carvão
PrincipaisCombustíveis
Álcool
Óleo
Gás

Fatoresque influenciama combustão
Otamanhodaspartículasdocombustível.
(quantomenormais facilmentesecombinamcomo
ar.).
Aumidadedocombustível.
Quantidadedear.
Quantidadedecombustível.
Temperaturadoar.
Relaçãodedistribuiçãoentrear/combustível

Éoelementodeligaçãodostubosparapossibilitara
circulaçãodeáguanacaldeira,temporfunçãodeacumular
lamaformadapelareaçãodosprodutosquímicoscomaágua
dacaldeira.
Tubulãode água(inferior)
EQUIPAMENTOS

CaldeiraEquipamento
Tubulãode água(inferior)
EQUIPAMENTOS
Tubulãodeágua
externo

CaldeiraEquipamento
Tubulãode água(inferior)
EQUIPAMENTOS
Tubulãodevapor
interno

CaldeiraEquipamento
Tubulãode vapor
EQUIPAMENTOS
Éumcorpocilíndricocontendoemseuinterioráguaevapor
formadopelatrocatérmicaentreosgasesdacombustãoea
águaemcirculaçãonacaldeira.
Estestuboscontemconexõesparavisoresdenível,válvulas,
desegurança,vents,instrumentosdeindicaçãoecontrole,
alémdetubosdeligaçãocomsuperaquecedordevapor.
Aprincipalfunção:
Éa separaçãodaáguadovapor.

CaldeiraEquipamento
Tubulãode vapor
EQUIPAMENTOS
Tubulãodevapor
externo

CaldeiraEquipamento
Tubulãode vapor
EQUIPAMENTOS
Tubulãodeágua
interno

Édistribuídanotubulão
atravésdefurosdispostosem
todaaextensãodotubulão.
Tubosde alimentaçãode água
EQUIPAMENTOS
geralmentesão
em45ºparabaixoe
Este tubos
posicionados
direcionadosnapartetraseirado
costadodotubulação.

Tubosde purgacontínua
EQUIPAMENTOS
Localiza-seabaixodonível
deáguaaproximadamente,
comfurosemtodaa
extensão.
Édestetuboquesefazcoletade
águaparaanálise
fosfatos,dispersantes,
desólidos,
pH,sulfito,
alcalinidade,sílica,aqualéfeitoo
daáguadacontrolequímico
caldeira.

CaldeiraEquipamento
Éconstituídodechapas,colocados
nocostadofrontaldotubulãode
vapor,formandouma
receberovapor
câmara
dos
para
tubos
geradores.
Defletor
EQUIPAMENTOS

Consisteemchicanase filtros
quedestinam-sea reteráguado
vapor, demaneira queesseentre
“seco” nosuperaquecedor.
CaldeiraEquipamento
Separadoresdevapor
EQUIPAMENTOS

CaldeiraEquipamento
Sãotubos
feixe tubular
conduzemaágua
traseirosdo
que
do
tubulãodevaporparao
tubulão
chamadas
de
de
água,
tubos
descendentes.
Tubosde circulação
EQUIPAMENTOS

CaldeiraEquipamento
Tubos Geradores
EQUIPAMENTOS
Sãotubosdianteirosdofeixetubularascendentese
descendentes,queconduzemamisturaáguaevapor
saturadoparaotubulãodevapor.
Estestubossãoquerecebemmaiorquantidadede
calordafornalhaeacaldeirapropriamentedita.

CaldeiraEquipamento
Tubosdafornalha(parededeágua)
EQUIPAMENTOS
paredefrontal,
traseirae
lateral.
Essestubosestão
divididosem:
Oresfriamentodafornalhaéfeitoatravésdofluxode
águaquecirculapelostubosqueformamasparedes,
ondesãoeliminadospelacoletainferioredescarregamo
vaporgeradonocoletorsuperiorqueestáinterligado
comobalãodevapor.

CaldeiraEquipamento
Aletadosoumembranados
Tangentes
Espaçados
Tubosda fornalha(parede deágua)
EQUIPAMENTOS
Ostubosdafornalha
serclassificadospodem
em:

CaldeiraEquipamento
Válvula de Segurança
EQUIPAMENTOS
Éumdispositivoquedeveatenderde
forma confiáveleprecisacomo;
Abrira umapressãopré-determinada
Descarregaro volumeprevistono
dimensionamentoe nasobrepressão
permitida.
Fechardentrododiferencialdealivio
permitido,coma vedaçãoinicial.

CaldeiraEquipamento
Válvulade Controle
EQUIPAMENTOS
Seufuncionamentoé
automáticoecomandado
por instrumentos.

