TREINAMENTO DE CALDEIRA

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ÁREA INDUSTRIAL - MÁQUINAS 
TÉRMICAS 
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Título do Instrumento 
 
Nº DOCUMENTO 
MATERIAL DE TREINAMENTO MT 001.007.001 
 
ÁREA DE TREINAMENTO: 
 
 
ASPECTOS DE OPERAÇÃO E SEGURANÇA DO 
TRABALHO 
 
 
ASSUNTO: 
 
Treinamento de Segurança na Operação de 
Caldeiras – NR.13 
 
 
Material de uso exclusivo em treinamentos internos. Proibida a 
reprodução para uso comercial. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CAPÍTULO 1 – NOÇÕES DE GRANDEZAS 
FÍSICAS E UNIDADES. 
 
 
Carga horária: 4 horas 
 
1.1. Pressão. 
 
 1.1.1. Pressão atmosférica. 
 1.1.2. Pressão interna de um vaso. 
 1.1.3. Pressão manométrica, relativa e pressão absoluta. 
 1.1.4. Unidades de pressão. 
 
1.2. Calor e temperatura. 
 
 1.2.1. Noções gerais: o que é calor, o que é temperatura. 
 1.2.2. Modos de transferência de calor. 
 1.2.3. Calor específico e calor sensível. 
 1.2.4. Transferência de calor a temperatura constante. 
 1.2.5. Vapor saturado e vapor superaquecido. 
 1.2.6. Tabela de vapor saturado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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�1. NOÇÕES DE GRANDEZAS FÍSICAS E UNIDADES. 
 
Alguns conhecimentos são fundamentais para que se possa estudar de 
forma adequada a Segurança na Operação de Caldeiras. É necessário 
conhecer as correlações existentes entre medidas muito utilizadas na 
Indústria, como é o caso das medidas de temperatura, de pressão, de 
energia, de massa, de área, de volume, e outras variáveis que estão 
sempre sendo correlacionadas. É necessário também o conhecimento básico 
de alguns conceitos da Física como: Força atuante, Resistência, Atrito, 
Inércia, Pressão, Energia (Cinética e Potencial), Trabalho e Potência. 
Além do estudo da Física e da Química, como ciências básicas, o 
conhecimento dessas grandezas depende de outras áreas do conhecimento 
humano: Termodinâmica, Estática dos fluídos, Dinâmica dos fluídos, etc. 
 
Esta apostila que está redigida de uma forma simples, sem muitas 
formulações matemáticas, acessível aos diversos níveis de conhecimento do 
treinando, e faz parte do treinamento para operadores de caldeira, 
atendendo ao disposto na NR-13. Antes de iniciar o currículo mínimo exigido 
pela NR-13 convém relembrar alguns aspectos de interesse do tema. 
 
1.1 - Conceito de Pressão. 
 
Pressão – Pressão e capacidade de produção de vapor são as duas 
características básicas das caldeiras. Quando uma força F atua sobre uma 
área temos o que chamamos de pressão. A força F é aplicada 
perpendicularmente à área A. A pressão é uma propriedade termodinâmica: 
 
Razão da força sobre área (p) = Pressão é a força (F) exercida por 
unidade de superfície (A). 
 
No caso mais simples a força (F) é perpendicular à superfície (A) e a 
equação fica simplificada: 
 
Pressão: p = F / A 
 
F - Força aplicada a uma superfície. 
 
 
 
 
 
 
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S = A – Superfície de área conhecida 
 
No caso mais geral: 
 
 
 
Nível de pressão - As pressões são medidas por meio de manômetros, por 
essa razão são chamadas de pressões manométricas. Podemos ter 
situações de pressão baixa, média ou alta pressão. 
 
O conceito de pressão também é valido para os materiais fluidos e o ar da 
atmosfera. Como por exemplo, a água e o vapor. 
 
Graficamente, a pressão é representada por vários vetores menores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.1.1 - Pressão atmosférica. 
 
Forças da natureza - No estudo da Física, podemos classificar a ação à 
distância em três tipos de forças: 
• Força elétrica - Força de origem atômica devido à propriedade dos 
prótons e elétrons chamada carga elétrica. 
• Força magnética - Força que tem a ver com as cargas elétricas em 
movimento. 
• Força gravitacional – Força que ocorre entre duas massas quaisquer. 
O peso de um corpo é uma força gravitacional. 
 
 
 
 
 
 
 
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Força gravitacional - Em 1687, Isaac Newton formulou a hipótese de que 
todos os corpos se atraem mutuamente. Um corpo na superfície ou nas 
proximidades da Terra está submetido a uma força de atração gravitacional 
também chamada força peso, exercida pelo nosso planeta sobre esse 
corpo. 
 
 
 
A pressão atmosférica vem da força gravitacional que representa uma 
interação existente entre a Terra e os objetos que estão sobre ela: Qualquer 
corpo ou objeto que possua massa m sofre ação da força de gravidade da 
terra. 
 
Pressão atmosférica – Já vimos que uma pressão é produzida por uma 
força. Quando falamos em pressão atmosférica, estamos falando da 
pressão exercida pelo peso de ar que paira sobre nós e que é produzida 
pela força gravitacional. 
 
Pressão atmosférica = Força gravitacional / Área 
 
Considera-se que a atmosfera exerce uma força de cerca de 1,0 x 105 N em 
cada metro quadrado na superfície da terra. É um valor representativo, mas 
não é notado, porque geralmente, existe ar tanto dentro quanto fora dos 
objetos, de modo que as forças exercidas pela atmosfera em cada lado do 
objeto são contrabalançadas. A pressão atmosférica diminui à medida que 
aumenta a altitude. Isso ocorre porque o ar fica mais rarefeito. Como a 
pressão atmosférica é a pressão exercida pela camada de ar atmosférico é 
natural que esta pressão diminua na medida em que vamos afastando do 
nível do mar. Quanto maior a altitude, menor será a pressão atmosférica. 
 
 
 
 
 
 
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Exemplo: No Monte Kilimanjaro (Tanzania) a 5895 metros de altitude a 
pressão atmosférica é de p = 350 mmHg. Ao nível do mar é de 760 mm/HG 
ou 1.033 bar ou 1,013 x 105 Pa. 
 
Valor da Pressão atmosférica ao nível do mar: 
 
 
 
O seu valor pode ser medido e tabelado, pois depende da altura topográfica 
da cada região do planeta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.1.2 - Pressão interna de um vaso. 
 
O vapor é constituídode partículas que possuem a sua própria pressão 
interna que decorre da energia das partículas. A pressão no interior de um 
vaso pode ser igual, menor ou maior do que a pressão atmosférica. Sòmente 
quando existem diferenças de pressão em ambos os lados é que a pressão 
atmosférica se torna importante. Enquanto a pressão manométrica é obtida 
pelo manômetro, a pressão atmosférica é medida pelo barômetro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Se o vaso é aberto a pressão sobre um fluido é igual à pressão atmosférica. 
Se o vaso contendo vapor está fechado a pressão interna do vaso 
dependerá da temperatura deste fluído. 
 
Na figura seguinte, a pressão p1 do vaso aberto é igual à pressão 
atmosférica. A pressão p2 no fundo do liquido é maior do que p1 pelo efeito 
do peso da altura h de água. A pressão p3 no interior do vaso com vapor 
pode ser maior ou menor do que a pressão atmosférica, dependendo da 
energia contida no vapor. Quanto maior a temperatura aplicada maior será a 
pressão interna do vaso, constituída de duas parcelas: 
 
Pressão final = pressão atmosférica + pressão da energia do vapor. 
 
Pelo feito dos vasos comunicantes as pressões em todos os pontos são 
iguais. Porém as pressões podem ser transferidas de um ponto para o outro, 
e podem ser multiplicadas ou transferidas de um ponto para outro. A 
transferência ocorre do ponto de maior pressão para o ponto de menor 
pressão. 
 
 
 
Multiplicação de pressões - Em recipientes fechados as pressões podem 
ser multiplicadas de um ponto para outro. Em um elevador hidráulico uma 
pequena força aplicada a uma pequena área de um pistão é transformada 
em uma grande força aplicada em uma grande área de outro pistão. Se um 
carro está sobre um grande pistão, ele pode ser levantado aplicando-se uma 
força F1 relativamente pequena, de modo que a razão entre a força peso do 
 
 
 
 
 
 
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carro (F2) e a força aplicada (F1) seja igual à razão entre as áreas dos 
pistões. 
 
 
 
 
 
Em sistemas abertos de vasos comunicantes as colunas de vapor com a 
mesma altura possuem a mesma pressão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.1.3. Pressão manométrica, relativa e pressão absoluta. 
 
