Psicometria e Propriedades do Ar Úmido

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Sérgio Barbosa Rahde 
PUCRS – Faculdade de Engenharia 
Engenharia Mecânica 
25 de janeiro de 2009 
FLUIDOTÉRMICA 
 
PUCRS – FACULDADE DE ENGENHARIA 
ENGENHARIA MECÂNICA e MECATRÔNICA 
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PROF. SÉRGIO BARBOSA RAHDE 
 
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CAPITULO 01 
 
PSICOMETRIA 
ALGUMAS DEFINIÇÕES DA TERMODINÂMICA 
 
 
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PSICOMETRIA: 
 
Preocupa-se com a determinação das propriedades termodinâmicas do ar úmido e 
o uso destas propriedades na análise das condições e processos que envolvem o ar 
úmido. 
 
DEFINIÇÕES: 
 
1. Ar seco: mistura de diversos componentes gasosos com a seguinte 
composição percentual aproximada em volume: 
 
 
 
2. Ar úmido: mistura binária (dois componentes) de ar seco e vapor d’água. 
 
3. Ar atmosférico: mistura de ar úmido mais contaminantes que podem ser: 
fumaça, pólen, poluentes gasosos, pó, poeira... A temperatura e a pressão 
barométrica do ar atmosférico variam consideravelmente tanto com a 
altitude como com as condições climáticas e geográficas do local. A 
atmosfera padrão é uma referência para estimar as propriedades do ar 
úmido a várias altitudes. Ao nível do mar, a temperatura e a pressão padrão 
é de 15ºC e 101,325 kPa, respectivamente. 
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PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS DO AR ÚMIDO 
 
1. Temperatura de bulbo seco: (tbs ºC) é a temperatura que um termômetro 
marca em contato com o ar. 
 
2. Fator de umidade: (F) gramas de vapor de água em quilogramas de ar seco: 
define a massa de vapor de água dispersa em um quilograma de ar seco. 
 
Umidade relativa: (UR %) é a relação entre a quantidade de água que o ar contém e 
a máxima quantidade de água que este ar pode conter na mesma temperatura. 
(Obs.: esta é uma visão prática e aproximada) 
 
Entalpia: (h kJ/kg AS) define a quantidade de energia contida pela massa de ar 
seco. 
 
Temperatura de bulbo úmido: (tbu ºC) define com que temperatura a água evapora 
no ar, em processo adiabático. 
 
Temperatura de orvalho: (to ºC) é a temperatura na qual, por resfriamento, o vapor 
de água contido no ar inicia a condensação. 
 
Volume específico: (v m3/kg AS) define o volume ocupado por um quilograma de ar 
seco. 
 
DIAGRAMA PSICROMÉTRICO 
 
As propriedades termodinâmicas da mistura ar seco – vapor d’água que 
constituem o ar atmosférico podem ser convenientemente apresentadas em forma 
de diagramas, denominados Diagramas Psicrométricos (Cartas Psicrométricas). 
Estes são construídos para determinada pressão atmosférica, embora, às vezes, 
hajam curvas de correção disponível para outras pressões. 
 
Há diferentes diagramas psicrométricos em uso. Os gráficos diferem com respeito 
à pressão barométrica, faixa de temperaturas, número de propriedades incluídas, 
escolha das coordenadas e temperatura de referência para a entalpia. 
 
 Diagrama de Carrier (Usado na América) 
 Diagrama de Mollier (Usado na Europa) 
 
LEIS DE DALTON 
 
A pressão total de uma mistura de gases é igual a soma das pressões parciais de 
cada componente na mesma temperatura da mistura”. 
Define-se pressão parcial de cada componente como a pressão que ele exerceria se 
ocupasse sozinho o volume da mistura, na temperatura da mistura. 
 
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VOLUME ESPECÍFICO E CALOR ESPECÍFICO PARA O AR SECO E O VAPOR 
D’ÁGUA 
 
 
 
 
 
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ALGUMAS DEFINIÇÕES DA TERMODINÂMICA 
 
TRABALHO 
 
O trabalho é usualmente definido como uma força F agindo através de um 
deslocamento x, o deslocamento sendo na direção da força. Isto é: 
 
𝑊 = 𝐹 𝑑𝑥
2
1
 
 
Em vista de estar-se tratando de termodinâmica de um ponto de vista 
macroscópico, é vantajoso relacionar a definição de trabalho com os conceitos de 
sistemas, propriedades e processos. Define-se, portanto, o trabalho como se segue: 
um sistema realiza trabalho se o único efeito sobre o meio (tudo externo ao 
sistema) puder ser o levantamento de um peso. Note-se que o levantamento de 
um peso, é, realmente, uma força que age através de uma distância. Note-se, 
também, que a definição não afirma que um peso foi realmente levantado ou que 
uma força agiu realmente através de uma distância dada, mas que o único efeito 
externo ao sistema poderia ser o levantamento de um peso. 
 
O trabalho realizado por um sistema é considerado positivo e o trabalho realizado 
sobre o sistema é considerado negativo. O símbolo W designa o trabalho realizado 
por um sistema. 
 
CALOR 
 
O calor é definido como sendo a forma de energia transferida através da fronteira 
de um sistema, numa dada temperatura, a outro sistema (ou o meio) numa 
temperatura inferior, em virtude da diferença de temperatura entre os dois 
sistemas. Isto é, o calor é transferido do sistema de temperatura superior ao 
sistema de temperatura inferior, e a transferência de calor decorre unicamente 
devido à diferença de temperatura entre os dois sistemas. 
 
Outro aspecto dessa definição de calor é que um corpo nunca contém calor. Ou 
melhor, o calor só pode ser identificado quando atravessa a fronteira. Assim, o 
calor é um fenômeno transitório. 
 
COMPARAÇÃO ENTRE CALOR E TRABALHO 
 
1. O calor e o trabalho são ambos, fenômenos transitórios.Os sistemas nunca 
possuem calor ou trabalho, porém qualquer um deles ou ambos atravessam 
a fronteira do sistema quando um sistema sofre uma mudança de estado. 
 
2. Tanto o calor como o trabalho são fenômenos de fronteira. Ambos são 
observados somente nas fronteiras do sistema, e ambos representam 
energia que atravessa a fronteira do sistema. 
 
 
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PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS 
 
Se considerarmos uma massa de água, reconhecemos que ela pode existir sob 
várias formas. Se ela é inicialmente líquida pode-se tornar vapor, depois de 
aquecida e sólida, quando resfriada. Assim nos referimos às diferentes fases de 
uma substância; uma fase é definida como uma quantidade de matéria totalmente 
homogênea. 
 
Em cada fase a substância pode existir a várias pressões e temperaturas, ou usando 
a terminologia termodinâmica, em vários estados. O estado pode ser identificado 
ou descrito por certas propriedades macroscópicas observáveis; algumas mais 
familiares são: 
 
 Temperatura 
 Pressão 
 Volume 
 Entalpia 
 Entropia 
 
Obs.: Entropia - A entropia é uma propriedade extensiva e a entropia por unidade 
de massa é representada por s. É importante observar que a entropia é definida em 
função de um processo reversível. (kcal/kg ºK) 
 
Desta forma pode-se definir propriedade como uma quantidade que depende do 
estado do sistema e é independente do caminho pelo qual o sistema chegou ao 
estado considerado. 
 
As propriedades termodinâmicas podem ser divididas em: 
 
 Intensivas: é independente da massa. Ex.: temperatura, pressão, 
densidade.... 
 
 Extensivas: varia diretamente com a massa. Ex.: volume, entropia... 
 
PROCESSO 
 
Quando uma ou mais propriedades de um sistema mudam, diz-se que ocorreu uma 
mudança de estado. O caminho definido pela sucessão de estados através dos quais 
o sistema passa é chamado processo. 
 
Vários processos são descritos pelo fato de uma propriedade se mantém constante. 
O prefixo iso é usado para tal. 
 
 Isotérmico 
 Isométrico 
 Isobárico 
 
 
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CICLO 
 
Quando um sistema, em dado estado inicial, passa por certo número de mudanças 
de estado ou processos e finalmente retorna ao estado inicial, o sistema executa 
um ciclo. Dessa forma, nofinal do ciclo, todas as propriedades termodinâmicas têm 
o mesmo valor inicial. O vapor de água que circula através de uma instalação a 
vapor executa um ciclo. 
 
 
 
 
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CAPITULO 02 
 
VENTILAÇÃO 
 
 
 
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VENTILAÇÃO FORÇADA E NATURAL 
 
DEFINIÇÃO 
 
Alteração das condições ambientais (temperatura e pressão) através do ar. 
 
VENTILAÇÃO FORÇADA 
 
Sistemas destinados a aumentar a energia utilizável do ar (fluido elástico) pelo 
aumento de sua pressão dinâmica ou cinética. 
 
TIPOS: 
 
 Ventiladores centrífugos 
 Ventiladores axiais 
 
VENTILADORES CENTRÍFUGOS 
Os ventiladores centrífugos, também conhecidos como radiais, são o tipo de 
ventilador mais utilizado hoje em dia. O princípio de operação, embora 
relativamente simples, evoluiu ao longo dos anos com máquinas agora capazes de 
alta eficiência aerodinâmica e com potências significativas. 
Num ventilador centrífugo (ou radial) a rotação do rotor faz com que o ar escoe 
através dele numa direção radial, desenvolvendo pressão enquanto isto se dá. O 
rotor, que realiza a maior parte do trabalho no ventilador, localizado no centro da 
carcaça, tem sempre uma forma similar. Um esboço de um ventilador centrífugo 
com pá em aerofólio é mostrado abaixo. 
Os ventiladores centrífugos podem ser de entrada simples ou dupla. Um rotor de 
entrada dupla consiste de dois rotores de entrada simples montados dorso contra 
dorso no eixo, compartilhando uma chapa de apoio comum, proporcionando quase 
o dobro da vazão de um ventilador de entrada simples. 
O desempenho pode ser controlado por meio de aletas variáveis na carcaça, perto 
da entrada do rotor - controle de veneziana na entrada de admissão, ou por um 
difusor de veneziana na caixa de admissão do ventilador – controle veneziana na 
entrada da caixa. 
Quando de único estágio (rotor único); destinam-se a produzir diferenças de 
pressão inferiores a 700 kgf/m2. 
 
