ESTUDO DA APLICABILIDADE DO VAPOR D'ÁGUA NA INDÚSTRIA

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ESTUDO DAS APLICABILIDADES DO VAPOR D’ÁGUA NA INDÚSTRIA
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DEFINIÇÕES IMPORTANTES:
O vapor é gerado a partir da água, matéria prima barata e acessível;
A temperatura do vapor é controlada pela pressão através de válvulas;
Transporta grandes quantidades de energia com pouca massa, além de poder ceder essa energia ao meio quando se condensa;
Pode ser transportado facilmente por meio de tubulações, percorrendo distâncias consideráveis do ponto de geração até o de consumo.
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PRODUÇÃO DE VAPOR:
 Variações da temperatura e calor na produção de vapor
 Variações do volume específico na produção de vapor
TIPOS DE VAPOR:
 Vapor saturado
 Vapor superaquecido
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Geradores de Vapor
Aparelho térmico que produz vapor a partir do aquecimento de um fluido vaporizante.
No meio industrial os geradores de vapor são conhecidos como Caldeiras
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Caldeira
É basicamente um trocador de calor de tubos pelos quais passa água ou gases quentes, que trabalha com pressão superior à pressão atmosférica, produzindo vapor a partir da energia térmica fornecida por uma fonte qualquer. É constituida por diversos equipamentos integrados para permitir a obtenção do maior rendimento térmico possível e maior segurança.
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Caldeira Industrial
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Classificação de Caldeiras
Quanto à posição dos tubos
 Horizontal Vertical Inclinado
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Classificação de Caldeiras
Quanto à energia empregada no aquecimento
 Combustíveis: sólidos, líquidos e gasosos.
 Elétricas: Resistência elétrica, eletrodos submersos. 
 Recuperação: Gases de combustão de outros processos, recuperação química, reatores nucleares.
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CALDEIRAS A COMBUSTÍVEL 
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CALDEIRAS DE RECUPERAÇÃO
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CALDEIRA ENERGIA NUCLEAR
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Classificação de Caldeiras
Quanto à disposição da água em relação aos gases
 
 Flamotubulares Aquatubulares
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Quanto ao conteúdo dos tubos: Flamotubular vertical
Os tubos são colocados verticalmente em um corpo cilíndrico fechado nas extremidades por placas, chamadas espelhos; A fornalha interna fica no corpo cilíndrico logo abaixo do espelho inferior.
Os gases de combustão sobem através dos tubos, aquecendo e vaporizando a água que está em volta deles. 
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Quanto ao conteúdo dos tubos: Flamotubular horizontal
Apresenta um tubulão interno pelo qual fluem os gases resultantes da combustão em direção aos feixes de tubos menores. Podem ter de 1 a 4 passes por estes tubos 
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Caldeiras Flamotubulares
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Quanto ao conteúdo dos tubos: Aquatubular
A água percorre um circuito desde o tubulão superior até o tubulação inferior através dos tubos geradores de vapor
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Circulação de Água no Interior dos Tubos
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Caldeira Flamotubular
Vantagens e desvantagens das caldeiras flamotubulares 
As principais vantagens das caldeiras deste tipo são: • custo de aquisição mais baixo; • exigem pouca alvenaria; • atendem bem a aumentos instantâneos de demanda de   vapor.
As principais desvantagens das caldeiras deste tipo são: • baixo rendimento térmico; • partida lenta devido ao grande volume interno de água; • limitação de pressão de operação (máx. 15 kgf/cm²); • capacidade de produção limitada; • dificuldades para instalação de economizador,   superaquecedor e pré-aquecedor.
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Caldeira Aquatubular
Vantagens e desvantagens das caldeiras aquatubulares
As principais vantagens das caldeiras deste tipo são:
grandes pressões - 50 -165 bar
grandes produções
rapidez de arranque
fácil adaptação a diferentes tipos de combustível
As principais desvantagens das caldeiras deste tipo são: 
grandes dimensões 
sensíveis às variações bruscas de carga 
grandes exigências na qualidade da água de alimentação devido à elevada pressão de funcionamento
elevado custo
grande complexidade de montagem
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Componentes Clássicos de uma Caldeira
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CINZEIRO
FORNALHA
CÂMARA DE COMBUSTÃO
TUBOS EVAPORADORES
SUPERAQUECEDOR
ECONOMIZADOR
PRÉ-AQUECEDOR DE AR
CANAIS DE GASES
CHAMINÉ
CIRCUITO DE VAPOR E SEUS PRINCIPAIS COMPONENTES
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FORNALHA
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Principal equipamento para a queima do combustível. Entre suas funções estão incluídas: A mistura ar-combustível, a atomização e vaporização do combustível e a conservação de uma queima contínua.
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FORNALHA – ELEMENTOS BÁSICOS
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QUEIMADORES
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QUEIMADORES
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QUEIMADORES
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QUEIMADORES
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FORNALHA – ELEMENTOS BÁSICOS
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QUEIMADORES
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QUEIMADORES
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QUEIMADORES
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QUEIMADORES
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ALIMENTAÇÃO DA FORNALHA
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PAREDES D’ÁGUA
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 tubulaçao inferior e qualquer vapor gerado sobe para o tubulão superior.
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PAREDES D’ÁGUA
Cumprem duas funções: 
Refrigerar as paredes da fornalha; aumentar a superfície de troca de calor produzindo mais vapor.
As paredes são normalmente compostas de tubos regularmente espaçados em uma parede de tijolos refratários.
Por trás dos tubos ou dos tijolos refratários são colocadas várias camadas de isolante.
Tem como desvantagem a dificuldade de manutenção
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PAREDES D’ÁGUA
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PAREDES D’ÁGUA
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PAREDES D’ÁGUA
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TUBULÃO SUPERIOR
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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
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TUBULÃO DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA
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São distribuídos no tubulão superior através de furos dispostos em toda a extensão do tubulação. Estes tubos são geralmente posicionados 45° para baixo e direcionados na parte traseira do costado ddo tubulão
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DEFLETOR
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É constituído de chapas, colocadas no costado frontal do tubulão de vapor, formando uma câmara para receber o vapor dos tubos geradores.
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SEPARADORES DE VAPOR
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Consiste em chicanas e filtros que destinam-se a reter água do vapor, de maneira que esse entre seco no superaquecedor.
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TUBOS DE CIRCULAÇÃO 
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São tubos traseiros do feixe tubular que conduzem a água do tubulão de vapor para o tubulão inferior de água, chamadas de tubos descendentes.
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TUBOS GERADORES
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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.
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TUBULÃO INFERIOR
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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.
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TUBOS DE PURGA CONTÍNUA
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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, para qual é feito o controle químico da água da caldeira.
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SUPERAQUECEDOR
É destinado a aumentar a temperatura do vapor saturado, tornando- o 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.
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ECONOMIZADOR
Tem como função utilizar o calor residual dos gases de combustão, para aquecer a água de alimentação da caldeira. Atua diretamente no aumento do rendimento da caldeira.
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PRÉ – AQUECEDOR DE AR
Tem como função aproveitar o calor residual dos gases de combustão, para aquecer o ar utilizado na queima do combustível. Também atua diretamente no rendimento da caldeira.
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TIRAGEM DO AR E DOS GASES DE COMBUSTÃO
Tem como finalidade suprir a quantidade de ar necessária para a queima do combustível e forçar a circulação dos gases por todas as superfícies de troca de calor até serem exauridos pelo chaminé. Pode ser de três tipos:
Tiragem Forçada
Tiragem Induzida
Tiragem Mista ou Balanceada
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TIRAGEM DO AR E DOS GASES DE COMBUSTÃO