352949 1 caldeiras (b)

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Caldeiras (b)
Algumas partes importantes
Tubulão de água inferior
É o elemento de ligação dos tubos para possibilitar a circulação de água
na caldeira, tem por função de acumular lama formada pela reação dos
produtos químicos com a água da caldeira.
A água que sai deste elemento é encaminhada para tratamento.
Tubulão inferior 
Tubulão inferior com lama no interior
Tubulão de água superior
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. Sua principal função é separar a água do
vapor (ambos saturados).
Estes tubos contém conexões para visores de nível, válvulas de
segurança, instrumentos de indicação e controle, além de tubos de
ligação com superaquecedor de vapor.
Tubulão de água superior 
Tubulão de água superior 
Defletor
É constituído de chapas, colocados no costado frontal do tubulão de
vapor, formando uma câmara para receber o vapor dos tubos
geradores.
Separadores de vapor
Consiste em chicanas e filtros que destinam-se a reter água do
vapor, de maneira que esse entre “seco” no superaquecedor.
Tubos de alimentação de água 
São distribuídos no tubulão superior através de furos dispostos em toda 
a extensão do tubulão.
Estes tubos são geralmente posicionados 45º para baixo e direcionados 
na parte traseira do costado do tubulão.
Tubos de purga contínua
Localiza-se abaixo do nível de água aproximadamente, com furos em
toda a extensão.
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.
Tubos de circulação
São tubos traseiros do feixe tubular que conduzem a água do tubulão
de vapor para o tubulão de água, chamadas de tubos descendentes.
Tubos geradores
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.
Figuras a seguir
Parede d’água – Tubulação da Caldeira
O resfriamento da fornalha é feito através do fluxo de água que circula
pelos tubos que formam as paredes. A água do tubulão superior desce
para o tubulão inferior, sendo os resíduos sólidos da evaporação
conduzidos por gravidade para o tubulão inferior e qualquer vapor
gerado sobe para o tubulão superior.
Parede d’água – Tubulação da Caldeira
Superaquecedor
Objetiva aumentar a temperatura do vapor saturado, tornando este
mais seco sem aumentar sua pressão.
É constituído de tubos lisos/aletados resistentes a altas temperaturas,
que aproveitam os gases de combustão para dar o devido
aquecimento ao vapor saturado, transformando-o em vapor
superaquecido.
Economizador
O economizador tem a finalidade de aquecer a água de alimentação da
caldeira.
Normalmente está localizado na parte alta da caldeira entre o tambor
de vapor e os tubos geradores de vapor, e os gases são obrigados a
circular através dele, antes de saírem pela chaminé.
Existem vários tipos de economizadores e na sua construção podem ser 
empregados tubos de aço maleável ou tubos de aço fundido com aletas. 
Pré-aquecedor de ar
O pré-aquecedor de ar é um equipamento (trocador de calor) que
eleva a temperatura do ar antes que este entre na fornalha. O calor é
cedido pelos gases residuais quentes ou pelo vapor da própria
caldeira.
A instalação desses equipamentos oferece a vantagem de melhorar a
eficiência da caldeira pelo aumento da temperatura de equilíbrio na
câmara de combustão.
Queimadores
Os queimadores são peças destinadas a promover, de forma adequada e
eficiente, a queima dos combustíveis em suspensão.
Equipamentos auxiliares
Sopradores de Fuligem (ramonadores)
Os sopradores de fuligem permitem uma distribuição rotativa de um
jato de vapor no interior da caldeira e tem por finalidade, fazer a
remoção da fuligem e depósitos formados na superfície externa da
zona de convecção das caldeiras.
Equipamentos auxiliares
Válvulas de segurança
As válvulas de segurança e de alívio de pressão são
dispositivos que protegem automaticamente os
equipamentos de processo de um eventual excesso de
pressão.
Caldeiras e vasos de pressão obrigatoriamente
necessitam desses dispositivos de segurança para sua
proteção, em cumprimento à legislação através de
normas como a NR-13 , e atendendo aos códigos
nacionais e internacionais de projeto.
Equipamentos auxiliares
Indicadores de nível
Os indicadores de nível tem por objetivo indicar o nível de água
dentro do tubulão de vapor. Em geral, são constituídos por um vidro
tubular.
Equipamentos auxiliares
Sistemas de controle de água de alimentação
Os sistemas de controle de água de alimentação devem regular o
abastecimento de água ao tubulão de evaporação para manter o nível
entre limites desejáveis.
Esse limites devem ser observados no indicador de nível. A quase
totalidade das caldeiras são equipadas com sistemas automatizados,
que proporcionam maior segurança, maiores rendimentos e menores
gastos de manutenção.