CLASSIFICAÇÃO: 
 
 Baixa pressão: pressões inferiores a 150 kgf/m2 
 
Ex.: instalações de ventilação ou ar condicionado 
 
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 Média pressão: pressões entre 150 a 250 kgf/m2 
 
Ex.: instalações industriais 
 
 Alta pressão: pressões superiores a 250 kgf/m2 
 
Ex.: forjas, fornos de fundição, queimadores. 
 
 
 
PARTES 
 
 Distribuidor (D): Tem a finalidade de guiar o fluido de maneira uniforme 
para os canais do rotor. Sua forma é troncônica, sendo o raio da base menor, 
igual ao raio interno do rotor. 
 
 Rotor (R): É constituído de uma série de canais fixos entre si que giram em 
torno de um eixo. 
 
 Difusor (C): Tem a finalidade de transformar a energia cinética atribuída ao 
fluido pelo rotor em entalpia, com o que se consegue redução de sua 
velocidade de saída e aumento de sua pressão dinâmica. 
 
 
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RUÍDO: Constitui característica de funcionamento importante dos ventiladores, o 
nível de ruído originado pelo deslocamento do fluido. 
 
Assim sendo, dependendo da aplicação, deverá ser relevado o nível de ruído, 
conforme tabela a seguir: 
 
 
 
VENTILADORES AXIAIS 
 
São máquinas de fluxo nas quais a compressão é obtida por aceleração axial do 
fluido. Portanto, nesses compressores, o fluxo do fluido é paralelo ao seu eixo. 
 
 
 
 
CLASSIFICAÇÃO: 
 
Ventiladores helicoidais: 
 
São constituídos por uma simples hélice destinada a movimentar o ar ambiente. 
 
 
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Ventiladores tubo-axiais: 
 
São providos de um envoltório que permite a canalização do fluido, tanto à entrada 
como à saída do rotor. 
 
 
 
 
Podem ser de um ou mais estágios de acordo com aplicação. 
 
 
 
Turbocompressores axiais: 
 
Funcionam como ventiladores, mas são constituídos de vários estágios de 
compressão. Para isto eles dispõem de uma série de pás móveis (rotor), 
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intercaladas entre pás fixas, que servem de difusor para o rotor precedente e de 
distribuidor para o seguinte. 
 
 
 
VENTILAÇÃO NATURAL: 
 
Como seu nome mostra, ventilação natural é baseada na movimentação do ar por 
forças naturais, particularmente na movimentação do ar pelo interior da 
construção. 
 
A fluência de ar por um edifício depende dos seguintes fatores: 
 A diferença de temperatura entre o ar e gases quentes dentro de fora do 
edifício 
 A diferença da altura entre a entrada de ar e as aberturas de exaustão 
 A convecção do calor ascendente 
 A velocidade e direção do vento. 
Há várias vantagens em usar ventilação natural diariamente, conjugada com a 
ventilação de incêndio: 
 Ventilação silenciosa 
 Praticamente livre de manutenção 
 Custos baixos (pneumático ou elétrico) 
 Funcionamento livre de falhas 
 Duplo propósito – diariamente e para incêndio 
 Apelo psicológico visão do céu grande e clara 
 Grande área aberta permitindo a perda de calor por radiação 
 Fácil instalação 
 Baixo peso 
 Podem combinar esteticamente com a estrutura 
 Aumento automático da capacidade de insuflação com a elevação da 
temperatura interna 
 Permite a separação em zonas 
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Há também algumas desvantagens: 
 As condições de fluência do ar podem ser afetadas pela pressão e direção do 
vento. A topografia local é assim um fator importante a ser considerado. 
 A ventilação natural não pode não funcionar eficientemente nos momentos 
iniciais do incêndio, a menos que ocorra uma ventilação prévia. 
 
A ventilação natural pode ser feita através de 2 processos: pelo efeito chaminé, e 
usando as forças do vento dominante. 
 
Efeito chaminé: 
 
É um movimento de convecção natural. É gerado pela alternância de zonas de 
pressão e depressão, as quais são criadas pelo vento ao encontrar um obstáculo. 
 
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Uso de ventos dominantes: 
 
É o sistema que aproveita entradas e saídas de ar. A velocidade dos ventos é 
dependente do tamanho da entrada e da saída do ar. Então se o objetivo é 
aumentar a velocidade do ar, deve-se criar entradas de ar menores que as saídas. 
 
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CAPITULO 03 
 
AQUECIMENTO AMBIENTAL 
CALEFAÇÃO 
 
 
 
 
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AQUECIMENTO AMBIENTAL 
 
O sistema de aquecimento ambiental está geralmente dividido em 4 subsistemas: 
 
 Gerador de calor (unidade de produção de calor); 
 Sistema de distribuição de calor (água ou ar); 
 Unidades de calefação (radiadores, convectores, tubos, etc.); 
 Sistema de controle (válvulas, etc.). 
 
RENDIMENTO: 
 
Está definido como o produto da eficácia dos componentes do sistema. O 
rendimento do gerador térmico e do sistema de distribuição de calor pode ser 
definido claramente como as propriedades termodinâmicas de seus componentes. 
 
GERAÇÃO DE CALOR: 
 
Um combustível ou eletricidade é transformada em calor em um dispositivo 
chamada gerador de calor, cuja a construção depende do tipo de energético 
utilizadoe do meio usado para a distribuição do calor. 
 
SISTEMAS DE CALEFAÇÃO PARA AMBIENTES 
 
 
Ar forçado 
 
Hídrico 
 
Por zona 
Energia primária Gás 
Óleo 
Combustível 
Sólidos 
 
Eletricidades: 
 Resistência 
 Bomba térmica 
Gás 
Óleo 
Combustível 
Sólidos 
 
Eletricidades: 
 Resistência 
 Bomba térmica 
Gás 
Óleo 
Combustível 
Sólidos 
 
Eletricidades: 
 Resistência 
 Bomba térmica 
Meio de distribuição Ar Água 
Vapor 
 
Sistema de 
distribuição de calor 
Condução Tubulação 
Dispositivos terminais Difusores 
Registradores 
Radiadores 
Serpentinas 
Calefação do 
solo 
Incluindo com o 
produto 
 
 
 
 
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ENERGÉTICOS UTILIZADOS EM GERADORES DE CALOR 
 
 
 
Introduzindo as seguintes quantidades relativas de calor ao processo de 
transformação de energia em uma caldeira com combustível carburante, tem-se: 
 
Qt = quantidade de calor do combustível 
QL = perdas de calor 
ha = entalpia do ar que entra na caldeira 
hf = entalpia dos gases 
hi = entalpia do fluido aquecido que entra na caldeira 
ho = entalpia do fluido que deixa a caldeira 
 
Assim, a Lei da Conservação de Energia pode ser expressa como: 
 
𝑄𝑡 − 𝑄𝐿 + 𝑕𝑎 − 𝑕𝑓 − 𝑕𝑜 + 𝑕𝑖 = 0 
 
Pode-se definir o rendimento da caldeira de acordo com as formas de energia 
mencionadas. As definições mais comuns deste rendimento correspondem tanto 
ao rendimento estático da caldeira quando funciona em condições de estado 
estático ou também ao rendimento de um tempo médio. 
 
As caldeiras elétricas são quase 100% eficientes na transmissão de calor. As perdas 
são relativas ao calor que se perde na superfície externa da caldeira e na tubulação 
de distribuição. 
 
O coeficiente de produção (COP) é a relação entre a produção de calor e a 
demanda de energia (geralmente eletricidade). 
 
Uma definição teórica de COP é a denominada Carnot COP, que se define como: 
 
𝐶𝑂𝑃(𝐶𝑎𝑟𝑛𝑜𝑡) = 𝑇 (𝑐𝑜𝑛𝑑. ) 𝑥 ( 𝑇 (𝑐𝑜𝑛𝑑. ) − 𝑇 (𝑒𝑣𝑎𝑝. )) 
 
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em que, 
 
T (cond.) = temperatura de condensação, K 
T (evap.) = temperatura de evaporação, K 
 
MOVIMENTO DA ENERGIA EM UMA CALDEIRA 
 
 
 
QT = conteúdo de energia fornecida = McH 
(Mc = massa de carburante, H = valor térmico do combustível) 
QL = perdas de calor por convecção e radiação 
HA = entalpia do ar 
HF = entalpia dos gases 
H = entalpia do fluido primário (i = no interior, 0 = no exterior) 
 
Na prática, se pode alcançar valores de 45 a 60% de COP (Carnot), mas deve-se ter 
em conta que a temperatura de condensação deve ser mais alta que a do 
termodispersor, e a temperatura e evaporação deve ser mais baixa que a do fluido, 
e isto se traduz em um aumento da diferença total de temperatura. 
 
DISTRIBUIÇÃO DO CALOR 
 
Nos sistemas com água podem ser do tipo forçado, nos quais a água circula por 
meio de uma bomba, ou por sistemas de gravidade (em desuso). 
 
O fluido aquecido se distribui pela instalação através de um sistema de tubulações, 
pelos radiadores, pelos convectores e serpentinas instalados nos ambientes. 
 
TIPOS DE CONFIGURAÇÕES: 
 
 Anel; 
 Um tubo; 
 Dois tubos com retorno invertido; 
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 Dois tubos com retorno direto. 
 
ANÉL 
 
 
 
UM TUBO 
 
 
 
DOIS TUBOS COM RETORNO INVERTIDO 
 
 
 
DOIS TUBOS COM RETORNO DIRETO 
 
 
 
 
 
 
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PERDAS 
 
São comuns as perdas de energia causadas pelas fugas de água. Pode-se aumentar 
a economia de energia isolando as superfícies de todos os componentes do sistema 
de calefação, que estão a uma temperatura muito mais alta que o ambiente 
circundante. 
 
Em um sistema de distribuição de calor a energia aparece como: 
 
H0 = entalpia do fluido quente que sai do gerador de calor; 
Hi = entalpia do fluido quente de entra no gerador de calor; 
Qh = produção de energia que sai das unidades de calefação em relação ao volume 
aquecido no ambiente total; 
Qd = perdas de energia nas tubulações. 
 