A Mecânica dos Fluidos utiliza uma escala absoluta ou uma escala efetiva 
ou relativa para estabelecer os valores das pressões. A escala Efetiva ou 
Relativa adota como valor zero a pressão atmosférica local, existindo, 
portanto pressões negativas (depressões ou vácuos técnicos), nulas e 
positivas. A escala absoluta adota como zero, o vácuo absoluto, existindo 
neste caso somente pressões positivas. Teoricamente poderíamos ter a 
pressão igual à zero, que representaria a pressão do vácuo absoluto. 
 
Pressão manométrica – Chamamos de pressão relativa ou pressão 
manométrica, a pressão medida, tomando-se como referência a pressão 
atmosférica local. Ou seja, o elemento sensor mede a diferença entre a 
pressão desconhecida e a pressão atmosférica local. Quando se fala em 
uma pressão negativa, em relação à pressão atmosférica chamamos 
pressão de vácuo. 
 
Pressão absoluta - É a pressão medida acima do vácuo absoluto, isto é: a 
soma da pressão atmosférica local mais a pressão relativa ou manométrica. 
Em outras palavras é a pressão positiva a partir do vácuo perfeito. Mas 
quando representamos pressão abaixo da pressão atmosférica por pressão 
absoluta, esta é denominada grau de vácuo ou pressão barométrica. 
 
Pabsoluta - Patmosférica = Pmanométrica. 
 
 
 
 
 
 
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Pressão diferencial ou diferencial de pressão - Quando um sensor mede 
a diferença entre duas pressões desconhecidas, nenhuma delas sendo a 
pressão atmosférica, então essa pressão é conhecida como pressão 
diferencial. Essa diferença de pressão normalmente é utilizada para medir 
vazão, nível, pressão, etc. 
 
Pressão total: É a pressão resultante da somatória das pressões estáticas e 
dinâmicas exercidas por um fluido que se encontra em movimento. 
 
 
 
1.1.4 - Unidades de pressão 
 
A pressão é frequentemente medida em outras unidades (atmosferas, libras 
por polegada quadrada, milibars, etc.). Mas o pascal é a unidade apropriada 
no sistema MKS (metro-quilograma-segundo). 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.2. Calor e temperatura 
 
1.2.1. Noções gerais: calor e temperatura. 
 
As caldeiras ou geradores de vapor são considerados máquinas térmicas 
que se destinam a gerar e acumular vapor sob uma pressão superior à 
atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia e processando uma troca 
térmica entre um combustível e a água. Isto é feito por um equipamento 
construído com chapas e tubos cuja finalidade é fazer com que as partes 
metálicas se aqueçam, transferindo calor para a água, fazendo-a passar do 
estado líquido para o gasoso, ou seja, produzindo o vapor, pelo aproveitando 
o calor liberado pelo combustível. Por essa razão é necessário rever alguns 
conceitos básicos, para melhor compreensão dos estados em que um 
líquido, um vapor e uma mistura de líquido e vapor possam existir. 
 
A Pressão interna da caldeira é maior do que a pressão atmosférica. 
 
 
 
 
Propriedades Termodinâmicas das Substâncias - O estado de uma 
substância pode ser descrito por certas propriedades macroscópicas 
observáveis, como temperatura, pressão e densidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Uma propriedade de uma substância é qualquer característica observável 
dessa substância. Um número suficiente de propriedades termodinâmicas 
independentes permite uma definição completa do estado de uma substância 
qualquer. 
 
As propriedades termodinâmicas mais comuns são: temperatura (T), pressão 
(p), e volume (V). São grandezas fundamentais: 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Calor: Da termodinâmica, ciência que estuda o calor e os processos que o 
envolvem, podemos estabelecer as definições de Calor e Temperatura. 
Calor é uma forma de energia térmica em trânsito, ou seja, está sempre se 
transferindo de um corpo com maior temperatura para um corpo de menor 
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O calor não pode ser armazenado; o que pode ser feito é apenas 
facilitar ou dificultar sua transferência. 
 
Temperatura - É uma medida da energia cinética, isto é, a energia da 
vibração das moléculas que compõem certo corpo. Caracteriza a existência e 
o sentido do fluxo de calor. Quanto maior é a vibração das moléculas, maior 
será a temperatura do corpo em questão. (T) - Indica o potencial de troca de 
calor de um corpo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.2.2 - Modos de transferência de calor 
 
Trata-se do fluxo de energia entre um meio a alta temperatura a outro meio 
com temperatura menor, quando em contato ou proximidade. Os modos de 
transferência são as operações de troca térmica entre fluidos. 
 
Transferência de Calor em Caldeiras - Os principais equipamentos 
utilizados para a realização da Transferência de Calor são: Trocadores de 
Calor e Evaporadores. A transferência de calor em geradores de vapor é um 
complexo conjunto de fenômenos que envolvem troca de calor por radiação, 
convecção e condução térmica. 
 
 
 
Equilíbrio térmico -. Quando se coloca um corpo quente em contato com 
um corpo frio, nota-se, depois de certo tempo, que eles atingem um equilíbrio 
térmico, ou seja, passam a ter a mesma temperatura. 
 
Há uma transferência de energia térmica do mais quente para o mais 
frio. Sempre do corpo de maior temperatura (mais quente) para o de 
menor temperatura (mais frio). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.2.3 - Calor específico e calor sensível 
 
Calor específico – É a capacidade que uma substância possui para 
absorver ou transferir calor por unidade de massa de um corpo. Para a água 
Isso representa dizer que se houver uma transferência de calor de 1 kcal 
para uma massa de 1 kg de água, ocorrerá um aumento de 1°C na 
temperatura. A unidade é Joules. O calor específico da água é 4,186 kJ/kg 
°C ou 1 kcal/kg °C. O calor específico depende da natureza da substância 
e muda com a variação da temperatura. 
 
 
 
Calor sensível – É o tipo de calor relacionado apenas com o aumento ou 
diminuição da temperatura da substancia quando adicionada ou retirada 
energia térmica. O calor sensível pode ser medido pela equação: 
 
Qs = m C AT 
 
Onde: 
 
Qs - Quantidade de calor medida em cal 
m - Massa do corpo medida em g 
T - Variação da temperatura em ºC 
C - Calor específico, característico da substância que compõe o corpo, 
medido em cal/gºC. 
 
Calor total - É a soma do calor sensível com o calor latente. A energia 
necessária à operação, isto é, o fornecimento de calor sensível à água até 
alcançar a temperatura de ebulição, mais o calor latente a fim de vaporizar a 
água e mais o calor de superaquecimento para transformá-la em vapor 
superaquecido, é dada pela queima de um combustível. 
 
Calor total = calor sensível + calor latente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.2.4 - Transferência de calor a temperatura 
constante. 
 
Do ponto de ebulição até o ponto de início do superaquecimento a 
transferência de calor ocorre sem que exista um aumento da temperatura. 
 
Nesta fase existe água + vapor chamada de vapor saturado com 
umidade. Quando não existir umidade o vapor é chamado de vapor 
100% saturado. 
 
 
 
Calor Latente: É a Energia térmica adicionada ou liberada na transformação 
de fase de uma substância (líquido-vapor; sólido-líquido). A troca de calor 
não produz uma alteração na temperatura do corpo. Produz uma alteração 
no estado de agregação do corpo. Para a água é a quantidade de calorias 
necessárias para converter 1 kg de água líquida em 1 kg de vapor seco à 
mesma temperatura e pressão (o calor latente decresce com o aumento da 
pressão absoluta do vapor). Se, atingida a temperatura de 100°C na pressão 
atmosférica, a água continuar a receber calor, passará a ocorrer à 
transformação da água em vapor, à temperatura constante. O calor latente 
pode ser medido pela equação: 
 
QL = mL 
 
 
 
 
 
 
 
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Onde: 
 
QL - Quantidade de calor medida em cal 
m - Massa do corpo medida em g 
L - Calor latente, característico da substância que compõe o corpo e da 
mudança de fase, medido em cal/g. 
 
1.2.5 - Vapor saturado e vapor superaquecido. 
 
