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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ 
 
 
 
 
 
ARTHUR GUILHERME SACCHI BELLINI 
 
 
 
 
 
 
 
MODELO 3D DE CALDEIRA FLAMOTUBULAR PARA TREINAMENTOS 
INDUSTRIAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LONDRINA 
2025
 
 
4.0 Internacional 
 
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ARTHUR GUILHERME SACCHI BELLINI 
 
 
 
 
 
 
 
 
MODELO 3D DE CALDEIRA FLAMOTUBULAR PARA TREINAMENTOS 
INDUSTRIAIS 
 
 
3D MODEL OF A FLAMETUBE BOILER FOR INDUSTRIAL TRAINING 
 
 
 
 
Trabalho de conclusão de curso de graduação 
apresentado como requisito para obtenção do título de 
Bacharel em Engenharia Química da Universidade 
Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). 
Orientador(a): Prof. Dr. Thiago Leandro de Souza 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LONDRINA 
2025
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/deed.pt_BR
 
ARTHUR GUILHERME SACCHI BELLINI 
 
MODELO 3D DE CALDEIRA FLAMOTUBULAR PARA TREINAMENTOS 
INDUSTRIAIS 
 
 
 
. 
 
Trabalho de conclusão de curso de graduação 
apresentado como requisito para obtenção do título de 
Bacharel em Engenharia Química da Universidade 
Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). 
Orientador(a): Prof. Dr. Thiago Leandro de Souza 
 
 
 
 
 
Data de aprovação: 21 de fevereiro de 2025 
 
 
 
 
___________________________________________________________________________ 
Thiago Leandro de Souza 
Doutorado em Engenharia Química 
Universidade Tecnológica Federal do Paraná 
 
 
 
___________________________________________________________________________ 
Lucas Bonfim Rocha 
Doutorado em Engenharia Química 
Universidade Tecnológica Federal do Paraná 
 
 
 
___________________________________________________________________________ 
Felipi Luiz de Assunção Bezerra 
Doutorado em Engenharia Química 
Universidade Tecnológica Federal do Paraná 
 
 
 
 
 
 
 
LONDRINA 
2025 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dedico este trabalho à minha família, pelo amor e 
apoio incondicionais, e aos amigos, pela parceria e 
encorajamento ao longo desta jornada. 
 
 
AGRADECIMENTOS 
Certamente, não seria possível expressar em palavras toda a gratidão que 
sinto por aqueles que fizeram parte desta jornada. Agradeço a minha família, pelo 
amor incondicional, compreensão e apoio constante, que foram essenciais em cada 
etapa. Aos meus amigos, pela amizade, incentivo e pela motivação nos momentos 
mais desafiadores. 
Aos meus professores, que com dedicação e sabedoria, compartilharam seus 
conhecimentos e contribuíram de forma significativa para o meu crescimento 
acadêmico e profissional. Agradeço especialmente ao meu orientador, Prof. Dr. 
Thiago Leandro de Souza, pela orientação valiosa e por acreditar em meu potencial. 
A todos os que, de alguma forma, contribuíram para a realização deste trabalho, meu 
muito obrigado. 
Espaço destinado aos agradecimentos (elemento opcional). Folha que contém manifestação de 
reconhecimento a pessoas e/ou instituições que realmente contribuíram com o(a) autor(a), devendo 
ser expressos de maneira simples. Exemplo: 
 
Não devem ser incluídas informações que nominem empresas ou instituições não nominadas no 
trabalho. 
 
Se o aluno recebeu bolsa de fomento à pesquisa, informar o nome completo da agência de fomento. 
Ex: Capes, CNPq, Fundação Araucária, UTFPR, etc. Incluir o número do projeto após a agência de 
fomento. Este item deve ser o último. 
 
Atenção: não utilizar este exemplo na versão final. Use a sua criatividade! 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RESUMO 
Este trabalho aborda o desenvolvimento de um modelo 3D de uma caldeira 
flamotubular horizontal, com o objetivo de aprimorar os treinamentos industriais 
utilizando tecnologias imersivas. A pesquisa justifica-se pela necessidade de capacitar 
operadores de forma mais segura e eficaz, minimizando riscos e alinhando-se às 
demandas da Indústria 5.0. A metodologia incluiu o estudo detalhado de normas 
regulamentadoras (NR-12, NR-13 e NR-16), bem como a aplicação de conceitos de 
instrumentação, abrangendo sensores, válvulas e outros dispositivos essenciais ao 
funcionamento da caldeira. O modelo 3D foi desenvolvido com atenção à 
representação realista dos componentes e sua integração ao sistema de controle da 
caldeira, sendo utilizado para simular cenários operacionais em um ambiente seguro 
e controlado. Os resultados demonstraram que o simulador proposto atende às 
exigências das normas regulamentadoras, proporciona maior engajamento dos 
participantes e reduz os custos associados a treinamentos convencionais. Além disso, 
o projeto se mostrou viável técnica e economicamente, sendo validado por empresas 
interessadas em adotar a tecnologia. Como conclusão, o estudo destaca a relevância 
do uso de modelagem 3D para melhorar a capacitação industrial, promovendo 
segurança, eficiência e alinhamento às regulamentações. A possibilidade de expandir 
o trabalho para o desenvolvimento de caldeiras aquatubulares foi identificada como 
uma perspectiva futura, ampliando o impacto da pesquisa no setor de treinamentos 
industriais. 
 
Palavras-chave: Caldeira, modelagem, treinamentos; normas regulamentadoras. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ABSTRACT 
This study addresses the development of a 3D model of a horizontal fire-tube boiler, 
aiming to improve industrial training using immersive technologies. The research is 
justified by the need to train operators more safely and effectively, minimizing risks and 
meeting the demands of Industry 4.0. The methodology included a detailed analysis of 
regulatory standards (NR-12, NR-13, and NR-16), as well as the application of 
instrumentation concepts, covering sensors, valves, and other essential components 
of the boiler's operation. The 3D model was developed with attention to the realistic 
representation of components and their integration into the boiler control system, 
allowing operational scenarios to be simulated in a safe and controlled environment. 
The results showed that the proposed simulator complies with regulatory standards, 
enhances participant engagement, and reduces the costs associated with conventional 
training. Furthermore, the project proved to be technically and economically viable, 
validated by companies interested in adopting the technology. In conclusion, the study 
highlights the relevance of using 3D modeling to improve industrial training, promoting 
safety, efficiency, and compliance with regulations. The possibility of expanding the 
research to develop water-tube boilers was identified as a future perspective, 
broadening the impact of this study on industrial training practices. 
Keywords: Boiler; modeling; training; regulatory standards. 
 
 
SUMÁRIO 
1 INTRODUÇÃO .......................................................................................13 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .............................................................16 
2.1 Modelagem 3D ......................................................................................16 
2.1.1 Modelagem Bi e Tridimensional .............................................................16 
2.1.2 Modelagem Hibrida ................................................................................17 
2.1.3 Blender 3D e suas aplicações ................................................................18 
2.2 Treinamentos Industriais .....................................................................19 
2.3 Normas Regulamentadoras (NR) ........................................................20 
2.3.1 NR-12 - Segurança no trabalho em máquinas e equipamentos .............20 
2.3.2 NR-13 - Caldeiras, vasos de pressão e tubulações e tanques metálicos de 
armazenamento ......................................................................................................212024. Disponível em: https://www.jefferson.ind.br/conteudo/valvula-de-
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https://www.zurichpt.com.br/sensor-de-temperatura. Acesso em: 14 de out. de 2024.2.3.3 NR-16 - Atividades e operações perigosas ............................................22 
2.4 Caldeiras ...............................................................................................23 
2.4.1 Flamotubulares .......................................................................................24 
2.4.2 Horizontal com 3 passes no casco .........................................................24 
3 METODOLOGIA ....................................................................................27 
3.1 Instrumentação .....................................................................................27 
3.1.1 Válvula Solenoide ...................................................................................27 
3.1.2 Válvula Globo .........................................................................................28 
3.1.3 Sensor de Temperatura ..........................................................................29 
3.1.4 Sensor de Nível ......................................................................................30 
3.1.5 Válvula de Segurança de Pressão (PSV) ...............................................32 
3.1.6 Válvula Gaveta .......................................................................................33 
3.1.7 Manômetro e Alarme ..............................................................................34 
3.1.8 Bomba Centrifuga Vertical e Válvula de Retenção .................................36 
3.2 Modelagem da Caldeira Flamotubular ................................................37 
3.3 Componentes Agregados ....................................................................44 
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ...........................................................48 
4.1 Viabilidade da implementação do simulador em treinamentos .......48 
4.2 Validação do treinamento conforme as NR .......................................49 
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ...................................................................51 
REFERÊNCIAS ......................................................................................52 
 
