2017 03 13 Caldeiras (1)

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Caldeiras
Importância e custos
Caldeiras
• Geração de vapor
– Disponibilidade de matéria
– Isento de contaminação
– Elevada transmissão de calor
– Elevada quantidade de energia por volume
– T cte. durante condensação a P cte.
• Saturado
• Super saturado
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Normas aplicáveis
• Norma regulamentadora NR-13
• Ministério do Trabalho
• Vasos de pressão
– Caldeiras
– Mão de obra
– Manutenção
– Operação
– Reservatório de ar comprimido etc.
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Origem do combustível
• Renovável:
– Álcool
– Madeira
• Eucalipto
– Bagaços e cascas
– Biomassa
• Não renovável
– Combustíveis fósseis
Fonte de aquecimento
• Elétrico
– Eletrodo submerso
• Combustão (queima)
– Sólidos
– Líquidos
– Gases
• Nuclear
• Novas tecnologias: célula de hidrogênio…
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Como escolher o combustível?
• Poder calorífico
– PCI = Poder calorífico inferior
– Energia por massa (ou volume)
• Preço
– Custo por massa (ou volume)
• Impacto ambiental
• Disponibilidade (perigos à interrupção)
– Transporte, custo
Poder calorífico inferior
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Exemplo de cálculo econômico:
Pressão de trabalho
• Baixa pressão: até 10 kgf/cm2
• Baixa pressão: de 11 a 40 kgf/cm2
• Baixa pressão: acima de 40 kgf/cm2
• Em indústrias de alimentos, em geral não são 
utilizadas pressões > 20 kgf/cm2
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Caldeiras flamotubulares
• Gases de combustão no interior de tubos
– Baixo custo
– Construção simples
– Baixa pressão de vapor: 10 ton/h
– Baixa pressão de operação: até 20 kgf/cm2
• Recomendado para situações onde existe 
grande oscilação na demanda de vapor
Caldeiras flamotubulares
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Caldeiras flamotubulares
Caldeiras aquatubulares
• Água se encontra na parte interna dos tubos, 
enquanto os gases de combustão circulam na 
parte externa dos mesmos.
– Alta produção de vapor: até 750 ton/h
– Alta pressão de vapor: até 100 kgf/cm2
• Recomendado altas demandas de vapor!
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Caldeiras aquatubulares
Paredes de água
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Caldeiras aquatubulares
Caldeiras aquatubulares:
Vantagens
• Alto rendimento térmico
• Altas pressões de operação
• Relativa facilidade de inspeção
• Relativa facilidade para instalação de:
– Economizador
– Pré-aquecedor
– Super aquecedor
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Caldeiras aquatubulares:
Desvantagens
• Alto custo de aquisição
• Alto custo de manutenção
– Água desmineralizada
• Existem caldeiras mistas, com uma parte 
funcionando flamotubular e outra seção da 
caldeira com água no interior dos tubos.
Exemplo de cálculo econômico:
• Considere as seguintes opções, para uma produção 
de 1200 kg/h de vapor a 160°C Dados: entalpia do 
vapor 660 kcal/kg de vapor, 480 horas por mês, 
GLP = R$2,20/kg; 10800 kcal/kg.
1. Caldeira flamotubular, que custa R$ 40 mil, onde 
15% da energia é perdida;
2. Caldeira aquatubular, que custa R$ 60 mil, onde 
10% da energia é perdida.
Qual a caldeira recomendada?
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Eficiência energética
• Diminuição de custos operacionais
– Aumento de competitividade
• Título do vapor
– Qualidade
– % de vapor saturado
• Purgadores
– Melhoram o título do vapor
Eficiência energética
• Transporte eficiente de energia
• Alta quantidade de energia por volume
– Altas pressões
– Isolamento térmico
– Solucionar vazamentos
– Reaproveitamento do calor
• Recompressão mecânica do vapor
• Reuso (evaporador de múltiplos efeitos)
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Exemplo eficiência energética:
1. Qual a energia em 1000 cm3 de vapor a 120°C, com título 90%
2. Qual a energia em 1000 cm3 de vapor a 160°C, com título 90%
120°C 160°C
Volume específico do líquido 
(m3/kg)
0,001 0,001
Volume específico do vapor 
(m3/kg)
0,89 0,31
Entalpia do líquido (kJ/kg) 504 676
Entalpia do vapor (kJ/kg) 2706 2758