Geradores de vapor - caldeiras

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Geradores de vapor: caldeiras
Apresentação
Os geradores de vapor, também chamados de caldeiras, são equipamentos conhecidos desde a 
Revolução Industrial inglesa. Na realidade, há registros de equipamentos similares operando com 
vapor há mais de 2 mil anos. Apesar de antigos e muito conhecidos, os geradores de vapor foram 
atualizados ao longo do tempo, evoluindo e acompanhando a marcha tecnológica, chegando aos 
dias de hoje com um papel fundamental na sociedade. Muito além de equipamentos associados à 
poluição gerada pela queima de carvão em termelétricas, essas caldeiras permanecem sob o 
interesse de pesquisas atuais que usam calor geotérmico, ou solar, para converter vapor em energia 
elétrica, e parecem ser uma promessa de apoio na busca por uma matriz energética mais limpa. 
Os princípios de operação dos geradores de carvão são profundamente apoiados em conceitos da 
termodinâmica. Os projetos, muitas vezes complexos e grandiosos, buscam sempre elevar a 
eficiência dos ciclos, reduzindo perdas e diminuindo impactos no meio ambiente.
Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai aprender a classificar as caldeiras de acordo com seus 
aspectos principais, além de entender a que aplicação cada modelo se destina, conectando suas 
características aos princípios e propriedades termodinâmicos.
Bons estudos.
Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
Reconhecer as características das caldeiras.•
Relacionar os dados técnicos de caldeiras e a qualificação da água.•
 Analisar a eficiência das caldeiras.•
Desafio
A lenha e o óleo são combustíveis muito utilizados em caldeiras. Caldeiras de pequeno e médio 
porte, que fornecem vapor para processos industriais, frequentemente utilizam esses combustíveis. 
A lenha é também usada em caldeiras inseridas em processos de cogeração, em que o vapor é 
fornecido para o processo industrial e também para a geração local de energia elétrica por meio de 
uma turbina de vapor. 
Apesar de serem combustíveis baratos, seu impacto no meio ambiente tem levado algumas 
indústrias a optar por um combustível mais limpo, o gás natural. A conversão de uma caldeira a 
lenha ou a óleo para gás natural é possível, desde que observados diversos aspectos técnicos.
Suponha que você foi contratado para fazer uma consultoria para uma empresa de sua cidade 
sobre a conversão de uma caldeira flamotubular.
Aponte a câmera para o 
código e acesse o link do 
conteúdo ou clique no 
código para acessar.
https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/87df0798-6d38-4f9f-b1ef-9e7e3531a479/90e54f5d-c6a2-4f56-9c72-b55d8256d678.png
 
Assim, com base nos dados da tabela, determine os parâmetros a serem apresentados ao cliente:
a) Eficiência da caldeira operando com óleo.
b) Percentual da energia inserida na caldeira para pré-aquecer a água de alimentação.
c) Consumo esperado de gás natural para atender ao consumo de vapor da planta, considerando 
uma eficiência da caldeira de 70%.
Infográfico
vPor serem equipamentos que operam com grandes volumes de vapor a alta temperatura e 
pressão, os geradores de vapor representam um perigo potencial para as vizinhanças de sua 
localização. Ao longo da história, muitos acidentes envolvendo caldeiras já foram registrados e a 
morte de operadores e pessoas próximas comprova o risco desses empreendimentos. 
Veja, no Infográfico, os principais equipamentos e dispositivos adotados para garantir a operação 
segura de geradores de vapor.
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Conteúdo do livro
De forma mais básica, geradores de vapor têm como objetivo transferir para água líquida o calor 
proveniente de outra fonte. Essa transferência de calor promove a evaporação da água para 
posterior utilização. Embora o objetivo básico seja comum, existem vários modelos de geradores de 
vapor com características construtivas diferentes que se apoiam em princípios de operação 
distintos. 
Apesar de os modelos construtivos serem variados, alguns princípios são comuns a todos os tipos 
de caldeiras. É o caso, por exemplo, do tratamento da água a ser utilizada na vaporização. Esse e 
outros procedimentos de manutenção acabam sendo muito similares, independentemente do tipo 
ou da escala do gerador. Questões como determinação da eficiência e fontes de perdas envolvidas 
na conversão de energia também são parecidas entre os diferentes modelos.
No capítulo Geradores de vapor: caldeiras, da obra Máquinas térmicas, base teórica desta Unidade 
de Aprendizagem, você vai conhecer as características técnicas dos modelos mais comuns de 
geradores de vapor, as caldeiras flamotubulares e aquatubulares. Entenda suas aplicações e 
princípios de operação.
Boa leitura.
MÁQUINAS TÉRMICAS
Conrado Ermel
Geradores de vapor: 
caldeiras
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Reconhecer as características das caldeiras.
 � Relacionar os dados técnicos de caldeiras e qualificação da água.
 � Analisar a eficiência das caldeiras.
Introdução
Não há uma definição universal sobre o equipamento conhecido como 
caldeira. Esse dispositivo, também conhecido como gerador de vapor, 
possui várias definições, apesar de fazer parte do cotidiano industrial. 
Pode-se dizer que uma caldeira é um equipamento cuja finalidade é 
gerar vapor de água a partir de seu estado líquido, recebendo energia 
de uma fonte externa.
É importante entender que a caldeira pode ser vista como um con-
junto, como no caso de uma caldeira que queima carvão ou lenha, 
ou apenas como o sistema que transfere calor de uma fonte qualquer, 
produzindo vapor. Essa diferenciação é importante, pois, a partir dela, 
tem-se a clareza de que o equipamento gerador de vapor pode ser 
operado com diferentes combustíveis. Caldeiras são utilizadas em plantas 
termelétricas movidas a carvão, gás natural ou energia nuclear e também 
transformam em eletricidade a energia recebida de fontes geotérmicas, 
biomassa ou parques de energia solar térmica. 
Neste capítulo, você vai estudar os diferentes modelos e classifica-
ções de caldeiras, como as caldeiras flamotubulares e aquatubulares, 
verificando os seus aspectos comuns e as suas diferenças. 
1 Aspectos gerais de caldeiras
As caldeiras são dispositivos de alta complexidade e, por lidarem com vapor 
de água sob alta pressão e alta temperatura, são instalações de alta periculo-
sidade. Esses equipamentos apresentam variadas características construtivas, 
que diferem de modelo para modelo. Entretanto, algumas características são 
comuns a todas as caldeiras — algumas dessas características serão apresen-
tadas nesta seção.
Classificação de caldeiras
Existem diversos modelos de caldeiras, desenvolvidos para atender a aplica-
ções específicas, mas, em linhas gerais, é possível classificar as caldeiras com 
base em algumas de suas características principais. Caldeiras são o coração 
de plantas termelétricas e diversos outros segmentos da indústria. Segundo 
Woodruff, Lammers, H. e Lammers, T. (2014), elas convertem energia prove-
niente de quatro fontes de energia básicas: energia química de combustíveis 
fósseis, energia nuclear, e a partir da fissão ou da fusão de átomos. Assim, as 
caldeiras podem se destinar a suprir três demandas principais:
1. aquecimento ou fornecimento de calor para processador;
2. geração de energia elétrica;
3. movimentação de máquinas e motores (motores de barcos e navios, 
por exemplo).
