RELATÓRIO DE CALDEIRAS

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1. INTRODUÇÃO
As caldeiras podem ser definidas como equipamentos de troca de calor, que produzem vapor a partir da energia térmica provinda da queima de combustível, constituídos por diversos equipamentos associados, perfeitamente integrados, para permitir a obtenção do maior rendimento térmico possível. Podem ser classificadas em relação à disposição da água em relação aos gases: flamotubulares ou aquotubulares.
Nas caldeiras flamotubulares, os gases de combustão escoam no interior de tubos cercados por água. Desta maneira, a transferência de calor ocorre em toda a circunferência dos tubos, já caldeiras aquotubulares é conhecida como aquelas em que a água circula no interior dos tubos enquanto os gases quentes transitam numa câmara de combustão. 
A caldeira em especial situada na Universidade Estatual de Santa Cruz utiliza como combustível o diesel sendo o queimador o próprio diesel, com um sistema de pré-aquecimento da água.
É de suma importância saber a utilização de calor, a temperaturas em diversos setores industriais é essencial nos principais processos de fabricação, pois, sem o calor, sem a contribuição de energia térmica em quantidades suficientes quase absoluto, alguns processos industriais da microcervejaria situada na UESC, que depende do funcionamento da caldeira.
2. GUIA DE PRÁTICA DE CALDEIRAS FLAMOTUBULARES 
	UESC/DCET
Curso de Engenharia Química
	Aplicações Industriais de Calor
Prática de Caldeiras Flamotubulares
	Responsável:
Prof. Mauro Moreira
	Estabelecido em 13/06/2017
Entregar em 04/07/2017
	LOCAL: Agroindústria/NECA – Universidade Estadual de Santa Cruz.
	MATERIAIS NECESSÁRIOS
	Caldeira: 
	01
	Aparelho Orsat
	01
	Termômetro oC
	01
	Norma NBR-12177 ABNT
	01
	1-RESULTADOS ESPERADOS
	1) Anotar todos os resultados (temperatura e vazão) dos ensaios realizados.
2) Responder às seguintes questões:
1 - CALDEIRA:
1.1 - Qual o tipo, marca, ano da caldeira?
A caldeira é flamotubular vertical de marca SOUZINOX IND. COM. LTDA e categoria B, Modelo V-D, Tipo S10, Ano de fabricação: 2000.
1.2 - Qual a capacidade de geração de vapor da caldeira? (ton/h)
Sua capacidade de geração de vapor é 250 kg de vapor/hora
Portanto, a capacidade é de 0,25 ton/h.
1.3 - Qual a pressão de operação da caldeira? E a máxima? (kgf/cm2)
 A pressão de operação normalmente utilizada é 5,00 kgf/cm2. A Pressão Teste é igual a 180 Lbs/Pol² = 12,66 kgf/cm2 e a Pressão de Trabalho é 120 Lbs/Pol² = 8,44 kgf/cm2.
1.4 - Qual ou quais são os dispositivos de proteção da caldeira? Para que servem?
A caldeira possui uma válvula de segurança, a qual é um dispositivo auxiliar e serve para atuar em caso de falha no sistema de combustão, evitando aumento na pressão de trabalho da caldeira. Além disso, existe também um sensor de nível. Isso quer dizer que quando o nível está fora do especificado começa-se uma ação normalizando o nível.
1.5 - Qual a área de aquecimento? (m2)
A superfície de aquecimento é de 10 m².
1.6 - Qual a taxa de liberação de energia? (ton/h.m2)
1.7 - Quais as temperaturas médias estimadas das paredes externas (frente, lateral, costado)
Não obtivemos essas informações por parte do operador da caldeira.
2 - SISTEMA DE COMBUSTÃO
2.1 - Qual o combustível utilizado na geração de vapor? E na partida da caldeira? Porque não é utilizado o mesmo combustível?
Nos dois casos é utilizado o óleo diesel.
2.2 - Qual o tipo de queimador?
Segundo o operador, é o óleo diesel.
2.3 - Qual o fluido atomizante?
Não obtivemos essas informações por parte do operador da caldeira.
2.4 - Qual a temperatura do combustível na entrada do queimador?
Não obtivemos essas informações por parte do operador da caldeira.
2.5 - Como é feito o preaquecimento do combustível?
Não é feito o preaquecimento do combustível. Ocorre o preaquecimento da água até uma temperatura de 50ºC. Ao iniciar a utilização da caldeira é necessário aguardar 1 hora para aquecimento e então iniciar a geração de vapor.
2.6 - Qual a pressão do combustível antes do queimador?
Não se sabe o valor específico.
2.7 - Qual a pressão do fluido atomizante?