CaldeiraEquipamento
Exaustores
EQUIPAMENTOS
O exaustortempor
finalidaderetiraros gases
formados pela
combustão,possui
entradade gáscom
Dampers(registros)
comandadospor
atuadorespneumáticos.

CaldeiraEquipamento
combustão,através
térmicaentreogás
datroca
passando
Pré-aquecedoresdear
EQUIPAMENTOS
pordentrodostuboseoarpor
fora.
Localiza-senasaídadegasesda
caldeira logoapóso feixe
tubular.
Destina-se a fazer o
aquecimento do ar de

CaldeiraEquipamento
Indicadoresde nível
EQUIPAMENTOS
Suafinalidadepermitiraooperador
verificaroníveldeáguanotubulãode
vapor,fatoresteindispensávelna
SEGURANÇAdeoperaçãodacaldeira.

CaldeiraEquipamento
Indicadoresdenível
EQUIPAMENTOS

CaldeiraEquipamento
Chaminé
EQUIPAMENTOS
Temporobjetivoconduzirpara
atmosferaosgasesformadosna
combustão.Quandoatiragemnãoé
efetuada
portanto
porexaustores,sendo
dotiponatural,sãoas
chaminésquemantémadepressão
nesta
grande
na fornalha,portanto
condiçãoelessãode
diâmetroealturaelevada.

CaldeiraEquipamento
Economizador
EQUIPAMENTOS
Equipamentoqueefetua-seoaquecimentodaágua
dealimentaçãodacaldeiraaproveitandopartedo
valordosgasesresultantesdacombustãoque
podeserinstaladoantesouapósopré-aquecedor
datemperaturanaáguahá
reduçãosignificativadeconsumodecombustível
produzindoamesmaquantidadedevapor.
de ar.
objetivo
comaelevação

Invólucro
EQUIPAMENTOS
Sãoasparedesqueenvolvemtodaacaldeira,podendo
serconstituídosdetijolosrefratáriosinternamentee
tijoloscomunsexternamente,ouaindaplacasrefratarias,
chapasexpandida,lãisolanteechapalisa,outambémlã
derochaechapasdealumínio.

Invólucro
EQUIPAMENTOS

Caldeira

Caldeira

Caldeira

Caldeira

Caldeira

Definição deCaldeira
ANR-13,redaçãoaprovadapelaportaria23de26/04/95,define
caldeiraavaporcomotodoequipamentodestinadoaproduzir
eacumularvaporsobpressãosuperioràatmosférica,
utilizandoqualquerfontedeenergia.
Quantoàpressãodeoperação,podemserclassificadascomo:
–caldeirasdebaixapressão6a16kgf/cm2
–caldeirasdemédiapressão22a39kgf/cm2
–caldeirasdealtapressão60kgf/cm2acima
Quandoaenergiautilizadanaproduçãodevaporéretiradade
umafontecomoescapedemotoresougasesresiduaisde
processo,acaldeiraéditacaldeiraderecuperação.

Caldeiras de recuperação
Quandoaenergiautilizadanaproduçãodevaporéretiradadeuma
fontecomoescapedemotoresougasesresiduaisdeprocesso,a
caldeiraéditacaldeiraderecuperação
ParaefeitodaNR-13,ascaldeirassãoclassificadasemcategorias:
-Apressãodeoperaçãoigualousuperiora1960kPa(19,98
kgf/cm
2
)
588kgf/cm
2
(5,99-Cpressãodeoperaçãoigualouinferiora
kgf/cm
2
)evolumeigualouinferiora100litros.
-Btodasasoutrasnãoenquadradasnascategorias
anteriores

Caldeirasde recuperação

Classificaçãoquantoà montagem
Ascaldeirastambémpodemserclassificadasquantoaoseugrau
depré-fabricação.Porestecritério,ascaldeirassãoagrupadas
em:
–caldeirascompactas;
–caldeirasmontadasparcialmentenolocal;
–caldeirasmontadastotalmentenolocal.
Considera-seumacaldeiracomocompactaquandoamesmaé
embarcadapelofornecedorcompletamentemontadacom:
queimadores, ventiladores,controleseacessórios. Estascaldeiras
são mais baratas, mais fáceis de instalar e têm menor prazo de
entrega.Agranderestriçãoprende-seaproblemasdetransporte,
quandosenecessitamdecaldeirasdemaiorporteoudepressões
maiselevadas.Assim,caldeirasdecapacidadesacimade250t/h
sãototalmentemontadasnolocal,caldeirasnafaixade100a250
t/h são, geralmente, montadas no local, embora tenham parte de
seuscomponentesmontadosnafábrica,jáascaldeirasaté100t/h
são,emgeral,compactas.