Estados termodinâmicos da água-vapor: Para cada pressão, antes da 
formação de um gás propriamente dito, tomando como base a temperatura 
de vaporização, há cinco situações diferentes definidas para retratar a 
terminologia que acabamos de definir para os diversos estados 
termodinâmicos em que se pode encontrar uma substância pura: 
 
1. Líquido sub-resfriado; 
2. Líquido saturado; 
3. Líquido + vapor 
4. Vapor saturado; 
5. Vapor superaquecido. 
 
Título (x) - Quando uma substância se encontra parte líquida e parte vapor 
(vapor úmido), utilizamos o conceito de título. Para o estado de mistura 
líquido-vapor é comum definir-se o título (x) do vapor, que é a fração em 
massa (ou percentual em massa) do vapor em relação à massa total da 
mistura. Isso significa dizer, por exemplo, se o vapor que sai de uma caldeira 
tem uma qualidade (título) de 97%, significa que 3% é umidade (água 
líquida). 
 
título x
m
m m
vap
liq vap
= =
+
 
 
1 - Líquido Sub-resfriado - Se a temperatura do líquido é menor que a 
temperatura de saturação para a pressão existente, o líquido é chamado de 
líquidos sub-resfriado (significa que a temperatura é mais baixa que a 
temperatura de saturação para a pressão dada), ou líquido comprimido, 
(significando ser a pressão maior que a pressão de saturação para a 
 
 
 
 
 
 
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temperatura dada). A água, a p = 1atm, vaporiza a 100ºC. Qualquer 
temperatura abaixo desta define o estado sub-resfriado, desde que ela 
permaneça líquida. Ex.: Água p = 1 atm t = 30ºC.T<Ts: a substância está na 
região de líquido comprimido 
 
2. Líquido Saturado - Início da vaporização a uma determinada pressão. 
Está na temperatura e na pressão de saturação. Água totalmente no estado 
líquido, sendo que qualquer quantidade adicional de energia provocará 
mudança de fase. Ex: Águap = 1 atm t = 100ºC. T=Ts e a substância estão 
no estado de saturação e título = 0. 
 
 
 
3. Líquido + vapor: Fase mista. Ex.: Líquido e Vapor saturado vapor de 
água a 1 atm e t = 100ºC. T=Ts e a substância estão em fase de vaporização 
e devemos obter o título. 
 
4. Vapor saturado - É um vapor “úmido”, contendo pequenas gotículas de 
água, sendo obtido da vaporização direta da mesma. A substância se 
encontra completamente com o vapor na temperatura de saturação, à sua 
 
 
 
 
 
 
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pressão absoluta. Quando este tipo de vapor se condensa, cede calor 
latente. Final da vaporização na mesma pressão em que se iniciou. Ex.: 
Vapor d’água a 1atm e t = 100ºC. 
 
5. Vapor superaquecido - Vapor a uma temperatura maior do que a 
temperatura de saturação. T>Ts e a substância estão na região de vapor 
superaquecido geralmente na faixa de 400ºC a 560ºC Neste caso o título é 
igual a 1 ou 100% pois a massa total (MT) é igual à massa de vapor (mv). 
Frequentemente, usa-se o termo “vapor saturado seco”. 
 
Grau de superaquecimento: É a diferença de temperatura entre o vapor 
superaquecido e o vapor saturado, ou seja, a diferença entre a temperatura 
de saturação e a temperatura em que se encontra o vapor superaquecido, 
para uma determinada pressão. 
 
Aplicações do Vapor saturado: Composto por uma mistura de água e 
vapor, cuja temperatura se mantém constante, em relação a sua pressão, 
sendo justamente esta característica que lhe confere maior facilidade no 
controle da temperatura nos processos industriais. È o mais utilizado na 
maioria das aplicações industriais, para aquecimento direto ou indireto. O 
vapor saturado se condensa rapidamente quando em contato com 
superfícies frias, isto é, cede seu calor latente de forma rápida Maiores 
temperaturas são possíveis à custa do aumento da pressão de saturação, o 
que implica num maior custo de investimento devido à necessidade de 
aumento da resistência mecânica e requisitos de fabricação e inspeção do 
gerador de vapor. 
 
Aplicações do Vapor superaquecido – É aquele que possui temperaturas 
mais elevadas faixa de 400ºC a 560ºC que o vapor saturado. Na geração do 
vapor superaquecido a limitação de temperaturas de trabalho fica por conta 
dos materiais de construção empregados. Para obtê-lo é necessário aquecer 
o vapor saturado, mantendo inalterada a sua pressão resultando em um 
vapor seco. É isento de umidade e comporta-se nas tubulações como um 
gás. A pressão e a temperatura do vapor superaquecido são propriedades 
independentes, e neste caso, a temperatura pode ser aumentada sob uma 
condição de pressão constante. Em verdade, as substâncias que chamamos 
de gases são vapores altamente superaquecidos. O vapor superaquecido, 
quando em contato com superfícies frias, cede, primeiramente, parte de seu 
 
 
 
 
 
 
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calor sensível, fazendo diminuir sua temperatura. A condensação só ocorrerá 
quando sua temperatura atingir o valor da temperatura de saturação. O fluxo 
de energia, neste caso, é menor do que o alcançado com o vapor saturado. 
Por essa razão é utilizado em grandes complexos industriais e na geração de 
energia elétrica ou mecânica em ciclos termodinâmicos. 
 
1.2.6. Tabela de vapor saturado. 
 
Obtenção das propriedades na Termodinâmica aplicada - Na 
Termodinâmica Aplicada às propriedades termodinâmicas, para uso prático 
na engenharia, são apresentadas em várias formas, incluindo gráficos, 
tabelas e equações. Com o advento da computação os valores das 
propriedades termodinâmicas para um crescente número de substâncias 
estão disponíveis em programas para microcomputadores. 
• Entalpia do líquido 
• Entalpia do vapor 
• Entalpia de vaporização 
• Volume específico do líquido 
• Volume específico do vapor 
• Volume específico de vaporização 
• Entropia do líquido 
• Entropia do vapor 
• Entropia de vaporização 
 
Uso de tabelas práticas – O comportamento pressão, volume e 
temperatura, que para os chamados Gases Perfeitos é expresso pela 
equação pv = RT, para o vapor, que é considerado um gás real, essa 
equação não representa muito bem comportamento mencionado. As 
equações de estado utilizadas para expressar o comportamento dos gases 
reais são em geral muito complexas, inviabilizando de forma rápida os seus 
usos. De modo que a utilização de tabelas obtidas através das equações de 
estado ainda é muito mais frequente. Existem diagramas e as tabelas 
termodinâmicas que são úteis na maioria das aplicações em engenharia para 
todas as substâncias de interesse. Em geral, todas as tabelas são 
apresentadas da mesma forma, em função da temperatura ou pressão e em 
função de ambas. Entramos com valor da pressão ou temperatura ou ambas 
e achamos as propriedades desejadas. 
 
 
 
 
 
 
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Composição das tabelas – A composição das tabelas visa à determinação 
das quatro propriedades restantes, considerando que qualquer estado 
termodinâmico pode ser especificado por duas propriedades termodinâmicas 
independentes. As tabelas termodinâmicas apresentam as seguintes 
propriedades: 
• T, temperatura; 
• p, pressão; 
• v, volume específico; 
• u, energia interna específica; 
• h, entalpia específica; 
• s, entropia específica. 
 
Tabelas práticas de vapor - Quando a substância é a água, chamamos a 
tabela de Tabela de Vapor. Nas tabelas de vapor, encontramos as 
propriedades termodinâmicas da água e do vapor. As tabelas de 
propriedades termodinâmicas da água estão divididas em três categorias de 
tabelas: 
 
• Tabelas de líquido comprimido ou sub-resfriado - Podemos 
determinar a pressão e o volume específico no estado fornecido. Duas 
propriedades intensivas são suficientes para definir o estado, por 
exemplo, pressão e temperatura. Os dados de líquido comprimido são 
mais dependentes da temperatura do que da pressão. Propriedades 
independentes: p e T. 
 
• Tabelas de Líquido e vapor saturado – Ou tabelas de saturação 
onde as propriedades intensivas de cada fase podem ser tabuladas em 
função sejam da pressão ou temperatura de saturação. Bastam 
conhecer apenas uma propriedade para obter as demais, que pode ser 
temperatura ou pressão, propriedades diretamente mensuráveis. Uma 
terceira propriedade intensiva é necessária para definir o estado. As 
propriedades independentes podem ser: p (Vapor: A2) ou T (Vapor: 
A3) 
 
• Tabelas de vapor superaquecido – Para as condições de vapor 
superaquecido e líquido comprimido é necessário conhecer duas 
 
 
 
 
 
 
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propriedades para se obtiver as demais. Os dados começam com 
estado de saturação (vapor saturado) e continuam mantendo a pressão 
constante e mudando a temperatura. A pressão e a temperatura são 
propriedades independentes na região de vapor superaquecido e, 
portanto, para cada pressão é fornecido um grande número de 
temperatura, e para cada temperatura são tabeladas quatro 
propriedades termodinâmicas, das quais a primeira é o volume 
específico. Propriedades independentes: p e T;ÁREA INDUSTRIAL - MÁQUINAS 
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CAPÍTULO 2 – CALDEIRAS CONDIÇÕES GERAIS. 
Carga horária: 8 horas 
2.1. Tipos de caldeiras e suas utilizações. 
 