13 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
A Indústria 4.0 tem promovido uma revolução significativa no setor produtivo, 
integrando tecnologias digitais ao ambiente físico de maneira inédita. Entre essas 
inovações, destacam-se a Realidade Virtual (RV) e a Realidade Aumentada (RA), que 
possibilitam novas formas de interação entre operadores e sistemas industriais. A RV 
permite a imersão em ambientes tridimensionais simulados, enquanto a RA expande 
a percepção do mundo real com a inserção de informações digitais. Essas tecnologias 
têm transformado processos industriais, trazendo mais eficiência, segurança e 
precisão, além de reduzir custos e melhorar a produtividade. Assim, a conectividade 
entre máquinas e pessoas se torna cada vez mais fluida, oferecendo novas 
oportunidades para a modernização e otimização das operações (CONVERGINT, 
2020). 
Tecnologias imersivas, como RV e RA, têm se mostrado igualmente eficazes 
em outros setores, além do industrial. Por exemplo, na medicina, essas ferramentas 
são usadas para treinar profissionais em procedimentos complexos, permitindo a 
prática sem os riscos associados ao ambiente real. No setor de defesa do exército e 
força aérea, simuladores são amplamente utilizados para capacitar soldados em 
ambientes controlados e realistas, promovendo a aprendizagem sem comprometer a 
segurança (BRITO; et al, 2021). Esses exemplos evidenciam o potencial dessas 
tecnologias na educação e no treinamento de profissionais, mostrando que a 
simulação imersiva pode replicar com precisão os desafios do mundo real. 
Nesse contexto, a modelagem 3D emerge como uma ferramenta essencial 
para criar ambientes virtuais realistas que reproduzem com precisão equipamentos e 
cenários do dia a dia. Ao integrar visualização interativa com modelagem geométrica 
e simulação, esses ambientes permitem que engenheiros e cientistas analisem e 
manipulem dados, prevendo cenários críticos antes que aconteçam. A capacidade de 
prever falhas operacionais ou riscos de segurança, por exemplo, torna o 
desenvolvimento de projetos industriais mais seguro e eficiente (TORI; HOUNSELL, 
2018). 
Além disso, a modelagem 3D com RA tem sido aplicada com sucesso na 
engenharia, especialmente no planejamento e operação de plantas industriais. Com 
essa tecnologia, é possível simular com precisão os estágios de inicialização e 
desligamento de uma planta, identificar potenciais riscos e otimizar a segurança. A 
14 
 
 
visualização virtual dos processos reduz desperdícios materiais e energéticos, além 
de diminuir os custos de desenvolvimento. Integrar a RA aos processos da Indústria 
permite que empresas, independentemente do porte ou setor, aumentem sua 
competitividade e eficiência (SEBRAE, 2023). 
Os métodos tradicionais de treinamento operacional, amplamente utilizados 
em diversas indústrias, têm enfrentado uma série de limitações. A falta de 
interatividade faz com que muitos colaboradores se desengajem do processo, 
comprometendo a retenção do conhecimento e a eficiência da capacitação. Além 
disso, os treinamentos convencionais são caros e logisticamente desafiadores, 
exigindo recursos significativos em termos de tempo, dinheiro e infraestrutura. Outro 
problema é a dificuldade de replicar cenários complexos ou perigosos, especialmente 
em operações industriais, onde erros podem resultar em consequências graves, tanto 
financeiras quanto de segurança (MARTINS, 2021). 
Diante desses desafios, a gamificação, aliada a tecnologias imersivas, surge 
como uma solução promissora para treinamentos industriais. Ao simular ambientes 
de trabalho de forma autêntica e interativa, essas tecnologias permitem que os 
colaboradores pratiquem suas habilidades em situações que replicam os desafios do 
mundo real, sem os riscos envolvidos. Com isso, as empresas conseguem não 
apenas treinar seus funcionários de forma mais segura e econômica, mas também 
melhorar o engajamento e a motivação, resultando em maior produtividade e 
eficiência operacional (MARTINS, 2021). 
O uso de simuladores imersivos tem se destacado na educação e no 
treinamento em diversas indústrias, mostrando grande potencial no setor químico. 
Simuladores que replicam reações químicas e processos de manufatura 
proporcionam uma experiência de aprendizado interativa e segura, além de capacitar 
profissionais com um conhecimento mais sólido e aplicado (TORI; HOUNSELL, 2018). 
Desta forma, esses simuladores podem aprimorar o processo de 
aprendizagem, proporcionando aos colaboradores experiências práticas em 
ambientes virtuais que replicam de forma precisa os equipamentos e processos 
encontrados no chão de fábrica. Com isso, espera-se contribuir para a formação de 
profissionais mais bem preparados para os desafios do setor químico, alinhando as 
práticas educacionais às demandas contemporâneas da indústria. 
 
15 
 
 
Assim, o objetivo principal deste trabalho é explorar a modelagem 3D como 
uma ferramenta essencial para o desenvolvimento de um simulador de caldeira 
flamotubular presente em diversas industrias, com intuito de ser utilizada na área de 
simuladores imersivos voltados ao treinamento de equipamentos industriais que 
seguem à risca as diretrizes das Normas Regulamentadoras (NR) brasileiras. Além 
disso, buscar parcerias de novos clientes para a 4Control faz parte do propósito do 
trabalho, garantindo o grande interesse da maioria das empresas pela modelagem, 
simulação e projeção imersiva. 
 
 
16 
 
 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
2.1 Modelagem 3D 
A modelagem 3D é o processo de criar representações tridimensionais de 
personagens, objetos ou cenários, incorporando altura, largura e profundidade. Ela 
combina conhecimentos técnicos de desenho e escultura, como anatomia, luz e 
sombra, com habilidades tecnológicas de softwares de modelagem. Sua aplicaçãoé 
vasta, indo desde o desenvolvimento de produtos e ambientes na arquitetura e no 
design industrial até a criação de peças e veículos na indústria automobilística. No 
entanto, seu uso mais popular está na indústria de artes e entretenimento, onde é 
amplamente utilizada na criação de jogos, filmes e ilustrações (LOPES, 2023). 
2.1.1 Modelagem Bi e Tridimensional 
A comparação entre modelagem 2D e 3D na engenharia revela importantes 
distinções em relação ao nível de detalhamento e as possibilidades de simulação. O 
desenho técnico em 2D, baseado em linhas, pontos e formas, continua sendo uma 
ferramenta essencial na documentação de máquinas e componentes. Ele oferece uma 
linguagem gráfica universal, conforme definido por Souza e Rocha (2010), sendo 
indispensável para comunicar informações sobre dimensões, forma e posicionamento 
de objetos. Apesar das limitações em termos de perspectiva e profundidade, esse tipo 
de modelagem mantém seu valor por ser amplamente compreendido e padronizado, 
facilitando a troca de informações técnicas entre diferentes áreas. 
Entretanto, o advento da tecnologia computacional trouxe um avanço 
significativo com o desenvolvimento tridimensional. Com a introdução de softwares 
CAD (Computer Aided Design), o design assistido por computador revolucionou o 
processo de criação de projetos, permitindo uma visualização mais detalhada e 
precisa dos objetos. Diferente do 2D, que se restringe a vistas planas e projeções, o 
uso de volumes oferece uma representação mais completa, possibilitando que o 
desenvolvedor visualize o objeto de diferentes ângulos, melhorando a compreensão 
sobre seu formato, montagem e funcionamento. Esse recurso facilita a análise 
estrutural e a detecção de falhas ou interferências antes mesmo da produção física, o 
que não é possível na modelagem bidimensional (SILVA; et al, 2024). 
Além da visualização, o desenvolvimento tridimensional, aliado a simulação 
dinâmica de processos industriais, permite que profissionais de diversas áreas 
17 
 