O rendimento do sistema de distribuição de calor pode ser definido como a 
relação: 
 
𝑄𝑕
 𝐻0 – 𝐻𝑖 
 
 
Os diferentes componentes da energia de um sistema de distribuição de calor são 
relativos a equação da Conservação de Energia: 
 
𝐻0 − 𝐻𝑖 = 𝑄𝑕 + 𝑄𝑑 
 
Deve-se levar em conta que as perdas de energia Qd podem contribuir para o 
aquecimento do ambiente. 
CALEFAÇÃO POR RADIADORES: 
 
A calefação por radiadores com água aquecida a gás ou a óleo é um sistema usado 
mundialmente, sendo comprovadamente econômico e durável. Está se firmando 
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rapidamente no Brasil como um diferencial importante para quem deseja 
qualidade de vida. 
O sistema é composto por uma caldeira responsável pelo aquecimento da água e 
radiadores instalados nos ambientes que serão climatizados. Os radiadores são 
encontrados em ferro fundido, alumínio e aço, em modelos horizontais e verticais, 
adaptando-se a qualquer ambiente ou estilo de decoração. A caldeira a gás é um 
equipamento compacto podendo ser instalada na cozinha, lavanderia ou mesmo na 
garagem já a óleo necessita um pouco mais de espaço. 
Todo o processo é feito de maneira completamente silenciosa, segura e sem 
prejudicar a estética do local. Uma quantidade estável de água passa pelos 
radiadores e sai novamente para ser aquecida através de um sistema coberto e 
oculto de canos, sem retirar a umidade natural do ar. Podem ser instalados em 
casas térreas, sobrados, apartamentos ou imóveis comerciais. 
A temperatura ambiente varia de 20ºC a 26ºC, podendo ser selecionada por 
controle remoto ou nos termostatos localizados na caldeira e nos radiadores, 
permitindo inclusive temperaturas diferenciadas em cada ambiente. Os modelos 
para banheiros, além de aquecer o ambiente também servem para manter as 
toalhas sempre secas, reduzindo os problemas com mofo e umidade comuns 
nesses cômodos. 
 
O calor proveniente de um radiador é em parte radiado e parte conveccionado. O 
calor que sai de um radiador depende: 
 
 Superfície convectiva; 
 Dimensões do radiador; 
 Tipo de corrente de ar circundante; 
 Tipo de fluxo de água e sua temperatura; 
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 Temperaturas e das características de radiação das superfícies do 
ambiente; 
 Objetos dispostos no ambiente; 
 Cortinas; 
 Posição do radiador; 
 Distância do radiador das paredes e do solo; 
 Isolamento das paredes. 
 
O calor emitido pelo radiador não é proporcional a diferença de temperatura entre 
a superfície do radiador e a temperatura ambiental, mas na prática pode ser 
proporcional a potência desta diferença de temperatura. O valor numérico deste 
expoente é geralmente 1,3. 
 
A temperatura da zona da parede localizada atrás do radiador é muito mais alta 
que a de outras zonas da mesma parede. As perdas de calor desta zona podem ser 
3 vezes mais altas que as perdas em outras zonas. Assim como esta zona esta 
aquecida de sobremaneira por radiação, deve ser colocado um painel separador. 
 
 
 
 
 
CONVECTORES 
 
 
 
O calor que é liberado pelos convectores depende: 
 
 Temperatura da água; 
 Tipo de corrente de ar sobre as superfícies do convector; 
 Contato entre a tubulação e das superfícies secundárias; 
 Tamanho das aberturas interiores e exteriores. 
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Existem outros tipos de unidades de calefação que estão projetadaspara serem 
instaladas na parte inferior das paredes. Funcionam mediante a convecção natural 
do ar no ambiente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Existem também sistemas de aquecem o solo ou o teto (água ou elétricos) através 
de um sistema de tubulações ou resistências elétricas que emitem calor mediante 
radiação. 
 
SISTEMAS DE CONTROLE 
 
A exigência funcional do controle de um sistema de calefação responde pela 
necessidade de modificar adequadamente as variáveis do sistema de tal forma que 
a capacidade da instalação corresponda a potência estabelecida previamente. 
 
TIPOS: 
 
Circuitos de controle aberto: é um sistema de regulação antecipada, porque 
antecipa o efeito que as características das variáveis externas produzem no 
sistema. 
 
Ex.: Um termostato colocado no exterior de um prédio. 
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Circuitos de controle fechado: é um sistema central de retroação, isto é, um 
dispositivo de controle que mede as mudanças ambientais e ativa mecanismos 
para compensar as variações. 
 
Ex.: Um termostato colocado no interior de um prédio 
 
Nos sistemas modernos de controle existem termostatos internos e externos que 
controlam a distribuição e a quantidade de calor fornecido. 
 
Controle local automático: é um dispositivo que controla a temperatura interior 
somente de uma parte do ambiente (sala). Pode ser constituído de: 
 
 Um termostato que controla a interrupção do sistema de calefação interno; 
 Uma válvula termostática que controla o fluxo de água através do radiador e 
outras unidades de calefação; 
 Um termostato que controla o sistema de vazão de água. 
 
 
 
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CAPITULO 04 
 
CONDICIONAMENTO AMBIENTAL 
 
 
 
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CONDICIONAMENTO AMBIENTAL 
(REFRIGERAÇÃO E AQUECIMENTO) 
 
INTRODUÇÃO 
 
Uma instalação de acondicionamento de ar (refrigeração) deve controlar os quatro 
parâmetros básicos no interior de um prédio, são eles: 
 
 Temperatura; 
 Umidade; 
 Pureza; 
 Número de trocas de ar (ventilação). 
 
 
 
A pureza e o número de trocas de ar estão também relacionados, já que a pureza 
do ar está determinada pela entrada do ar externo puro filtrado misturado 
adequadamente com uma determinada quantidade de ar recirculante na instalação 
de condicionamento ambiental, de forma a garantir as condições de conforto no 
interior do ambiente. 
 
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30 
 
 
 
Calor Sensível e Calor Latente 
 
Um corpo que cede ou recebe calor pode sofrer dois efeitos diferentes: variação de 
temperatura ou mudança de estado. 
 
Quando o efeito do calor é de variação de temperatura, o calor é chamado de 
Sensível. Se o efeito do calor é de mudança de estado, o calor é chamado Latente. 
 
Observe-se que enquanto ocorre a mudança de estado, a temperatura do corpo 
mantém-se constante. 
 
TIPOS DE TRATAMENTO DO AR 
 
 Resfriamento sem troca da umidade absoluta; 
 Resfriamento sem desumidificação; 
 Umificação (isoentálpica); 
 Aquecimento sem troca da umidade absoluta; 
 Misturas das correntes de ar em condiçõestermohigramétricas diferentes. 
 
Obs.: Umidade absoluta é a quantidade, em kg, de vapor de água contido em uma 
determinada quantidade de ar. 
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Umidade Relativa 
 
Umidade relativa é a relação entre a quantidade de vapor de água contido em uma 
determinada quantidade de ar, em relação ao vapor que satura o volume de ar 
(depende da temperatura do ar). 
 
AQUECIMENTO DO AR: 
 
Realiza-se mediante baterias espirais de aletas aquecidas por resistências 
elétricas que percorrem através delas e provém da instalação térmica. 
 
RESFRIAMENTO DO AR: 
 
Realiza-se graças a baterias espirais de aletas resfriadas com água gelada que 
corre através destas e provém do sistema de refrigeração ou diretamente esfriada 
pela evaporação do fluido refrigerante da instalação de refrigeração. 
 
SEÇÃO DE TRATAMENTO DE AR DE UMA UNIDADE DE AR CONDICIONADO 
 
Obs.: Se obtém a umidade adequada introduzindo no ar, água irrigada em uma 
superfície ampla em relação ao volume. 
 
Em uma unidade de ar condicionado são necessários ventiladores para distribuir o 
ar tratado nas diferentes zonas do prédio mediante condutos de ar. 
 
 
 
 
SEÇÃO DE TRATAMENTO DE AR DE UMA UNIDADE DE AR CONDICIONADO 
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SEÇÃO DE TRATAMENTO DE AR DE UMA UNIDADE DE AR CONDICIONADO 
 
 
 
 
CÁLCULO DAS NECESSIDADES DE ENERGIA DE UMA INSTALAÇÃO DE AR 
CONDICIONADO 
 
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Definir as condições de projeto; 
 
 Calcular a carga térmica e estabelecer quais as condições sincrométricas do 
ar que entrará no ambiente; 
 Escolher qual o tipo de instalação e realizar os cálculos sincrométricos 
baseados no diagrama de Mollier; 
 Medir os componentes da instalação. 
 As equações de conservação para o ambiente que se deseja acondicionar 
são: 
 
𝑊𝑂 + 𝑚𝑕𝑜 = 𝑀 𝛥 𝑕1+𝑥 
 
𝑚 = 𝑀 𝛥 𝑥 
 
onde: 
 
M = massa de ar seco introduzido (kg/s) 
h 1+x = aumento de entalpia (diferença entre as entalpias do ar introduzido e o que 
está no ambiente; 
Wo = fluxo térmico (soma algébrica do calor que entra, proveniente e produzido 
pelo ambiente e o calor conveccionado pelo ar introduzido) 
m = quantidade de fluxo de massa (correspondente a quantidade de fluxo de vapor 
de água produzido pelo ambiente) 
ho = entalpia da água no ambiente. 
 
Chiller 
 
Trocador de calor no qual o refrigerante, à baixa pressão, se evapora, absorvendo o 
calor da área refrigerada 
 
 
CAPITULO 05 
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CICLOS FRIGORÍFICOS 
 
 
 
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CICLO DE REFRIGERAÇÃO 
 
Pode-se chamar de Ciclo de Refrigeração, uma situação onde, em circuito fechado, 
o gás refrigerante, transformando-se sucessivamente em líquido e vapor, possa 
absorver calor a baixa temperatura e pressão pela sua evaporação e rejeitar calor a 
alta temperatura e pressão pela condensação. 
 