2.2. Partes de uma caldeira. 
2.2.1. Caldeiras flamotubulares. 
2.2.2. Caldeiras aquotubulares. 
2.2.3. Caldeiras elétricas. 
2.2.4. Caldeiras a combustíveis sólidos. 
2.2.5. Caldeiras a combustíveis líquidos. 
2.2.6. Caldeiras a gás. 
2.2.7. Queimadores. 
 
2.3. Instrumentos e dispositivos de controle de 
caldeira. 
2.3.1. Dispositivo de alimentação. 
2.3.2. Visor de nível. 
2.3.3. Sistema de controle de nível. 
2.3.4. Indicadores de pressão. 
2.3.5. Dispositivos de segurança. 
2.3.6. Dispositivos auxiliares. 
2.3.7. Válvulas e tubulações. 
2.3.8. Tiragem de fumaça. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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�2. CALDEIRAS CONDIÇÕES GERAIS. 
 
Máquina térmica - É um sistema que, funcionando cíclica e continuamente, 
somente troca calor e trabalho com o exterior. 
 
 
 
 
Geradores de Vapor – São máquinas térmicas que produzem vapor a partir 
do aquecimento de um fluido vaporizante. Na prática recebem outros nomes, 
conforme as suas aplicações específicas: 
 
• Geradores Reatores Nucleares. 
• Caldeiras de Recuperação. 
• Caldeiras de Água Quente. 
• Caldeiras de Vapor: São os geradores de vapor (caldeiras = “boilers” 
do inglês) mais simples, queimam algum tipo de combustível como 
fonte geradora de calor e é destinada a produção de vapor saturado 
 
 
 
 
 
 
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ou superaquecido a diversas pressões de trabalho, utilizando-se da 
energia térmica. Existem outros equipamentos de aquecimento e 
transferência de calor sem produção de vapor que também são 
chamados de caldeiras, tais como aquecedores que empregam fluidos 
térmicos, geradores de água quente, etc. É um recipiente metálico 
formado por um conjunto de equipamentos, tubulações e acessórios, 
construído com chapas e tubos cujo mecanismo consiste em fazer a 
troca térmica entre o combustível e a água, que ao ser aquecido passa 
do estado líquido para o gasoso, aproveitando o calor liberado pelo 
combustível. Ou seja, partes da mesma são aquecidas e o calor é 
transferido para a água produzindo o vapor. As caldeiras são definidas, 
pela NR-13, como “equipamentos destinados a produzir e acumular 
vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte 
de energia, excetuando-se os refervedores e equipamentos similares 
utilizados em unidades de processo”. 
 
Processo de vaporização - A preferência pelo vapor de água como fluido 
de trabalho é justificada pelo seu elevado calor específico e pela ampla 
disponibilidade da água no meio industrial. Em termos práticos, a 
vaporização é obtida pelas caldeiras através do o fornecimento de calor 
sensível à água até alcançar a temperatura de ebulição, mais o calor latente 
a fim de vaporizar a água e mais o calor de superaquecimento para 
transformá-la em vapor superaquecido, é dada pela queima de um 
combustível. A energia para a vaporização pode ser obtida através da 
queima de um combustível sólido, líquido ou gasoso, ou por conversão de 
energia elétrica – e até a fissão nuclear: 
 
• Queima de combustível com oxigênio do ar (caldeiras 
convencionais) 
• Energia elétrica (caldeiras elétricas) 
• Reação nuclear (reator nuclear) 
 
Aplicações do vapor - A finalidade de se gerar o vapor veio da revolução 
industrial. No inicio aplicava-se na movimentação de máquinas e 
locomotivas. Atualmente, o vapor é também utilizado para a movimentação 
de equipamentos rotativos, na geração de trabalhos mecânicos. É uma 
importante na área industrial, presente em uma infinidade de processos e 
 
 
 
 
 
 
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segmentos. Em muitas regiões, o uso de vapor é imprescindível na geração 
de energia elétrica. 
a) Aquecimento; 
b) Acionamento de máquinas motrizes (turbinas e máquinas alternativas); 
c) Em processos industriais (indústrias de alimentos, bebidas, papel e 
celulose, têxtil, metalúrgica, Química); 
d) Esterilização; 
e) Geração de energia elétrica, etc. 
 
A aplicação do vapor é bastante abrangente, atendendo necessidades 
diversas em indústrias, hotéis e similares. Como exemplo, podemos citar: 
• Geração de energia elétrica nas usinas termelétricas e nucleares 
• Papel e Celulose 
• Açúcar e Álcool 
• Indústrias químicas e petroquímicas em geral 
• Refinarias de petróleo 
• Indústrias de suco de laranja e derivados 
• Frigoríficos abatedouros e laticínios; 
• Indústrias têxteis e de tintas/ vernizes; 
• Cervejarias e bebidas em geral; 
• Indústrias de processamento de madeira e borracha; 
• Navegação marítima, fluvial e submarina; 
• Diversas indústrias alimentícias e farmacêuticas, entre muitos outros. 
 
Tipos de vapores - O vapor é a água no estado gasoso. Existem 
basicamente dois tipos de vapor: 
 
• Vapor saturado: É um vapor “úmido”, contendo pequenas gotículas de 
água, sendo obtido da vaporização direta da mesma. Quando este tipo 
de vapor se condensa, cede calor latente. É usado para aquecimento 
direto ou indireto. 
 
• Vapor superaquecido: É obtido através do aquecimento conveniente 
do vapor saturado, resultando em um vapor seco. É usado para 
transferência de energia cinética, ou seja, para geração de trabalho 
mecânico (turbinas). 
 
 
 
 
 
 
 
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Combustível das caldeiras - Diversos combustíveis são usados para 
queima em caldeiras de produção de vapor. Os combustíveis utilizados são 
sólidos líquidos ou gasosos. E podem ser de origem fóssil, ou resíduos, ou 
ainda renováveis (bio gás, bio massa, etc.). 
• Combustível sólido; 
• Combustível líquido gasóleo; 
• Combustível gasoso gás natural, butano e propano; 
• Fontes elétricas; 
• Fontes de recuperação de calor. 
 
Critérios de projeto – O projeto de uma caldeira é o resultado de critérios 
específicos de estudos (Número de passes da caldeira; Compatibilidade 
caldeira/queimador; Superfície de aquecimento; etc.), principalmente quanto 
aos materiais de fabricação. As especificações de materiais para caldeiras 
são bastante rígidas, em função dos esforços a que estão sujeitos os 
equipamentos. 
 
 
 
 
 
 
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• Tubos: Geralmente de aço carbono comum, quando o meio não é 
agressivo.Conforme a agressividade do meio, empregam-se : aços liga 
(4 - 6% Cr); aços inoxidáveis (Cr-Ni ou Cr -Ni-Mo); latões (Cu-Zn), 
bronze (Cu-Sn);ligas de Cu-Ni, aluminio, duplex. 
• Casco: Geralmente é feito de aço carbono, em chapas, que são 
calandradas e soldadas, no caso de não haver tubo nas dimensões 
desejadas. 
 
Identificação das caldeiras - O equipamento e auxiliares devem ser 
identificados com uma placa de aço inoxidável. A caldeira deve ter gravado 
em sua placa os seguintes dados mínimos: 
a) Tipo; 
b) Fabricante (nome e endereço); 
c) Modelo/tipo e número de ordem dado pelo fabricante; 
d) Identificação do equipamento (TAG); 
e) Ano de fabricação; 
f) Norma: ”ASME-Seção I”; 
g) Máxima produção contínua de vapor (kg/h); 
h) Pressão normal de trabalho (kg/cm2man); 
i) Temperatura normal de trabalho (ºC); 
j) PMTA - pressão máxima de trabalho admissível (kg/cm2 man); 
l) Pressão de projeto (kg/cm2 man); 
m) Temperatura de projeto (ºC); 
n) Pressão de teste hidrostático (kg/cm2 man); 
o) Peso vazio (ton.); 
p) Peso cheio (ton.); 
q) Combustível principal; 
r) Superfície de aquecimento (m2). 
 
2.1. Tipos de caldeiras e suas utilizações. 
 
Há muitas são as formas de se classificar as caldeiras, tais como os vários 
aspectos indicados: 
• Classes de pressão ou pressão de serviço; 
• Grau de automação; 
• Tipo de energia empregada; 
• Tipo de troca térmica. 
 