 
analisem o comportamento dos projetos em diferentes condições ambientais, como 
variações de temperatura, pressão e força aplicada. Isso representa uma vantagem 
significativa em relação ao 2D, que é mais limitado para esse tipo de análise. De 
acordo com Silva e colaboradores (2024), a simulação reduz a necessidade de 
protótipos físicos, economizando tempo e recursos nas fases de teste e 
desenvolvimento. Dessa forma, esse tipo de recurso não apenas substitui o 
tradicional, mas complementa-o, expandindo suas capacidades para além da 
representação estática e possibilitando uma visão mais dinâmica e funcional dos 
projetos. 
Assim, a representação tridimensional, com suas capacidades de simulação 
avançada, permite que indústrias de todos os setores economizem significativamente 
em termos de tempo e custos. Seja na criação de protótipos, no desenvolvimento de 
produtos ou no entretenimento, essa tecnologia está transformando o processo de 
design e fabricação. Isso se aplica também ao campo educacional, onde essa 
abordagem oferece novas formas de ensino prático e engajamento dos alunos, que 
podem visualizar conceitos abstratos de forma concreta e interativa, facilitando a 
compreensão e o aprendizado de tópicos complexos (MELO; REIS, 2024). 
2.1.2 Modelagem Híbrida 
De acordo com Meandro e Weiler (2024), a modelagem híbrida é composta 
pela combinação das técnicas de modelagem paramétrica e direta, permitindo que o 
desenvolvedor utilize os pontos fortes de ambos os métodos. A modelagem 
paramétrica baseia-se no uso de parâmetros, restrições e equações para controlar as 
características de um modelo, ou seja, define variáveis como dimensões e ângulos, 
sendo possível alterar essas características sem comprometer a integridade do 
modelo. Essa abordagem é ideal para projetos que demandam precisão e 
padronização, como peças que precisam obedecer a tolerâncias específicas ou 
estruturas que seguem normas regulamentares. Já a modelagem direta, por outro 
lado, não depende de parâmetros ou equações, oferecendo uma maior liberdade 
criativa. Nela, a manipulação do modelo ocorre de forma interativa, permitindo que o 
desenvolvedor ajuste a geometria diretamente, por meio de ações intuitivas, como a 
interação direta com instrumentos, painéis de controle, válvulas e botões. 
Optar por uma abordagem híbrida oferece diversas vantagens, especialmente 
em projetos que exigem tanto precisão quanto flexibilidade. A combinação dessas 
18 
 
 
duas técnicas permite ao desenvolvedor aproveitar a exatidão da modelagem 
paramétrica para tarefas que exigem controle rigoroso, ao mesmo tempo em que 
utiliza a liberdade da modelagem direta para explorar formas mais complexas ou 
realizar ajustes rápidos. Isso é particularmente útil em fases iniciais de projetos, onde 
a ideia ainda está em desenvolvimento, e em estágios mais avançados, quando já se 
conhece os parâmetros exatos. Além disso, o uso da abordagem híbrida facilita a 
reutilização e modificação dos modelos, superando limitações impostas por uma única 
técnica, o que torna o processo mais eficiente e adaptável às necessidades do projeto 
(MEANDRO; WEILER, 2024). 
2.1.3 Blender 3D e suas aplicações 
A Blender Foundation, uma organização sem fins lucrativos que desenvolve o 
software, define o Blender 3D como um programa de código aberto voltado para 
modelagem, animação, texturização, composição, renderização, criação de 
aplicações interativas em 3D e edição de vídeo. O software é compatível com vários 
sistemas operacionais e oferece ferramentas avançadas de simulação, como 
dinâmicas de fluídos, de corpos rígidos e de corpos macios, sendo comparável a 
outros programas proprietários que disponibilizam recursos similares, como 
SolidWorks e AutoCAD (BLENDER FOUNDATION, 2024). 
Devido sua fácil acessibilidade, este software vem sendo muito utilizado como 
ferramenta de simulação em várias áreas. Costa e colaboradores (2020) realizaram 
um estudo pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) que utiliza o programa 
Blender para simular um radar de vigilância de espaço aéreo, possibilitado pelo motor 
de renderização e utilizado para simular a propagação de ondas no ambiente 
modelado. Seu resultado foi tão satisfatório que afirmou a possibilidade de ser 
aplicado também em vigilância marítima e sensoriamento remoto. 
Outro exemplo de aplicação foi na modelagem e impressão 3D de ferramentas 
didáticas do curso de Agronomia da Universidade Federal Rural da Amazônia. Vieira 
e Miranda (2021) tiveram a ideia durante o período da Pandemia do COVID 19, e 
encontraram a modelagem como facilidade no ensino de componentes biológicos 
como células vegetais, proteínas e DNA, compartilhando seus resultados para serem 
utilizados em todos os campus da instituição. Isso mostra a importância da 
implantação da modelagem 3D como forma de facilitar o aprendizado e interação 
19 
 
 
tecnológica, principalmente em um momento que as aulas estavam sendo realizadas 
de forma remota. 
2.2 Treinamentos Industriais 
A evolução dos processos industriais tem sido marcada pela crescente 
integração entre tecnologia e operação, impulsionada pelos avanços da automação e 
digitalização. Enquanto a Indústria 4.0 revolucionou a manufatura com sistemas 
inteligentes e interconectados, a Indústria 5.0 surge como uma nova perspectiva, 
enfatizando a interação homem-máquina (IHM) e a centralização no fator humano. 
Essa abordagem busca alinhar a automação com a colaboração direta dos 
operadores, promovendo fábricas mais sustentáveis, resilientes e inteligentes. A 
Manufatura Inteligente Centrada no Ser Humano (HCSM) emerge como um modelo 
de produção que combina tecnologias avançadas com a participação ativa dos 
trabalhadores, possibilitando um ambiente mais eficiente e adaptável. Nesse contexto, 
sensores, sistemas de processamento de dados, mecanismos de transmissãoe 
plataformas interativas que utilizam a modelagem 3D desempenham um papel 
fundamental para garantir uma comunicação fluida entre humanos e máquinas 
(YANG; LIU; MORGAN; 2024). 
Com toda essa revolução tecnológica, surge também a necessidade de novos 
aprendizados dentro da indústria. Treinamentos bem planejados e adaptados às 
demandas específicas da empresa e da equipe são fundamentais para alcançar 
excelência e operação segura. Investir em capacitações que aprofundem o 
conhecimento sobre as máquinas e ferramentas disponíveis permite que as tarefas se 
tornem mais simples e rápidas, promovendo um verdadeiro aprimoramento 
profissional. Além disso, é crucial contar com suprimentos de qualidade, pois 
treinamentos sem os equipamentos adequados resultam em desperdício de tempo e 
impedem o progresso da empresa (NORTEL, 2021). 
Os treinamentos industriais abrangem uma variedade de técnicas que visam 
capacitar a força de trabalho em diferentes áreas. O onboarding, por exemplo, é uma 
estratégia essencial para integrar novos funcionários, permitindo que eles se adaptem 
rapidamente às operações, normas de segurança e cultura organizacional. Outro tipo 
importante é o treinamento em Normas Regulamentadoras (NR), que garante o 
cumprimento das leis e regulamentos do setor, fundamental para a segurança e 
conformidade. Além disso, há os treinamentos voltados para segurança do trabalho, 
20 
 
 
que preparam os colaboradores para lidar com riscos e emergências, e segurança da 
informação, indispensável no cenário atual de interconectividade industrial. Por fim, 
os treinamentos técnicos capacitam os funcionários no uso de máquinas e tecnologias 
específicas, promovendo maior eficiência e redução de erros nos processos, porém, 
podem exigir paradas que prejudicam o seu andamento ou são realizadas de forma 
não seguras (CASSEMIRO, 2024). 
Com a avanço da tecnologia, novas formas de treinamentos começaram ser 
implantadas, como os treinamentos imersivos a partir de realidade virtual e 
modelagem 3D. Lamas (2020) afirma em seu estudo de caso sobre a experiência do 
usuário em aplicação de realidade virtual imersiva no âmbito industrial que, apesar de 
uma leve dificuldade em implantar o uso do óculos de realidade virtual nos operadores 
por ser um equipamento sensível, as respostas dos usuários foram majoritariamente 
positivas, com um bom engajamento e maior interesse. O autor ainda afirma que 
recebeu bons feedbacks que contribuíram muito para a melhoria de sua tecnologia, 
contribuindo de forma potencializada a aplicação dessa ferramenta em treinamentos 
e/ou simulações industriais. 
2.3 Normas Regulamentadoras (NR) 
Essenciais em treinamentos industriais, as Normas Regulamentadoras (NR) 
são um conjunto de diretrizes estabelecidas para assegurar a saúde e segurança no 
ambiente de trabalho, complementando as disposições da Consolidação das Leis do 
Trabalho (CLT) no Brasil. Criadas inicialmente em 1978 e atualizadas ao longo dos 
anos, essas normas estabelecem obrigações e direitos tanto para empregadores 
quanto para trabalhadores, visando reduzir riscos de acidentes e doenças 
ocupacionais. Sua elaboração e atualização necessitam da participação de 
representantes do governo, empregadores e empregados, garantindo que atendam 
às necessidades de diferentes setores econômicos e promovam melhores condições 
de trabalho (BRASIL, 2020). 
2.3.1 NR-12 - Segurança no trabalho em máquinas e equipamentos 
A NR-12 estabelece diretrizes fundamentais para a segurança no uso de 
máquinas e equipamentos industriais, visando proteger tanto os operadores diretos 
quanto os demais trabalhadores que compartilham o espaço onde as máquinas estão 
21 
 
 
instaladas. Publicada em 1978 pelo Ministério do Trabalho e Emprego, essa norma 
abrange desde as exigências de fabricação até os aspectos de exposição e manuseio 
dos equipamentos, propondo medidas de proteção que priorizam a segurança 
coletiva, o uso de equipamentos de proteção individual (EPIs) e a gestão 
administrativa (EGE SOLUÇÕES, 2023). 
A norma também especifica recomendações sobre o espaço físico nas 
instalações, sistemas elétricos, botões de emergência, segurança pressurizada, 
transportadores de materiais e ergonomia, garantindo uma operação segura e 
eficiente das máquinas. Além disso, determina que os profissionais envolvidos 
recebam capacitação adequada e que a sinalização e procedimentos estejam claros 
e visíveis. A aplicação da norma é constantemente auditada e atualizada, o que 
reforça sua importância na prevenção de acidentes e na promoção de um ambiente 
de trabalho mais seguro e saudável (EGE SOLUÇÕES, 2023). 
 