COMPOSIÇÃO 
 
1. Compressor, que aspira e comprime o vapor refrigerante; 
 
2. Condensador, onde o vapor refrigerante é condensado, passando ao estado 
líquido; 
 
3. Tubo Capilar ou a Válvula de Expansão, que abaixa a pressão do sistema por 
meio de uma expansão teoricamente isoentálpica e controla o fluxo de 
refrigerante que chega ao evaporador e 
 
4. Evaporador, onde o calor latente de vaporização é absorvido e enviado ao 
compressor, iniciando-se um novo ciclo. 
 
ESQUEMA SIMPLIFICADO DO CICLO DE REFRIGERAÇÃO 
 
 
 
CONDENSADOR 
 
Condensador são os elementos do sistema de refrigeração que têm a função de 
transformar o gás quente, que é descarregado do compressor a alta pressão, em 
líquido. 
Para isso, rejeita o calor contido no fluido refrigerante para alguma fonte de 
resfriamento. 
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PROCESSO DE CONDENSAÇÃO 
 
Ao ser admitido no condensador, o fluido refrigerante está no mesmo estado que 
na descarga do compressor, ou seja, gás quente a alta pressão. Como em um 
sistema de refrigeração o objetivo é evaporar o refrigerante (para resfriar retirar 
calor de um ambiente e/ou produto), o refrigeranteno estado gasoso deve ser 
condensado antes de retornar ao evaporador. 
 
PROCESSO DE CONDENSAÇÃO 
 
O processo de condensação do fluido refrigerante se dá ao longo de um trocador de 
calor, denominado condensador, em três fases distintas que são: 
 
 Dessuperaquecimento; 
 Condensação e 
 Sub-Resfriamento. 
 
TIPOS DE CONDENSADORES 
 
Condensadores de casco e tubos (shell and tube) 
 
Consiste de uma carcaça cilíndrica, na qual é instalada uma determinada 
quantidade de tubos horizontais e paralelos, conectados a duas placas de tubos 
dispostas em ambas as extremidades. Nos condensadores menores, a carcaça pode 
ser um tubo comum, mas, nos maiores, usam-se carcaças soldadas. O gás 
refrigerante flui dentro da carcaça, em volta dos tubos, ao passo que a água passa 
dentro dos tubos. 
 
 
 
Conjunto compacto, montado sobre base metálica, composto de: (1) um 
compressor para gás Freon-22, (2) um trocador de calor tipo casco-tubo 
(condensador), (3) uma válvula de expansão termostática, (4) dois trocadores de 
calor a placas brasados (evaporadores) e acessórios como tubulações, válvulas, 
visores de linha, etc. Utilizada para resfriar água a 7ºC e óleo mineral a 12ºC. 
Trabalha esfriando água e óleo por compressão, condensação (troca térmica com 
água a 30ºC da torre de resfriamento) e evaporação de gás Freon-22. 
 
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Condensadores de casco e serpentina (shell and coil) 
 
Consistem de uma carcaça que contém uma serpentina de circulação de água. Não 
possuem flanges removíveis (como nos de casco e tubo) e a limpeza da água só 
pode ser feita por meios químicos. São normalmente usados para capacidades 
menores. 
 
 
 
Condensadores de tubos duplos 
 
O condensador de duplo tubo tem o tubo de água dentro do tubo de refrigerante. O 
refrigerante passa pelo espaço entre os dois tubos, enquanto que a água é 
bombeada pelo tubo interior. A água flui em direção oposta à do refrigerante, 
ficando a água mais fria em contato com o refrigerante mais frio e a água mais 
quente em contato com o refrigerante mais quente, evitando-se choques térmicos. 
São utilizados onde o refrigerante é a amônia. 
 
 
 
 
 
 
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Condensadores atmosféricos 
 
Já foi muito popular em grandes instalações de amônia, porém está caindo em 
desuso. Ele é construído com muitos trechos de tubulação, tendo o vapor de 
amônia fluindo dentro dos tubos. A água de resfriamento é distribuída por uma 
calha de suprimento que a derrama sobre a superfície externa dos tubos. Da 
mesma forma que nas torres de resfriamento, o resfriamento é uma combinação da 
evaporação de parte da água com o aquecimento do restante. 
 
 
 
Condensadores evaporativos 
 
Os condensadores evaporativos combinam as funções de condensador e de torre 
de resfriamento. Consiste de um invólucro que contém uma seção de ventilador, 
separador de gotas, serpentina de condensação do refrigerante, reservatório de 
água, válvula de bóia e a bomba de pulverização do lado de fora do invólucro. A 
bomba de pulverização circula a água do reservatório, no fundo da unidade, para 
os bicos de pulverização, sobre a serpentina do refrigerante. Os ventiladores 
forçam a passagem do ar pela serpentina e pela água que está sendo pulverizada 
sobre a serpentina. O calor do refrigerante é transmitido através das paredes da 
serpentina à água que passa sobre ela. O ar remove o calor da água, pela 
evaporação de parte dela. Os separadores de gotas impedem que gotículas de água 
sejam levadas pelo ar. 
 
 
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Condensadores resfriados a ar 
 
O condensador a ar é utilizado para unidades de refrigeração com potência 
fracionária, e.g., refrigeradores domésticos e comerciais. 
 
Por proporcionarem economia, pois não precisa de tubulação de água como os 
condensadores resfriados a água, por não tomarem muito espaço e ainda, 
dependendo da situação, poderem se utilizar apenas da transmissão de calor por 
convecção natural são muito utilizados em pequenas e médias instalações. 
 
EVAPORADOR 
 
Evaporador é a parte do sistema de refrigeração onde o fluido refrigerante sofre 
uma mudança de estado, saindo da fase líquida para a fase gasosa. É chamado, às 
vezes, de serpentina de resfriamento, resfriador da unidade, serpentina de 
congelamento, congelador, etc. Qualquer sistema de refrigeração é projetado, 
instalado e operado com o único fim de retirar calor de alguma substância. Como 
esse calor tem que ser absorvido pelo evaporador, a eficiência do sistema depende 
do projeto e da operação adequada do mesmo. 
A eficiência do evaporador depende: 
 
1. Ter uma superfície suficiente para absorver a carga de calor necessária, sem 
uma diferença excessiva de temperatura entre o refrigerante e a substância 
a resfriar. 
 
2. Deve apresentar espaço suficiente para o refrigerante líquido e também 
espaço adequado para que o vapor do refrigerante se separe do líquido. 
 
3. Ter espaço suficiente para a circulação do refrigerante sem queda de 
pressão excessiva entre a entrada e a saída. 
 
PROCESSO DE EVAPORAÇÃO 
 
Após passar pela válvula de expansão, o fluido refrigerante é admitido no 
evaporador na forma líquida. Como a pressão no evaporador é baixa, o fluido 
refrigerante se evapora com uma temperatura baixa. No lado externo do 
evaporador há um fluxo de fluido a ser refrigerado (água, solução de etileno-glicol, 
ar). 
 
Como a temperatura desse fluido é maior que a do refrigerante, este se evapora. 
Após todo o refrigerante se evaporar, ele sofrerá um acréscimo de temperatura 
denominado superaquecimento. 
 
 
 
 
 
 
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Esquema de um Evaporador de Superfície Estendida 
 
 
 
 
 
VÁLVULA DE EXPANSÃO 
 
É um dispositivo que tem a função de controlador de maneira precisa a quantidade 
de refrigerante que penetra no evaporador. 
 
 
 
Os principais tipos de válvulas de expansão são: 
 
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 Válvula Manual; 
 Válvula Automática; 
 Válvula de Bóia; 
 Válvula Elétrica; 
 Válvula Termostática. 
 
VÁLVULAS DE EXPANSÃO ELÉTRICAS E ELETRÔNICAS 
 
A válvula de expansão elétrica utiliza um termistor para detectar a presença de 
refrigerante líquido na saída do evaporador. 
 
Quando não ocorre a presença de líquido, a temperatura do termistor se eleva, o 
que reduz sua resistência elétrica, permitindo uma corrente maior pelo aquecedor 
instalado na válvula. A válvula é assim aberta, permitindo um maior fluxo de 
refrigerante. 
 
TUBO CAPILAR 
 
Os tubos capilares normalmente são aplicados em sistemas de refrigeração de 
pequeno porte, como: condicionadores de ar residenciais, refrigeradores 
domésticos, vitrines para refrigeração comercial, freezers, bebedouros de água, etc. 
 
Ciclo de Refrigeração em uma geladeira residencial 
 
 
 
 
Compressores 
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O compressor é o coração do sistema de compressão de vapor. É usado por uma 
única razão: recuperar o líquido expandido para que ele possa tornar a ser usado 
inúmeras vezes (fechando o ciclo). Se um reservatório de amônia fosse expandido 
na serpentina de resfriamento e descarregado na atmosfera, o efeito refrigerante 
seria o mesmo, mas: 
 
 Seria preciso repor o reservatório cada vez que se esgotasse; 
 Como a amônia é um refrigerante de alta toxidade e inflamabilidade, 
ocorreriam problemas de intoxicação de pessoas e/ou incêndios nas 
proximidades da instalação; 
 O custo de funcionamento do sistemaseria demasiadamente elevado. 
 
Os principais tipos de compressores frigoríficos são: 
 
 
Compressor Alternativo (de êmbolo) Compressor de Parafuso 
 
Compressor de Palheta Compressor Centrífugo 
 
Compressor Scroll. 
Refrigerante 
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É o fluido que absorve calor de uma substância do ambiente a ser resfriado. Não há 
um fluido refrigerante que reúna todas as propriedades desejáveis, de modo que, 
um refrigerante considerado bom para ser aplicado em determinado tipo de 
instalação frigorífica nem sempre é recomendado para ser utilizado em outra. O 
bom refrigerante é aquele que reúne o maior número possível de boas qualidades, 
relativamente a um determinado fim. 
 
As principais propriedades de um bom refrigerante são: 
 
 Condensar-se a pressões moderadas; 
 Evaporar-se a pressões acima da atmosférica; 
 Ter pequeno volume específico; 
 Ter elevado calor latente de vaporização; 
 Ser quimicamente estável (não se altera apesar de suas repetidas mudanças 
de estado no circuito de refrigeração); 
 Não ser corrosivo; 
 Não ser inflamável; 
 Não ser tóxico; 
 Deve permitir fácil localização de vazamentos; 
 Não deve atacar o óleo lubrificante ou ter qualquer efeito indesejável sobre 
os outros materiais da unidade; 
 Não deve atacar ou deteriorar os alimentos, no caso de vazamentos. 
 Não deve atacar a camada de ozônio, em caso de vazamentos. 
 
