PROJETO CALDEIRAS

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FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS 
SANTO AGOSTINHO- FACET 
4º PERÍODO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO 
 
 
 
 
CAROLINA OLIMPIO 
CIRO PORTO BANEIRA DE ALMEIDA 
DEBORA RAIANE DE BRITO 
EMILLY OLIVEIRA COUTINHO 
FELIPE DANIEL PEREIRA 
JOYCE FARIAS PARAÍSO 
MARCOS DAVID FERREIRA GOMES 
MIRRAELLY MAYRA DA SILVA 
TARCIO HENRIQUE OLIVEIRA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SISTEMAS DE AQUECIMENTO DE CALDEIRAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Montes Claros, 2016 
 
 
 
 
 
 
CAROLINA OLIMPIO 
CIRO PORTO BANEIRA DE ALMEIDA 
DEBORA RAIANE DE BRITO 
EMILLY OLIVEIRA COUTINHO 
FELIPE DANIEL PEREIRA 
JOYCE FARIAS PARAÍSO 
MARCOS DAVID FERREIRA GOMES 
MIRRAELLY MAYRA DA SILVA 
TARCIO HENRIQUE OLIVEIRA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SISTEMAS DE AQUECIMENTO DE CALDEIRAS 
 
 
 
Projeto Interdisciplinar apresentado 
para avaliação, do 4º período do 
Curso de Engenharia de Produção, 
turno Noturno, da Faculdade de 
Ciências Exatas e Tecnológicas Santo 
Agostinho de Montes Claros – 
FACET, ministrado pelo Professor 
Edson Barbosa Andrade, disciplina 
de Fenômenos de Transportes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Montes Claros, 2016 
 
 
 
 
 
 
RESUMO 
 
Este estudo apresenta uma breve análise sobre o custo e viabilidade do 
metano, cavaco de madeira e biogás para um dia de fornecimento de vapor em uma 
determinada indústria tendo com fim a assepsia da tubulação, aquecimento de reatores e 
operações unitária. 
Foi realizada a análise da demanda diária de vapor, custo e quantidade de cada 
produto. Esta análise foi feita através de modelagem matemática, baseando-se em 
orçamentos de custos e tendo em vista os princípios da livre concorrência e baseando-se 
nos preceitos de sustentabilidade visando cenários futuros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO ....................................................................................................................... 5 
1.1 OBJETIVO GERAL ........................................................................................................... 5 
1.1.1 Objetivos específicos .................................................................................................... 5 
2. METODOLOGIA ................................................................................................................... 6 
2.1 RESULTADOS E DISCURSÕES ........................................................................................... 6 
3. CONCLUSÃO ....................................................................................................................... 10 
REFERÊNCIAS ........................................................................................................................ 11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
 
É comum a utilização do vapor para fornecer a energia necessária em 
indústrias e empresas que requerem uma grande quantidade de calor para o seu 
funcionamento. Deste modo, pode-se dizer que, vapor consiste na união do elemento 
químico água com o elemento físico energia ou calor. Esse vapor geralmente é produzido 
em caldeiras, que são instrumentos térmicos que possuem a finalidade de transformar 
água em vapor, utilizando para isso a queima de qualquer tipo de combustível. 
Sendo assim, nos dias atuais, classificam-se caldeiras, de acordo com os 
gases, em dois tipos básicos: flamotubulares, no qual os gases atravessam o interior do 
tubo e aquecem a água e aquatubulares, onde os gases circulam por fora dos tubos e a 
vaporização da água se dá dentro dos mesmos. 
Destarte, o presente estudo tem como objetivo demonstrar a crescente 
necessidade de melhor aproveitamento da energia em processos industriais, visando uma 
redução dos custos envolvidos na produção e uma diminuição do impacto ambiental, 
causado pela geração da energia utilizada. Portanto, pode ser identificado como uma 
oportunidade de melhoria em uma determinada indústria, o sistema de aquecimento de 
caldeiras e a queima de combustíveis, tais como cavaco de madeira que são pequenos 
pedaços de madeira obtidos através da picagem de toras, sobras das serrarias, indústrias 
moveleiras e da madeira descartada, do metano, um gás que não possui cor (incolor) nem 
cheiro (inodoro) e do biogás gás produzido a partir da decomposição da matéria orgânica 
resíduos orgânicos, por bactérias. 
 