 
2.3.2 NR-13 - Caldeiras, vasos de pressão e tubulações e tanques metálicos de 
armazenamento 
A NR-13 é um dispositivo legal estabelecido pelo Ministério do Trabalho, com 
o objetivo de garantir a segurança e a saúde dos trabalhadores que operam em 
ambientes industriais com equipamentos de alta complexidade, como caldeiras e 
vasos de pressão. Ela estabelece uma série de requisitos técnicos e operacionais que 
buscam assegurar a integridade estrutural desses equipamentos, determinando 
desde sua instalação, passando pela operação e manutenção, até a inspeção 
periódica e de segurança. Dada a criticidade desses aparelhos no processo industrial, 
essa norma atua para mitigar os riscos que possam comprometer a saúde dos 
trabalhadores e o patrimônio das empresas (BRASIL, 2020). 
De acordo com a regulamentação, as caldeiras, independentemente de suas 
características específicas, devem seguir os preceitos da NR-13, sendo enquadradas 
em categorias (A, B e C) conforme a pressão de operação e o volume de 
armazenamento de vapor. A norma exige que esses equipamentos apresentem 
placas de identificação em locais visíveis, contendo informações como ano de 
fabricação, nome do fabricante, pressão de teste hidrostático e categoria de risco. 
Essa exigência de identificação é essencial para assegurar que os trabalhadores 
22 
 
 
tenham acesso rápido e visual a informações críticas, facilitando a operação segura e 
contribuindo para a prevenção de acidentes industriais (PREVINSA, 2024). 
Além das caldeiras, ela também regula a utilização de vasos de pressão, 
especificando que determinados fluidos, como inflamáveis e tóxicos, impõem a 
necessidade de um controle rigoroso sobre os equipamentos que os contêm. Esses 
vasos de pressão, ao serem empregados em atividades industriais com substâncias 
da Classe A, requerem atenção especial quanto aos critérios de segurança e 
inspeção, conforme descrito na norma. Em casos de irregularidades no funcionamento 
de caldeiras e vasos de pressão, é imperativo que tais falhas sejam tratadas de forma 
a atender aos requisitos da NR-13, evitando riscos ocupacionais e possíveis 
incidentes de alto impacto. A norma dispõe ainda que alguns equipamentos e 
sistemas específicos, como extintores de incêndio, vasos de pressão com diâmetro 
interno inferior a 150 mm para fluidos das classes B, C e D, e recipientes 
transportáveis, estão isentos de seus requisitos, desde que sejam atendidas as 
exigências de outras regulamentações ou códigos de projeto pertinentes (PREVINSA, 
2024). 
Com relação ao treinamento dos operadores, a NR-13 enfatiza a necessidade 
de capacitação contínua para a interpretação correta de seus dispositivos e para a 
aplicação das normas em condições reais de trabalho. O curso de norma oferece aos 
operadores o preparo teórico e prático, habilitando-os a lidar com situações de 
instalação, manutenção e operação dos equipamentos, conforme exigido pelo 
Ministério do Trabalho. A atualização permanente desses profissionais é também 
prevista, já que incentiva a reciclagem periódica por meio de cursos e eventos técnicos 
voltados à segurança operacional. Para os operadores de caldeiras, a prática 
profissional supervisionada é obrigatória, com duração mínima específicaconforme a 
categoria do equipamento, visando a assegurar que o trabalhador possua a habilidade 
prática e o conhecimento técnico necessários para atuar em conformidade. Essa 
norma, portanto, é um elemento essencial para a segurança e a integridade do 
ambiente industrial, sendo uma ferramenta preventiva crucial na minimização de 
acidentes e na proteção da vida dos trabalhadores (PREVINSA, 2024). 
2.3.3 NR-16 - Atividades e operações perigosas 
A NR-16, estabelecida pelo Ministério do Trabalho, define as atividades 
classificadas como perigosas e as condições para o recebimento do adicional de 
23 
 
 
periculosidade. Seu principal objetivo é garantir a saúde e a segurança dos 
trabalhadores por meio da identificação de atividades de risco e da implementação de 
medidas preventivas e de controle. A norma abrange funções que envolvem 
exposição a explosivos, substâncias inflamáveis, radiações ionizantes e eletricidade, 
assegurando compensações financeiras e diretrizes para a adoção de práticas 
seguras. Além disso, orienta o uso adequado de equipamentos de proteção individual 
(EPIs) e estabelece critérios específicos para o pagamento do adicional de 
periculosidade, de forma a mitigar os riscos inerentes a essas atividades (BRASIL, 
2020; WILLICH, 2023). 
Em treinamentos industriais, a aplicação da NR-16 envolve a conscientização 
sobre atividades de risco, práticas seguras e uso correto dos EPIs. Esses 
treinamentos ajudam os trabalhadores a identificar e minimizar riscos, preparando-os 
para atuar com segurança em ambientes industriais potencialmente perigosos e 
reduzindo, assim, a ocorrência de acidentes e lesões (WILLICH, 2023). 
2.4 Caldeiras 
Processos e equipamentos industriais devem seguir as normas 
regulamentadoras, a fim de garantir a segurança do processo. Um dos tipos de 
equipamento que segue as diretrizes da NR 12, 13 e 16 é a caldeira, essencial para a 
geração de vapor ou água quente a partir da transferência de calor proveniente de 
uma fonte de energia, como combustíveis fósseis ou biomassa. Elas operam através 
da queima de combustível, que aquece a água contida em um sistema fechado, 
resultando na produção de vapor. Este vapor é utilizado em diversos processos 
industriais, como aquecimento, geração de eletricidade e movimentação de máquinas. 
O Energy Efficiency Handbook enfatiza a importância da eficiência das caldeiras 
discutindo práticas recomendadas para maximizar a eficiência e reduzir as perdas de 
calor, destacando que uma operação adequada não apenas melhora o desempenho 
energético, mas também contribui para a sustentabilidade das operações industriais 
(CIBO, 1997). 
Esse equipamento essencial no âmbito industrial se divide em dois tipos: 
aquatubulares e flamotubulares. Uma caldeira aquatubular é um tipo de gerador de 
vapor projetado para operar sob alta pressão e produzir vapor a partir do aquecimento 
de água. Sua principal característica é a circulação da água ou vapor no interior dos 
tubos, enquanto os gases de combustão fluem pelo exterior destes, permitindo uma 
24 
 