Classificaçãoquantoà concepção
Ascaldeiras podem ser agrupadasem:
–Flamotubulares
–Aquotubulares

CaldeirasFlamotubulares
CaldeirasFlamotubulares–Estascaldeirascaracterizam-se
pelapassagemdosgasesquentespordentrodetubos,
geralmenteemtrêspassesantesdesaíremparaachaminé.
Todoesteconjuntodetubos,porondepassamosgases
estáimersonaáguaaservaporizada.Sãoempregadaspara
baixaspressões(até10kg/cm
2),baixascapacidades(até15
t/h)Sãoosequipamentosmaisbaratos,compactoseque
requeremmenoscuidadosdeoperaçãoemanutenção.

CaldeirasFlamotubulares
ParedeD’Água

CaldeirasFlamotubulares
TipoA
TipoD
TipoO

Queimadores

Queimadores

CaldeirasFlamotubulares

CaldeirasFlamotubulares

Caldeiras Flamotubulares
Asprincipaisvantagensdestetipodecaldeirasemrelaçãoas
aquotubularessão:
•Tamanhocompactopermitindoseufáciltransportedesdea
fábricaatéolocaldeusoefuturasrelocalizações.
•Melhoreficiêncianatrocadecalorpor áreadetrocatérmica.
•Maiorflexibilidadeparavariaçõesbruscasdeconsumode
vapor.
•Operaçãosimplescomreduzidonúmerodeinstrumentosde
supervisãoedecontrole.
•Baixocustodemanutenção,asquaisselimitamaetapasde
limpeza etrocadetubos.

CaldeirasAquotubulares
CaldeirasAquotubulares–Estascaldeirascaracterizam-se
pelacombustãoemumacâmaradenominadafornalha,
enquantoaáguaaservaporizadacirculanointeriordetubos
quecobremasparedesdafornalha.
Nosmodernosprojetosindustriais,sãousados,quase
completamente,caldeirastipotubodeágua,dandoensejo,a
queseproduzamgrandesquantidadesdevaporeelevadas
pressõesetemperaturas.
Aproduçãodevapor,nestestiposdecaldeirasatingeaté750
toneladasvapor/horacompressõesquejáultrapassam200
kg/cm2.

EsquemadeCaldeiraAquatubular

EsquemadeCaldeiraAquatubular

CaldeirasAquotubulares-Componentes
Ascaldeirasaquotubularestêmcomocaracterística
principalaformaçãodovapornointeriordostubos,por
ondetambémcirculaaágua.Osprincipaiselementosque
compõem ocorpodeumacaldeiraaquotubularà
combustãotípicasão:
–tubulãosuperior;
–tubosdecirculaçãoascendente(“risers”);
–tubosdecirculaçãodescendente(downcomers”);
–tubulãoinferior;
–fornalha(ondeocorreaqueimadoscombustíveis).
Podemexistirtambém:
–superaquecedor;
–pré-aquecedordear;
–economizador;
–bombadecirculaçãoforçada

Componentes
Oscincoprimeiroselementossãofundamentaisparao
funcionamentodequalquercaldeiraaquotubular,
gerandosomentevaporsaturado,noentantosãoraros
oscasosdeequipamentoscontandoapenascomeles.
Normalmente,devidoaoporte,utilizaçãodovapor
economicidadedosistema,váriosdosoutrositens
citadosestãopresentes.

Asfunçõesdestescomponentessãoas seguintes:
ovaporTubulãosuperior–separar,coletar,acumular
d´água gerado e recebera águade alimentação;
Tubosascendentes–gerareconduzirovaporaotubulão
superior;
Tubosdescendentes–conduziraágualíquidaaotubulão
inferior;

CaldeiraAquotubular–FunçõesdosComponentes
Tubulãoinferior–acumularágualíquidaecoletardepósitos,de
ondepodemserdrenados;
Fornalha–gerareforneceraenergianecessáriaaoprocessode
vaporizaçãodeáguaesuperaquecimentodovapor;
Superaquecedor–elevaratemperaturadovapor,secando-o;
Pré-aquecedordear–aqueceroardacombustão,
normalmente,aproveitandoocalordosgasesdacombustão,
poreconomicidade;

Bombadecirculaçãoforçada–manteracirculaçãode
águaevapornointeriordostubosdacaldeira,
conformea
configuração
pressãodacaldeiraeprojetoda
dastubulaçõesfunçõesdestes
componentessão as seguintes:
Economizador –aquecer a água de alimentação da
caldeira, também utilizando os gases de combustão;