Essa definição é um pouco mais ampliada sob a visão de Rayaprolu (2009), 
que classifica as caldeiras segundo diversos aspectos. A Figura 1 apresenta 
algumas dessas classificações.
Geradores de vapor: caldeiras2
Figura 1. Classificações de caldeiras quanto aos seus diferentes aspectos.
Fonte: Adaptada de Rayaprolu (2009).
Quanto à disposiçãodo sistema de água e do compartimento da fonte 
quente, há dois grandes grupos de caldeiras: as flamotubulares e as aquatubu-
lares. Elas abrangem diferentes formas de acomodar a transferência de calor 
para a água e, por serem muito relevantes, serão tratadas nas seções seguintes. 
A forma de alimentação também é utilizada como uma forma de classificação 
de caldeiras, sendo que o sistema de alimentação é naturalmente dependente 
do combustível utilizado. Nesse quesito, caldeiras são bastante flexíveis, pois 
necessitam apenas de uma fonte de calor capaz de fornecer energia suficiente 
para mudar o estado da água para vapor. Por esse motivo, podem operar com 
uma grande variedade de combustíveis e fontes de calor, como é o caso de 
plantas geotérmicas e usinas térmicas solares.
3Geradores de vapor: caldeiras
Potter e Somerton (2017) apresentam uma importante classificação de cal-
deiras que está relacionada com a pressão de operação do fluido de trabalho 
e afeta diretamente o estado do fluido. Ciclos termodinâmicos operando em 
pressões inferiores a 200 bar são denominados subcríticos. Em faixas de 
pressão entre 200 e 300 bar, o ciclo passa a ser chamado de supercrítico, e, 
quando a pressão de trabalho passa de 300 bar, temos o ciclo ultra-supercrítico.
Uma classificação não tão usual pode ser discutida em relação à utilização 
da caldeira, sendo ela dividida entre industrial, caldeira de utilidade e caldeira 
nuclear. Segundo Rayaprolu (2009), outra classificação prática, muito utilizada, 
se refere ao sistema de montagem das caldeiras. Sob esse aspecto, as caldeiras 
podem ser classificadas em caldeiras prontas (em inglês, package boilers) 
ou caldeiras montadas no local (em inglês, field-erected boilers). A primeira 
é fornecida ao cliente, já totalmente montada, pronta para ser instalada no 
local de operação. Esse tipo geralmente é utilizado para caldeiras de pequeno 
porte. O segundo tipo, geralmente referente a caldeiras de médio e grande 
porte, tem suas peças fabricadas previamente, para posterior montagem da 
estrutura e dos equipamentos da caldeira diretamente no lugar de operação.
Na Figura 2, são apresentadas as faixas de operação de cada tipo de caldeira 
em função da pressão de operação e da capacidade de geração. Dentro de 
todo o espectro apresentado na Figura 2, ressaltam-se as caldeiras flamotu-
bulares, muito comuns em indústrias de pequeno e médio porte, de diversos 
segmentos, sendo usadas para fornecer vapor saturado à unidade industrial. 
Tem-se também em destaque a região de operação de caldeiras subcríticas 
de combustível pulverizado (PF, do inglês pulverised-fuel), operando com a 
finalidade tanto de gerar energia elétrica como de atender à demanda de vapor 
para determinados processos no parque industrial. A sigla CFBC (do inglês 
circulating fluidized bed boilers) se refere às caldeiras com leito fluidizado 
circulante, enquanto a sigla BFBC (do inglês bubbling fluidized bed combus-
tion) se refere às caldeiras com combustão em leito fluidizado borbulhante. 
No campo de caldeiras supercríticas e ultra-supercríticas (não apresentadas 
na figura), temos exclusivamente caldeiras operando com o objetivo de gerar 
energia elétrica — ou seja, centrais termelétricas.
Geradores de vapor: caldeiras4
Figura 2. Tipos de caldeiras em relação à faixa de pressão de operação e sua capacidade 
de geração de vapor.
Fonte: Adaptada de Rayaprolu (2009).
Compreender as motivações para o desenvolvimento dos equipamentos a vapor e 
o seu aperfeiçoamento, conhecendo o contexto local e cronológico, é uma forma 
interessante de se analisar a evolução desses equipamentos. Assista ao vídeo intitulado 
“A História das máquinas térmicas e termodinâmica — Ciência com um Q de História”, 
do canal Ciência do Q? no YouTube, e conheça a história de diversas máquinas térmicas 
e caldeiras, bem como sua relação com a termodinâmica.
5Geradores de vapor: caldeiras
Aplicações dos modelos de caldeiras
Pode-se encontrar caldeiras aquatubulares em empreendimentos de variadas 
proporções. Não há limitação da capacidade de produção de vapor inerente 
à característica construtiva (SABET, 2016). Essas caldeiras são aplicadas, 
em grande parte, em centrais térmicas, operando com ciclo Rankine, para 
gerar energia elétrica, como mostra a Figura 3. A letra (a) corresponde ao 
circuito termo-hidráulico do ciclo, (b) é a área de combustão da caldeira, 
juntamente com a destinação dos gases de combustão; a área (c), apesar de 
também ser denominada circuito termo-hidráulico, é tratada separadamente, 
pois envolve circuitos complexos para tratar a água de resfriamento. O gerador 
elétrico (d) é acoplado diretamente ao eixo da turbina a vapor, para diminuir 
perdas mecânicas.
Figura 3. Esquema simplificado dos componentes de uma planta termelétrica a vapor.
Fonte: Adaptada de Moran et al. (2018).
Geradores de vapor: caldeiras6
Certamente, o ciclo Rankine é o mais utilizado em centrais termelétricas. Seu nome é 
uma homenagem à pessoa que calculou pela primeira vez o valor do máximo trabalho 
que poderia ser extraído de um ciclo operando entre os limites de uma caldeira e um 
condensador: William John Macquorn Rankine.
Por outro lado, caldeiras flamotubulares se destinam à geração de vapor 
saturado, para atender à demanda de utilidades como vapor e água quente para 
processos industriais (TEIR, 2003). Podemos encontrar caldeiras flamotubula-
res em segmentos variados, como a indústria de alimentos (laticínios, bebidas, 
frigoríficos, entre outros). Esse tipo de indústria utiliza o vapor saturado para 
fins de aquecimento e também para limpeza de equipamentos e ambientes. 
Na indústria de alimentos, grande parte da utilização do vapor é dedicada 
a sistemas de aquecimento indireto. Nesse caso, o fluido de trabalho, o vapor, 
não entra em contato direto com o alimento. Trocadores de calor, geralmente 
construídos em aço inox, promovem a troca de calor dentro de tanques e rea-
tores, garantindo, assim, os níveis de cuidado sanitário e higiene necessários. 
Em casos em que a injeção de vapor é feita diretamente no alimento, caldeiras 
dedicadas são utilizadas. De acordo com Lewis e Heppell (2000), nesses 
sistemas de distribuição de vapor, existem cuidados especiais em relação ao 
tratamento da água, para evitar corrosão e detritos na linha de vapor. É comum 
nessas aplicações a utilização de caldeiras elétricas dedicadas.