 
transferência eficiente de calor. A construção desse equipamento requer 
conformidade com normas internacionais, como ASME e DIN, além de aprovação por 
órgãos reguladores, como a Direção Geral de Energia e Geologia (DGEG), garantindo 
segurança e eficiência no seu funcionamento (RODRIGUES, 2016). Já o segundo tipo 
será apresentado mais detalhadamente, devido ser o tema principal para o 
desenvolvimento do trabalho. 
2.4.1 Flamotubulares 
Uma caldeira flamotubular, também conhecida como tubo-de-fogo ou 
pirotubular, é um tipo de gerador de vapor em que os gases quentes da combustão 
circulam pelo interior dos tubos, que estão imersos em água. Este modelo, um dos 
primeiros a ser desenvolvido, destaca-se pela simplicidade de construção e é 
amplamente utilizado para aplicações com pequenas capacidades de produção de 
vapor, até cerca de 10 toneladas por hora, e pressões limitadas a 10 bar (BAGGIO, 
2018). 
Apesar da evolução tecnológica, sua eficiência foi aprimorada em versões 
como a caldeira escocesa, que pode operar a pressões de até 20 bar. Esse tipo de 
caldeira é composto por um cilindro externo com água e um cilindro interno destinado 
à fornalha, com os gases quentes percorrendo tubos metálicos em múltiplos passes, 
otimizando o rendimento térmico. De acordo com Baggio (2018), os principais tipos 
de caldeiras flamotubulares são os modelos verticais, horizontais, cornovagli, 
multitubulares, lancashire, locomotivas e locomóveis, além das caldeiras escocesas. 
Neste trabalho, o estudo será aprofundado no tipo horizontal com 3 passes no casco. 
2.4.2 Horizontal com 3 passes no casco 
Uma caldeira flamotubular com três passes é um tipo de gerador de vapor em 
que os gases de combustão percorrem três trajetos distintos dentro dos tubos, 
transferindo calor para a água ao redor, conforme a Figura 1. O funcionamento desse 
sistema envolve a circulação dos gases através dos tubos metálicos em direções 
opostas, com mudanças de sentido controladas por zonas de retorno, que podem ser 
a seco (revestidas com refratário) ou resfriadas por água. Essa configuração permite 
uma transferência de calor eficiente, embora a grande capacidade de armazenamento 
de água da caldeira torne o processo mais lento para atingir pressão e temperatura 
25 
 
 
de operação. Por outro lado, essa característica proporciona maior estabilidade 
térmica, já que as respostas às variações de carga são mais lentas (GAERTNER; 
HORTA, 2020). 
 
Figura 1 - Esquema de Circulação de gases da caldeira flamotubular 
 
Fonte: Gaertner e Horta (2020) 
Esse tipo de equipamento é comercializado como unidade embalada, pronta 
para instalação, com todos os componentes, como refratários, isolamentos e 
controles, já integrados, como mostrado na Figura 2. A estrutura típica inclui um casco 
de aço que envolve completamente as partes internas da caldeira, garantindo que a 
água circule ao redor de todos os tubos. Nos modelos modernos, os gases quentes 
gerados na câmara de combustão percorrem o interior dos tubos, passando primeiro 
pela câmara de reversão localizada na parte traseira, antes de retornar pelos tubos 
em novos trajetos. Essa configuração aumenta significativamente a eficiência térmica, 
enquanto a construção simplificada elimina a necessidade de alvenaria externa. Além 
disso, estudos recentes indicam que ajustes no design, como a adição de superfícies 
sólidas na câmara de combustão, podem reduzir emissões de poluentes como o 
monóxido de carbono, aumentando a sustentabilidade desse tipo de equipamento 
(GAERTNER; HORTA, 2020). 
 
26 
 
 
Figura 2 - Desenho esquemático de caldeira flamotubular e principais componentes 
 
Fonte: Gaertner e Horta (2020) 
 
Apesar de suas vantagens, como a simplicidade operacional, facilidade de 
manutenção, troca rápida de tubos danificados, limpeza de fuligem, tratamento menos 
rigoroso da água, respostas rápidas a variações de carga e o baixo custo de 
instalação, as caldeiras flamotubulares apresentam limitações que impactam sua 
aplicação em processos mais exigentes. O baixo rendimento térmico e a limitada 
capacidade de produção de vapor restringem seu uso a operações de pequena 
escala. Além disso, a impossibilidade de gerar vapor superaquecido e as baixas 
pressões de operação tornam esse tipo de caldeira inadequado para indústrias que 
demandam níveis elevados de eficiência e alta qualidade de vapor. Esses fatores 
colocam as caldeiras flamotubulares em desvantagem quando comparadas a outros 
modelos mais modernos e tecnicamente avançados (GAERTNER; HORTA, 2020). 
 
 
 
27 
 
 
3 METODOLOGIA 
A metodologia geral utilizada no presente trabalho compreendeu a 
modelagem 3D da parte interna de uma caldeira flamotubular horizontal com 3 passes 
no casco utilizando o software gratuito de modelagem Blender 3D. Além disso, os 
instrumentosnecessários para o funcionamento do equipamento e como se encontra 
o projeto de implantação do mesmo na planta industrial também são analisados de 
acordo com sua função no processo, sendo ambos adaptados e estudados de um 
modelo 3D existente do Turbosquid (2024). 
3.1 Instrumentação 
A instrumentação correta de equipamentos industriais é essencial para 
garantir a eficiência, segurança e confiabilidade dos processos. Ela permite o 
monitoramento preciso de variáveis críticas, como pressão, temperatura e vazão, 
proporcionando controle contínuo e ajustes em tempo real para evitar falhas 
operacionais. Além disso, uma instrumentação adequada reduz desperdícios, 
melhora o desempenho energético e assegura conformidade com normas regulatórias 
(NR), sendo indispensável para otimizar a produtividade e a vida útil dos 
equipamentos. Em seguida, serão tratados alguns instrumentos importantes da 
caldeira flamotubular em estudo, presentes no modelo 3D do Turbosquid (2024). 
3.1.1 Válvula Solenoide 
Utilizada para controlar o fluxo de fluidos industriais, esse tipo de instrumento 
cria um campo eletromagnético, quando recebe corrente elétrica, capaz de 
movimentar um embolo interno, aumentando ou diminuindo a vazão, conforme a 
Figura 3. Ela recebe comando do sistema de controle da caldeira, onde sua função é 
regular a vazão de água que entra no equipamento, para que não tenha falta e nem 
excesso por questões de segurança de operação. 
28 
 
 
Figura 3 - Atuação da válvula solenoide 
 
Fonte: MTI Brasil (2024) 
 
Esse modelo é amplamente utilizado no âmbito industrial devido à sua 
resposta rápida, operação remota e facilidade de automação, garantindo a fluidez do 
processo. A válvula solenoide estudada modelada em 3D está representada na Figura 
4. 
Figura 4 - Válvula Solenoide modelada em 3D 
 
Fonte: Turbosquid (2024) 
3.1.2 Válvula Globo 
A válvula globo funciona através do movimento de um disco interno que se 
desloca perpendicularmente ao assento, conforme Figura 5, proporcionando um 
controle eficiente da vazão. Em uma caldeira flamotubular, ela é comumente instalada 
em pontos de controle críticos, como na entrada de alimentação de água, na purga de 
fundo e nas linhas de vapor, assegurando a operação estável e segura do 
equipamento. 
 
29 
 
 
Figura 5 - Atuação da válvula globo 
 
Fonte: Jefferson (2024) 
 
Esse tipo de válvula é amplamente reconhecido no meio industrial por sua 
robustez, precisão e confiabilidade no controle de fluidos, porém, é utilizada com 
cuidado devido a perda de carga causada. O modelo utilizado para fins de estudo está 
detalhado na Figura 6. 
 
Figura 6 - Válvula globo modelada em 3D 
 
Fonte: Turbosquid (2024) 
 
3.1.3 Sensor de Temperatura 
Essencial para o monitoramento e controle da operação, os sensores de 
temperatura, como mostrados na Figura 7, são responsáveis por medir com precisão 
a temperatura dos fluidos e gases envolvidos no processo da caldeira flamotubular. 
Ele é estrategicamente posicionado em áreas como a saída de vapor e os gases de 
30 
 
 
combustão, garantindo que os parâmetros operacionais permaneçam dentro dos 
limites estabelecidos, evitando falhas e otimizando o desempenho térmico. 
 
Figura 7 - Tipos de sensores de temperatura 
 
Fonte: Zurich (2024) 
 
A informação captada pelo sensor é enviada diretamente ao painel de controle, 
onde é analisada e utilizada para ajustes automáticos ou manuais, promovendo maior 
eficiência e segurança na operação do equipamento. Para melhor visualização, o 
sensor de temperatura foi representado em um modelo tridimensional, apresentado 
na Figura 8. 
Figura 8 - Sensor de Temperatura modelado em 3D 
 
Fonte: Turbosquid (2024) 
3.1.4 Sensor de Nível 
Fundamental para a segurança e a operação contínua da caldeira 
flamotubular, o sensor de nível do tipo garrafa e visor de nível, representado na Figura 
9, funciona de maneira integrada à bomba de alimentação, regulando o volume de 
água dentro do gerador. Este sistema conta com uma câmara auxiliar equipada com 
quatro eletrodos estrategicamente posicionados, cada um desempenhando funções 
31 
 
 
críticas: o eletrodo de nível máximo desliga a bomba, evitando excesso de água; o 
eletrodo de nível mínimo aciona a bomba, garantindo o abastecimento adequado; o 
eletrodo de emergência desativa automaticamente todo o equipamento (exceto 
alarmes, dispositivos de segurança e a própria bomba) em situações de risco; e o 
eletrodo de referência fecha o circuito elétrico, permitindo a energização dos relés de 
controle. 
Figura 9 - Sensor de nível 
 
 
Fonte: Brasil Vapor (2024) 
 
O visor de nível, parte essencial do conjunto, permite uma inspeção visual do 
volume de água, assegurando que ele seja suficiente para manter as superfícies de 
aquecimento devidamente resfriadas, evitando danos estruturais à caldeira. Além 
disso, a garrafa e o visor possuem válvulas de dreno, que devem ser acionadas 
diariamente para remover impurezas que possam se acumular. O acúmulo excessivo 
pode isolar a garrafa da caldeira, deixando o regulador de nível inoperante e 
ocasionando falta de água, o que comprometeria gravemente a operação. O 
equipamento em estudo está modelado em 3D na Figura 10. 
 