 
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CAPITULO 06 
GERAÇÃO DE VAPOR 
INTRODUÇÃO, GENERALIDADES E DEFINIÇÕES 
 
 
 
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INTRODUÇÃO, GENERALIDADES E DEFINIÇÕES 
 
INTRODUÇÃO 
 
Fornecendo calor à água, variamos a sua entalpia(quantidade de energia por kg de 
massa) e seu estado físico. Quanto mais aquecermos, mais aumentaremos sua 
temperatura e, conseqüentemente, sua densidade diminuirá, tornando-se mais 
“leve”. 
 
A medida que fornecermos calor ao líquido, suas moléculas vão adquirindo energia 
até conseguirem vencer às forças que as mantém ligadas (na forma líquida). 
 
A rapidez da formação do vapor será tal qual for a intensidade do calor fornecido. 
 
A pureza da água e a pressão absoluta exercida sobre ela são os fatores que irão 
impor a temperatura na qual se produz a ebulição. Assim, quanto menor for a 
pressão, menor será a temperatura de ebulição da água. 
 
DEFINIÇÕES 
 
Vapor Saturado: Vapor produzido na temperatura de ebulição à sua pressão 
absoluta. 
 
Vapor saturado úmido: quando contém partículas de água em suspensão; 
 
Vapor saturado seco: caso contrário. 
 
Calor Sensível (hs): A Adição de Entalpia do Líquido (calor sensível) é a quantidade 
de calorias necessárias para elevar 1 kg de água de 0 ºC até a sua temperatura de 
ebulição. 
 
Calor Latente (hlat): A Adição de Entalpia de Vaporização (calor latente) é a 
quantidade de calorias necessárias para converter 1 kg de água líquida em vapor 
seco à mesma temperatura e pressão (o calor latente decresce com o aumento da 
pressão absoluta do vapor). 
 
Entalpia Total (hTOT): Chama-se Entalpia Total do Vapor de Água, saturado, à soma 
do calor sensível e do calor latente: 
 
𝑕𝑡𝑜𝑡 = 𝑕𝑠 + 𝑕𝑙𝑎𝑡 
 
Quando não se consegue o vapor seco, têm-se: 
 
𝑕𝑡𝑜𝑡 = 𝑕𝑠 + 𝑥 𝑕𝑙𝑎𝑡 
 
onde x é o título (variando de 0,0 a 1,0). 
 
 
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GERADORES DE VAPOR 
 
É um aparelho térmico que produz vapor a partir do aquecimento de um fluido 
vaporizante. Na prática adotam-se alguns nomes, a saber: 
 
Caldeiras de Vapor: são os geradores de vapor mais simples, queimam algum tipo 
de combustível como fonte geradora de calor. 
 
Caldeiras de Recuperação: são aqueles geradores que não utilizam combustíveis 
como fonte geradora de calor, aproveitando o calor residual de processos 
industriais (gás de escape de motores, gás de alto forno, de turbinas, etc.). 
 
Caldeiras de Água Quente: são aqueles em que o fluido não vaporiza, sendo o 
mesmo aproveitado em fase líquida (calefação, processos químicos). 
 
Geradores Reatores Nucleares: são aqueles que produzem vapor utilizando fonte de 
calor a energia liberada por combustíveis nucleares (urânio enriquecido). 
 
CLASSIFICAÇÕES 
 
1) Quanto à posição dos gases quentes e da água: 
 
 Aquatubulares (Aquotubulares) 
 Flamotubulares (Fogotubulares,Pirotubulares) 
2) Quanto à posição dos tubos: 
 
 Verticais 
 Horizontais 
 Inclinados 
3) Quanto à forma dos tubos: 
 
 Retos 
 Curvos 
4) Quanto à natureza da aplicação: 
 
 Fixas 
 Portáteis 
 Locomóveis (geração de força e energia) 
 Marítimas 
A escolha de um tipo de gerador de vapor se faz principalmente em função de: 
 
 Tipo de serviço 
 Tipo de combustível disponível 
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 Equipamento de combustão 
 Capacidade de produção 
 Pressão e temperatura do vapor 
 Outros fatores de caráter econômico 
 
Locomóvel 
 
 
 
Caldeira Aquatubular, Fixa e Vertical 
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OUTRAS CLASSIFICAÇÕES 
 
1) Pressão de Regime: a máxima pressão de vapor, considerada como limite 
superior quando do projeto. 
 
2) Pressão de Prova: pressão de ensaio hidrostático a que deve ser submetido a 
caldeira (NR-13, item 13.10) 
 
3) Capacidade de Evaporação: são as partes metálicas em contato, de um lado com 
a água e vapor da caldeira e, do outro, com os produtos da combustão. A medição 
desta área se faz pelo lado exposto às chamas. 
 
4) Superfície de Grelhas ou Volume da Fornalha: juntamente com o item anterior, 
determina a potência da caldeira. Maior será a potência quanto maior for o volume 
da caldeira. 
 
5) Outros: peso, superfície dos superaquecedores de vapor, economizadores de 
água de alimentação, aquecedores de ar, volume das câmaras de água e vapor, 
eficiência térmica desejável, variação da demanda, espaço necessário ou 
disponível, amortização do investimento. 
 
CARACTERÍSTICAS DE PROJETO 
 
1. Projeto e Construção: sua forma e método de construção deverá ser simples, 
proporcionando elevada segurança em funcionamento. Todas as partes deverão 
ser de fácil acesso ou desmontagem para facilitar a limpeza interna e consertos 
ordinários. 
 
2. Vaporização específica, grau de combustão e capacidade: deverão ser projetadas 
de forma que, com o mínimo peso e volume do gerador, seja obtida a máxima 
superfície de aquecimento. 
 
3. Peso e espaço: estes fatores devem se combinar para que as caldeiras se adaptem 
ao espaço a elas destinado. 
 
4. Flexibilidade de manobra e facilidade de condução: condições fundamentais em 
processos de variação rápida e freqüente, onde a caldeira possua grande 
flexibilidade para se adaptar imediatamente às modificações da carga. 
 
5. Características do Vapor produzido: as caldeiras não deverão apresentar 
tendência a arrastar água com o vapor, especialmente na condição de sobrecarga, 
evitando o fornecimento de vapor úmido ou a redução do grau de 
superaquecimento. 
 
6. Circulação de água e gases: a circulação de água no interior da caldeira, da 
mesma forma que o fluxo de gases do lado externo, deverá ser ativa, de direção e 
sentido bem definidos para toda e qualquer condição de funcionamento. 
 
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7. Rendimento Térmico Total: deverá ter um rendimento elevado a fim de se obter 
uma economia apreciável de combustível. 
 
8. Segurança: a caldeira e todos os seus elementos deverão ser projetados para 
obter o maiselevado fator de segurança. 
 
COMPONENTES 
 
Caldeira Flamotubular Vertical 
 
 
Aquecedor de Ar: aproveita o calor residual dos gases de combustão pré-aquecendo 
o ar utilizado na queima de combustível. Aquece o ar entre 120 e 300 ºC, 
dependendo do tipo de instalação e do tipo de combustível queimado. 
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Câmara de Combustão: às vezes se confundem com a fornalha, sendo que, em 
outras é completamente independente. É um volume que tem a função de manter a 
chama numa temperatura elevada com duração suficiente para que o combustível 
queime totalmente antes dos produtos alcançarem os feixes (dutos) de troca de 
calor. 
 
Caldeira de Vapor (Tambor de Vapor): constituída por um vaso fechado à pressão 
contendo água que será transformada em vapor. 
 
Chaminé: tem função de retirar os gases da instalação lançando-os na atmosfera 
(tiragem). 
 
Cinzeiro: local de deposição das cinzas e restos de combustível que caem da 
fornalha. 
 
Condutos de Fumo: são canais que conduzem os gases da combustão até a chaminé. 
 
Economizador: O economizador é um trocador de calor tubular instalado na região 
de passagem dos gases de uma caldeira com a finalidade de propiciar o 
aproveitamento de energia térmica contida nesses gases, transferindo-a para a 
água de alimentação que está sendo introduzida no tambor. 
 
O aproveitamento desta energia constitui um aumento de rendimento para a 
caldeira, sendo calculado que a cada 10 °F de elevação na temperatura da água de 
alimentação representa o acréscimo de 1% na sua eficiência. 
 
Os economizadores são constituídos de feixes tubulares de aço que além de 
oferecer boa resistência mecânica, podem ser confeccionados com parede de 
espessura menor, reduzindo de forma acentuada o peso do equipamento e 
permitindo uma melhor transferência de calor. Como o coeficiente de troca de 
calor entre a água e os tubos é muito maior que o coeficiente entre o tubo e os 
gases da queima, a temperatura externa do tubo será muito próxima a da 
temperatura da água . Se esta temperatura estiver abaixo do ponto de orvalho 
haverá corrosão severa dos tubos. Para que isto não ocorra é necessário 
preaquecer a água em trocadores de calor a vapor. 
 
Fornalha: principal equipamento para a queima do combustível. Entre as suas 
funções estão incluídas: a mistura ar-combustível, a atomização e vaporização do 
combustível e a conservação de uma queima contínua da mistura. 
 
