Caldeira PBN5S

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CALDEIRA
Produção de Biodiesel
Éberton Gustavo de Oliveira
Prof . Flávio Tambellini
Tecnologia em Biocombustíveis
IFSP Matão
Introdução
Caldeira  geração de VAPOR
Pressão até 20x maior que a Patm.
10 ton de vapor/h (ou mais)  fator limitante: tamanho da caldeira e qualidade dos materiais (metais) utilizados. 
Utilidade do vapor?
AQUECIMENTO
PRODUÇÃO DE TRABALHO MECÂNICO
Caldeiras a vapor são equipamentos
destinados a produzir e
acumular vapor sob pressão
superior à atmosférica,
utilizando qualquer fonte de energia.
É constituído de vasos fechados submetidos à pressão e contendo água que se transforma em vapor. 
 Finalidade : gerar vapor para acionamento de:
Turbinas das moendas
Turbo gerador de energia elétrica
Turbo bombas para recalque de água
Ventiladores / exaustores
Aquecimento da matéria prima para a fabricação de açúcar e álcool
História
As primeiras aplicações práticas ou de caráter industrial de vapor surgiram por volta do século 17.
 O inglês Thomas Savery patenteou em 1698 um sistema de bombeamento de água utilizando vapor como força motriz.
História
Em 1711, Newcomen desenvolveu outro equipamento com a mesma finalidade.
A caldeira de Newcomen era apenas um reservatório esférico, com aquecimento direto no fundo, também conhecida como caldeira de Haycock.
História
James Watt
modificou um pouco
o formato em 1769,
desenhando a
caldeira Vagão, a
precursora das
caldeiras utilizadas
em locomotivas a
vapor.
História
Todos estes
modelos
provocaram
desastrosas
explosões, devido a
utilização de fogo
direto e ao grande
acúmulo de vapor
no recipiente.
Stephen Wilcox, em 
1856, projetou um 
gerador de
vapor com tubos
inclinados, e da
associação com George
Babcock tais caldeiras
passaram a ser
produzidas, com
grande sucesso
comercial.
Em 1880, Alan Stirling
desenvolveu uma
caldeira de tubos
curvados, cuja
concepção básica é
ainda hoje utilizada
nas grandes
caldeiras de tubos
de água.
Segurança
Riscos de acidentes  em 1905 acidente em Massachusetts.
ASME: American Society of Mechanical Engineers  normas de segurança para caldeiras.
Norma Regulamentadora (NR 13): medidas de segurança para usuários de caldeira. 
Vapor de água
O mais utilizado agente transportador de energia em indústrias: 
Grande quantidade disponível
Grande conteúdo energético
Pouco corrosivo
Não tóxico
Não inflamável, nem explosivo
Gases ideais  PV=nRT
suas moléculas não sofrem os efeitos de atração e repulsão molecular, por estarem muito longe umas das outras
  Vapor é gás ideal?
R: não!
Como fazer para avaliar seu comportamento P,V, T?
Equações muito complexas ou,
Diagramas e tabelas termodinâmicas de vapor
Propriedades como título, entalpia e entropia. 
Aquecimento usando VAPOR
Direto: vapor entra em contato com o meio
Exemplos: lavagem de garrafas, algumas esterilizações, etc.
Indireto: vapor não entra em contato como meio
Exemplo: trocadores de calor, boylers, calandras, evaporadores, etc.
Produção de Potência usando VAPOR
Vapor utilizado em máquinas alternativas (prensas, locomotivas, etc) e turbinas. 
Em geral, vapor superaquecido.
Extração de gases não condensáveis usando VAPOR
Bombas de jato: extração de gases não condensáveis (ar) dos espaços evacuados.
Injetores de caldeira: bombeio de água para alimentação da caldeira. 
Principais Combustíveis
Fatores que influenciam a combustão
 O tamanho das partículas do combustível.
 (quanto menor mais facilmente se combinam com o ar.).
 A umidade do combustível.
 Quantidade de ar.
 Quantidade de combustível.
 Temperatura do ar.
 Relação de distribuição entre ar/combustível
TIPO E CLASSIFICAÇÃO DAS CALDEIRAS
Geradores de vapor  energia térmica é liberada:
Energia liberada transferida para superfícies de absorção de calor 
Classificação: Quanto a posição dos gases quentes e da água
Flamotubulares (ou fumotubulares): circulação interna dos gases de combustão (tubos conduzem os gases por todo interior da caldeira)
Aquotubulares: circulação externa dos gases de combustão (tubos conduzem vapor e água) 
Maior produção de vapor que as FLAMO.
Flamotubulares
Flamotubulares
Gases da combustão (fumos) atravessam a caldeira no interior de tubos que se encontram circundados por água, cedendo calor à mesma
Pressões limitadas  chapas não suportam altas P.