Equipamentos auxiliares
Sensores de temperatura
Os sensores fazem a medição da temperatura dos fluidos. São mais
utilizados os PT-100. Medem a temperatura dos gases de combustão, do
ar de entrada, da água de entrada, do vapor gerado e do combustível.
sensor Pt-100 é um tipo de termorresistência que mede a temperatura
pela correlação da sua resistência elétrica com a temperatura. A maioria
destes sensores é feita a partir de uma espiral de fio fino montada num
suporte cerâmico ou de vidro. Possuem natureza frágil e necessitam ser
instalados em bainhas protetoras.
O Pt-100 é geralmente considerado o mais exato sensor de temperatura
industrial disponível, além de proporcionar excelente estabilidade e
repetibilidade
sensor Pt-100
Vídeo do interior da caldeira (https://www.youtube.com/watch?v=BlbPoP32bzU)
Eficiência térmica – caldeira
(método simplificado) 
Para se determinar a eficiência, devemos levantar diversas
informações: o tipo de equipamento, as perdas, a quantidade de
vapor produzido e o tipo de combustível utilizado.
Perdas de calor:
São as parcelas de calor não aproveitadas ou perdidas na
produção de vapor.
Perdas ocasionais: Decorrentes de má operação ou deficiência de
projeto ou equipamentos. (estes são os piores e devem ser
eliminados)
Perdas normais: Pertencente a cada gerador de vapor,
estabelecidas pelo projeto, fazendo parte da operação do
equipamento.
Perdas de calor
Nas fornalhas
Na combustão incompleta, cinzas, irradiação das paredes das
fornalhas, dos gases de exaustão, paradas, partida e variação de
carga do gerador de vapor.
Perdas em outras partes do gerador de vapor.
Vazamentos e principalmente por problemas de isolamento
térmico.
Nota: O isolamento térmico pode retardar ou atenuar o fluxo de
calor entre o gerador de vapor e o meio. Tipos de isolantes: Fibras
cerâmicas, lã de vidro, refratários, sílicas e silicatos.
As perdas podem variar conforme o combustível utilizado, a
concepção e a construção de cada equipamento.
As perdas podem atingir valores superiores a 40%.
A transferência de calor em geradores de vapor é um complexo
conjunto de fenômenos que envolvem troca de calor por radiação,
convecção e condução térmica.
O equacionamento teórico deste conjunto é complicado e exaustivo e
grande parte do conhecimento adquirido e aplicado a troca de calor
em caldeiras e fornos em geral é fruto de relações empíricas obtidas
por tentativa e erro.
As caldeiras devem ser dimensionadas relacionando custo e
benefício.
Balanço de energia 
Eficiência Bruta 
 = (Qútil / Qtotal) x 100 
Qutil = Calor Útil (W=J/s) 
Qtotal=Calor Total (W=J/s)
Calor Total (Qtotal) 
Corresponde ao calor capaz de ser gerado pelo combustível ao ser 
queimado na fornalha. 
Qtotal = (mcomb x PCI) 
Onde: 
mcomb = quantidade de combustível utilizado (Kg/s) - vazão mássica
PCI = poder calorífico inferior do combustível (J/Kg) 
Calor Útil (Qútil) - corresponde ao calor realmente aproveitado na
geração de vapor, ou seja, aquele transmitido à água para
transformá-la em vapor.
Qútil = D x (hvapor – hágua)
Onde:
D = Descarga de vapor gerado pelo equipamento (kg/s) – vazão
mássica.
hvapor = entalpia do vapor gerado (J/kg)
hágua = entalpia da água de alimentação (J/kg)
Qperdido = Qtotal - Qútil
Onde: 
Qperdido = Calor Perdido (J/s) 
Exercício 1:
Calcular a eficiência térmica bruta e líquida de um gerador de
vapor levando em consideração:
Caldeira tipo: Flamotubular
Produção de Vapor: 2000 kg/h; 170°C; 0,8MPa; x=1; hv = 2431
KJ/kg
Água de alimentação: 20°C, h = 302 KJ/kg
Consumo de combustível = 563 kg/h
PCI do combustível : 12000 KJ/kg
Potência demandada pelos sistemas auxiliares (Insuflamento e
Tiragem): 0,2KW
Eficiência bruta
= Qtil/Qtotal x 100
Qtotal = 563 kg/3600s.12000 kJ/kg = 1876,7 kJ/s
Qutil = 2000 kg/3600s. (2431 – 302)kJ/kg = 1182,8 kJ/s
= (1182,8/1876,7) x 100 = 63%
Eficiencia líquida
= (1182,8 – 0,2)/1876,7) x 100 = 63 %
Obs: A vírgula aqui está representando o milhar, ex: Oleo BPF PCI= 39470 kJ/kg
Materiais utilizados em caldeiras
Especificação do ASME e tensões admissíveis
A quase a totalidade das caldeiras industriais e de utilidades são
projetadas conforme o Código ASME Boiler & Pressure Vessel Code,
Section I (Power Boilers), o qual lista os materiais aprovados para
construção de caldeiras.