Cada fabricante de caldeira adota seus procedimentos de segurança e 
seu know-how tecnológico. Em linhas gerais, muitos utilizam as normas 
americanas da American Society of Mechanical Engineering para balizar 
seus projetos. A inspeção de caldeiras industriais também é uma atividade de 
grande importância, pois ela garante condições de operação seguras. No Brasil, 
a Norma Regulamentadora R-13 dispõe sobre caldeiras e vasos de pressão. Ela 
discrimina os procedimentos adequados e os formulários a serem preenchidos e 
também indica quais profissionais têm habilitação para desempenhar a função 
de inspetor de vasos de pressão.
7Geradores de vapor: caldeiras
Processos industriais que requerem vapor saturado são caracterizados por 
variações no perfil de consumo. Conforme apresentado por Teir (2003), essa 
característica é muito bem atendida por caldeiras flamotubulares, tornando 
esse tipo de caldeira muito popular na indústria. Seus custos de instalação 
e manutenção são muito menores, se comparados aos custos de caldeiras 
aquatubulares. Porém, sua utilização acaba sendo limitada a indústrias com 
pequeno consumo de vapor. Esse tipo de caldeira não é encontrado atualmente 
em plantas de geração de energia elétrica.
2 Dados técnicos e qualificação da 
água de caldeiras
Caldeiras são suscetíveis às condições ambientais, especialmente às condições 
de tratamento da água utilizada. Assim, é necessário entender o princípio 
de funcionamento de cada modelo de caldeira e como isso torna a caldeira 
vulnerável a diversos problemas de manutenção.
Aquatubular: princípio de funcionamentoDe acordo com Sabet (2016), geradores de vapor aquatubulares são aqueles em 
que a água está contida dentro dos tubos, enquanto a combustão e a passagem 
dos gases à alta temperatura ocorrem do lado de fora dos tubos. Sob o ponto 
de vista da transferência de calor, caldeiras aquatubulares são o oposto de 
caldeiras flamotubulares. Entretanto, as diferenças das caldeiras aquatubulares 
em relação às flamotubulares, que são os geradores de vapor mais populares 
na indústria, são muito mais expressivas.
Geradores de vapor: caldeiras8
A função de uma caldeira aquatubular, assim como de qualquer outra 
caldeira, é transferir energia térmica proveniente de alguma fonte para o fluido 
de trabalho. A fonte de energia abrange combustíveis fósseis, líquidos, sólidos 
e gasosos, além de fontes geotérmicas, energia solar térmica ou rejeito de calor 
de outros processos. Em todos os casos, a fonte de calor está na parte externa 
dos tubos que conduzem a água. Assim, ocorre o processo de evaporação 
gradual da água, que é posteriormente extraída de um reservatório situado 
na parte superior da caldeira (TIER, 2003). 
Conforme apresentado na Figura 4, existem duas correntes principais nas 
caldeiras aquatubulares. A primeira é a corrente dos gases de combustão, que 
é a fonte de calor do processo. A outra grande corrente é o circuito de água. 
Assim, a caldeira pode ser vista como um grande trocador de calor, em que a 
evaporação da água ocorre dentro dos tubos, com três etapas, denominadas 
evaporação nucleada, zona de transição e evaporação de filme, conforme 
apresentado por Buecker (2002) e mostrado na Figura 4c.
A Figura 4b apresenta apenas uma simplificação do processo. Caldeiras 
aquatubulares são equipamentos complexos, que possuem inúmeros trocadores 
de calor, bombas e sistemas de segurança. A Figura 4a dá uma noção mais 
realista de uma caldeira aquatubular que opera com combustível pulveri-
zado. Nesse caso, ela possui sistema de aquecimento de ar, economizador e 
superaquecedor. 
As paredes de água promovem a evaporação da água, que retorna ao 
tubulão superior em sua fase gás. Nesse processo contínuo, segundo Buecker 
(2002), água e vapor são separados no tubulão, e o vapor saturado seco é, 
então, forçado a passar por uma série de trocadores de calor, que levam o 
fluido ao estado de vapor superaquecido. Dessa forma, ele pode ser expandido 
em uma turbina a vapor, garantindo que não haja formação de condensado 
e, consequentemente, danos nas palhetas da turbina. Após vários estágios de 
expansão, o vapor condensado retorna para o sistema de abastecimento de 
água, reiniciando o seu ciclo.
9Geradores de vapor: caldeiras
Figura 4. Caldeira aquatubular. (a) Caldeira aquatubular com combustível pulverizado, 
aquecedor de ar, economizador e superaquecedor (SH = superaquecedor, do inglês su-
perheater; AH = preaquecedor, do inglês air heater; RH = reaquecedor, do inglês reheater; 
ECON = economizador). (b) Diagrama simplificado das correntes quente e fria. (c) Etapas 
da evaporação da água dentro do tubo (DNB = transição da zona de nucleação, do inglês 
departure from nucleate boiling).
Fonte: a) Adaptada de Rayaprolu (2013); b) Sarkar (2015, p. 57); c) Buecker (2002, p. 29).
(a)
(b) (c)
Geradores de vapor: caldeiras10
Características técnicas
As caldeiras aquatubulares podem ser aplicadas em pequena, média e grande 
escala, mas são muito comuns em empreendimentos de grande porte, tendo 
como objetivo gerar vapor superaquecido para posterior expansão em turbinas. 
Há uma grande variedade de modelos construtivos de caldeiras aquatubulares. 
O princípio de operação das caldeiras aquatubulares é o mesmo, porém, sua 
forma construtiva pode variar significativamente em relação à combustão 
utilizada ou em relação ao circuito termo-hidráulico (sistema água/vapor). 
A combustão de combustíveis pulverizados, muito comum nesse tipo de 
caldeira, é obtida por meio da moagem do combustível (usualmente carvão) 
e da posterior pulverização do combustível em pó (ANNARATONE, 2008).
O carvão é reduzido a partículas que podem variar de 55 a 100 micro-
metros. Uma parcela da energia inserida no ciclo é destinada aos moinhos, 
equipamentos de grande porte e difícil manutenção. A injeção de carvão 
pode ser feita em um esquema de queima frontal, ou queima tangencial. 
A câmara de combustão é revestida de tubos de água, que formam a chamada 
parede de água, onde ocorre a transferência de calor para gerar o vapor, como 
mostrado na Figura 5.
Figura 5. Paredes de água de uma caldeira aquatubular em estágio de montagem. (a) Visão 
geral. (b) Detalhe do nicho para inserção do queimador.
Fonte: Teir (2003, p. 58).
(a) (b)
11Geradores de vapor: caldeiras
Outro ponto de projeto que pode diferir em caldeiras aquatubulares está 
relacionado à forma de circulação da água nos dutos. Segundo Woodruff, 
Lammers, H. e Lammers, T. (2004), a classificação em relação a essa carac-
terística pode ser dividida entre esquema de circulação natural e esquema de 
circulação forçada. Na circulação natural (Figura 6a), a bomba de alimentação 
apenas garante a manutenção do nível de água do tubulão, à medida que ele 
diminui em função do consumo de vapor. A circulação natural ocorre devido 
à variação da massa específica da água, à medida que ela recebe o calor da 
fornalha. O vapor de água, apresentando massa específica muito menor do 
que a água líquida, tende a retornar ao tubulão superior naturalmente. Essa 
circulação, então, ocorre de forma permanente durante a operação da caldeira. 