32 
 
 
Figura 10 - Sensor de Nível tipo garrafa modelado em 3D 
 
Fonte: Turbosquid (2024) 
3.1.5 Válvula de Segurança de Pressão (PSV) 
A válvula de segurança de pressão, representada pela Figura 11, é um 
elemento indispensável no sistema de proteção das caldeiras flamotubulares, 
garantindo a segurança operacional e prevenindo acidentes graves. Prevista por 
normas como a ASME I e a NR13, sua instalação é obrigatória, sendo considerada 
um requisito fundamental para evitar riscos graves e iminentes. Trata-se do último 
dispositivo de segurança que entra em ação quando todas as outras barreiras falham, 
abrindo automaticamente ao atingir uma pressão pré-calibrada para liberar vapor e 
reduzir a pressão interna da caldeira, protegendo sua integridade estrutural. 
 
Figura 11 - Válvula de segurança de pressão (PSV) 
 
Fonte: Coneval (2024) 
33 
 
 
Comumente são associadas em conjuntos de duas ou mais válvulas, cuja 
capacidade total deve ser, no mínimo, equivalente à capacidade de produção de vapor 
da caldeira. Em sistemas com múltiplas válvulas, estas podem operar de forma 
escalonada ou simultânea, assegurando respostas rápidas e eficientes a eventuais 
variações de pressão, evitando falhas catastróficas e garantindo o funcionamento 
seguro do equipamento. Esse componente crítico modelado em 3D está representado 
na Figura 12. 
Figura 12 - PSV modelada em Blender 3D 
 
Fonte: Turbosquid (2024) 
3.1.6 Válvula Gaveta 
A válvula gaveta é um componente fundamental em operações industriais, 
utilizada principalmente para interromper ou permitir o fluxo de fluidos em tubulações 
críticas. Diferentemente de outros tipos de válvulas, seu mecanismo de fechamento 
ocorre por meio de um elemento interno em formato de cunha que desliza 
verticalmente, assegurando vedação completa quando fechada e mínima resistência 
ao fluxo quando aberta, conforme a Figura 13. 
Figura 13 - Atuação da válvula gaveta 
 
Fonte: Cordeiro (2023) 
34 
 
 
Em caldeiras flamotubulares, a válvula gaveta é posicionada em pontos-
chave, como na alimentação de água e nas linhas de vapor, garantindo controle 
confiável e seguro. Por ser projetada para operar totalmente aberta ou fechada, ela 
reduz riscos de desgaste em serviços contínuos, além de contribuir para a eficiência 
do sistema e segurança geral do processo. Sua modelagem em 3D está presente na 
Figura 14, a fim de representar fielmente sua estrutura. 
 
Figura 14 - Válvula Gaveta modelada em Blender 3D 
 
Fonte: Turbosquid (2024) 
 
3.1.7 Manômetro e Alarme 
O manômetro e o alarme de segurança são instrumentos indispensáveis para 
o monitoramento e operação segura de caldeiras flamotubulares.O manômetro, 
mostrado na Figura 15, é responsável por medir a pressão do vapor gerado, 
permitindo ao operador acompanhar, em tempo real, as condições de trabalho do 
equipamento. Essa leitura é essencial para evitar situações críticas, como pressões 
acima da máxima permitida (PMTA), que podem comprometer a integridade estrutural 
da caldeira. 
 
35 
 
 
Figura 15 - Manômetro 
 
Fonte: Wika (2024) 
 
Já o alarme de segurança atua como um dispositivo complementar, projetado 
para alertar os operadores sobre quaisquer desvios nos parâmetros operacionais, 
como pressão excessiva ou falha em outros sistemas de controle. Esse mecanismo 
sonoro e visual oferece uma camada adicional de segurança, garantindo que ações 
corretivas sejam tomadas rapidamente, minimizando riscos de acidentes ou danos ao 
equipamento. 
Ambos os dispositivos, além de sua importância prática, são obrigatórios 
segundo normas regulamentadoras, como a NR-13, reforçando seu papel na 
segurança industrial. A modelagem desses instrumentos, desenvolvida em software 
3D, pode ser visualizada na Figura 16. 
 
Figura 16 - Manômetro e Alarme modelados em Blender 3D 
 
Fonte: Turbosquid (2024) 
 
36 
 
 
3.1.8 Bomba Centrifuga Vertical e Válvula de Retenção 
A bomba centrífuga vertical, apresentada na Figura 17, desempenha um papel 
crucial na operação de caldeiras flamotubulares, sendo responsável pelo 
bombeamento contínuo e eficiente de água para o interior do equipamento. Sua 
configuração vertical a torna especialmente adequada para instalações industriais 
com limitações de espaço, além de permitir a captação de água de áreas profundas. 
Essa característica é fundamental para garantir o suprimento constante e seguro do 
fluido necessário ao funcionamento da caldeira. 
 
Figura 17 - Bomba centrífuga vertical 
 
Fonte: Prime (2024) 
 
Entre os principais benefícios dessa bomba estão sua alta eficiência 
energética, a resistência à corrosão mesmo em condições adversas, a manutenção 
simplificada e sua capacidade de operar sob pressões elevadas, características 
essenciais para suportar as demandas de um ambiente industrial exigente. 
Associada à bomba, encontra-se uma válvula de retenção, que tem a função 
de evitar o refluxo de água no sistema, protegendo tanto a bomba quanto a caldeira 
contra variações indesejadas de pressão ou falhas operacionais. Essa integração não 
apenas otimiza o desempenho do sistema, mas também assegura a confiabilidade e 
segurança do processo. A bomba centrífuga vertical modelada está demonstrada na 
Figura 18. 
37 
 
 
Figura 18 - Bombas Centrífugas modeladas em Blender 3D 
 
Fonte: Turbosquid (2024) 
 
3.2 Modelagem da Caldeira Flamotubular 
Em estudos realizados em questão do arranjo interno dos inúmeros tipos de 
caldeiras flamotubulares horizontais com 3 passes, o escolhido foi o mais comum 
dentro das indústrias de alimentos, onde comumente esse tipo de equipamento é 
utilizado para gerar vapor a ser utilizado na pasteurização, ou seja, eliminação e 
redução de microrganismos patogênicos e deteriorantes no produto a fim de aumentar 
seu tempo de prateleira e reduzir riscos à saúde. É válido ressaltar que a modelagem 
interna do equipamento e as adaptações do modelo 3D em estudo foi baseada em um 
modelo de caldeira já existente no mercado, sendo do grupo de geradores de vapor 
da empresa italiana IVAR Industry, cujo modelo é o SB/V 3 com capacidade de até 
3000 kg/h de vapor, como representado na Figura 19. 
 
38 
 
 
Figura 19 - Caldeira Flamotubular SB/V 3 
 
Fonte: IVAR Industry (2024) 
 
O processo de modelagem 3D no Blender foi iniciado a partir da parte interna 
mais importante do equipamento: a câmara de combustão. Como o próprio nome 
indica, é onde ocorre a combustão do gás combustível que adentra na caldeira com 
auxílio do queimador na parte externa, responsável pelo ar de combustão e pela faísca 
inicial. É produzido de uma maneira simples, já que é um cilindro de aço carbono ou 
inoxidável, dependendo da natureza do combustível, que abriga os gases quentes que 
realizam a troca de calor inicial com a água da caldeira. Este componente se encontra 
coberto totalmente por água, para geração de vapor, e está representada na Figura 
20. 
 
Figura 20 - Câmara de combustão 
 
Fonte: Autoria Própria (2024) 
 
Em conjunto com a câmara de combustão, está a tampa do retorno do terceiro 
passe, mostrado na Figura 21. O intuito dessa estrutura é alinhar e organizar os tubos 
dos gases de combustão, por isso possui vários furos onde esses tubos são colocados 
adequadamente e não fiquem juntos, aumentando a superfície de contato para tornar 
a troca de calor mais eficiente. 
39 
 
 
Figura 21 - Tampa do retorno do terceiro passe 
 
Fonte: Autoria Própria (2024) 
 
Do outro lado da estrutura, está a tampa do espelho do segundo passe, 
representada na Figura 22. Assim como a tampa do retorno do terceiro passe, esse 
constituinte é responsável por sustentar a estrutura dos tubos do segundo passe, por 
isso possui um menor diâmetro e quantidade de furos. 
 