Grelhas: utilizadas para amparar o material dentro da fornalha, podendo ser fixas, 
rotativas e inclinadas. 
Queimadores: os queimadores utilizados em uma caldeira tem por finalidade 
converter o combustível líquido a ser queimado em gás, conversão esta que ocorre 
em alguns casos, no momento que se segue à entrada do combustível na fornalha e 
em outros casos, ainda no próprio queimador. 
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51 
 
Existem vários tipos de maçaricos utilizados na operação de uma caldeira: 
 Fixos 
 Retráteis 
 Retráteis com inclinação 
 Outros 
Os maçaricos fixos após serem colocados no tubo guiam da fornalha e parafusados, 
não sofrem nenhum deslocamento ou inclinação, permanecendo sempre na 
posição em que foram colocados. 
Os maçaricos retráteis após serem colocados no tubo guiam da fornalha e 
parafusados, sofrem um deslocamento axial, deslocamento este efetuado pelo 
operador para ajuste do cone da chama, na fornalha. 
Os maçaricos retráteis com inclinação, ao serem colocados no tubo guia da 
fornalha e parafusados, sofrem deslocamento axial e inclinação, sendo esta, em 
geral de 45º para cima e 45º para baixo. O deslocamento e a inclinação são 
comandados pelo operador, com a finalidade de ajustar a chama e melhorar as 
condições de temperatura do vapor principal. 
As caldeiras possuem ignitores cuja função é prover uma chama adequada para o 
acendimento (queima inicial) de um maçarico, seja ele de óleo diesel, gás, ou óleo 
combustível. Um maçarico nunca pode ser aceso com a chama de outro maçarico, 
mas somente com a chama do ignitor correspondente. 
O ignitor por sua vez, também necessita de uma fonte de calor para seu 
acendimento, que no caso é uma centelha proveniente de uma vela de ignição 
elétrica, que recebe tensão através de um transformador. Esta centelha não é 
constante, permanece por alguns segundos (10 a 15) quando o transformador é 
desenergizado. Caso o ignitor não acenda durante o período em que o 
transformador está energizado, nova operação para acendimento do mesmo terá 
que ocorrer. 
Normalmente os ignitores são instalados junto aos maçaricos ou tangenciais a eles. 
Reaquecedor: tem função equivalente a dos superaquecedores. A sua presença 
torna-se necessária quando se deseja elevar a temperatura do vapor proveniente 
de estágios intermediários de uma turbina. 
Retentor de Fuligem: tem como função separar a fuligem, resultante da queima não 
estequiométrica do combustível, dos gases antes dos mesmos saírem pela chaminé. 
Superaquecedor: Partindo do princípio que uma caldeira transforma água em 
vapor pela aplicação de calor, é fácil concluirmos que a área total da superfície de 
aquecimento e a maneira como esta é arranjada, afeta a sua eficiência e capacidade. 
Uma caldeira tem sua fornalha virtualmente circundada por uma superfície que 
retira calor, as paredes d’água. Estas representam apenas 9% da superfície total de 
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aquecimento da unidade, mas contribuem com cerca da metade (48%) da absorção 
total de calor. Esta alta eficiência em calor absorvido por unidade de área resulta 
da sua exposição ao calor radiante na zona de mais alta temperatura. 
Os superaquecedores são superfícies trocadoras de calor com a finalidade de 
elevar a temperatura do vapor produzido no tambor a um valor superior ao valor 
de saturação. 
O superaquecimento do vapor tem duas finalidades fundamentais: 
 Aumentar o ganho termodinâmico da turbina, na qual o vapor irá se 
expandir. 
 Tornar o vapor o mais isento de umidade possível, entretanto possíveis 
condensações no interior da turbina devido à queda de pressão e 
temperatura. Em condições normais, recomenda-se um superaquecimento 
mínimo de 55 °C no vapor na entrada da turbina. 
Os superaquecedores recebem o vapor saturado proveniente do tambor da 
caldeira e o superaquece aproveitando a alta temperatura dos gases que os 
atravessam, por estarem localizados logo acima da fornalha. 
O superaquecedor representa 9% da superfície total de aquecimento mas é 
responsável por apenas 16% do total do calor absorvido. 
Esta diferença em relação à fornalha deve-se ao fato de que a troca de calor é mais 
acentuadamente por convecção do que por radiação. 
O fluxo de vapor, no superaquecedor, deve ser suficientemente intenso, de forma a 
permitir a absorção de calor do tubo, evitando sua deformação por alta 
temperatura. 
Os superaquecedores podem ser classificados como de convecção ou de radiação. 
Nos superaquecedores de convecção, a temperatura do vapor aumenta quando a 
carga cresce, porque o fluxo de gases do lado da fornalha aumenta mais depressa 
do que o fluxo de vapor dentro do tubo. Podem ser do tipo horizontal ou pendente 
como nas caldeiras de Campos. 
A vantagem dos superaquecedores horizontais é que estes podem ser drenáveis, 
enquanto que os pendentes não podem. 
Os superaquecedores de radiação ficam localizados na parte superior da fornalha e 
recebem calor intenso por radiação direta. O vapor no seu interior sofrerá uma 
queda de temperatura com o aumento da carga, por causa da alta razão de 
absorção de calor nas paredes da fornalha quando a carga cresce. 
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O calordisponível para o superaquecedor de radiação não acumula na mesma 
razão que a massa de vapor dentro dos tubos, e, desta maneira, a temperatura do 
vapor diminui. 
Para que a temperatura do vapor seja mantida razoavelmente uniforme com a 
variação da carga, superaquecedores são freqüentemente divididos em seções, 
geralmente primários e secundários. Algumas seções estão na fornalha e outras 
nas zonas de convecção. 
Sopradores de fuligem: Óleo combustível tem 0,5% a 1% de cinzas que são 
componentes minerais. As cinzas mais pesadas caem no fundo da fornalha para 
serem removidas durante as paradas da caldeira para revisão. Uma certa 
quantidade porém, fica depositada nas paredes dos tubos. Além disso, parte do 
carbono não queimado deposita-se nas paredes dos tubos sob a forma de fuligem 
ou negro de fumo. A camada de depósitos reduz a transferência de calor, 
estimando-se que uma camada de 3 mm de fuligem pode isolar tanto quanto uma 
de 15 mm de isolante térmico. 
A redução da transmissão de calor para os tubos da parede d’água provoca uma 
queda na produção de vapor. Para manter a produção, é necessário aumentar o 
fornecimento de combustível e ar. 
Se somente os tubos da fornalha estiverem sujos, maior quantidade de combustível 
e ar resultará num maior fluxo de gases passando pelo superaquecedor e 
reaquecedor, causando elevação da temperatura do vapor superaquecido e 
reaquecido. Se os tubos do superaquecedor ficam sujos, o efeito é o abaixamento 
da temperatura do vapor superaquecido. 
Estando sujos os tubos da fornalha e também do superaquecedor, o resultado será 
a saída dos gases com alta temperatura, traduzindo uma perda de rendimento da 
caldeira. 
Os sopradores de fuligem são equipamentos destinados a limpar as paredes 
externas dos tubos. Tais equipamentos utilizam como fluido de limpeza vapor ou 
ar que é direcionado diretamente sobre as superfícies dos tubos. 
O posicionamento e a quantidade de sopradores de fuligem variam de acordo com 
o tipo de caldeira e do combustível utilizado. Podem ser usados na fornalha, no 
superaquecedor e nos aquecedores de ar e nas zonas de convecção. 
No tipo fixo, os sopradores se caracterizam por possuir uma lança perfurada, que 
gira por acionamento manual, elétrico ou a ar. Sua ação é bastante efetiva na 
remoção de depósitos de baixa aderência., limpando a fuligem de toda a parede em 
volta. São limitados, devido ao contato direto contínuo com os gases de combustão, 
às regiões de baixa temperatura. 
Os sopradores retráteis se caracterizam por possuir um lança que permanece fora 
do contato com os gases da combustão quando estão fora de operação. Quando 
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acionado, a lança é inserida entre duas fileiras de tubos e pelo bocal na sua 
extremidade sopram vapor. 
A fuligem removida entra no fluxo dos gases e sai pela chaminé. Para que a fuligem 
soprada de certo lugar não se deposite em outras superfícies já limpas, operam-se 
os sopradores em seqüência conforme a orientação do fluxo dos gases. Assim os 
tubos da fornalha não devem ser limpos depois dos tubos do superaquecedor , e 
assim sucessivamente. 
O esquemático a seguir mostra o posicionamento dos sopradores nas caldeiras.
 
OUTROS COMPONENTES 
 
 Alarme de Falta D’água 
 Controlador de Nível 
 Fusível Térmico (tampão) 
 Indicadores de Pressão (manômetros) 
 Injetor de Água 
 Pressostatos 
 Purificadores de Vapor 
 Válvulas de Segurança 
 Outros Componentes 
Visor de Nível: é um tubo de vidro colocado no tambor de vapor, que tem por 
finalidade dar ao operador a noção exata da altura onde se encontra a água da 
caldeira. 
 
 
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VÁLVULAS 
 
Tipos: 
 
De retenção: colocadas nas linhas de vapor e óleo para evitar o refluxo; 
 
 
 
De extração de fundo (dreno): permite a retirada de impurezas da água que se 
deposita no fundo do tambor de vapor; 
 
De descarga lenta: tem como função assegurar uma perfeita vedação no sistema; 
 
 
 
Solenóide: comandada eletricamente, abre ou fecha a passagem de um fluido; 
 
 
 
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De alívio: para retirar o excesso de pressão no aquecedor de óleo das caldeiras; 
 
 
 
Outros Tipos de Válvulas: 
 
De escape de ar: controla a saída ou entrada de ar na caldeira, no início e no fim das 
operações; 
 
De serviço: tem seção correspondente a 10% da válvula principal. Tem como 
função garantir o acionamento de órgãos da caldeira (injetor, aquecimento de óleo, 
água, etc.); 
 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
 
Em uma caldeira, no trajeto dos gases quentes, este cede calor para a água nos 
seguintes modos: 
 
 aquecendo a água no economizador; 
 vaporizando-a na caldeira; 
 transformando o vapor saturado em vapor superaquecido no 
superaquecedor. 
A maior parcela da energia é absorvida nas superfícies expostas diretamente às 
chamas na câmara de combustão, onde predomina a troca de calor por radiação. 
Em caldeiras bem dimensionadas, as paredes d’água representam menos de 10% 
da superfície de troca de calor total e são capazes de absorver até 50% da energia 
liberada na combustão. Nas partes posteriores da caldeira, os gases fornecem calor 
por convecção e radiação gasosa. 
 