Na prática, segundo Teir (2003), a pressão no sistema deve ser menor do que 
170 bar para que haja uma circulação adequada. No esquema de circulação 
forçada (Figura 6b), uma segunda bomba promove a circulação da água, 
acelerando seu retorno ao tubulão superior (BUECKER, 2002).
Figura 6. Esquemas de circulação de água em uma caldeira aquatubular. (a) Circulação 
natural. (b) Circulação forçada.
Fonte: Adaptada de Teir (2003).
(a) (b)
Tubulão
secundário
Geradores de vapor: caldeiras12
O Quadro 1 apresenta uma comparação entre as vantagens e desvantagens 
desses dois sistemas, com base em Teir (2003).
Fonte: Adaptado de Teir (2003).
Circulação natural Circulação forçada
Vantagens � Mais tolerante a impurezas 
na água.
 � Menor consumo de 
energia (bombas).
 � Grande reservatório de 
água, o que facilita a 
estabilidade de controle 
(inércia térmica).
 � Tubos com diâmetros 
menores.
 � Flexibilidade no desenho 
construtivo.
 � Não depende da massa 
específica da água.
Desvantagens � Vazão menor, logo, as 
dimensões da caldeira 
precisam ser muito 
grandes.
 � Dimensionamento mais 
criterioso.
 � Apenas ciclos subcríticos 
(< 170 bar).
 � Maior consumo de 
energia.
 � Não adequada para 
variações bruscas no 
consumo de vapor.
 � É necessário um tubulão 
de vapor dedicado, que 
apresenta custo elevado.
Quadro 1. Comparação entre o esquema de circulação natural e forçada
Flamotubulares: princípio de funcionamento
Caldeiras flamotubulares são assim chamadas por sua característica construtiva, 
em que feixes de tubos são dispostos dentro de um reservatório de água. Como 
os tubos estão imersos, seu lado externo está em contato com a água, enquanto 
o lado interno é percorrido pelos gases de combustão. Em geral, são caldeiras 
de pequeno e médio porte, utilizadas na maioria dos processos industriais 
para fornecer vapor saturado, além de água quente (ANNARATONE, 2008). 
O arranjo construtivo de caldeiras flamotubulares é concebido de forma que 
um grande vaso de pressão age como um reservatório que contém a mistura 
água-vapor, como mostra a Figura 7. A combustão que ocorre na câmara 
gera gases de combustão quentes, que transferem energia para o líquido que 
o rodeia, através dos tubos de passagem.
13Geradores de vapor: caldeiras
Figura 7. Diagrama de funcionamento de uma caldeira flamotubular de passe simples.
A denominação flamotubular é oriunda exatamente do fato de os tubos 
conterem, em seu interior,os gases quentes e, em sua parte externa, a água. 
O queimador, geralmente operando com óleo ou gás natural, permite a formação 
de uma chama quase horizontal, que percorre boa parte do tubo de chama, 
ou câmara de combustão. A Figura 8 mostra o resultado de uma simulação 
numérica computacional indicando o campo de temperatura esperado, dando 
uma noção do formato de chama dentro da câmara de combustão de uma 
caldeira de três toneladas de consumo de vapor por hora.
Figura 8. Campo de temperatura de uma simulação computacional da combustão de 
óleo na câmara de uma caldeira flamotubular com produção de 3.000 kg/h de vapor, 
a uma pressão de trabalho de 10 bar.
Geradores de vapor: caldeiras14
No anteparo existente na outra extremidade da caldeira, os gases de com-
bustão à alta temperatura são direcionados ao feixe de tubos que os conduz 
até a chaminé. Durante todo o caminho percorrido, a transferência de energia 
para a água força a formação de vapor saturado na camada superior da caldeira. 
O vapor é extraído pela tomada superior, indicada na Figura 7. 
Características técnicas
De acordo com Rayaprolu (2013), caldeiras flamotubulares são adequadas para 
utilização apenas com combustíveis limpos, como é o caso do gás natural ou do 
óleo. A estrutura interna por onde os gases de combustão circulam é complexa 
e naturalmente acumula sujeiras e incrustações. As constantes mudanças de 
direção e os pequenos diâmetros dos tubos demandam uma rotina frequente 
de manutenção dessas caldeiras. O formato cilíndrico, característico das 
caldeiras flamotubulares, tem sua origem no conceito de se ter um grande 
reservatório de mistura líquido-vapor à alta pressão. Sendo um vaso de pres-
são, o formato cilíndrico garante uma distribuição homogênea das tensões e 
auxilia na integridade estrutural da caldeira. Soldas e acessos devem seguir 
normas de segurança criteriosas (SARKAR, 2015).
Combustíveis com alto nível de particulado ou formação de fuligem, como 
carvão, lenha ou mesmo biomassa, não podem ser utilizados, em função 
da maior exigência de manutenção. Outra questão importante envolvendo 
caldeiras flamotubulares é o poder calorífico do combustível utilizado. Esse 
tipo de caldeira apresenta dimensões reduzidas, assim, a área de transferência 
de energia dos gases para a água não é grande. Dessa forma, é necessário que 
a combustão esteja contida na região da câmara de combustão, ou tubo de 
chama, para que, ao chegar no anteparo da outra extremidade, apenas gases 
de combustão sejam transportados. 
Segundo Rayaprolu (2013), caldeiras flamotubulares são projetadas para 
atenderem a consumos de vapor de até 35 toneladas por hora e pressões de 
trabalho menores do que 25,3 Bar ou 2,53 MPa. A geometria desses geradores 
de vapor é tradicionalmente tubular, disposta no sentido horizontal, como 
mostrado na Figura 7. Entretanto, caldeiras de pequeno porte podem ter seu 
arranjo construtivo no sentido vertical. 
O design das caldeiras flamotubulares acaba dificultando o investimento em 
segurança de operação. Por se tratar de um reservatório grande, esse vaso de 
pressão contém uma grande quantidade de vapor saturado e pode representar 
grande risco de morte aos operadores, no caso de um acidente. Por ser uma 
caldeira de baixo custo, compacta, de rápida produção, alguns fabricantes 
15Geradores de vapor: caldeiras
podem não destinar a qualidade necessária para que esse equipamento suporte 
adequadamente as condições de operação.
A característica construtiva de caldeiras flamotubulares faz com que o 
grande reservatório de água seja também um grande reservatório térmico. 
Dessa forma, esse tipo de caldeira consegue suportar grandes variações no 
consumo instantâneo de vapor (TEIR, 2003). Em geral, esse tipo de caldeira 
tem uma vida útil esperada de 25 anos, sendo que há registros de operação de 
caldeiras com mais de 75 anos. Além das rotinas de manutenção necessárias, 
o tratamento da água de alimentação é um dos pontos-chave para garantir o 
bom funcionamento do equipamento.