Figura 22 - Retorno frontal da câmara de combustão 
 
Fonte: Autoria Própria (2024) 
 
Responsável pela parte mais eficiente em troca energética, os tubos do 
segundo passe da caldeira flamotubular foram modelados e adicionados a estrutura, 
como indicado na Figura 23. O segundo passe recebe os gases da câmara de 
combustão em um sentido contrário, devido ao auxílio do espelho de retorno, e divide 
a vazão do fluido em tubos menores a fim de aumentar a superfície de troca térmica 
com a água. 
40 
 
 
 
Figura 23 - Tubos do segundo passe 
 
Fonte: Autoria Própria (2024) 
 
Em conjunto com o espelho de retorno, o invólucro do primeiro retorno é onde 
os gases que saem da câmara de combustão ficam antes de adentrar o segundo 
passe dentro do casco da caldeira. Representado na Figura 24, este componente é 
uma chapa que envolve e forma o primeiro retorno de gases, sendo um material com 
espessura considerável já que atua em uma pressão considerável dentro da caldeira. 
 
Figura 24 - Invólucro do primeiro retorno 
 
Fonte: Autoria Própria (2024) 
 
Constituído de uma liga metálica com revestimento refratário, o espelho do 
primeiro retorno é responsável por refletir os gases da câmara de combustão e 
direcionar para o segundo passe. Por questões de segurança, devido à pressão 
gerada, possui um pequeno orifício por onde o excesso de gases que não retornou 
passa e vai diretamente para a câmara da chaminé, como indicado na Figura 25. 
41 
 
 
Figura 25 - Espelho do primeiro retorno 
 
Fonte: Autoria Própria (2024) 
 
 O próximo constituinte da caldeira é o casco, como mostrado na Figura 26. 
Ele é o invólucro de toda a parte interna da caldeira, responsável por abrigar todos os 
tubos e a água, tanto em seu estado líquido quanto vapor. Além disso, é onde todos 
os instrumentos são colocados para que o processo ocorra com segurança. 
 
Figura 26 - Casco 
 
Fonte: Adaptado de Turbosquid (2024) 
 
Assim como a tampa do retorno do terceiro passe, a tampa do casco também 
é responsável por sustentar os tubos, além de direcionar os gases de combustão para 
a câmara da chaminé. A Figura 27 representa esse componente a partir da 
modelagem 3D efetuada. 
 
 
42 
 
 
Figura 27 - Tampa do casco 
 
Fonte: Adaptado de Turbosquid (2024) 
 
Retirando o casco da caldeira, é possível visualizar os tubos do terceiro passe, 
que se dispõem de forma a seguir a estrutura cilíndrica da caldeira, como identificado 
pela Figura 28. Os mesmos são responsáveis por realizar novamente a troca térmica 
dos gases de combustão com a água, porém com uma capacidade térmica menor, já 
que é a terceira troca térmica do sistema. 
 
Figura 28 - Tubos do terceiro passe 
 
Fonte: Adaptado de Turbosquid (2024) 
 
Responsável por receber e direcionar os gases de combustão do segundo 
para o terceiro passe, o retornodo terceiro passe está representado na Figura 29. 
Essa estrutura também funciona como acabamento estético da caldeira e, assim como 
o casco, abriga alguns itens da instrumentação do equipamento. 
 
43 
 
 
Figura 29 - Retorno do terceiro passe 
 
Fonte: Adaptado de Turbosquid (2024) 
 
Os gases de combustão, depois da troca térmica no sistema, precisam ser 
expelidos para a atmosfera, mas ainda contém um pouco de calor, por isso são 
lavados com a água de alimentação da caldeira a fim de realizar um pré-aquecimento 
da mesma. Esse aquecimento ocorre no economizador, um equipamento que atua 
como um trocador de calor simples dentro da câmara da chaminé e sua utilização 
provém da maior eficiência energética gerada no sistema. Analisando a Figura 30, 
podemos ver a saída dos gases (a), a entrada de água do economizador (b), o dreno 
da água do casco (c) e o suporte da caldeira (d). 
 
Figura 30 - Câmara da chaminé e suporte 
 
Fonte: Adaptado de Turbosquid (2024) 
 
Por fim, completando a modelagem 3D da caldeira flamotubular, toda a parte 
de instrumentação, já citada anteriormente, foi adicionada ao equipamento. Na Figura 
31, podemos identificar a saída de vapor (a) produzido e que será utilizado no 
(a) 
(c) 
(b) 
(d) 
44 
 
 
processo, com acréscimo também do painel de controle (b) da caldeira, responsável 
pela atuação dos instrumentos e monitoramento do sistema. 
 
Figura 31 - Instrumentação e painel de controle 
 
Fonte: Adaptado de Turbosquid (2024) 
3.3 Componentes Agregados 
Assim como todos os equipamentos industriais, a caldeira flamotubular não 
atua sozinha para produzir vapor. O equipamento necessita de um conjunto completo 
para operar e produzir a quantidade de vapor a ser utilizada como utilidade no 
processo industrial. A planta de operação modelada, advinda do modelo em estudo, 
pode ser visualizada na Figura 32. 
 
 
(a) 
(b) 
45 
 
 
Figura 32 - Planta de operação da caldeira flamotubular 
 
Fonte: Turbosquid (2024) 
 
O processo se inicia pela entrada de combustível, visualizado na Figura 33, 
que é composta por um sistema de fornecimento e controle de gás natural, projetado 
para garantir eficiência e segurança na operação. O gás natural, fornecido por uma 
rede de distribuição (a) em alta pressão, passa por um regulador que ajusta sua 
pressão para níveis adequados ao queimador, evitando sobrecargas no sistema. 
Antes de chegar ao queimador, o gás atravessa um filtro que elimina impurezas e 
partículas, assegurando a proteção dos componentes e a estabilidade da combustão. 
Além disso, o sistema conta com válvulas de controle automatizadas que regulam o 
fluxo de gás em resposta às demandas da caldeira, otimizando o consumo de 
combustível. 
O queimador (b) da caldeira, responsável pela mistura e queima eficiente do 
gás natural com o ar de combustão, se encontra após a rede de distribuição e garante 
a geração de calor necessária para o processo. Equipado com sistemas automáticos 
de ignição e sensores de chama, assegura segurança e funcionamento contínuo, 
interrompendo o fluxo de gás em caso de falha. Sua construção robusta e a 
distribuição uniforme da chama na câmara de combustão maximizam a eficiência 
térmica e a conversão de energia. 
 
46 
 
 
Figura 33 - Rede de distribuição de gás natural e queimador 
 
Fonte: Adaptado de Turbosquid (2024) 
 
Assim como na entrada de combustível da caldeira, a saída de vapor também 
precisa de uma rede de distribuição (a), como pode-se visualizar na Figura 34. Essa 
rede é composta por tubulações, válvulas, purgadores e outros componentes que 
transportam a utilidade até os pontos de uso, como processos industriais, 
aquecimento ou geração de energia. O intuito desse componente é minimizar perdas 
de calor e pressão, garantindo que o vapor chegue ao destino com as condições 
necessárias para sua aplicação. Além disso, sistemas de isolamento térmico e 
drenagem de condensado são utilizados para manter a eficiência do sistema. 
 
Figura 34 - Rede de distribuição de vapor 
 
Fonte: Adaptado de Turbosquid (2024) 
 
A alimentação de água também recebe um cuidado específico e está 
modelada em 3D, como representada na Figura 35. Mesmo sem a necessidade de 
 
(a) 
(a) (b) 
47 
 
 
um tratamento químico rigoroso, como na aquatubular, a água da caldeira 
flamotubular precisa passar por um desaerador (a), cuja função é remover gases 
dissolvidos no fluido, como oxigênio e dióxido de carbono, que podem causar corrosão 
nos tubos e outros componentes metálicos. O processo ocorre por meio do 
aquecimento da água, que utiliza vapor da própria caldeira, até uma temperatura 
próxima à de saturação, reduzindo a solubilidade dos gases, que são liberados e 
expelidos do sistema. Além de prevenir danos por corrosão, o desaerador contribui 
para a eficiência térmica, pré-aquecendo a água e reduzindo o consumo de energia. 
Depois do desaerador, a água passa por um conjunto de bombas centrífugas 
verticais (b), responsáveis por alimentar a caldeira com vazão contínua e em pressões 
adequadas para o processo. Esses equipamentos, frequentemente associadas a 
válvulas de retenção, garantem que o fluxo de água seja unidirecional, evitando recuo 
de fluidos no sistema. O bom funcionamento das bombas é essencial para manter o 
nível de água da caldeira dentro dos limites operacionais seguros, assegurando a 
geração de vapor de maneira estável. 
 