Máximo 15 ton vapor/h e 18 bar
Flamotubulares
Combustíveis líquidos ou gasosos
Verticais ou Horizontais (mais comuns)
Verticais
Com fornalha externa
Com fornalha interna
Horizontais
• Com fornalha externa
• Multitubulares
• Com fornalha interna
• Com uma tubulação central
(Cornovaglia)
• Com duas tubulações
(Lancashire)
• Locomotivas e Locomóveis
• Escocesas
• Marítimas
• Estacionárias
• Compactas
Aquotubulares
Maior produção de vapor que as flamo
Maior viabilidade de utilização  vasos pressurizados internamente e menores dimensões relativas  permite uso de maiores espessuras  suportam maiores pressões. 
Aquotubulares
Adaptação de acessórios  superaquecedor  vapor superaquecido 
Tubos retos ou curvados  eficiente circulação da água em ebulição
Aquotubular
fixa
vertical
Aquotubular
São as mais comuns em se tratando de plantas termelétricas ou geração de energia elétrica em geral.
Aquotubular
EQUIPAMENTOS
 É o elemento de ligação dos tubos para possibilitar a circulação de água na caldeira, tem por função acumular lama formada pela reação dos produtos químicos com a água da caldeira.
 Tubulão de água (inferior)
EQUIPAMENTOS
 Tubulão de água (inferior)
EQUIPAMENTOS
 Tubulão de água
 externo
 Tubulão de água (inferior)
EQUIPAMENTOS
É um corpo cilíndrico contendo em seu interior água e vapor formado pela troca térmica entre os gases da combustão e a água em circulação na caldeira. 
Estes tubos contem conexões para visores de nível, válvulas de segurança, instrumentos de indicação e controle, além de tubos de ligação com superaquecedor de vapor.
 Tubulão de vapor
EQUIPAMENTOS
Principal função: 
É a separação da água do vapor.
 Tubulão de vapor
EQUIPAMENTOS
 Tubulão de vapor externo
 Tubulão de vapor
EQUIPAMENTOS
É distribuída no tubulão através de furos dispostos em toda a extensão do tubulão. 
 Tubos de alimentação de água
EQUIPAMENTOS
Localiza-se abaixo do nível de água aproximadamente, com furos em toda a extensão.
 Tubos de purga contínua
EQUIPAMENTOS
É deste tubo que se faz coleta 
de água para análise de sólidos, fosfatos, dispersantes, pH, sulfito, alcalinidade, sílica,a qual é feito o controle químico da água da caldeira.
É constituído de chapas, colocados no costado frontal do tubulão de vapor, formando uma câmara para receber o vapor dos tubos geradores.
 Defletor
EQUIPAMENTOS
Separadores de vapor
EQUIPAMENTOS
Consiste em chicanas e filtros que destinam-se a reter água do vapor, de maneira que esse entre “seco” no superaquecedor.
São tubos traseiros do feixe tubular que conduzem a água do tubulão de vapor para o tubulão de água, chamadas de tubos descendentes.
Tubos de circulação
EQUIPAMENTOS
São tubos dianteiros do feixe tubular ascendentes e descendentes, que conduzem a mistura água e vapor saturado para o tubulão de vapor.
Estes tubos são que recebem maior quantidade de calor da fornalha e a caldeira propriamente dita.
Tubos Geradores
EQUIPAMENTOS
Tubos da fornalha (parede de água)
EQUIPAMENTOS
 parede
 frontal,
 traseira e
 lateral.
Esses tubos estão divididos em:
O resfriamento da fornalha é feito através do fluxo de água que circula pelos tubos que formam as paredes, onde são eliminados pela coleta inferior e descarregam o vapor gerado no coletor superior que está interligado com o balão de vapor.
	Este equipamento é destinado a aumentar a temperatura de vapor saturado que sai do tubulão de vapor, tornando este mais seco sem aumentar sua pressão.
	É constituído de tubos em forma
de serpentina onde o vapor circula internamente e os gases externamente, recebendo diretamente a radiação da fornalha.
Superaquecedor
EQUIPAMENTOS
Radiação proveniente da calor emitido pela fornalha
Podem ser do tipo:
Conjunto de alimentação do bagaço
EQUIPAMENTOS
seguidas de alimentadores
 gavetas
 comportas transversais
 comportas longitudinais,
 com rotor simples,
 duplo rotor
 passagem livre
 pneumático
Conjunto de alimentação do bagaço
EQUIPAMENTOS
Conjunto de alimentação do bagaço
EQUIPAMENTOS
Rotor Duplo
Injetor Pneumático
São peças de ferro fundido, montadas sobre eixos, os quais estão conectados ao mecanismo de acionamento por meio de barras de aço. 