Caldeiras flamotubulares de médio e grande porte são montadas no local 
final de instalação. Para atender a demandas menores, alguns fabricantes 
oferecem uma solução de montagem compacta. Essa solução reduz drasti-
camente o tempo e os custos de montagem e comissionamento da caldeira. 
Caldeiras desse tipo também representam menor investimento inicial. Os 
testes de qualidade são realizados no próprio fabricante, e, depois de entregue, 
é necessário conectar o equipamento às linhas de vapor, água e energia elétrica, 
para o sistema de controle. Todavia, conforme Teir (2003), elas necessitam de 
intervalos menores de manutenção e limpeza, para garantir a disponibilidade 
e a vida útil.
Tratamento da água de caldeira
Independentemente do tipo de caldeira com que se esteja trabalhando, 
os cuidados com o tratamento da água de alimentação que será transformada 
em vapor são comuns. A água captada da natureza carrega consigo muito 
mais do que moléculas de H2O. Inúmeros minerais, impurezas e componentes 
dissolvidos se encontram nela e são imperceptíveis ao olho humano quando a 
água se encontra em seu estado líquido, sob pressão atmosférica e temperatura 
ambiente. Porém, quando é aquecida e transformada em vapor saturado ou 
vapor superaquecido, esses componentes podem se tornar um grande problema 
para a operação de caldeiras (SABET, 2016).
O tratamento de água para caldeiras é um assunto muito importante, e cada 
uma das diversas fases em que a água se encontra recebe uma denominação 
específica, como descrito a seguir (RAYAPROLU, 2013).
 � Água bruta: recém captada, sem tratamento.
 � Água tratada: recebe cuidados iniciais.
 � Água abrandada: tratamento da dureza da água.
Geradores de vapor: caldeiras16
 � Condensado: retornado do processo (sem misturas).
 � Água desmineralizada: quase totalmente livre de sólidos dissolvidos.
 � Água de alimentação: mistura pronta para entrar na caldeira.
 � Água da caldeira: água dentro da caldeira.
 � Água de reposição: adicionada para repor perdas.
Três processos recebem uma atenção especial em se tratando de cuidados 
com a água utilizada em caldeiras: desaeração, condicionamento da água e 
do vapor e carryover. A desaeração visa a diminuir os níveis de oxigênio 
dissolvido na água. O condicionamento se refere aos diversos parâmetros e 
componentes existentes na água não tratada. Carryover é um termo em inglês 
que define o fenômeno de arraste de partículas de impurezas para fora do 
reservatório de água da caldeira.
Diversas propriedades da água devem ser controladas em todas as etapas 
mostradas anteriormente. Algumas das principais impurezas encontradas 
na água são listadas no Quadro 2, assim como os seus efeitos e a forma de 
tratamento.
Item Descrição Efeito Tratamento
Dureza Ca, Mg e sais: 
CaCO3
Incrustação ABR, DM, limpeza 
e agentes de 
superfície
Alcalinidade HCO, CO3, OH, 
CaCO3
Espuma, transporte 
de particulado, cor-
rosão em linhas com 
condensado (CO2)
ABR, DM, HX, AX
Ácidos livres HCK, H2SO4, 
CaCO3
Corrosão NA
CO2 Corrosão em linhas 
com condensado
Aeração, 
desaeração, NA
SO4
-a Incrustação (CaSO4) DM
Cl-1 Aumento da corrosão DM
Na+1 Corrosão (OH) DM
Quadro 2. Impurezas encontradas na água, seus efeitos e tratamento
(Continua)
17Geradores de vapor: caldeiras
Fonte: Adaptado de Rayaprolu (2003).
Item Descrição Efeito Tratamento
SiO2 Incrustação AX na DM
Fe e Mn Deposição nos tubos 
e turbina
Aeração, 
abrandamento 
com calcário, 
CX, agentes de 
superfície
O2 Corrosão na caldeira e 
trocadores de calor
Desaeração, 
Na2SO3, inibidor 
de corrosão
Sólidos 
dissolvidos
Espuma ABR, CX, DM
Sólidos 
suspensos
Depósito de 
impurezas na caldeira 
e nos trocadores de 
calor
Filtragem
Óleo Espuma e arrasto de 
impurezas
Filtragem ativa 
com carbono
Abreviações: ABR: abrandamento da água; DM: desmineralização; 
HX: abrandamento com trocadores de calor; AX: desalcalinização com trocador 
de ânions; NA: neutralização com alcalinos;CX: trocador de cátions.
Quadro 2. Impurezas encontradas na água, seus efeitos e tratamento
(Continuação)
3 Eficiência em caldeiras
Assim como qualquer outro equipamento, a caldeira deve ter sua operação 
avaliada sob diversos parâmetros, como a capacidade de atender à demanda 
requisitada, a segurança do dispositivo, a velocidade de resposta e, é claro, 
a sua eficiência (RAYAPROLU, 2009). A eficiência de uma máquina pode ser 
determinada de diversas formas — em geral, não há uma definição única e 
absoluta sobre como a eficiência deve ser definida. Em caldeiras, dois métodos 
são bastante utilizados, conforme descrito a seguir.
Geradores de vapor: caldeiras18
Método direto
Talvez uma das formas mais intuitivas para definir a eficiência seja relacio-
nar o somatório de toda a energia inserida no sistema com todo o trabalho 
extraído. Para caldeiras, essa abordagem é válida, e, conforme apresentado 
por Annaratone (2008), podemos avaliar a eficiência por meio da equação 1.
 (1)
O calor inserido, Qinserido, pode ser determinado como a soma da energia 
química do combustível com a energia necessária para aquecer o ar de entrada 
da caldeira Qaq–ar. A energia do combustível pode ser estimada em função do 
poder calorífico do combustível e de sua vazão de entrada no sistema.
 (2)
onde a vazão de combustível ṁcomb é dada em kg/s, e o poder calorífico superior 
é dado em kJ/kg. Nesse ponto, pode-se utilizar também o poder calorífico 
inferior do combustível, e a escolha dependerá do tipo de tratamento que será 
dado em relação à umidade do combustível.
Em caldeiras onde exista o preaquecimento do ar de entrada, deve-se 
considerar a energia gasta para elevar a temperatura dele:
 (3)
onde ṁar é a vazão de ar admitido, em kg/s, e CPar o calor específico do ar à 
pressão constante.
A energia extraída do sistema, em se tratando de uma caldeira, cujo produto 
é justamente a massa de vapor por unidade de tempo, pode ser estimada de 
maneira semelhante à equação 3, mas considerando as propriedades do vapor 
entregue, conforme a equação 4:
 (4)
onde hvapor é a entalpia do vapor extraído do sistema, kJ/kg, e hágua a entalpia 
da água admitida na caldeira.