Não obtivemos essas informações por parte do operador da caldeira.
2.8 - Qual a pressão do ar de combustão?
Não obtivemos essas informações por parte do operador da caldeira.
2.9 - Como é feito o controle da proporção ar/combustível?
Esse controle é feito através do queimador. 
2.10 - Como é feito o controle da taxa de queima de combustível com a variação da demanda de vapor?
Através do queimador.
2.11 - Qual o aspecto da chama na fornalha?
Não foi possível observar.
3 - CHAMINÉ
3.1 - Qual o tipo de tiragem?
Tiragem natural
3.2 - Existe controle da tiragem? Como é realizado?
Não obtivemos essas informações por parte do operador da caldeira.
3.3 - Qual a pressão estática na base da chaminé?
Na base da chaminé a pressão é a atmosférica.
3.4 - Qual o resultado da análise dos gases da combustão?
Não obtivemos essas informações por parte do operador da caldeira.
4 - Com o resultado da análise dos gases e o aspecto da chama, na sua opinião como está a qualidade da combustão da caldeira? 
Não obtivemos essas informações por parte do operador da caldeira e também não foi possível observar o aspecto da chama. 
5 - Estimar o excesso de ar apenas com os teores de CO e CO2 obtidos na análise dos gases. Isto confirma ou não a resposta (4). Comentar.
Essa questão não se aplica, pois não obtivemos o resultado da análise dos gases.
6 - Estimar a eficiência da caldeira, considerando apenas:
- Temperatura das paredes da caldeira: 40ºC (temperatura externa, que segundo o operador, pode ser sentido manualmente tocando a caldeira).
- Temperatura dos gases de exaustão.
- Teor de CO e CO2 nos gases de exaustão.
Essa questão não se aplica, pois não obtivemos informações dos valores do teor de monóxido e dióxido de Carbono.
7 - Quais outros fatores deveriam ser considerados no cálculo da eficiência?
Poder calorífico inferior do combustível queimado, o consumo de combustível e de ar – para manter o suprimento de calor de acordo com a demanda do processo – e também os valores de entalpia do vapor de entrada e de saída. 
8 - LINHA DE DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR E RETORNO DE CONDENSADO
8.1 - Existe isolamento nas linhas de vapor?
 Existe isolamento nas linhas de vapor e este é feito utilizando camadas de lã de vidro e a superfície de metal inox.
8.2 - Se a vazão de Vapor for a nominal, qual a velocidade do vapor na tubulação entre a caldeira e o Barrilete? (Velocidade recomendada para o vapor saturado 25-35 m/s)
    Não se aplica a cadeira visitada.
8.3 - Para que serve o Barrilete de distribuição? Como deve ser dimensionado o seu diâmetro? Estimar a condensação no Barrilete (kg/h) devido à falta de isolamento térmico. (Obs. Considerar também as válvulas: Válvula sem flange = 1,2m. Válvula com flange 1,8m).
 O barrilete consiste em uma tubulação horizontal que recebe a água do reservatório e de onde partem as tubulações que vão alimentar a linha. O barrilete já veio dimensionado da fábrica, segundo o operador. 
8.4 - Existem purgadores na linha de vapor? Qual ou quais os tipos utilizados? Para que serve um purgador? Por que na instalação de purgadores devem ser previstos filtro e válvulas de by-pass?
Existe purgador na caldeira da UESC. Foi pesquisado que os purgadores de vapor são dispositivos automáticos que apresenta duas funções: eliminar o condensado formado nas tubulações de vapor e reter o vapor em equipamentos aquecidos deixando sair apenas o condensado. Algumas das razões para se retirar o condensado das linhas de vapor são: evitar resfriamento do vapor e minimizar corrosão.
Na instalação de purgadores devem ser previstos filtro e válvulas de by-pass. O filtro deve ser colocado imediatamente antes do purgador, a fim de protegê-lo, evitando que sujeiras e corpos estranhos deixados nas tubulações penetrem nos purgadores. Já a válvula by-pass, que é uma tubulação decontorno, serve para isolar uma seção do sistema, impedindo, nesse caso, o refluxo do condensado.
8.5 - Existem eliminadores de ar na linha de vapor? Onde são instalados e por quê?
Segundo o operador da caldeira, os eliminadores de vapor são as válvulas de segurança que retiram o vapor do sistema, quando este fica com quantidade de vapor acima do operacional. Foi pesquisado que os eliminadores de ar devem ser instalados em pontos do sistema como barrilete de vapor, finais de linha e de tubulação. Isso porque ao desligar a caldeira ou ao encerrar a alimentação para equipamentos, a tubulação de vapor fica cheia de ar, o qual entra através dos flanges e conexões. Dessa forma, ao retornar com o vapor para a tubulação, o ar presente na tubulação influencia na velocidade do vapor, fazendo uma barreira que impede o fluxo de vapor, e ainda compromete a troca de calor criando uma película na parede do equipamento, comprometendo a atuação dos purgadores, cuja finalidade foi expressa anteriormente.