 
 
 
 
 
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• Finalidade ou uso; 
• Fonte de aquecimento, 
• Conteúdo nos tubos, 
• Princípio de funcionamento, 
• Tipo de fornalha etc. 
• Tipo de montagem, 
• Modo de circulação de água, 
• Sistema de tiragem 
• Tipo de sustentação 
• Etc. 
 
Quanto à pressão de regime (Pressão de trabalho) - De acordo com as 
pressões de trabalho utilizado, as caldeiras podem ser classificadas, 
segundo a American Boiler Manufacturer and Affiliated Industries 
Association, em: 
• Baixa pressão: 100 - 400 psi ou 7 – 28 kg/cm2 
• Média pressão: 400 - 800 psi ou 28 – 57 kg/cm2 
• Alta pressão: 800 - 3.000 psi ou 57 – 212 kg/cm2 
 
Para os propósitos da NR 13, as caldeiras são classificadas em 3 categorias, 
conforme segue: 
 
• Caldeiras da categoria A - são aquelas cuja pressão de operação é 
igual ou superior a 1960 kPa (19,6 bar = 19,98 kgf/cm2). 
• Caldeiras da categoria C - são aquelas cuja pressão de operação é 
igual ou inferior a 58 kPa (5,8 bar = 5,9 kgf/cm2) e o volume interno é 
igual ou inferior a 100 litros. 
• Caldeiras da categoria B - são todas aquelas que não se enquadram 
nas categorias anteriores. 
 
Quanto à concepção do conteúdo que passa nos tubos - A classificação 
mais usual de caldeiras de combustão refere-se à localização de 
água/óleo/gases, conforme o que circula dentro dos tubos: 
• Flamotubulares (Fogotubulares, Pirotubulares) ou Tubos de água 
(ou de óleo) - A água anda dentro dos tubos e os gases quentes da 
combustão por fora. Os gases da combustão (gases quentes) circulam 
 
 
 
 
 
 
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no interior dos tubos que atravessam o reservatório de água a ser 
aquecida para produzir vapor, e a água fica por fora sendo aquecida e 
posteriormente vaporizada, no lado externo das tubulações. 
 
• Aquatubulares (Aquotubulares) ou Tubos de fumo ou Parede 
D'água - Os gases quentes da combustão circulam por dentro dos 
tubos e a água está por fora, circulando entre dos tubos. 
 
• Mistas – Há ainda caldeira de concepção mista, associando o conceito 
de flamutubular com o conceito de aquatubular. 
 
 
 
Setores de uma caldeira - Usualmente, podemos dividir os sistemas 
geradores de vapor em três setores distintos, que compreendem: 
 
• Seção pré-caldeira ou de pré-combustão: Seção que seção inclui 
todos os equipamentos e tubulações destinados ao acondicionamento 
da água antes da sua entrada na caldeira. 
 
 
 
 
 
 
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• Caldeira propriamente dita ou de combustão: Seção que é 
responsável pela geração de vapor pelo sistema. Parte do gerador de 
vapor que é responsável, propriamente dita, pela geração de vapor 
pelo sistema. Ex: A câmara de combustão é a região onde se dá a 
queima do combustível, com produção dos gases de combustão que 
fornecem calor à água. 
• Seção pós-caldeira ou de pós-combustão: Seção que seção inclui 
todos os equipamentos e tubulações após a caldeira, com exceção do 
aquecedor-desaerador. Os condutos para descarga dos gases e a 
chaminé não formam parte integral da caldeira, pois constituem 
construções independentes que são adicionadas ao corpo resistente 
da mesma, não estando expostas à pressão do vapor. Os condutos 
para descarga dos gases e a chaminé não formam parte integral da 
caldeira; constituem construções independentes que são adicionadas 
ao corpo resistente da mesma, não estando expostas à pressão do 
vapor. 
 
Lados de uma caldeira - Podemos também dividir as caldeiras em dois 
lados conforme a fase de operação: 
 
• Lado fogo: Lado que trabalha com combustível-ar-gás da combustão, 
também chamado de lado de fogo da caldeira. As entradas do lado de 
fogo da caldeira são o combustível e o ar de combustão necessário à 
queima deste combustível. Neste lado o combustível e o ar de 
combustão necessário à queima deste combustível são completa e 
cuidadosamente misturados, sendo em seguida queimados na câmara 
de combustão. A combustão converte a energia química do 
combustível em energia térmica. Este calor é transferido para o lado 
vapor-água para a geração de vapor. 
 
• Lado vapor-água: Lado que trabalha com vapor-água, também 
chamado de lado de água da caldeira. A entrada do sistema vapor-
água ou lado de água da caldeira é a água. Esta água recebe o calor 
de uma barreira de metal sólido, é aquecida, convertida em vapor e 
deixa o subsistema nesta forma de vapor. 
 
Subsistemas funcionais de uma caldeira – Uma unidade compacta de 
uma caldeira propriamente dita forma, geralmente, é apoiada sobre uma 
 
 
 
 
 
 
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única estrutura metálica adequada, do tipo “skid-mounted”, onde ficam 
dispostos também todos os equipamentos auxiliares. Tanto as caldeiras 
compactas ou não, o conjunto da caldeira propriamente dita e seus 
equipamentos auxiliares pode se subdivididas em subsistemas de acordo 
com a função que exercem: 
a) Corpo (costado, fornalha, espelho, tubos, isolantes, refratário); 
b) Sistema de partida; 
c) Sistemas de combustão; 
d) Sistemas de segurança e controle; 
e) Sistemas de alimentação de água; 
f) Sistemas de emergência; 
a) Sistemas elétricos de comando; 
b) Sistemas de tiragem forçada; 
c) Sistemas de escape de gases (dutos e chaminés); 
d) Acessórios; 
e) Equipamentos opcionais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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A caldeira pode ainda ter equipamentos de limpeza dos gases, tais como 
filtros, ciclones ou precipitadores eletrostáticos para captação de material 
particulado ou ainda lavadores de gases para captação de gases ácidos: 
SOx, NOx, etc. 
 
Componentes essenciais de uma caldeira - As unidades geradoras de 
vaporsão construídas de acordo com normas ou códigos vigentes no país e 
de forma a melhor aproveitar a energia liberada pela queima de um 
determinado tipo de combustível. As caldeiras de menor porte possuem 
apenas três partes essenciais que são: 
• Fornalha ou câmara de combustão; 
• Câmara de líquido; 
• Câmara de vapor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Componentes gerais de uma caldeira – As caldeiras mais modernas ou de 
maior porte são constituídos de uma associação de componentes mais 
complexa, cujos equipamentos a ela acoplados exercem outras funções, tais 
como: Superaquecedores, Economizadores, Aquecedor de ar, etc. Com a 
finalidade didática apresentamos a seguir uma relação geral de 
equipamentos que podem constituir um sistema gerador de vapor, não 
somente as partes indispensáveis ao processo fundamental de aquecimento de 
água suficiente para transformá-la em vapor, bem como os acessórios, 
equipamentos ou dispositivos que tenham por finalidade aumentar o rendimento, 
melhorar as condições de segurança, facilitar a continuidade de operação e o 
controle de regulação. 
 
Trajeto dos fluidos em uma caldeira – O ar, os combustíveis sólidos, os 
gases, e os vapores tem um percurso particular, característico dentro de 
cada caldeira: 
 
• Ar: Atmosfera → VENTILADOR → AQUECEDOR DE AR → FORNALHA 
 
• Combustível sólido: Estocagem → SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO → 
FORNALHA (queima) → gases quentes 
 
• Gases: FORNALHA → VAPORIZADOR → SUPERAQUECEDOR 
→ ECONOMIZADOR → AQUECEDOR DE AR → EXAUSTOR → CHAMINÉ → 
atmosfera 
 
• Água: TANQUE DE CONDENSADO → BOMBA → ECONOMIZADOR → 
VAPORIZADOR → vapor saturado 
 
• Vapor: BALÃO DE VAPOR → SUPERAQUECEDOR → aplicação 
 
Escolha do tipo de caldeira – A partir das características de cada aplicação 
faz-se a opção da caldeira ideal. A escolha da caldeira adequada é baseada 
nas características de pressão e produção da caldeira, bem como das 
exigências da aplicação do vapor. Via de regra, instalações de pequeno 
porte para vapor saturado ou uso exclusivamente para processo podem ser 
usadas caldeiras flamotubulares por serem mais baratas. Já para Unidades 
 
 
 
 
 
