Geradores de Vapor: Conceitos e Tipos

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Engenharia Mecânica
Prof.: Eng. Msc. Alan C. Pousa
alan.pousa@prof.una.br
Máquinas térmicas I
Caldeiras
• Conceituação: gerador de vapor que trabalha
com pressão superior à patm, produzindo vapora partir da energia térmica fornecida por uma
fonte qualquer:
– Combustíveis,
– Podem ser aproveitados também calores residuais
de processos
• Capacidade do gerador de vapor
– Quilo de vapor ou tonelada de vapor por hora
kg/h ou ton/h;
– BHP - “Boiler Horse-Power”, onde 1 BHP = 15,65
kg/h; ou
– Quilo de vapor por metro quadrado kg/m2 de
superfície de aquecimento.
• Capacidade de pressão de vapor (industrial)
– baixa pressão: até 10 kgf/cm2
– média pressão: de 11 a 40 kgf/cm2
– alta pressão: maior que 40 kgf/cm2
– Para geração própria de EE o limite de pressão é
de 100 kgf/cm2. Para grandes UTEs podem ter
maiores pressões
• Termelétrica de Igarapé: 200 ton/h a 540 oC e
130 kgf/cm2 produzindo 125 MWe
• Tipos:
– Flamotubulares: gases de combustão nos tubos
(tubo de fogo)
– Aquatubulares: água-vapor nos tubos
• Flamotubulares
– Grande maioria
– Vapor na ordem de 30 ton/h
– Até 25 kgf/cm2
– Saturado ou
ligeiramente superaquecido
• Os gases quentes provenientes da combustão
circulam no interior dos tubos em um ou mais
passes, ficando a água por fora dos mesmos.
Sua tiragem é normal. A carcaça é construída
de chapas,que variam de espessura de acordo
com o porte da caldeira. Vaso de pressão
cilíndrico.
• Cornuália
Cornuália Lancaster
• Caldeiras modernas (escocesas) tem diversos
passes de gases
• Câmara de reversão
– pode ser revestida completamente de refratários ou
constituída de paredes metálicas molhadas.
• As fornalhas devem ser dimensionadas para que
a combustão ocorra completamente no seu
interior, para não haver reversão de chama que
vá atingir diretamente os espelhos, diminuindo a
vida útil da caldeira.
• Eficiência térmica (norma ASME)
– 75% a 78% nas melhores condições de limpeza
• Principais elementos
• Atenções especiais
– Sistemas de segurança sempre devem estar
funcionando
– Demanda de vapor sempre deve ser adequada a
caldeira
– Sistema de purga automática
– Qualidade da água
– Aumento do nível de água na caldeira devido ao
aumento significativo de demanda de vapor
• Desligamento da bomba e aumento da
demanda
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• Aquatubulares
– Pressões acima de 30 kgf/cm2
– Vapor super aquecido
– Mais utilizadas para geração
de EE
– Podem produzir até
750 ton/h
• As caldeiras aquatubulares tem a produção de
vapor dentro de tubos que interligam 2 ou
mais reservatórios cilíndricos horizontais
– Tubulão superior, onde se dá a separação da fase
líquida e do vapor
– Tubulão inferior, onde é feita a decantação e purga
dos sólidos em suspensão
• Classificação
– Caldeiras de Tubos Retos
• Já não muito mais usada, apesar da facilidade de
manutenção dos tubos
• 45 kg/cm² para capacidades variando de 3 a 30 ton/h.
– Tubos curvados
• Tubos curvados
interligado aos balões
• Maior proveito do calor
gerado, reduz o tamanho
da caldeira e promove
uma vaporização mais
rápida
• Capacidades
praticamente ilimitadas
• Circulação forçada
– A medida que a pressão se eleva é necessário uma
circulação assistida devido a pouca diferença de
densidade
• Eficiência
– ASME 80 a 85%
• Modo de transferência de calor
Seção da fornalha –
parede d’água
• Componentes principais
a) cinzeiro: em caldeiras de combustíveis sólidos
b) fornalha com grelha ou queimadores de óleo ou
gás.
c) seção de irradiação: são as paredes da CC
d) seção de convecção: feixe de tubos de água,
recebendo calor por convecção forçada
e) superaquecedor: trocador de calor que
aquecendo o vapor saturado para superaquecido.
f) economizador: trocador de calor dos gases de
combustão e a água de alimentação.
g) pré-aquecedor de ar: trocador de calor dos
gases de exaustão e o ar de combustão
h) exaustor: faz a exaustão dos gases de
combustão,
i) chaminé: lança os gases de combustão ao meio
ambiente.
• Superaquecedores
– Extração do vapor saturado
• tubulão superior para um trocador de calor instalado
dentro da própria caldeira.
– Natureza convectiva ou de irradiação
– Temperatura de superaquecimento varia com a
carga da caldeira
– A troca de calor é função da velocidade do vapor
dentro dos tubos e da velocidade dos gases na
zona de convecção
– Para potencializar o
superaquecimento e
mantê-lo existem as
unidades mistas
– Controle de temperatura do superaquecimento
• Controle da taxa de radiação
• Desvio dos gases
• Utilização de dessuperaquecedores
• Economizadores
– Aquecer a água antes de entrar na caldeira
• Troca de calor com os gases de combustão
• Maior aproveitamento da energia dos gases
• Aumento do rendimento da caldeira
• Pré aquecedores
– Aquecer o ar antes da entrada no queimador ou
fornalha
• Aumento da estabilidade da chama
• Aumento da troca de calor por radiação
• Instalado depois do economizador
• Aumento
do rendimento
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