Combustível
Otermo“combustível”está,atualmente,ligado
diretamenteàidéiadefontedeenergiacalorífica.Desta
forma,otermodificilmentesedissociadeoutrasformas
deenergia,quetambémpodemfornecercalor.
Fala-se,porexemplo,emcombustívelnuclear,quandose
fazreferênciaasubstânciasquepormeiodafissão
nuclear,produzemcalor.
Mas,nosentidoexatodotermo,combustíveléa
substânciasusceptívelque,aosecombinar
quimicamentecomoutra,geraumareaçãoexotérmica,
istoé,umareaçãoquedesprendecalor.

Combustíveis–ClassificaçãoNaturais
a)Sólidos
–carvãomineral(turfa,hulha)
–madeira (nóde pinho,lenha)
–xisto(betuminoso)
–resíduosindustriais(bagaço decana,
casca de cereais).
b)Líquidos
–petróleo
c)Gasosos
–gás natural.

Combustíveis–Classificação-Artificiais
a)Sólidos
–carvãovegetal
–coquede petróleo
b)Líquidos
–álcool
–derivadosdepetróleo(exemplos:
gasolina,querosene,óleos)
–óleode xisto
c)Gasosos
–GLP
–gás CO
–gás degasogênio
–gás dealtoforno
–gás natural.

PoderCalorífico
Damesmaformaqueoscombustíveislíquidos,os
Podercombustíveisgasosostambémapresentam
Caloríficoexpressosemkcal/kge kcal/m
3.
OPoderCaloríficodeumgásémaiorseessegásconter
maisátomosdecarbono(C)ehidrogênio(H).Assim,o
gásnatural,basicamentemetano(CH
4)temmenorpoder
constituídodepropano(C
3H
8)ecaloríficodoqueGLP,
butano(C
4H
10).

Queimadores
Sãodispositivosdestinadosaprepararocombustível
paraaqueima,fornecendo-oàfornalhadivididoeem
íntimamisturacomoar.Omaçaricoéoelementoque
sedestinaareceberoóleo,eatomizá-loparaointerior
dafornalha.Hádiversostipos,dosquais,normalmente,
sãousados,emcaldeirasderefinarias:
–maçaricosparaóleocombustível(levesepesados)e
óleodiesel;
–maçaricosparagáscombustível(gásnaturalegásde
refinaria).

Deterioraçãoem Caldeiras
Osprincipaisagentesresponsáveispelacorrosãoemequipamentos,
operandoemtemperaturaelevadas,comoéocasodosfornose
caldeiras,são:
–oxidação;
–condensaçãodeácidos;
–cinzasfundidas.
Outrascausasdedeterioraçãoincluem:
–deposiçãodecoquenostubos;
–desprendimentoderefratários;
–empenamentodetubosporfluência;
–corrosãodesuportesdetubos;
–oxidaçãodemaçaricos.

TratamentodeÁguasdeCaldeiras
Caldeirasqueoperamemaltaspressõesdevemseralimentadas
comáguadestiladaporevaporadoresouáguadesmineralizada.A
desmineralizaçãoconsistenaremoçãodossaispresentesnaágua.
Estaremoçãopodeserfeitaporresinasdetrocaiônicae/ou
membranasdeosmosereversa.Aáguadealimentaçãodecaldeira,
independentementedotipoeextensãodotratamento,podeconter
contaminantesqueeventualmentesejamcausadedepósitos,
corrosãoearraste.
Osdepósitosreduzemdiretamenteatransferênciadecalor,
causandoummaiorconsumodecombustível,altastemperaturasno
metal(tubosdacaldeira)epossíveisdanos.

Remoçãode Gases Dissolvidos
Apresençadegasesdissolvidosnaágua, comoO
2, CO
2, H
2S, etc., é aprincipal
causadecorrosãoemcaldeiras,independenteda pressãodeoperação(baixa,
médiaoualta).
PurgadasCaldeirasDuranteageraçãodevapor,acaldeiravai
acumulandoeconcentrandoossólidosdissolvidosqueingressam
comaáguadealimentação,somadoscomosprodutosquímicos
quesãoinjetadosdiretamentenotubulãoinferiordacaldeira.
Paraisso,ascaldeiras,principalmenteasdemédiaealtapressão,
sãodotadasdesistemasde“purga”(descargasdeágua).