 
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de médio e grande porte ou acionamento de turbinas utilizam-se caldeiras 
aquotubulares, devido à necessidade de vapor superaquecido. 
Definição de caldeiras flamotubulares: São aquelas em que os 
gases provenientes da combustão "fumos" (gases quentes e/ou gases de 
exaustão) atravessam a caldeira no interior de tubos que se encontram 
circundados por água, cedendo calor à mesma. Abrange um grupo de 
caldeiras também conhecidas como Fumotubulares, Pirotubulares, Gás-
tubulares, Fogotubulares ou ainda, Tubos de Fumaça. São equipamentos 
derivados das caldeiras antigas. 
Capacidade de produção - Constitui a da grande maioria das caldeiras 
flamutubulares são utilizadas para pequenas capacidades de produção de 
vapor (da ordem de até 10 ton./h) e baixas pressões (até 10bar), chegando 
algumas vezes a 15 ou 20 bar. Modernamente podemos encontrar caldeiras 
deste tipo com capacidade superiores atingindo cerca de 30 40toneladas de 
vapor por hora e pressões próximas de 20 kg/cm2. 
Principais vantagens - As principais vantagens das caldeiras deste tipo são: 
Baixo custo de aquisição; São bastante robustas; De construção fácil, 
simples, com pouca alvenaria, de custo de montagem relativamente baixo; 
Baixo custo de manutenção, as quais se limitam a etapas de limpeza e troca 
de tubos. Exige tratamento de água menos apurado. Fácil manutenção ao que 
se refere limpeza e substituição dos dutos; Permitem tamanhos compactos 
para pequenas aplicações e fácil transporte desde a fábrica até o local de 
uso ou em futuras relocalizações. A operação é simples, com reduzido 
número de instrumentos de supervisão e de controle. Utilizam qualquer tipo 
de combustível, líquido, gasoso ou sólido; Melhor eficiência na troca de calor 
por área de troca térmica; Pelo grande volume de água que encerram, 
atendem também as cargas flutuantes, ou seja, aos aumentos instantâneos 
na demanda de vapor. 
Principais desvantagens - Como desvantagens, apresentam: baixo 
rendimento térmico; partida lenta devido ao grande volume interno de água; 
limitação de pressão de operação (máx. 15 kgf./cm² a 20 kgf./cm²); baixa 
taxa de vaporização específica (12 a 16 kg de vapor gerado/m²); capacidade 
de produção limitada; e dificuldades para instalação de economizador, 
superaquecedor e pré-aquecedor. O rendimento térmico da caldeira 
 
 
 
 
 
 
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flamotubular é normalmente mais baixo e o espaço ocupado por ela é 
proporcionalmente maior, embora atualmente já existam modelos compactos 
desse tipo de caldeira. São construídas para operar com pressões limitadas, 
pois as partes internas submetidas à pressão são relativamente grandes, 
inviabilizando o emprego de chapas de maiores espessuras. Sua aplicação é 
restrita apenas as operações que admitem o uso de vapor saturado. 
Aplicações - Apesar dessas restrições, seu emprego pode ser indicado de 
acordo com as necessidades particulares de cada processo industrial, sendo 
adequado para pequenas instalações industriais ou para pequenas para 
pequena capacidade produção toneladas por hora e baixa pressão superior à 
atmosférica. E, quando se quer apenas vapor saturado de baixa pressão. O 
uso das caldeiras flamotubulares é bastante utilizado em pequenas 
indústrias, hospitais, hotéis, para aquecimento interno, etc., em razão do seu 
baixo valor de investimento e da facilidade de manutenção, se comparada 
com as caldeiras aquatubulares. 
 
Configuração básica - A configuração básica é de um cilindro externo que 
contém água e um cilindro interno destinado à fornalha. Sua tiragem ou 
saída de gases é normal. A carcaça é construída de chapas que variam de 
espessura de acordo com o porte da caldeira, e a sua pressão pode variar entre 
5 a 20 kgf./cm2. Constituem de um vaso de pressão cilíndrico horizontal, com 
dois tampos planos (os espelhos) onde estão afixados os tubos e a fornalha 
As principais caldeiras horizontais apresentam tubulões internos: 
unitubulares ou multitubulares, nos quais ocorre a combustão e através dos 
quais passam os gases quentes. Podem ter de 1 a 4 tubulões por fornalha. 
 
 
 
 
 
 
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Podem ser de geradores de chama direta ou de chama de retorno. Os 
modelos mais modernos têm diversos passes de gases, sendo mais comum 
uma fornalha de dois passes de gases. A saída da fornalha é chamada 
câmara de reversão e pode ser revestida completamente de refratários ou 
constituída de paredes metálicas molhadas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Tipos de Caldeiras Flamutubulares - As caldeiras flamutubulares 
existentes no mercado abrangem vários modelos, desde as caldeiras de 
menor porte e até as modernas unidades compactas de maior porte. São 
vários os métodos de classificação das caldeiras flamotubulares (segundo o 
uso, a capacidade, a pressão, a posição da fornalha, a posição dos tubos, os 
tamanhos, etc.). Vamos considerar os a classificação mais comum: 
Caldeiras verticais e Caldeiras horizontais 
 
As caldeiras Verticais podem ser: 
• Com fornalha externa 
• Com fornalha interna 
 
As caldeiras Horizontais podem ser: 
• Com fornalha interna 
• Com fornalha externa 
• Unitubulares ou Multitubulares 
• Com uma tubulação central (Cornovaglia) 
• Com duas ou mais tubulações (Lancashire) 
 
 
 
 
 
 
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• Locomotivas e Locomoveis 
• Escocesas 
• Marítimas 
• Estacionárias/ Compactas 
 
As caldeiras flamotubulares apresentam as seguintes partes principais: 
corpo, espelhos, feixe tubular ou tubos de fogo e caixa de fumaça. O corpo 
da caldeira, também chamado de casco ou carcaça, é construído a partir de 
chapas de aço carbono calandradas e soldadas. Seu diâmetro e 
comprimento estão relacionados à capacidade de produção de vapor. As 
pressões de trabalho são limitadas (normalmente máximo de 20 kgf./cm²) 
pelo diâmetro do corpo destas caldeiras. Os espelhos são chapas planas 
cortadas em forma circular, de modo que encaixem nas duas extremidades 
do corpo da caldeira e são fixadas através de soldagem. Sofrem um 
processo de furação, por onde os tubos de fumaça deverão passar. Os 
tubos são fixados por meio de mandrilamento ou soldagem. O feixe tubular, ou 
tubos de fogo, é composto de tubos que são responsáveis pela absorção do 
calor contido nos gases de exaustão usados para o aquecimento da água. 
Ligam o espelho frontal com o posterior, podendo ser de um, dois ou três 
passes. A caixa de fumaça é o local por onde os gases da combustão fazem a 
reversão do seu trajeto, passando novamente pelo interior da caldeira (pelos tubos 
de fogo). Exemplo de uma caldeira flamutubular. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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01 - Base de aço pesada tipo Skid; 
02 - Queimador pressurizado com base própria; 
03 - Painel do queimador vedado para proteger o controlador de chama; 
04 - Queimador com versões a óleo, gás ou dual; 
05 - Portas dianteiras com isolação térmica/dobradiças capaz de acesso fácil 
para inspeção e limpeza dos tubos; 
06 - Construção de acordo com o código ASME; 
07 - Combinação de coluna d água, controle da bomba e sensor de nível 
baixo de água; 
08 - Dois pressostatos, um de operação e outro de segurança; 
09 - Tubos de 2½" para os modelos 300-1200, e 2”. 
10 - Ampla área de evaporação assegurando vapor seco de alta qualidade; 
11 - Jaqueta de aço bitola 22 com isolação espessa de fibra mineral para 
diminuir a perda de calor por radiação e proporcionando economia de 
combustível; 
12 - Duas válvulas de segurança no mínimo, de acordo com o código ASME 
e com a norma ABNT. 
13 – Olhais de içamento na parte superior da caldeira; 
14 - Saída dos gases em forma circular, com flange, localizado na parte 
superior trazeira da caldeira; 
15 – Sistema de 3 passes, com espaço e eficiência otimizados: 
16 - Câmara traseira 100% submersa em água, com aumento da área de 
transferência de calor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Definição de caldeiras aquatubulares - As Caldeiras Aquatubulares 
surgiram no final do século XIX e são também chamadas caldeiras de 
paredes de água ou de tubos de água. São as mais comuns em se tratando 
de unidades termoelétricas ou geração de energia elétrica em geral, exceto 
em unidades de pequeno porte. As aquatubulares surgiram da necessidade 
de caldeiras com maior rendimento, menos consumo, rápida geração e 
grandes quantidades de vapor. Baseados nos princípios da transferência de 
calor e na experiência com os tipos de caldeiras existentes, os fabricantes 
inverteram a forma de geração de calor, ou seja, os tubos de fogo foram 
trocados por tubos de água, o que aumentou muito a superfície de 
aquecimento, surgindo a caldeira aquatubular. 
 