19Geradores de vapor: caldeiras
Essa abordagem, conhecida como método direto, segundo Rayaprolu 
(2013), é adequada para resolver uma gama de avaliações envolvendo caldeiras, 
como caldeiras de pequeno e médio porte. Essas caldeiras costumam utilizar 
como combustível o óleo e o gás natural. O método direto é adequado a esse 
tipo de caldeira porque os combustíveis citados apresentam um poder calorífico 
bastante estável, o que torna as incertezas do método aceitáveis. Ainda assim, 
esse método apresenta incertezas significativas, não podendo ser usado em 
caldeiras de grande porte, que queimam combustível pulverizado, por exemplo.
Método indireto (heat loss)
O método indireto, também conhecido como perda de calor (em inglês, heat 
loss), é um teste de eficiência abrangente, aceito em praticamente todo o 
mundo. Trata-se de uma rotina de testes complexa realizada após o início da 
operação da caldeira para registrar a sua “assinatura”, ou seja, a sua caracte-
rística de operação. O método indireto se baseia nas perdas de calor previstas 
no funcionamento natural da caldeira (Figura 9) e nos desvios que os valores 
calculados apresentam em relação ao estado ideal de operação dela.
Figura 9. Balanço de energia típico de uma caldeira (RH = reaquecedor; SH = superaque-
cedor; ECON = economizador; AH = aquecedor de ar).
Fonte: Adaptada de Rayaprolu (2009).
Geradores de vapor: caldeiras20
Segundo Rayaprolu (2009), esse teste é mais criterioso e leva em con-
sideração a incerteza de medição dos diversos instrumentos e dispositivos 
distribuídos pela caldeira. Assim, o método se torna menos sensível a eventuais 
problemas de medição durante os testes. Se considerarmos uma caldeira com 
uma eficiência média de 80%, um erro de leitura de 2% em algum parâmetro 
pode significar um erro de até 1,6% no cálculo da eficiência, quando o método 
direto é utilizado. Esse mesmo erro de leitura de 2%, quando computado 
pelo método indireto, é reduzido para um erro acumulado de apenas 0,4% no 
cálculo da eficiência.
Perdas e ineficiências
Um grande desafio é determinar os somatórios da energia de entrada e de 
saída do sistema. Maior ainda é o desafio de identificar e localizar as perdas, 
de forma a agir efetivamente no aumento da eficiência. Segundo Rayaprolu 
(2013), as principais perdas em caldeiras industriais podem ser definidas 
conforme descrito a seguir.
 � Perdas de energia nos gases de combustão: compreendem de 70 a 80% 
de todas as perdas em uma caldeira. Ocorrem porque é necessário que os 
gases de combustão saiam da chaminé com temperatura relativamente 
alta, para evitar condensação e problemas com corrosão.
 � Incombustos: a combustão incompleta é reduzida aumentando-se o 
excesso de ar da mistura. Porém, isso aumenta as perdas no gás de 
combustão. Há uma região de máxima eficiência a ser buscada nesse 
sentido.
 � Perdas por radiação: perdas diretas da caldeira para o meio. Valores 
de referência de < 1% para caldeiras pequenas e < 0,3% para caldeiras 
de grande porte podem ser adotados. 
 � Perda por calor sensível: existe apenas em caldeiras que operam com 
combustíveis sólidos. Refere-se à energia perdida pelas cinzas pesadas 
e cinzas volante (leves).
 � Perdas não contabilizadas: geralmente são pequenas perdas, difíceis 
de computar, como é o caso de erros de instrumentos. 
Teir (2003) estima as perdas de calor por incombustos para cada tipo de 
caldeira, conforme apresentado no Quadro 3.
21Geradores de vapor: caldeiras
Fonte: Adaptado de Teir (2003).
Tipo de caldeira
Percentual de perda de calor por 
unidade de combustível inserida
Caldeira a óleo 0,2 a 0,5%
Caldeira a carvão com 
remoção de cinzas secas
3%
Caldeira a carvão com remoção 
de cinzas fundidas
Aproximadamente 2%
Caldeira com queima em grelha 4 a 6%
Quadro 3. Estimativa de perda de calor por combustível incombusto para diferentes ti-
pos de caldeiras
Para se garantir a operação segura e eficiente de qualquer caldeira, 
é preciso conhecer os seus princípios de funcionamento e as fontes de perdas 
mais importantes. Conhecer essas fontes é a melhor forma de trabalhar o 
aumento da eficiência da caldeira. A operação de caldeiras é complexa e 
resulta na interligação de diferentes sistemas que precisam operar em perfeito 
ajuste. Além de projetos ousados, esses equipamentos requisitam manutenção 
detalhada constantemente. Aspectos como o tratamento da água são de grande 
importância para garantir a vida útil do equipamento e uma operação segura. 
Ainda, segundo Woodruff, Lammers, H. e Lammers, T. (2004), o tratamento 
adequado da água utilizada na caldeira afeta diretamente a sua eficiência. 
Os depósitos de sujeira reduzem a efetividade da troca de calor, o que, a longo 
prazo, reduz significativamente a eficiência de qualquer caldeira, seja ela 
aquatubular ou flamotubular. 
Nas centrais termelétricas, onde caldeiras aquatubulares são muito em-
pregadas, o ciclo Rankine é o mais utilizado. Embora o ciclo ideal considere 
processos como a expansão na turbina e o bombeamento para a caldeira como 
sendo isentrópicos, no ciclo real, as irreversibilidades do processo alteram 
significativamente o rendimento do ciclo, como mostrado no Quadro 4.
Geradores de vapor: caldeiras22
Fonte: Adaptado de Sarkar (2015).
Parâmetro
Ciclo de 
Carnot
Ciclo Rankine 
saturado (ideal)
Ciclo Rankine 
saturado (real)
Calor adicionado 
[kJ/kg]
1.441,8 2.531,58 2.560,16
Eficiência do 
ciclo [%]
44,01 36,61 29,19
Trabalho líquido 
[kJ/kg]
634,76 937,91 747,29
Consumo 
específico de 
vapor [kg/kWh]
5,67 3,84 4,82
Quadro 4. Comparação de desempenho entre os ciclos de potência
As irreversibilidades do processo reduzem a eficiência do ciclo de Rankine 
de 36,61% para 29,19% no caso estudado por Sarkar (2015). Para melhorar 
a eficiência e compensar essas perdas,diversos arranjos são desenvolvi-
dos no ciclo. Çengel e Boles (2013) mostram que, ao consultar o diagrama 
temperatura-entalpia do ciclo, conclui-se que é possível aumentar a eficiência 
do ciclo ao se reduzir a pressão no condensador. O aumento da pressão e 
da temperatura, mantendo o reservatório da fonte fria, também causa uma 
elevação na eficiência; entretanto, limitações físicas não permitem grandes 
variações nesses parâmetros.
Na prática, o ciclo Rankine é equipado com sistemas de reaquecimento, 
que inserem novamente energia no vapor expandido no primeiro estágio da 
turbina. Esse vapor novamente superaquecido passa por mais estágios da 
turbina. Outro sistema a ser incorporado é o regenerador, ou aquecedor de 
água. Dessa forma, a eficiência da caldeira é elevada, na medida em que a 
água já entra no tubulão com uma temperatura mais próxima do ponto de 
ebulição (RAYAPROLU, 2013).