As especificações de cada material e os valores para projeto constam no
ASME, Section II (Materials).
American Society of Mechanical Engineers (ASME)
ASME BPVC Section I - Rules for Construction of Power Boilers
ASME BPVC Section II - Materials
Part A - Ferrous Material Specifications
Part B - Nonferrous Material Specifications
Part C - Specifications for Welding Rods, Electrodes and Filler Metals
Part D - Properties (Customary)
Part D - Properties (Metric)
Tratamento de água de caldeiras
Os métodos de tratamento de água são classificados em 02 sistemas: 
A tabela 01 apresenta as substâncias contidas na água bruta, os respectivos problemas
e a metodologia de tratamento utilizada.
NORMAS importantes
-NR 13 - Caldeiras e Vasos de Pressão
SUMÁRIO:
13.1 Introdução
13.2 Abrangência
13.3 Disposições Gerais
13.4 Caldeiras
13.5 Vasos de Pressão
13.6 Tubulações
13.7 Glossário
Anexo I - Capacitação de Pessoal
Anexo II - Requisitos para Certificação de Serviço Próprio de 
Inspeção de Equipamentos
Caldeiras e vasos de pressão - Requisitos mínimos para a construção
ABNT NBR 16035-1:2012 Ed 2 – Caldeiras e vasos de pressão — Requisitos
mínimos para a construção. Parte 1: Geral
Boilers and pressure vessels — Minimum requirements to construction.
Part 1: General
Escopo: Esta parte da ABNT NBR 16035 especifica os requisitos mínimos
que devem ser adotados para a construção de caldeiras e vasos de pressão
baseados em normas ou códigos de construção que estão em conformidade
com a ABNT NBR ISO 16528-1. Estes requisitos são estabelecidos para
assegurar que os equipamentos pressurizados sejam construídos do modo
mais uniforme possível, qualquer que seja a norma ou código de construção
adotado.
ABNT NBR 16035-2:2012 Ed 2 – Caldeiras e vasos de pressão — Requisitos
mínimos para a construção. Parte 2: Conforme ASME Code, Section I
Boilers and pressure vessels — Minimum requirements to construction Part
2: Based on the ASME Code Section I
Escopo: Esta parte da ABNT NBR 16035 especifica os requisitos técnicos
para garantir a conformidade do ASME Code, Section I, com a ABNT NBR
ISO 16528-1, para a construção de caldeiras.
ABNT NBR 16035-3:2012 Ed 2 - Caldeiras e vasos de pressão — Requisitos
mínimos para a construção. Parte 3: Conforme ASME Code, Section VIII,
Division 1
Boilers and pressure vessels — Minimum requirements to construction Part
3: Based on the ASME Code, Section VIII, Division 1
Escopo: Esta parte da ABNT NBR 16035 especifica os requisitos técnicos
para garantir a conformidade do ASME Code, Section VIII, Division 1, com a
ABNT NBR ISO 16528-1, para a construção de vasos de pressão.
ABNT NBR 16035-4:2013 - Caldeiras e vasos de pressão — Requisitos
mínimos para a construção. Parte 4: Conforme ASME Code, Section VIII,
Division 2
Boilers and pressure vessels — Minimum requirements to construction Part
4: Based on the ASME Code, Section VIII, Division 2
-NBR 12177-1 Caldeiras estacionárias a vapor - Inspeção de
segurança Parte 1: Caldeiras flamotubulares
Sumário
Prefácio
1 Objetivo
2 Referências normativas
3 Definições
4 Condições gerais
5 Condições específicas
6 Inspeção
ANEXOS
A Modelo de formulário para caracterização da caldeira
B Modelo de lista de verificação
C Modelo de formulário para relatório de inspeção de caldeira
-NBR 12177-2 Caldeiras estacionárias a vapor - Inspeção de segurança
Parte 2: Caldeiras aquotubulares
Sumário
Prefácio
1 Objetivo
2 Referências normativas
3 Definições
4 Condições gerais
5 Condições específicas
6 Inspeção
ANEXOS
A Modelo de formulário para caracterização da caldeira
B Modelo de lista de verificação
C Modelo de formulário para relatório de inspeção de caldeira