Capacidade de produção - O projeto de caldeiras aquotubulares mostrou 
um ou mais coletores unidos por uma grande quantidade de tubos através 
dos quais circulava a mistura de água e vapor. O calor flui do exterior dos 
tubos para a mistura. Esta subdivisão das partes sob pressão tornou possível 
a obtenção de grandes capacidades e altas pressões. Com isso operam a 
 
 
 
 
 
 
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média e alta pressão, resultando em alta produção de vapor. A produção de 
vapor varia desde pequenos valores até capacidades da ordem de 800 ton. 
vapor/h, pressões de 150 a 200 kgf./cm2 e temperaturas de 450 a 500 oC. 
Existem também algumas unidades com pressões supercríticas, acima de 
250 kgf./cm2. 
 
Principais vantagens – Como vantagens, apresentam: 
• Alto rendimento térmico; 
• Altas pressões de operação; 
• Relativa facilidade de inspeção; 
• Relativa facilidade para instalação de economizador, superaquecedor e 
pré-aquecedor. 
 
Principais desvantagens – As principais desvantagens das caldeiras deste 
tipo são: 
• Custo de aquisição mais alto; 
• Custo de manutenção alto; 
• Exigem muita alvenaria; 
• Demorada a partida e a parada do equipamento. 
 
Aplicações - Possuem as mais variadas aplicações industriais sendo 
também usado para caldeiras de recuperação e aplicações marítimas, tipo 
este estudado com maiores detalhes por Engenheiros Navais, porém 
destacamos sua utilização em centrais térmicas onde trabalham com 
elevadas pressões de ate 200 kg/2 e capacidades atingindo valores de 
aproximadamente 800 t.v/h. Com respeito às grandes centrais térmicas, não 
e raro um alto consumo de combustível e por isto qualquer aumento de 
rendimento, por menor que seja, torna-se econômico mesmo se os 
investimentos aplicados forem grandes. 
 
Configuração básica - Estas caldeiras nada mais são que um feixe de 
tubos, constituindo a principal superfície de absorção de calor, ligados a dois 
tambores ou tubulões. Há vários tipos e tamanhos de caldeiras 
aquatubulares e variedades, tais como: caldeiras de passe único, sem 
tubulões; caldeiras de um tubulão com tubos retos; caldeiras com um, dois, 
ou três tubulões e tubos curvos. Os tubos estão dispostos na forma de 
paredes de água na fornalha da caldeira de modo a permitir a obtenção de 
 
 
 
 
 
 
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grandes superfícies de transferência de calor. A circulação da água no 
interior dos tubos pode ser do tipo natural, assistida ou forçada. Um cuidado 
especial deve ser tomado neste tipo de caldeiras com o tratamento da água 
devido à possibilidadede gerar incrustações no interior dos tubos e 
comprometer o funcionamento da caldeira. Podem ser do tipo compacto, 
podem ser do tipo montadas em campo, quando seu porte justificar sua 
construção no local de operação. 
 
Tipos de Caldeiras Aquatubulares - As caldeiras aquatubulares existentes 
no mercado abrangem vários modelos, desde as caldeiras de menor porte e 
até as modernas unidades compactas de maior porte. São vários os métodos 
de classificação das caldeiras aquatubulares. Vamos considerar quatro tipos 
básicos: 
• Com arranjo de tubos retos; 
• Com arranjo de tubos curvos; 
• De circulação natural; 
• De circulação forçada. 
 
As partes principais de uma caldeira aquatubular são: tubulão superior (ou 
tambor de vapor), tubulão inferior (ou tambor de lama), feixe tubular, parede 
de água, fornalha e superaquecedor, Outros equipamentos denominados 
como auxiliares ou periféricos ajudam a boa operação de uma caldeira, são 
eles: economizador, pré-aquecedor e soprador de fuligem. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CALDEIRAS MISTAS - A necessidade de utilização de combustíveis 
sólidos para caldeiras de pequena capacidade fez surgir uma solução híbrida 
que são as caldeiras mistas. Basicamente são caldeiras flamotubulares com 
uma antecâmara de combustão com paredes revestidas de tubos de água. 
Na antecâmara se dá a combustão de sólidos através de grelhas de diversos 
tipos possibilitando assim o espaço necessário para os maiores volumes da 
câmara de combustão necessários à combustão de sólidos, principalmente 
em grandes tamanhos, tais como lenha em toras, cavacos, etc., além da 
possibilidade de retirada de cinzas por baixo das grelhas (o cinzeiro). As 
caldeiras mistas não reúnem todas as vantagens da aquatubular, como a 
segurança, maior eficiência térmica, etc., porém, é uma solução prática e 
eficiente quando se tem disponibilidade de combustível sólido a baixo custo. 
Podem usar combustível líquido ou gasoso, com queimador apropriado. São 
equipamentos que apresentam relativa facilidade na construção e operação. 
Apresentam uma média produção de vapor de cerca de 3 até 25 ton./h sob 
pressão de operação – variando entre 15kgf/cm² a 30kgf/cm². 
 
2.2.3 - Caldeiras elétricas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2.2.4. Caldeiras a combustíveis sólidos. 
 
 
 
2.2.5. Caldeiras a combustíveis líquidos. 
 
Os combustíveis líquidos podem ser minerais ou não minerais. Os minerais 
são obtidos pela refinação do petróleo, destilação do xisto betuminoso ou 
hidrogenação do carvão. Dentre eles estão a gasolina, o óleo diesel e o óleo 
combustível. Os combustíveis líquidos são amplamente utilizados na indústria 
pela facilidade de armazenamento, operação e transporte, e os derivados de 
petróleo praticamente estão presentes na maioria das aplicações. Normalmente 
são os derivados de petróleo. São obtidos segundo uma destilação 
fracionada de petróleo. Em geradores de vapor normalmente são utilizados: 
• Óleo Diesel 
• Gasóleo 
• Óleo combustível 
 
 
 
 
 
 
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2.2.6. Caldeiras a gás. 
 
Os combustíveis gasosos têm aumentado sua aplicabilidade na indústria nacional, 
respondendo a demanda por fontes de energia mais limpas e 
eficientes. A limitação de seu crescimento está na disponibilidade e 
distância dos centros consumidores pela sua maior dificuldade de 
transporte, apesar de hoje este problema começa a ser solucionado. São 
pouco utilizados na geração de vapor em caldeiras. Temos como exemplo o 
gás natural de petróleo e o chamado gás natural, de resíduos orgânicos. 
Dentre os combustíveis gasosos artificiais, podemos citar os gás de 
iluminação, gás de água, gás de gasogênio, o gás liquefeito de petróleo e o 
gás de coque. 
 
2.2.7. Queimadores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2.3. Instrumentos e dispositivos de controle de 
caldeira. 
 
2.3.1. Dispositivo de alimentação. 
 
Dispositivos necessários – Há diversos dispositivos de alimentação que 
são importantes para o funcionamento de uma caldeira. 
 
Alimentação de água – Recomenda-se adotar, no mínimo, um sistema de 
bombeamento de água da caldeira deve ser composto de duas unidades 
independentes: 
 
• Unidade de funcionamento normal: Esta unidade é comandada 
automaticamente pelo nível de água da caldeira, caso necessário 
poderá ser ligado manualmente. Conforme o tamanho e o tipo de sua 
caldeira, ela será composta de uma ou duas bombas ligadas em paralelo. 
Na sucção da bomba teremos um filtro de água, a tubulação de 
alimentação de água deverá ser ligada a este filtro. 
 
• Unidade de emergência: Esta unidade só entrará em funcionamento, 
por ser inteiramente manual, para substituir, em caso de necessidade, a 
primeira. É composta de um injetor e uma bomba, dependendo do tamanho 
e da pressão da caldeira. 
 
O sistema de alimentação de água deve ser através de bomba centrífuga 
(sistema principal) e de injetor a vapor (sistema de emergência) e possuir 
controlador de nível máximo e mínimo de água de caldeira. Deve ser 
fornecida uma bomba para cada caldeira. 
 