 
8.6 - O que é vapor direto e vapor indireto? Quais os equipamentos com vapor indireto? Quais os com vapor direto?
O vapor direto é aquele que fica em contato direto com o produto que será aquecido. Os equipamentos com vapor direto são os fornos a vapor e o cozimento a vapor normal. Já o vapor indireto é aquele em que o vapor não entra em contato direto com o produto que está sendo aquecido. Os equipamentos com vapor indireto são os diversos trocadores de calor: chaleiras encamisadas, tubulações em espiral, trocadores de calor do tipo placa, entre outros. 
8.7 - O que é condensado? Existe retorno de condensado dos equipamentos que utilizam vapor?
Condensado é o líquido formado quando o vapor passa do estado gasoso que ficou na linha para o estado líquido. Numa situação que envolve aquecimento, o vapor transfere uma porção da sua energia térmica para um produto ou equipamento, e, após essa transferência de energia, o vapor se condensa e vira água, recebendo o nome de condensado. 
Existe retorno de condensado dos equipamentos que utilizam vapor, o que é importante, pois quando o condensado é recuperado e reutilizado de maneira eficiente, o condensado pode promover a redução do combustível da caldeira em torno de 10 a 20%.
8.8 - Como é feita a alimentação da água da caldeira? Qual a temperatura da água de alimentação? Qual é a economia de óleo devido a um aumento de 5oC na temperatura da água de alimentação? 
A alimentação da água é feita através de um tanque de armazenamento, em que a água é aquecida antes de seguir para a caldeira e sua temperatura é próxima dos 50ºC.
8.9 - O que é vapor de re-evaporação ou vapor flash? Como pode ser produzido e utilizado? 
O vapor flash é o vapor formado a partir do condensado quente no momento em que ocorre uma redução de pressão, ou seja, a água que está em alta temperatura passa para um sistema de menor pressão, assim, parte dela se reevapora. 
Como o vapor flash é um subproduto natural da descarga do condensado, ele pode ser reutilizado em um sistema de baixa pressão permitindo considerável economia de energia. Essa reutilização pode ser feita encaminhando o vapor proveniente do sistema de pressão mais alta para dentro de um tanque de vaporização. 
9 - Você teria alguma sugestão para economia de energia no sistema de geração e distribuição de vapor? Qual ou quais? 
Sim, algumas sugestões podem ser feitas.
O tratamento da água de alimentação da caldeira poderia ser feito para evitar a corrosão e formação de incrustações. (fotos anexadas mostram a deterioração de tubulações que transportam vapor/água na caldeira) Vale salientar que a formação de incrustações cria uma segunda barreira isolante, o que provoca redução de troca térmica, redução da eficiência da caldeira, encadeando outras consequências como aumento do consumo de combustível e também redução da vida útil da caldeira. 
Outro aspecto verificado foi que não se realiza análise do teor de dióxido de carbono e da temperatura nos gases de exaustão. Esses parâmetros indicam a eficiência da caldeira, dessa forma, não é possível quantificar a eficiência da caldeira já que não são realizadas essas análises. Então, seria interessante realizar análises sobre a temperatura nos gases de exaustão, bem como regular a combustão e verificar se está ocorrendo de forma completa. 
3. CONCLUSÃO 
Pode-se notar durante a visita que a caldeira em utilização no processo de produção da cerveja na microcervejaria da UESC é muito importante na produção de vapor para alimentar máquinas térmicas. Pode-se notar a caldeira em utilização é do tipo flamotubular vertical em operação há 17 anos e que apresenta, em alguns pontos, certo grau de deterioração no que tange os tubos que carregam o vapor/água. Gostaria de aproveitar para deixar registrado o meu agradecimento, aqui na conclusão, ao operador da máquina que se dispôs de dois dias para que pudéssemos fazer visita à caldeira.
Referências
EMPRESA ESPECIALIZADA EM VAPOR TLV. Vapor Flash. Disponível em: <http://www.tlv.com/global/BR/steam-theory/flash-steam.html> Acessado em: 28 de junho de 2017. 
Manual Elektro de Eficiência Energética. Geração de vapor e calor. Disponível em: <http://www.elektro.com.br/sustentabilidade/programa-deeficiencia energetica> Acessado em: 28 de junho de 2017.
ANEXO 1. FOTOS DA CALDEIRA