CAPACIDADE DE PRODUÇÃO DE VAPOR 
 
A capacidade de produção de vapor de uma instalação é expressa freqüentemente 
em quilogramas de vapor por hora (kg/h) e/ou seus múltiplos (kg/s, ton/h). Mas, 
para valores distintos de temperatura e pressão, o vapor possui quantidades 
diferentes de energia, por isso, expressa-se a capacidade de uma caldeira em forma 
de calor total transmitido por unidade de tempo (kcal/h). 
 
Assim: 
 
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𝑄 = 𝑚𝑣 𝑕𝑇𝑂𝑇 − 𝑕𝐿 (kcal/h) 
 
onde: 
 
Q = capacidade de produção de vapor 
 
mv = vazão mássica de vapor produzido (kg/h) 
 
hTOT = entalpia total do vapor (kcal/kg) 
 
hL = entalpia da água de alimentação (kcal/kg) 
 
RENDIMENTO GLOBAL 
 
É definido com a relação entre o calor transmitido e a energia produzida pelo 
combustível, em (%): 
 
𝑛𝑔 = 
𝑚𝑣 𝑕𝑇𝑂𝑇 − 𝑕𝐿 
𝑚𝑐𝑃𝐶𝑆
 100 
 
onde: 
 
mc = vazão mássica de combustível queimado (kg/h) 
 
PCS = poder calorífico superior do combustível (kcal/kg) 
 
VELOCIDADE DE COMBUSTÃO 
 
A velocidade de combustão expressa: 
 
 a quantidade (kg) de combustível queimado por metro quadrado (m2) de 
superfície de aquecimento por hora, ou 
 a quantidade (kg) de combustível queimado por metro cúbico (m3) de 
volume de câmara por hora. 
FATOR DE VAPORIZAÇÃO 
 
É a relação entre o calor absorvido por 1 (kg) de água de alimentação nas 
condições da caldeira e o calor absorvido por 1 (kg) de água a 100 (ºC) ao 
vaporizar. 
 
VAPORIZAÇÃO EQUIVALENTE 
 
É definido como sendo a vazão de água a 100 (ºC), em (kg/h), que se vaporiza na 
caldeira, (kg/h): 
 
𝑉𝐸 =
𝑚𝑣 𝑕𝑇𝑂𝑇 − 𝑕𝐿 
543,4
 
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BALANÇO TÉRMICO 
 
Consiste na elaboração de uma tabela contendo o calor absorvido pelo gerador 
(desejado) e as perdas ocorridas na combustão. 
 
 
 
CALOR ABSORVIDO 
 
É a parcela da energia (calor) que a água e vapor absorveram (deseja-se 
maximizar). É calculado da seguinte forma, em kcal/kg: 
 
𝐻𝐿 = 
𝑚𝑣
𝑚𝑐
 𝑕𝑇𝑂𝑇 − 𝑕𝐿 
 
onde: 
 
HL = calor absorvido pela água e vapor por kg de combustível 
 
mv & mc = vazão mássica de vapor e combustível respectivamente (kg/h) 
 
PERDAS DE CALOR 
 
São parcelas de calor liberado na combustão não utilizadas na produção de vapor. 
As mesmas podem ser classificadas da seguinte forma: 
 
Ocasionais: perdasdevido a erros de projeto, de equipamento ou de operação 
(devem ser minimizadas). Exemplos: perdas no isolamento e nos ventiladores. 
 
Normais: perdas previstas pelo projeto. Exemplos: cinzas, porta da fornalha, etc. 
 
 
PERDAS DEVIDO À UMIDADE DO COMBUSTÍVEL 
 
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A umidade contida no combustível é vaporizada e deixa a caldeira na forma de 
vapor superaquecido. Admitindo a sua pressão parcial como sendo 0,07(kgf/cm2) 
e sua temperatura igual à dos gases resultantes da combustão, teremos: 
 
𝐻2 = 𝑚𝑢 𝑕𝑔
" − 𝑕𝐿
′ 
 
onde: 
 
H2 = perdas em (kcal/kgc) 
 
mu = peso da umidade em (kg/kgc) 
 
h”g = entalpia do vapor superaquecido (kcal/kg) 
 
h’L = entalpia da água na temperatura com que o combustível entra na fornalha 
(kcal/kg) 
 
PERDAS DEVIDO À ÁGUA - COMBUSTÃO DO H 
 
O hidrogênio do combustível ao reagir com o oxigênio forma água e esta, por sua 
vez, deixa a caldeira na forma de vapor superaquecido junto com os gases da 
combustão. 
 
𝐻3 = 9𝜙𝐻2 𝑕𝑔
" − 𝑕𝐿
′ 
 
onde: 
 
H3 = perdas em (kcal/kgc) 
 
𝜙𝐻2 = composição graviométrica do hidrogênio (kg/kgc) 
 
PERDAS DEVIDO À UMIDADE DO AR ADMITIDO 
 
O ar admitido na caldeira, o comburente da combustão, não é seco. Carrega junto 
de si vapor de água. Dados sua temperatura de admissão (ta) e sua umidade 
relativa (), pode-se calcular (ou retirar de uma carta psicrométrica) a umidade 
absoluta (x) dada em gramas de água por quilogramas de ar seco (kgágua/kgar seco). 
Essa água é superaquecida e sai junto com os gases resultantes da combustão. 
 
É calculada por: 
 
𝐻4 = 𝑚𝑠 0,46 (𝑡𝑔 − 𝑡𝑎) 
 
onde: 
 
H4 = perdas em (kcal/kg) 
 
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ms = é calculado multiplicando-se a umidade relativa () pelo peso de água 
necessário para saturar 01 (kg) de ar seco na temperatura ta, multiplicado pelo 
peso do ar seco (mas) gasto por quilograma de combustível (kgvapor/kgc) 
 
𝑚𝑠 = 𝜙𝑚𝑠𝑎𝑡𝑚𝑎𝑠 
 
sendo que: 
 
𝑚𝑎𝑠 = 𝑚𝑠𝑔 − 𝐶1 + 8 𝜙𝐻2 − 
𝜙𝑂2
8
 
 
𝑚𝑠𝑔 = 
4𝜓𝐶𝑂2 + 𝜓𝑂2 + 7,0
3 𝜓𝐶𝑂2 + 𝜓𝐶𝑂 
 
 𝑚𝑐𝜙𝐶 −𝑚𝑟𝜙𝐶𝑟 
𝑚𝑐
 
 
𝜙𝐶𝑟 = 
𝑚𝑟
𝑚𝑐
 − 𝐴 
 
𝐶1 =
𝑚𝑐𝜙𝑐 −𝑚𝑟𝜙𝐶𝑟
𝑚𝑐
 
 
 
sendo: 
 
msg = peso dos gases secos na saída da caldeira (kcal/kg) 
 
mc = peso do combustível (kg) ou (kg/h) 
 
mr = peso das cinzas (kg) ou (kg/h) 
 
𝜙 C = porcentagem de carbono no combustível (%) 
 
𝜙 Cr = porcentagem de carbono sem queimar nas cinzas (%) 
 
C1 = peso do carbono queimado por quilograma de combustível 
 
A = porcentagem de cinzas 
 
0,46 = calor específico médio do vapor desde tg até ta (kcal/kg °C) 
 
tg = temperatura dos gases na saída da caldeira (°C) 
 
ta = temperatura do ar ao entrar na fornalha (°C) 
 
PERDA DEVIDO AOS GASES SECOS DA CHAMINÉ 
 
É geralmente mais significativa e pode ser calculada: 
 
𝐻5 = 𝑚𝑠𝑔𝑐𝑝(𝑡𝑔 − 𝑡𝑎) 
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onde: 
 
H5 = perdas em (kcal/kg) 
 
cp = calor específico médio dos gases (≈0,24 kcal/kg°C) 
 
PERDA DEVIDO AO COMB. GASOSO S/QUEIMAR 
 
Ocorre devido à falta de ar, ocasionando assim uma combustão incompleta. É, em 
proporções gerais pequena, em relação às outras. 
 
 
𝐻6 = 
𝜓𝐶𝑂
𝜓𝐶𝑂2 + 𝜓𝐶𝑂
 5689,6𝐶1 
 
H6 = kcal/kgc 
 
PERDA DEVIDO AO COMBUSTÍVEL S/ QUEIMAR CONTIDO NAS CINZAS 
 
Parte do carbono do combustível cai no cinzeiro sem queimar ou parcialmente 
queimado devido, principalmente ao tipo do carvão, da velocidade de combustão e 
do tipo de grelha. Assim: 
 
𝐻7 =
8148𝑚𝑟𝑐𝑒
𝑚𝑐
 
 
onde: 
 
mr = peso das cinzas e escórias (kg) 
 
ce = peso do carbono não queimado (kg/kgcinzas) 
 
PERDA POR RADIAÇÃO, H E HIDROCARBONETOS SEM QUEIMAR 
 
Estas perdas se referem ao calor dissipado pelas paredes da câmara, ao calor 
sensível dos gases ao saírem para a atmosfera, ao calor sensível das cinzas, à 
variação de carga na caldeira, etc. Ela nada mais é do que a diferença entre o poder 
calorífico superior do combustível e o calor absorvido pela caldeira mais as perdas, 
i. e.: 
𝐻8 = 𝑃𝐶𝑆 − (𝐻𝐿 + 𝐻2 + 𝐻3 + 𝐻4 + 𝐻5 + 𝐻6 + 𝐻7) 
 
 
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CAPITULO 07 
CALDEIRAS FUMOTUBULARES 
CALDEIRAS AQUATUBULARES 
 
 
 
 
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CALDEIRAS FLAMOTUBULARES 
 
Também conhecidas como Pirotubulares, Fogotubulares ou, ainda, como Tubos de 
Fumaça, são aquelas nas quais os gases da combustão (fumos) atravessam a 
caldeira no interior de tubos que se encontram circundados por água, cedendo 
calor à mesma. 
 
CLASSIFICAÇÃO 
 
Existem vários métodos de classificação das caldeiras flamotubulares (segundo o 
uso, a capacidade, a pressão, a posição da fornalha, a posição dos tubos, os 
tamanhos, etc.). 
 
 Verticais 
 Horizontais 
CALDEIRA VERTICAL 
 
 Com fornalha externa 
 Com fornalha interna 
É do tipo monobloco, constituída por um corpo cilíndrico fechado nas 
extremidades por placas planas chamadas espelhos. São várias as suas aplicações 
por ser facilmente transportada e pelo pequeno espaço que ocupa, exigindo 
pequenas fundações. 
 