A rede geral de alimentação de água – É uma tubulação que interliga o 
tanque geral de água à bomba de água, sempre que possível instalando um 
tanque de serviço entre os dois, para uma possível queda de pressão e 
aproveitamento do condensado. Esta rede deve possuir um número bastante 
reduzido de curvas e atender somente a este equipamento. O circuito de 
Convecção da Água pode ser por circulação forçada ou circulação natural. 
 
 
 
 
 
 
 
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Alimentação de combustível – Na maioria das caldeiras de pequeno porte, 
que utilizam combustíveis sólidos o abastecimento é feito de forma manual. 
Nas caldeiras a óleo, para evitar flutuação de carga, baixa temperatura de 
bombeamento, etc., a rede geral de óleo combustível não deve ser ligada 
diretamente à bomba de óleo e sim a um tanque de serviço que deverá ficar bem 
próximo à mesma, tendo antes do filtro da bomba uma válvula de gaveta e a linha 
de retorno com instalação livre. A finalidade da instalação do tanque de serviço 
é o aproveitamento do retorno do óleo pré-aquecido, não deixando que o 
mesmo resfrie. Quando o bombeamento é o do óleo diesel, o mesmo é feito sem 
que precise aquecer o óleo, pois já é fluido o bastante para pulverizar e queimar. 
 
Alimentação de energia elétrica – O sistema elétrico de comando é muito 
importante para as caldeiras que atuam sob comando automático. Para iniciar a 
operação, basta adicionar a chave de comando automático, ficando a caldeira apartir deste momento, operando automaticamente, segundo as necessidades. De 
forma geral recebe e colhem os impulsos fotoelétricos, mecânicos, elétricos e 
térmicos, determinando a sequencia das operações a serem mantidas. Em 
caldeiras mais simples a alimentação é manual. 
 
Alimentação para aproveitamento de condensado - Quando há 
aproveitamento de condensado, instala-se um tanque de serviço que é tanque 
próprio para receber condensado. 
 
2.3.2. Visor de nível. 
 
Conceito de nível - Chamamos de Nível é a altura do conteúdo de um 
reservatório que pode ser sólido ou líquido. O nível de água em uma caldeira 
é um dos principais parâmetros que garante o seu correto funcionamento. Se 
as superfícies metálicas expostas ao contato dos gases quentes estiverem 
banhadas pela água, nenhum dano ocorre ao equipamento, mas se o nível 
ultrapassar o limite mínimo ao estabelecido cria-se condições de ruptura das 
paredes metálicas ou, mesmo, de explosões, devido o superaquecimento da 
placa metálica, comprometendo a segurança da unidade. 
 
Recursos para medição de nível - Há três maneiras ou métodos de 
medição de nível: Direto, Indireto e Método Descontínuo. 
 
 
 
 
 
 
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• Medição direta - é a medição que tomamos como referência a posição 
do plano superior da substância medida que pode ser feita por meio 
de: 
a. Réguas ou gabaritos, 
b. Visores de nível, 
c. Boia ou flutuador. 
 
Visor de nível – Na maioria das aplicações costuma-se utilizar indicadores 
de nível/bloqueio que tem por objetivo indicar o nível de água dentro do 
tubulão de evaporação. Em geral, são constituídos por um vidro tubular ou 
uma garrafa de nível que através de sensores (eletrodos) internos, 
comandam os níveis alto e baixo no interior da caldeira, ligando e desligando 
a reposição de água. A primeira opção são os visores de nível que são 
constituídos por um vidro tubular. 
 
• Visor de nível - Em geral, são constituídos por um vidro tubular. É um 
tubo de vidro fixado na coluna de nível d’água cuja finalidade é determinar a 
altura exata em que se encontra a água da caldeira, está situado na faixa de 
separação vapor / água. Periodicamente, devemos acionar a válvula de 
dreno, para constatarmos que a altura marcada é a correta, servindo 
também para remover a sílica acumulada que costuma danificar os vidros. 
 
• Controle de nível com boia - É geralmente uma câmara ligada à 
caldeira e uma boia que por sua vez está ligada a uma chave que 
comanda o circuito elétrico da bomba de alimentação de água. 
 
Indicador de nível de água – é o aparelho que serve para indicar o nível de 
água tanto dos tanques de alimentação de reserva como da caldeira. De 
acordo com o seu posicionamento na instalação pode designar-se por: 
Indicador de nível local e Indicador de nível à distância 
 
 
 
 
 
 
 
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2.3.3 - Sistema de controle de nível. 
 
Descarga de fundo - Cada caldeira deve ser dotada de uma válvula de 
descarga de fundo do tipo “descarga rápida” e sistema para amostra (análise 
d’água) composto de válvula e recipiente com serpentina para resfriamento. 
A descarga de fundo da caldeira deve ser feita geralmente sobpressão. A pressão 
e a temperatura da água (acima da ebulição) poderão destruir o sistema de 
esgoto, por isso, recomenda-se instalar um tanque de descarga entre a caldeira e 
o esgoto, onde os golpes e a temperatura elevada da água serão eliminados. Em 
muitas caldeiras, principalmente as de menor porte, é suficiente instalar uma 
válvula de descarga rápida (válvula de fundo de caldeira) para se obtiver a 
extração de lodo e sais. Mas as caldeiras de maior porte requerem um dispositivo 
adicional para a dessalinização contínua e a automatização da válvula de 
descarga periódica. 
 
2.3.5. Dispositivos de segurança. 
 
Toda caldeira deve possuir dispositivos de segurança para proteger o 
pessoal e os equipamentos de possíveis falhas que ocorram durante seu 
funcionamento. Um dispositivo de segurança pode se apresentar de diversas 
formas, como um simples alarme, um bloqueio de algum componente da 
 
 
 
 
 
 
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caldeira, ou mesmo um desarme de toda a caldeira, parando de forma 
imediata a geração de vapor. Todos os dispositivos de segurança de uma 
caldeira devem estar em serviço durante a operação. A retirada de um 
dispositivo de segurança de serviço só poderá ser autorizada após minucioso 
estudo dos riscos envolvidos e da colocação em prática de técnicas que 
substituam temporariamente a proteção desativada. Há vários dispositivos de 
segurança obrigatórios ou opcionais que podem ser utilizados numa caldeira. 
• Proteção Contra a Pressão Elevada na Fornalha; 
• Proteção Contra Baixa Pressão ou Alta pressão do combustível; 
• Dispositivo de Proteção contra Baixa Vazão de Ar; 
• Proteção Contra Pressões Elevadas do Vapor; 
• Proteção contra o retorno do condensado; 
• Proteção contra perda de Nível das Caldeiras. 
Proteção Contra a Pressão Elevada na Fornalha - Algumas caldeiras 
possuem dispositivos para supervisão da pressão da fornalha e em alguns 
casos eles são calibrados para desarmarem a queima. A pressão da fornalha 
é um parâmetro muito importante para a qualidade da queima. Seu aumento 
pode ser causado por deficiência do sistema de tiragem da caldeira, variação 
muito brusca na taxa de queima sem a devida reação da cadeia de controle, 
bloqueio do fluxo de saída dos gases da fornalha, ruptura de tubos da parede 
de água. 
Proteção Contra Baixa Pressão ou Alta pressão do combustível - O 
controle da pressão adequada do combustível introduzido na caldeira é 
importante para que a reação de queima se processe de forma adequada. 
Os combustíveis líquidos quando em pressões demasiadamente baixas não 
atomizam totalmente, combustíveis gasosos em pressões muito elevadas 
provocam a perda de chama na saída do queimador. Em todas estas 
situações os riscos são grandes e a caldeira ou se for o caso o queimador, 
deve dispor de dispositivo de alarme e desarme. 
Dispositivo de Proteção contra Baixa Vazão de Ar - O fluxo de ar enviado 
para a caldeira deve ser adequado à quantidade de combustível a ser 
queimado. A insuficiência de vazão de ar fará com que parte do combustível 
saia da fornalha sem queimar provocando perda da eficiência do processo, 
depósitos, poluição ambiental, e riscos de explosões em dutos. As caldeiras 
 
 
 
 
 
 
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possuem dispositivos que poderão alarmar ou provocar o seu desarme. Caso 
isto ocorra, quer seja por falha no controle da vazão ou por falha no 
equipamento de insuflação de ar como os ventiladores forçados. 
Proteção Contra Pressões Elevadas do Vapor - Especificamente para este 
caso, todas as caldeiras devem possuir válvulas de segurança instaladas 
tanto no tambor superior, como nas saídas de vapor para os sistemas como, 
linhas de vapor principal, linha de vapor auxiliar, linha de vapor para os 
sopradores, etc. 
Proteção contra o retorno do condensado - Todas as caldeiras 
necessitam de sistema de purga que impede seu retorno