Os elementos da grelha possuem furos suficientes dimensionados para a passagem de ar, que mistura com o bagaço, e torna a queima sobre o grelhado sob em forma de colchão.
Grelha Mecânica Basculante
EQUIPAMENTOS
Grelha Mecânica Basculante
EQUIPAMENTOS
É um dispositivo que deve atender de forma confiável e precisa como;
Válvula de Segurança
EQUIPAMENTOS
 Abrir a uma pressão pré-determinada (acima de 10% da P de projeto). 
 Descarregar o volume previsto no
 dimensionamento e na sobre pressão
 permitida.
 Fechar dentro do diferencial de alivio
 permitido, com a vedação inicial.
Seu funcionamento é automático e comandado por instrumentos.
Válvula de Controle
EQUIPAMENTOS
	Tem por objetivos a remoção de resíduos sólidos resultantes da combustão que aderem na parte externa da tubulação do feixe tubular ou mesmo no superaquecedor, dificultando a troca térmica / eficiência do gerador de vapor (caldeira).
	Em geral, utilizam vapor seco.
 	
Sopradores de fuligem
EQUIPAMENTOS
Ventilador de ar forçado (F.D.F.)
Sua finalidade é de aspirar o ar ambiente e insufla-lo para dentro da fornalha, onde a combustão se realiza.
Destina-se a fazer o aquecimento do ar de combustão, através da troca térmica entre o gás passando por dentro dos tubos e o ar por fora.
Pré-aquecedores de ar
EQUIPAMENTOS
Localiza-se na saída de gases da caldeira logo após o feixe tubular.
Sua finalidade é permitir ao operador verificar o nível de água no tubulão de vapor, fator este indispensável na SEGURANÇA de operação da caldeira.
Indicadores de nível
EQUIPAMENTOS
Indicadores de nível
EQUIPAMENTOS
	Tem por objetivo conduzir para atmosfera os gases formados na combustão. 
	Quando a tiragem não é efetuada por exaustores, sendo portanto do tipo natural, são as chaminés que mantém a depressão na fornalha, portanto nesta 
condição eles são de
 grande diâmetro e 
altura elevada.
Chaminé
EQUIPAMENTOS
Sua função é retirar da caldeira todo o gás formado pela combustão.
Ventilador de tiragem induzida (I.D.F.)
O exaustor tem por finalidade retirar os gases formados pela combustão, possui entrada de gás com Dampers (registros) comandados por atuadores pneumáticos.
Exaustores
EQUIPAMENTOS
Equipamento que efetua o aquecimento da água de alimentação da caldeira aproveitando parte do calor dos gases resultantes da combustão que pode ser instalado antes ou após o pré-aquecedor de ar.
Economizador
EQUIPAMENTOS
com a elevação da temperatura na água há redução significativa de consumo de combustível produzindo a mesma quantidade de vapor.
objetivo
São as paredes que envolvem toda a caldeira, podendo ser constituídos de tijolos refratários internamente e tijolos comuns externamente, ou ainda placas refratarias, chapas expandidas, lã isolante e chapa lisa, ou também lã de rocha e chapas de alumínio.
Invólucro
EQUIPAMENTOS
Invólucro
EQUIPAMENTOS
COMPONENTES AUXILIARES
Tem por objetivo principal reduzir a poluição ambiental e desgaste prematura do exaustor, devido o atrito das partículas nas palhetas do rotor do exaustor. 
É um equipamento destinado a retirar o pó ou fuligem proveniente do gás através de centrifugação múltipla. 
Coletor de pó
Coletor de pó
Tem a finalidade de permitir ao operador qual o nível de água dentro do tubulão, fator este indispensável ao funcionamento da caldeira. 
Colunas e indicadores de nível
vidro transparente, para visualização no local.
 tipo bicolor (verde/vermelho) para visualização a distancia com espelho duto que transferem a imagem para o piso inferior.
Indicadores são 
de dois tipos,
A sua finalidade principal é de transferir
 líquidos de um nível para outro.
Bombas de água
Existem
 vários 
tipos:
Tem sua finalidade bombear os produtos até a rede de água para alimentação da caldeira (saída do moto bomba).
Bombas de produto químico
Os indicadores recebem os sinais dos transmissores e/ou diretamente do ambiente, indicando a pressão ou depressão do mesmo.
Transmissores e indicadores de pressão
Transmissores e indicadores de pressão
Os sensores fazem a medição da temperatura dos fluidos, 
são mais utilizados PT-100
Sensores de temperatura
 Vapor;
 Água;
 Gás;
 Ar;
 Álcool
Tem por finalidade reter impurezas ou materiais estranhos que vem com fluidos e que possam danificar o equipamento.