Apresenta, porém, baixa capacidade e baixo rendimento térmico. São construídas 
de 2 até 30 m2, com pressão máxima de 10 kg/cm2, sendo sua capacidade 
específica de 15 a 16 kg de vapor por m2 de superfície de aquecimento. 
 
Apresenta a vantagem de possuir seu interior bastante acessível para a limpeza, 
fornecendo um maior rendimento no tipo de fornalha interna. São mais utilizadas 
para combustíveis de baixo poder calorífico. 
 
CALDEIRA HORIZONTAL 
 
Podem possuir fornalha interna ou externa. 
 
Tipos: 
 
 Com fornalha externa 
 Multitubulares 
 Com fornalha interna 
 Com uma tubulação central (Cornovaglia) 
 Com duas tubulações (Lancashire) 
 Locomotivas e Locomóveis 
 Escocesas 
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 Marítimas 
 Estacionárias 
 Compactas 
CALDEIRA ESCOCESAS 
 
É o tipo mais moderno e evoluído de caldeiras flamotubulares. Não exige gastos 
com instalações especiais ou custosas colunas de aço ou alvenaria, bastando uma 
fundação simples e nivelada, as ligações com a fonte de água, eletricidade e esgoto 
para entrar imediatamente em serviço. Têm controle eletrônico de segurança e 
funcionamento automático arrancando tão logo sejam ligados os interruptores. 
 
A caldeira consta de um corpo cilíndrico que contém um tubulão sobre o qual 
existe um conjunto de tubos de pequeno diâmetro. Tem geralmente uma câmara 
de combustão de tijolos refratários na parte posterior, a que recebe os gases 
produtos da combustão, e os conduz para o espelho traseiro. Essas unidades 
operam com óleo ou gás (banha derretida), sendo a circulação garantida por 
ventiladores (tiragem mecânica). As unidades compactas alcançam elevado 
rendimento térmico, garantindo 83%. 
 
São construídas até a máxima produção de 10 tonv/h a uma pressão máxima de 18 
kg/cm². Sua vaporização específica atinge valores da ordem de 30 a 34 kgv/m², 
dependendo da perda de carga oferecida pelo circuito. Os gases circulam com 
grande velocidade, 20 a 25 m/s, permitindo a obtenção de elevado índice de 
transmissão de calor. A perda por radiação é muito baixa, não ultrapassando 1%. 
 
 
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CALDEIRAS AQUATUBULARES 
 
Também conhecidas como Caldeiras Tubos de Água ou Aquatubulares se 
caracterizam pelo fato dos tubos situarem-se fora dos tubulões da caldeira 
(tambor) constituindo com estesum feixe tubular. Diferenciam-se das 
Pirotubulares no fato da água circular no interior dos tubos e os gases quentes se 
acham em contato com sua superfície externa. 
 
São empregadas quando interessa obter pressões e rendimentos elevados, pois os 
esforços desenvolvidos nos tubos pelas altas pressões são de tração ao invés de 
compressão, como ocorre nas pirotubulares, e também pelo fato dos tubos estarem 
fora do corpo da caldeira obtemos superfícies de aquecimento praticamente 
ilimitadas. 
 
Os objetivos a que se propõe uma caldeira aquotubular abrangem uma grande 
faixa e em vista disto temos como resultado muitos tipos e modificações, tais como 
tubos retos, tubos curvos de um ou vários corpos cilíndricos, enfim a flexibilidade 
permitida possibilita vários arranjos. 
 
CLASSIFICAÇÃO 
 
As caldeiras aquotubulares podem ser classificadas de diversas maneiras, como 
por exemplo: 
 
 Caldeiras de tubos retos 
 Caldeiras de tubos curvos 
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 Caldeiras de circulação forçada 
 Caldeiras de Tubos Retos 
Podem possuir tambor transversal ou longitudinal, estas caldeiras são ainda 
bastante utilizadas devido, entre outras coisas, a possuírem fácil acesso aos tubos 
para fins de limpeza ou troca, causarem pequena perda de carga, exigirem 
chaminés pequenas, e porque também todos os tubos principais são iguais 
necessitando de poucas formas especiais. 
 
 
 
 
CALDEIRAS DE TUBOS CURVOS 
 
A utilização de vapor em centrais térmicas exigia geradores de grande capacidade 
de produção e com isto as caldeiras de tubos curvos, devido à sua ilimitada 
capacidade de produzir vapor, tomaram uma posição de grande importância para 
casos desta natureza. 
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São compostas por tubos curvos ligados à tambores e suas concepções iniciais 
possuíam quatro e até cinco tambores, sendo revestidos completamente por 
alvenaria. 
 
Atualmente, por motivos de segurança, economia e para eliminar o uso de peças de 
grande diâmetro, o número de tambores foi reduzido a dois (2) e com um único 
tambor, sendo este último aplicado a unidade de altas pressões e capacidades. As 
paredes de refratário, representavam um custo enorme das instalações por isto 
desenvolveu-se estudos quanto a um melhor aproveitamento do calor irradiado, e 
a aplicação de paredes de água veio eliminar ouso destes custosos refratários. Com 
o maior proveito do calor gerado, alem de reduzir o tamanho da caldeira, promove-
se uma vaporização mais rápida e aumenta-se a vida do revestimento das câmaras 
de combustão. 
 
Este tipo de caldeira encontra uma barreira para sua aceitação comercial no que se 
refere ao fato de exigirem um controle especial da água de alimentação 
(tratamento da água), embora apresente inúmeras vantagens, tais como, 
manutenção fácil para limpeza ou reparos, rápida vaporização, sendo o tipo que 
atinge maior vaporização especifica com valores de 28 a 30 kg.v/m² nas 
instalações normais, podendo atingir até 50 kg.v/m² nas caldeiras de tiragem 
forçada. 
 
 
 
CALDEIRAS COM CIRCULAÇÃO FORÇADA 
 
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A diferença de pesos específicos da água de alimentação fria, com a água aquecida 
e misturada com bolhas de vapor promove uma circulação natural da água no 
interior dos tubos. Fatores como incrustações, variações de carga, etc., acabam por 
tornar-se obstáculos a esta circulação, portanto, apesar de vários cuidados 
tomados, não se consegue uma circulação orientada, ou como é chamada, uma 
circulação positiva. 
 
Baseado nisto substituiu-se a circulação por gravidade pela circulação forçada por 
uma bomba de alimentação e com isto reduz-se o diâmetro dos tubos, aumenta-se 
o circuito de tubos e estes podem dispor-se em forma de uma serpentina contínua 
formando o revestimento da fornalha, melhorando-se a transmissão de calor e 
reduzindo-se o tamanho dos tambores, coletores e tornando mínimo o espaço 
requerido. 
 
 
 
Um gerador deste tipo produz aproximadamente 2.750 kg.v/h ocupando um 
espaço de 2,1 x 2,1 m. 
 
As caldeiras de circulação forçada devido, entre outras coisas, a serem mais leves, 
formarem vapor praticamente seco ou superaquecido e instantaneamente, 
ocuparem menor espaço e possuírem grandes coeficientes de transmissão de calor, 
pareciam tomar conta completamente do mercado, porém o seu uso apresentou 
certos inconvenientes como super sensibilidade, paradas constantes por mínimos 
problemas. 
 
A solução para estes problemas foi a construção de um outro tipo sem bomba de 
alimentação (circulação natural), porém com tubulão ligado à tubos de grande 
diâmetro que por sua vez se ligam ao feixe de troca de calor de tubos com 
diâmetros menores. Este tipo teve grande aceitação dos usuários pois aproveitou 
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as vantagens das caldeiras de circulação forçada e eliminou os defeitos das 
mesmas. 
 
 
APLICAÇÃO E UTILIZAÇÃO DAS CALDEIRAS AQUOTUBULARES 
 
As caldeiras tubos de água perseguem os mesmos objetivos de uma caldeira 
qualquer, isto é, custo reduzido, compactacidade, ser acessível, tubos com formas 
simples, boa circulação, coeficiente de transmissão de calor elevado e alta 
capacidade de produção de vapor. Poderia se dizer que este tipo atinge todos ou 
quase todos dos objetivos pretendidos como por exemplo a sua limpeza é 
facilmente realizada pois as incrustações são retiradas sem dificuldade utilizando 
um dispositivo limpa-tubo movido com água ou ar. 
 
Elas possuem as mais variadas aplicações industriais sendo também usadas 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 até 200 kg/cm2 e capacidades 
atingindo valores de aproximadamente 800 t.v/h. 
 
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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. Em 
caldeiras de pressões elevadas, devido aos grandes esforços aplicados, os tambores 
resultam um custo muito elevado por isto conclui-se que seu número e tamanho 
deva ser o menor possível, e isto é função dos seguintes fatores. 
 
 Rendimento 
 Tipo de combustível 
 Natureza da carga 
 Pressão de trabalho 
 Ampliações futuras 
 Espaço disponível e 
 Condições do clima 
Em resumo, as caldeiras aquatubulares são empregadas quase exclusivamente 
quando interessa obter elevadas pressões grandes capacidades e altos 
rendimentos. 
 
GERADORES DE ÁGUA QUENTE 
 
 De Passagem 
 De Passagem com Acumulação 
 Boiler 
 Bomba de Calor 
 
DE PASSAGEM 
 
O aquecimento se dá através de passagem de água pelo aquecedor, utilizando calor 
dissipado por efeito Joule através de passagem da corrente pelo resistor. É 
utilizado para consumo imediato. 
 
 
 
 
 
 
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PASSAGEM COM ACUMULAÇÃO 
 
O gerador de passagem com acumulação consiste no aquecimento da água através 
de um gerador de água quente de passagem e posterior acumulação dessa água 
quente num reservatório isolado termicamente. 
 
 
 
BOILER 
 
São geradores de água quente com acumulação própria. A água fria entra no Boiler, 
é aquecida quando passa pela fonte de calor e é acumulada no próprio dispositivo. 
 
 
 
BOMBA DE CALOR 
 
A bomba de calor consiste em aproveitar-se o calor