Figura 35 - Desaerador e bombas centrífugas 
 
Fonte: Adaptado de Turbosquid (2024) 
 
 
(a) 
(b) 
48 
 
 
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 
4.1 Viabilidade da implementação do simulador em treinamentos 
Como exposto anteriormente, a modelagem da caldeira flamotubular foi 
realizada com intuito de sua aplicação em treinamentos imersivos industriais, esses 
que utilizam de modelagem de uma planta ou equipamento real, programação de 
movimentos de peças, representação do passo-a-passo de aprendizagem e 
periféricos responsáveis pela imersividade entre o mundo real e virtual. É válido 
ressaltar que a modelagem tratada neste trabalho não foi realizada especialmente 
para uma empresa, e sim para servir como portfólio de apresentação para aquisição 
de novos clientes. 
Essa ideia da 4Control surgiu realizando um profundo estudo de mercado e 
identificando um desafio significativo na área de treinamento e operação de 
processos. Com o passar do tempo, essa tecnologia que integra simulação de 
processos, treinamento corporativo e simulações em ambientes 3D de forma sinérgica 
foi desenvolvida, permitindo criar treinamentos completos, simulando cenários 
específicos de acordo com as demandas. 
Dessa forma, uma demonstração foi apresentada a algumas empresas que 
poderiam ter interesse neste tipo de treinamento, cujos setores estão representados 
na Tabela 1. É evidente que os setores estão reunidos em dois grupos principais: 
Energia e Alimentos, onde grande parte dos profissionais de Engenharia Química 
atuam. 
Tabela 1 - Setores de empresas interessadas no treinamento 
 
Setor da empresa Quantidade 
Açúcar, Álcool e Bioenergia 2 
Biogás 1 
Gelatina 1 
Massas, Biscoitos e Farinhas 1 
Tecnologia e Soluções 1 
 
Fonte: Autoria Própria (2024) 
 
Muitas perguntas foram feitas para as possíveis parceiras, mas apenas 
algumas foram selecionadas de acordo com o objetivo do trabalho. A Figura 36 mostra 
o percentual das empresas entrevistadas em relação a resposta positiva para as 3 
49 
 
 
perguntas efetuadas e, logo de início, podemos averiguar que nenhum dos 
entrevistados conhecia esse tipo de tecnologia em treinamentos industriais e ficaram 
surpresos com a demonstração. Da mesma figura, dados confirmam que metade das 
empresas possuem a caldeira flamotubular como um dos equipamentos de sua planta, 
o que gerou maior interesse pela apresentação, já que a modelagem ficou mais 
representativa em comparação com o processo real vivenciado no ambiente de 
trabalho. 
Figura36. Questionário de futuros clientes 
 
Fonte: Autoria Própria (2024) 
 
 
Ainda da Figura 36, podemos verificar que todas as empresas entrevistadas 
tiveram interesse pela tecnologia apresentada, mesmo que não contendo o mesmo 
equipamento apresentado, mas abriram possibilidade para outros componentes de 
sua planta. Isso evidencia o quanto a modelagem se fez importante na 
representatividade do modelo real no ambiente virtual, afirmando que o futuro dos 
treinamentos industriais pode ser feito de maneira tecnológica e segura, ao contrário 
do que se tem atualmente. 
4.2 Validação do treinamento conforme as NR 
A utilização de um simulador baseado em modelagem 3D para o treinamento 
de operadores industriais atende rigorosamente às diretrizes estabelecidas pelas 
Normas Regulamentadoras (NR). O acesso dos treinandos é feito em um ambiente 
fechado, seguro e longe da linha de operação, onde tem acesso a um computador 
que possibilita a simulação do processo ou equipamento em questão modelado 
50 
 
 
virtualmente em 3D. A entrada ao mundo virtual e o computador é realizada pela 
integração de periféricos físicos, como óculos de realidade virtual ou aumentada, 
controles e joysticks, garantindo total imersividade do treinamento. 
Uma das normas que segue esse tipo de treinamento é a NR-12, que é voltada 
para a segurança no trabalho com máquinas e equipamentos, garantindo a proteção 
de todos os trabalhadores expostos direta ou indiretamente aos dispositivos utilizados. 
Por meio do treinamento imersivo, é possível reproduzir fielmente as condições de 
operação, incluindo o uso de botões de emergência, sistemas de proteção e 
dispositivos de segurança descritos na norma. Além disso, a abordagem virtual 
elimina os riscos associados ao contato físico com os equipamentos reais, oferecendo 
uma alternativa segura e eficiente para capacitação. 
Outra norma que o simulador imersivo segue é a NR-13, que regula o uso de 
caldeiras e vasos de pressão. O treinamento imersivo assegura que os operadores 
compreendam detalhadamente os procedimentos de instalação, operação e 
manutenção dos equipamentos. O simulador permite a prática em um ambiente 
controlado, garantindo que os trabalhadores estejam preparados para identificar 
situações de risco e realizar inspeções regulares de acordo com os parâmetros 
exigidos pela norma. A inclusão de instruções detalhadas sobre os níveis 
operacionais, válvulas de segurança e procedimentos de emergência reforça a 
conformidade com os requisitos legais, promovendo uma operação mais segura e 
eficiente. 
Por fim, a NR-16, que trata de atividades e operações perigosas, também 
encontra respaldo na metodologia de treinamento proposta. O simulador possibilita 
que os trabalhadores enfrentem cenários realistas de risco sem exposição direta a 
perigos como altas pressões, explosões ou contato com substâncias inflamáveis. 
Além disso, o treinamento destaca o uso correto dos Equipamentos de Proteção 
Individual (EPIs) e a adoção de práticas seguras, preparando os operadores para 
responder adequadamente a situações de emergência. Dessa forma, a aplicação da 
modelagem 3D contribui para a formação de profissionais capacitados e alinhados 
com os requisitos normativos, promovendo um ambiente de trabalho mais seguro e 
regulamentado. 
 
51 
 
 
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS 
Este trabalho teve como objetivo principal desenvolver um modelo 3D 
detalhado de uma caldeira flamotubular, aplicado em treinamentos industriais 
imersivos, com foco na capacitação segura e eficiente de operadores. A tecnologia 
utilizada não apenas aprimorou a simulação dos equipamentos, mas também permitiu 
integrar aspectos fundamentais de instrumentação, como sensores, válvulas e outros 
dispositivos que compõem a operação da caldeira. A abordagem prática e alinhada 
às normas regulamentadoras, como NR-12, NR-13 e NR-16, assegurou que os 
treinamentos fossem não apenas tecnicamente precisos, mas também totalmente 
conformes às exigências de segurança. 
Os resultados demonstraram que o uso de modelagem 3D em conjunto com 
os conceitos de instrumentação industrial possibilita uma experiência de treinamento 
mais realista e eficaz. Além de melhorar o engajamento dos participantes, essa 
metodologia promove um aprendizado seguro e alinhado às demandas 
contemporâneas da Indústria 4.0. O interesse de empresas reforça o potencial do 
projeto, que pode ser ampliado e aplicado em diferentes contextos industriais, 
validando sua viabilidade técnica e econômica. 
Como perspectiva de continuidade, destaca-se a possibilidade de expandir o 
estudo para a modelagem de caldeiras aquatubulares, frequentemente utilizadas em 
operações mais exigentes de maiores processos industriais. Esse avanço poderá 
ampliar o alcance dos treinamentos imersivos, consolidando ainda mais a contribuição 
deste trabalho para a evolução das práticas educacionais no setor industrial. 
 
52 
 
 
REFERÊNCIAS 
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com fornalha aquatubular. 2018. Disponível em: 
https://repositorio.ufsc.br/bitstream/handle/123456789/193475/TCC_20182_Ronaldo
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sistemas de aeronaves da aviação do exército. Latin american journal of business 
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CASSEMIRO, Caio. Treinamentos Industriais: tipos e como gerenciar. 2024. 
Disponível em: https://www.sydle.com/br/blog/treinamentos-industriais-
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e Indústria 4.0. 2020. Disponível em: 
https://convergint.com.br/2020/10/07/tecnologia-industria-4-
0/#:~:text=A%20indústria%204.0%20traz%20para,processos%20mais%20dinâmicos
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em: 25 de nov. de 2024. 
53 
 
 
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