1.1 OBJETIVO GERAL 
 
Determinar qual produto possui menor custo e maior eficiência para o 
aquecimento de caldeira. 
1.1.1 Objetivos específicos 
Analisar e mensurar a viabilidade do metano, cavaco de madeira e biogás para 
o aquecimento de caldeiras na produção de vapor, voltado para aquecimento de reatores, 
assepsia da tubulação e operações unitárias em uma indústria. 
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2. METODOLOGIA 
 
 
 O presente trabalho pode ser caracterizado como descritivo, quando 
procura descrever sistematicamente uma área de interesse ou fenômeno, de acordo com 
Lakatos e Marconi (2001). Como também de caráter quantitativo, uma vez que busca por 
meio de dados numéricos apresentar um resultado. 
 As informações e dados necessários para a análise foram obtidos através de 
cálculos, bem como através dos manuais de caldeiras, buscando também um 
embasamento teórico com qualidade e de referências comprovadas em livros, artigos, 
apostilas e sites especializados da internet. 
2.1 RESULTADOS E DISCURSÕES 
Para análise de custos e viabilidade de cada produto primeiramente foram 
recolhidos alguns dados primários para o cálculo da demanda diária de vapor, água e 
energia, para posteriormente calcular quantidades e custos. 
DADOS 
PRODUTO PCI PCS 
Metano 11.290Kcal.kg-1 13.250Kcal.kg138 
Cavaco de Madeira 4.300Kcal.kg-1 ***** 
Biogás 8.033Kcal.kg-1 ***** 
 
PRESSÃO TEMPERATURA ENERGIA NECESSÁRIA 
10bar 25°c 664Kcal.Kg-1 
 
 DEMANDA DE VAPOR DA INDUSTRIA 
 13.200Kg.s
-1 
 
 
 
O primeiro passo então foi calcular as demandas de água, vapor e energia, para 
utilizarmos na quantidade necessária de cada produto. Para isso utilizamos a regra de 3: 
 
 Demanda diária de vapor em kg/s: 
 
(13.200kg/s) x (86.400s) = 1.140.480,000Kg/s 
 
 Demanda diária de água: 
 
1 Litro de água gera 1kg de vapor, logo a demanda de água será: 
1.140.480,000L/1000 = 1.140.480m³ 
 
 Demanda diária de energia: 
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1kg de vapor 664Kcal 
1.140.480,000 x = 757,2788x109 
 
O cálculo da quantidade foi realizado na sequência: 
 
 Quantidade necessária de cada produto: 
 
 CAVACO DE MAEIRA 
 
4.300Kcal 1kg de cavaco 
757,2788x109 x = 176,11x106kg 
 
 METANO 
 
11.290Kcal 1kg 
757,2788x109 x = 67,07x106kg 
 
 BIOGÁS 
 
8.033Kcal 1kg 
757,2788x109 x = 94,27x106Kg 
 
Realizamos também o cálculo da quantidade de vapor produzido por unidade do produto, 
levando em conta o PCI e as Kcal. 
 Onde PCI: Poder Calorifico Inferior e kcal, quilocaloria. 
 
 Vapor produzido por unidade do produto: 
 
 CAVACO DE MAEIRA 
 
664Kcal 1kg de cavaco 
 x 4.300Kcal.kg-1 = 6,4759kg 
 
 METANO 
 
664Kcal 1kg de metano 
 x11.290Kcal.kg-1 = 17,0030kg 
 
 BIOGÁS 
 
664Kcal 1kg de biogás 
 x 8.033Kcal.kg-1 = 12,0979kg 
 
Para o cálculo dos custos se fez necessário o uso da densidade de cada produto, o seu 
valor em m³ e kg como também quantidade necessária para gerar a demanda diária de 
vapor. 
 
 
 Custos diários 
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PRODUTO DENSIDADE VALOR UNIDADE 
ÁGUA Não influencia R$ 23,96 m³ 
METANO 0,656kg/m³ R$ 1,80 m³ 
BIOGÁS 1,15kg/m³ R$ 1,31 R$ 1,02 kg m³ 
CAVACO DE MADEIRA 285kg/m³ (média) R$ 130,00 T 
 
 
 ÁGUA 
 
(1.140.480m³) x *(23,962 m³) = R$ 27.328.181,76 
 
*Incluso o custo da água do esgoto dinâmico com coleta e do esgoto 
dinâmico com coleta e tratamento; 
 
 CAVACO DE MADEIRA 
Como o valor dado está para tonelada, dividimos por 1000, sendo assim 
temos: (130) / (1000) = R$ 0.13 kg de cavaco, tendo um custo diário de 
(176,11x106kg) x (0.13) = R$ 22.894.300 kg; 
 
Passando para m³ temos: (176,11x106kg) / (285kg/m³) = 617.929,82m³ e 
um custo diário de (617.929,82m³) x *(37,05m) = R$ 22.894.300m³ 
 
 
*Utilizamos a relação massa/volume. 
 
 285kg/m³ 1m³ 
 1kg x = 0,003508771 
 
 1kg de cavaco R$0,13 
 1kg de cavaco 0,003508771 
 
Assim temos: R$0,13 0,003508771 
 x 1m³ = R$ 37,05 
 
Podemos perceber que a variação do custo em kg e m³ é pequena. 
 