Filtros
Tem por finalidade aspirar e comprimir o ar ambiente conseguindo-se desta forma, fazer o acionamento de válvulas e instrumentos em geral acionados pneumaticamente.
Compressor de AR
Unidade secadora de ar
Tem por finalidade retirar do ar comprimido a umidade do mesmo, que provocaria oxidação ou mesmo entupimento nos aparelhos pneumáticos.
CUIDADOS OPERACIONAIS
serve para evitar perdas de calor e aproveitamento do máximo possível do combustível, melhorando o rendimento da caldeira.
Combustão
O controle da combustão é 
extremamente importante
O controle de pressão da fornalha destina-se a manter o balanço de massa entre combustível, ar e gases de exaustão.
Pressão fornalha 
Alta (pressão negativa), provoca-se;
Ø     Arraste de combustível
Ø     Diminuição da temperatura da fornalha
Pressão fornalha 
Quando a depressão é...
Baixa (pressão positiva), ocorre 
Ø     Danos aos invólucros
Ø     Riscos operacionais e materiais
Ø     Riscos de explosão
O controle de nível de água é o mais importante na operação da caldeira.
Nível
 manter o nível de água do tubulão nos limites determinados, (regulando a vazão de água de alimentação).
Objetivo essencial
O controle varia de acordo com o tipo e capacidade das caldeiras. 
ANOMALIAS
Temperatura do gás na saída da caldeira
Alta
Baixa
Chicanas quebradas
Produção vapor maior que
a nominal
Tiragem (retirada de gases) muito alta
Incrustações
Produção reduzida
Vazamento tubulação feixes
Temperatura do vapor
Alta
Baixa
Excesso de ar
Operação com nível alto no balão de vapor
Arraste de água
Incrustações externas/internas no superaquecedor
Pressão do vapor
Baixa
Falta de tiragem
Falta de ar ou combustível
Umidade do bagaço alta
NR 13
Pressão Máxima de Trabalho Permitida - PMTP ou Pressão Máxima de Trabalho Admissível - PMTA  maior valor de pressão compatível com o código de projeto, a resistência dos materiais utilizados, as dimensões do equipamento e seus parâmetros operacionais.
Constitui risco grave e iminente a falta de qualquer um dos seguintes itens:
a) válvula de segurança com pressão de abertura ajustada em valor igual ou inferior a PMTA;
b) instrumento que indique a pressão do vapor acumulado;
c) injetor ou outro meio de alimentação de água, independente do sistema principal, em caldeiras combustível sólido;
d) sistema de indicação para controle do nível de água ou outro sistema que evite o superaquecimento por alimentação deficiente.
a) válvula de segurança com
pressão de abertura ajustada
em valor igual ou inferior a PMTA
b) instrumento que indique a pressão do vapor acumulado
c) injetor ou outro meio de alimentação de água, independente do sistema principal, em caldeiras combustível sólido
d) sistema de
indicação para
controle do nível
de água ou outro
sistema que evite
o superaquecimento
por alimentação
deficiente
Toda caldeira deve ter afixada em seu corpo, em local de fácil
acesso e bem visível, placa de identificação
	Toda caldeira deve possuir, no estabelecimento onde estive instalada, a seguinte documentação, devidamente:
• "Prontuário da Caldeira”
• "Registro de Segurança“
• "Projeto de Instalação”
• "Projetos de Alteração ou Reparo“
• "Relatórios de Inspeção”
Para os propósitos da NR 13, as caldeiras são classificadas em 3 categorias, conforme segue:
a) A são aquelas cuja pressão de operação é igual ou superiora 1960 KPa (19.98 Kgf/cm2);
b)C são aquelas cuja pressão de operação é igual ou inferior a 588 KPa (5.99 Kgf/cm2) e o volume interno é igual ou inferior a 100 (cem) litros;
c) B são todas as caldeiras que não se enquadram nas categorias anteriores.
As caldeiras de 
qualquer estabelecimento
devem ser
instaladas em "Casa
de Caldeiras" ou em
local específico para
tal fim, denominado
"Área de Caldeiras".
As caldeiras
classificadas na
categoria A deverão
possuir painel de
instrumentos
instalados em sala de
controle, construída
segundo o que
estabelecem as Normas
Regulamentados
aplicáveis.
Toda caldeira deve possuir "Manual de Operação" atualizado, em língua portuguesa, em local de fácil acesso aos operadores, contendo no mínimo:
a) procedimentos de partidas e paradas;
b) procedimentos e parâmetros operacionais
de rotina;
c) procedimentos para situações de
emergência;
d) procedimentos gerais de segurança,
saúde e de preservação do meio ambiente.
OBRIGADO!!!!!!!