Ganapathy (2003) diz que, em geral, caldeiras flamotubulares apresentam 
baixos índices de eficiência térmica, e, como os gases de combustão deixam 
a caldeira com uma temperatura aproximada de 400 a 450°C, o uso de eco-
nomizadores não é comum. Entretanto, em situações em que o aumento da 
eficiência da caldeira é muito importante, essa pode ser uma solução.
23Geradores de vapor: caldeiras
Atemperadores são dispositivos que injetam água fria em linhas de vapor superaque-
cido, para modular a pressão e a temperatura do fluido (Figura 10).
Figura 10. Atemperador de vapor.
Fonte: Adaptada de Buecker (2002).
Uma válvula de controle regula a vazão de água, controlando, assim, a temperatura 
do vapor. O atemperador, também conhecido como dessuperaquecedor, serve como 
um “freio” na planta térmica. Porém, seu uso excessivo implica em perdas de eficiência 
significativas, uma vez que ele resfria o vapor gerado. Todo o calor necessário para 
superaquecer o vapor é literalmente desperdiçado no momento em que o atemperador 
entra em ação. Acesse o vídeo “Desuperheating Animation”, no canal SpiraxSarcoUSA 
no YouTube, e confira uma animação de um atemperador em operação. 
A área de estudo de geradores de vapor é antiga e ampla. Conceitos do 
século XVIII são ainda utilizados e dão origem a plantas de geração de ener-
gia que fornecem eletricidade para cidades atuais. Esses conceitos, muitas 
vezes complexos, são a base para o entendimento da termodinâmica e dos 
equipamentos utilizados. Ainda que os vários segmentos de estudo exijam 
aprofundamento e dedicação, uma visão geral e o entendimento básico dos 
princípios é o mínimo necessário para qualquer profissional que atue com a 
grande área de caldeiras. Novas tecnologias e equipamentos são apresentados 
constantemente. É preciso estar atento a tendências de melhoria na eficiência de 
operação, assim como aos cuidados com o meio ambiente. Entretanto, qualquer 
nova tecnologia invariavelmente se apoia nos pilares da termodinâmica e nos 
conceitos já sedimentados.
Geradores de vapor: caldeiras24
ANNARATONE, D. Steam generators description and design. Berlin: Springer, 2008.
BUECKER, B. Basics of boiler & HRSG design. Tulsa: PennWell, 2002.
ÇENGEL, Y. A.; BOLES, M. A. Termodinâmica. 7. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013.
GANAPATHY, V. Industrial boilers and heat recovery steam generators. New York: Marcel 
Dekker, 2003.
LEWIS, M.; HEPPELL, N. Continous thermal processing of foods. Maryland: ASPEN Publi-
shers Inc., 2000.
MORAN, M. J. et al. Fundamentals of engineering thermodynamics. 9. ed. Hoboken: 
Wiley, 2018.
POTTER, M. C.; SOMERTON, C. W. Termodinâmica para engenheiros. 3. ed. Porto Alegre: 
Bookman, 2017. (Coleção Schaum).
RAYAPROLU, K. Boilers a practical reference. Boca Raton: CRC Press, 2013.
RAYAPROLU, K. Boilers for power and process. Boca Raton: CRC Press, 2009.
SABET, M. Industrial steam systems: fundamentals and best design practices. Boca Raton: 
Taylor & Francis Group, 2016.
SARKAR, D. K. Thermal power plant design and operation. Amsterdan: Elsevier, 2015.
TEIR, S. Steam boiler technology. 2. ed. Helsink: Helsink University of Technology, 2003.
WOODRUFF, E. B.; LAMMERS, H. B.; LAMMERS, T. F. Steam planta operation. 8. ed. New 
York: McGraw-Hill, 2004.
Leitura recomendada
DESUPERHEATING animation. [S. l.: s. n.], 2015. 1 vídeo (1 min 20 seg). Publicado pelo canal 
SpiraxSarcoUSA. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=w6sf3sZ7vug. 
Acesso em: 13 ago. 2020.
Os links para sites da web fornecidos neste capítulo foram todos testados, e seu fun-
cionamento foi comprovado no momento da publicação do material. No entanto, a 
rede é extremamente dinâmica; suas páginas estão constantemente mudando de 
local e conteúdo. Assim, os editores declaram não ter qualquer responsabilidade 
sobre qualidade, precisão ou integralidade das informações referidas em tais links.
25Geradores de vapor: caldeiras
Dica do professor
O reservatório de água de uma caldeira, em que a mistura líquido-vapor coexiste, é um ambiente 
instável, turbulento e agressivo. Ao mesmo tempo que é necessário monitorar e controlar os 
diversos parâmetros físicos de operação da caldeira, a seleção de instrumentos que o façam com a 
exatidão necessária e com a garantia de sua integridade física pode ser um desafio.
Nesta Dica do Professor, veja algumas das tecnologias em instrumentos de medição mais utilizadas 
para quantificar variáveis importantes em um gerador de vapor.
Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar.
https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/d9aca6919ddfa2acfa9117add64c2a47
Exercícios
1) Caldeiras são dispositivos que operam com condições de alta pressão e temperatura. 
Sobre a segurança em caldeiras, é correto afirmar que:
A) caldeiras são equipamentos que representam perigo, pois são vasos de pressão. Entretanto, 
por serem robustas, não requerem manutenção frequente, operando durante anos sem darem 
problema.
B) válvulas de alívio de pressão (segurança) são dispositivos que podem eventualmente ser 
aplicados a caldeiras do tipo flamotubulares. Caldeiras aquatubulares não precisam, pois o 
tubulão de vapor é separado da fornalha.
C) caldeiras são equipamentos que representam perigo, pois são vasos de pressão. O nível 
mínimo de água dentro do reservatório é um fator extremamente importante para garantir a 
segurança da operação.
D) em geral, as caldeiras são equipamentos que representam pouco perigo, pois operam com 
água. Por serem robustas, não requerem manutenção frequente, operando durante anos sem 
darem problema.
E) em caldeiras flamotubulares, o nível da água é um parâmetro muito importante, sendo que é 
mais arriscado o nível de água subir além do máximo do que deixar o nível de água da caldeira 
ficar menor do que o limite mínimo.
2) Caldeiras flamotubulares e aquatubulares apresentam princípios construtivos diferentes e, 
por suas características próprias, se destinam a aplicações também distintas. 
Assinale a alternativa que melhor descreve a classificação e aplicação dos tipos de caldeiras 
(aquatubular ou flamotubular) nos diversos segmentos da indústria:
A) Caldeira flamotubular ==> Apenas pequeno porte 
Caldeira aquatubular ==> Geração de energia elétrica 
Caldeira aquatubular ==> Ciclo combinado
B) Caldeira flamotubular ==> Apenas grande porte 
Caldeira aquatubular ==> Geração de energia elétrica 
Caldeira aquatubular ou flamotubular ==> Ciclo combinado 
C) Caldeira flamotubular ==> Apenas grande porte 
Caldeira flamotubular ==> Geração de energia elétrica 
Caldeira flamotubular ==> Ciclo combinado
D) Caldeira aquatubular ==> Apenas grande porte 
Caldeira aquatubular ==> Geração de energia elétrica 
Caldeira aquatubular ==> Ciclo combinado
E) Caldeira flamotubular ==> Apenas grande porte 
Caldeira aquatubular ==> Gera apenas vapor saturado 
Caldeira aquatubular ou flamotubular ==> Ciclo combinado
3) O tratamento da água é um tópico especial em relação à operação de caldeiras. 