 METANO 
 
Como a quantidade (volume) está em kg, e o custo em m³ é necessário a 
conversão para m³. Para isso utilizamos a densidade do metano, que é de 
0,656 kg/m³. Assim temos: (67,07x106kg) / (0,656 kg/m³) = 
102,240x106m³ de metano por dia, com um custo de (102,240x106m³) x 
(1,80) = R$ 184.033.536,7m ³ 
 
 BIOGÁS 
 
(94,27x106kg) x *(1,3196kg) = R$ 124.399.069,1 kg; 
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Passando de kg para m³ temos: (94,27x106kg) / (1,15kg/m³) = 
81,973x106m³ de biogás por dia, com um custo de (81,973x106m³) x 
*(1,02m³) = R$83.612.460 m³ 
 
*Valor encontrado em 0,39 US$/kg convertido para R$; 
*Valor sem externalidade, efeitos colaterais da produção de bens ou 
serviços sobre outras pessoas que não estão diretamente envolvidas com a 
atividade. 
 
Para obtermos o custo mensal, basta multiplicar os valores por 30, percebendo também a 
diferença de preços entre os produtos. 
 
PRODUTO CUSTO MENSAL 
Água R$ 819.845.452,80 
Cavaco de Madeira R$ 686.829.000,00 
Metano R$ 5.521.006.101,00 
Biogás R$ 2.508.373.800,00 
 
DIFERENÇA DE PREÇO 
Metano e Biogás R$ 3.012.632.301,00 
Biogás e Cavaco de M. R$ 1.821.544.800,00 
Cavaco de M. e Metano R$ 4.834.177.101,00 
 
Podemos observar uma enorme variação de preço entre os produtos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3. CONCLUSÃO 
 
Baseando-se nos resultados obtidos e nas discussões apresentadas neste 
trabalho, pode-se concluir que: 
 Levando em conta o custo final dos produtos, o cavaco de madeira 
apresenta uma variação menor, mesmo sendo necessário em maior 
quantidade, uma vez que um metro cúbico de gás equivale a 1,6kg de 
lenha. Porém deve ser considerado n fatores para a sua aquisição, tais 
como: logística, observando se o fornecedor fica a uma distância muito 
longa da indústria; umidade do cavaco, pois ela influenciará numa maior 
formação de fuligem e fumaça; reação de combustão, verificando se ela é 
completa ou incompleta, devido ao monóxido de carbono (substância 
tóxica) produzido pela queima incompleta dos combustíveis. E baseando-
se nos princípios da livre concorrência, onde um mercado em que há 
concorrência entre os produtores de um bem ou serviço, os preços praticados 
tendem a se manter nos menores níveis possíveis e as empresas devem 
constantemente buscar formas de se tornarem mais eficientes, a fim de 
aumentarem seus lucros; 
 Por outro lado, é notório os altos custos que cercam todos os produtos, mesmo 
que sejam requeridos em grandes, médias ou pequenas quantidades o 
investimento não deixará de ser alto, isso devido aos custos fixos e aos custos 
variáveis; 
 O discurso da sustentabilidade está presente nas organizações. No entanto, 
é importante que exista sincronia entre o discurso e a prática. É evidente a 
necessidade de minimizar o uso de energias provenientes de fontes fósseis, 
além de mitigar os eventos causados pelas elevadas emissões de gases de 
efeito estufa. 
 
 
 
 
 
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 REFERÊNCIAS 
 
BIZZO, Waldir A. Geração, Distribuição e Utilização de Vapor. UNICAMP, 2003. 
 
http://www.opcaoverde.com.br/ 
 
http://www.ufrgs.br/cursopgdr/downloadsSerie/derad005.pdf 
 
https://drive.google.com/file/d/0B-ZGHI4o5tS7Q1hPcGlwMTVnVXc/view 
 
https://explicatudo.com/como-fazer-uma-justificativa-de-um-projeto 
 
http://www.vega.com.br/CreditoCarbonoBiogas.html 
 
http://www.cavacosbrasil.com.br/ 
 
www.fragmaq.com.br/blog/energia-renovavel/cavacos-de-madeira/ 
 
http://www.gruposalmeron.com.br/biomassa-grupo-salmeron.html 
 
http://rwengenharia.eng.br/como-funciona-uma-caldeira/ 
 
http://www.webartigos.com/artigos/o-principio-da-livre-concorrencia-na-ordem-
economica/90108/#ixzz4NXL5C6no 
 
http://celuloseonline.com.br/sabe-qual-deveria-ser-faixa-de-preco-da-biomassa-de-
cavaco-de-madeira/ 
 
http://www.fahor.com.br/publicacoes/sief/2013/dimensionamento_de_uma.pdf 
 
https://drive.google.com/file/d/0B-ZGHI4o5tS7aXRnQlpsZkpTa28/view 
 
http://www.elektro.com.br/Media/Default/DocGalleries/Eficientiza%C3%A7%C3%A3
o%20Energ%C3%A9tica/GERACAO_DE_VAPOR_E_CALOR.pdf