Tratamentode Águasde Caldeiras-Dureza
Porseroprincipalagenteformadordedepósitos,adurezadeveráser
mantidaomaisbaixopossível(praticamentezero).Aeliminaçãoda
durezanaáguadecaldeiraéconseguidaatravésdainjeçãodefosfato.A
durezadecálcioporexemplo,reagecomofosfatoformandoum
precipitado,que,aolongodotempo,deposita-senofundodotubulão
inferior,emformadelama,sendoeliminadopor“purgadefundo”.
Independentementedoníveldepressãodeoperação,aáguadecaldeira
deverásermantidacomteorzerodedureza.
Alcalinidade
Usualmente,considera-seaalcalinidadecomocausadapelapresençade
carbonatos,bicarbonatosehidróxidosdecálcio,magnésioesoda(Ca,
Mg,Na).

Distribuiçãode Vapor
O sistema de distribuição de vapor é o conjunto de vias
detransportedeenergiaqueinterligaospontosde
produçãoedeutilização.
Éimportantelembrar,aqui,que,nessesistema,a
tendênciaédehaversempreumadissipaçãodeparte
daenergiatransportada,deformairreversível.

Distribuiçãode Vapor
OComoconseqüênciadessefato,quandosenecessitauma
determinadapressãoe/outemperaturanopontodeutilização,
deve-sepreveroqueaconteceráduranteotransportedesse
vapordesdeopontodeprodução.
Porexemplo,considere-seumacaldeiraproduzindovapor
saturadoaumapressãode8kgf/cm
2,oqualseráutilizadoa
200mdedistância.
Dificilmente,pode-sedispordeumapressãomaiorque7,5
kgf/cm
2nopontodeconsumo,devidoàsperdasporatrito.

Reduçãode Pressão
ODispondodeumacaldeiragerandovaporaumadeterminada
pressão,conformeograudesuperaquecimento,estarásendo
atendidaumanecessidadedeenergiadoprocessonaquela
temperatura.
Considera-se,noentanto,umapossívelmudançaouexpansãoda
produção,quepasseademandaroutroníveldetemperaturapara
seufuncionamento.
Nahipótesedestatemperaturasermaisaltaqueafornecidapelo
geradordevapor,investimentosemoutrosgeradorouformade
aquecimentotornam-seinevitáveis.
Mas,nahipótesedoníveldetemperaturasermenor,ousode
vaporàpressãomenorqueageradaé,conseqüentemente,mais
econômico.

IsolamentoTérmico
Apartirdomomentoqueselidacomumfluidotérmico,nocasoo
vapord’água,deveseterapreocupaçãocomatemperaturade
chegadadestevaporaosusuários,demodoagarantiruma
operaçãosatisfatóriaeeconômicaparaaindústriacomoumtodo.
Nestecontexto,encaixa-seoisolamentotérmicodetubulaçãoe
equipamentos.

erazõesestão
IsolamentoTérmico
Nãosótemperaturacomooutrosparâmetros
ligados ao uso do isolamento:
–reduçãodaformaçãodecondensadoemlinhaseequipamentos,
quepodeserdanoso paraosmesmos;
devapor(caldeira)e–conservaçãodeenergia,nageração
tubulações;
–proteçãopessoal;
–reduçãodaemissãoderadiaçãotérmica;
–reduçãoderuídoevibração.

IsolamentoTérmico
Osmateriaismaiscomumenteusadosemisolamentotérmiconos
sistemasdegeraçãoedistribuiçãodevaporsão:
–fibrasdelãmineral(mantas);
–silicatodecálcioemtijolos(paredes)oucalhas(tubulações)
rígidos;
–fibradevidro(mantasecalhas);
–espumarígidadepolímerosorgânicos(formaespeciais);
–fibras e tijolos cerâmicos para altas temperaturas (paredes de
fornalha).

IsolamentoTérmico
Todosestestiposderevestimentotêmfaixasde
temperaturaparaaplicação,coincidentesemvárioslimites,oque
fazcomqueoutrosfatores,alémdacondutividade,determinem
suaescolha.
Paratemperaturasaté450ºC,afibradevidroemváriasformase
alãmineralpodemserutilizadas.Nestafaixaencontram-se,
normalmente,astubulaçõesdedistribuiçãodevapor
superaquecidoatécercade100kgf/cm
2
.
Osilicatodecálciotemcapacidadedeisolamentorecomendado
atécercade800ºC,podemserutilizadonasmesmasaplicações
acimaeoutrasainda.
Afibradevidroapresentauminconvenientemuitograndeà
segurançaindustrial,porquesetratadematerialinflamável,
comparativamenteaosilicatoqueématerialinorgânicoe
incombustível.
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