Assinale a alternativacorreta sobre esse processo.
A) O tratamento da água de caldeira é necessário apenas quando vapor superaquecido é o 
objetivo. Vapor saturado com temperaturas menores não exige tratamento da água.
B) Água não devidamente tratada, com elevada dureza, pode acarretar problemas de corrosão 
no tubulão de vapor e também nas linhas de distribuição para o processo.
C) Em caldeiras flamotubulares, o problema de deposição de minerais e impurezas é muito 
reduzido, pois a água está pelo lado de fora dos tubos, ou seja, não está em um espaço 
confinado.
D) O número de ácidos livres, óleo, dióxido de carbono, oxigênio dissolvido e a pressão da água 
são parâmetros de tratamento indispensáveis para um bom funcionamento da caldeira.
E) Entre os parâmetros de qualidade da água fornecida para a caldeira que precisam ser 
controlados, podem-se citar sua dureza, alcalinidade e nível de sólidos dissolvidos, entre 
outros.
4) Em centrais termelétricas, as caldeiras têm o objetivo de converter a energia química de um 
combustível em energia mecânica de eixo em uma turbina, que posteriormente é convertida 
em energia elétrica. 
Em relação à eficiência e perdas em caldeiras, qual das seguintes afirmações está correta?
A) Apenas o poder calorífico superior (PCS) do combustível pode ser utilizado para determinar a 
eficiência de uma caldeira.
B) Ciclos regenerativos são interessantes, pois extraem o melhor da eficiência dos ciclos de 
Brayton e Rankine.
C) Uma forma de se determinar a eficiência em caldeiras (forma direta) é dada por Eficiência = 
Qsaída / Qentrada.
D) No ciclo de Rankine, o reaquecimento aumenta a temperatura da água antes de ela entrar no 
tubulão da caldeira, não influenciando na eficiência.
E) Em caldeiras de grande porte, as perdas por radiação chegam a representar 70-80% de todas 
as perdas do processo.
5) Caldeiras aquatubulares estão presentes em usinas termelétricas e também em diversos 
segmentos da indústria, em que podem atender à demanda de vapor para o processo, além 
de gerar eletricidade localmente quando instaladas em cogeração. 
Assinale a alternativa que melhor descreva uma caldeira aquatubular em relação a suas 
diversas características.
A) Caldeiras aquatubulares têm como principal característica de diferenciação o fato de a fonte 
quente (geralmente combustão) estar do lado de fora dos tubos, enquanto a água percorre o 
interior destes. Podem operar em ciclos subcríticos e supercríticos, sendo que os últimos são 
projetados para maiores demandas de vapor. Caldeiras aquatubulares podem operar com 
combustível pulverizado e sólidos em forma de grelha ou leito fluidizado. Na prática, 
a cogeração só é possível ao se utilizarem caldeiras aquatubulares. 
B) Caldeiras aquatubulares têm como principal característica de diferenciação o fato de a fonte 
quente (geralmente combustão) estar do lado de fora dos tubos, enquanto a água percorre o 
interior destes. Podem operar apenas em ciclos subcríticos, visando ao projeto para maiores 
demandas de vapor. Caldeiras aquatubulares podem operar com combustível pulverizado e 
sólidos em forma de grelha ou leito fluidizado. Na prática, a cogeração só é possível ao se 
utilizarem caldeiras aquatubulares.
C) Caldeiras aquatubulares têm como principal característica de diferenciação o fato de a fonte 
quente (geralmente combustão) estar do lado de fora dos tubos, enquanto a água percorre o 
interior destes. Podem operar em ciclos subcríticos e supercríticos, sendo que os últimos são 
projetados para maiores demandas de vapor. Caldeiras aquatubulares podem operar com 
combustível pulverizado, não podendo trabalhar com sólidos em forma de grelha ou leito 
fluidizado. A cogeração só é possível com caldeiras aquatubulares.
Caldeiras aquatubulares têm como principal característica de diferenciação o fato de a fonte 
quente (geralmente combustão) estar do lado de dentro dos tubos, enquanto a água percorre 
D) 
o exterior destes. Podem operar em ciclos subcríticos e supercríticos, sendo que os últimos 
são projetados para maiores demandas de vapor. Caldeiras aquatubulares podem operar com 
combustível pulverizado e sólidos em forma de grelha ou leito fluidizado. Na prática, 
a cogeração só é possível ao se utilizarem caldeiras aquatubulares.
E) Caldeiras aquatubulares têm como principal característica de diferenciação o fato de a fonte 
quente (geralmente combustão) estar do lado de fora dos tubos, enquanto a água percorre o 
interior destes. Podem operar em ciclos subcríticos e supercríticos, sendo que os últimos são 
projetados para maiores demandas de vapor. Caldeiras aquatubulares podem operar com 
combustível pulverizado e sólidos em forma de grelha ou leito fluidizado. Não são aplicáveis 
em ciclos combinados.
Na prática
Na matriz energética brasileira e mundial, centrais termelétricas desempenham um papel 
importante. Por se tratar de uma forma de conversão não sazonal, essas usinas servem como uma 
segurança para tempos de estiagem ou durante a oscilação dos ventos. A busca por níveis cada vez 
mais altos de eficiência dessas plantas levou à concepção do ciclo combinado. Nessa configuração, 
os rejeitos térmicos de um ciclo de potência a gás (Brayton) são utilizados para alimentar uma 
caldeira que opera segundo um ciclo de Rankine.
Confira, Na Prática, como essa combinação pode elevar a eficiência dos ciclos térmicos para valores 
superiores a 50%.
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Saiba +
Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor:
Maquete – Casa das caldeiras
Na indústria, as caldeiras são instaladas a uma distância segura das demais construções. Por serem 
equipamentos perigosos, recebem um pavilhão dedicado, onde uma equipe de operadores e de 
manutenção está sempre prestando os cuidados necessários. Neste vídeo, faça um tour por uma 
sala de caldeiras virtual e conheça o arranjo dos equipamentos na prática.
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Como funciona uma turbina a vapor?
Caldeiras aquatubulares são muito utilizadas em plantas termelétricas. O vapor superaquecido na 
caldeira é expandido em turbinas especialmente projetadas para operarem no ciclo em questão. 
Entenda o funcionamento e as características dessas máquinas assistindo a este vídeo.
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Caldeira aquatubular
Caldeiras aquatubulares têm um grande potencial para utilização em diversas indústrias. 
Dimensionando sua produção de vapor para atender ao processo e mover uma turbina a vapor, 
essas instalações, chamadas de cogeração, podem suprir a demanda de mais de um tipo de energia. 
Conheça o projeto de uma caldeira própria para essa configuração assistindo a este vídeo.
https://www.youtube.com/embed/ndXiI4GnBkI
https://www.youtube.com/embed/aECASHzv320
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https://www.youtube.com/embed/98u-bhwkUyA