Tipos de Caldeira - CARLOS EDUARDO - FINAL

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CALDEIRAS
Senai/Lauro de Freitas– Automação Industrial
Carlos Eduardo Oliveira da Silva
Carlos Eduardo - Senai LF - Técnico em Automação Industrial
As Caldeiras são sistemas projetados para aquecer ar ou
água para produzir calor ou energia.
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As Caldeiras podem ser classificadas de acordo com:
• Classes de Pressão; 
• Grau de Automação; 
• Tipo de Energia Empregada; 
• Tipo de Troca Térmica;
• Tipo de montagem;
• Circulação de água;
• Sistema de tiragem;
• Tipo de sustentação.
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O mercado contemporâneo conta com diferentes Tipos de
Caldeiras à disposição das indústrias – cada uma com características
e peculiaridades especialmente desenvolvidas para sanar demandas
específicas de operação.
Flamotubular
Elétrica
Aquatubular
Cornuália
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As Caldeiras Flamotubulares são aquelas com tubos de
fogo ou fumaça circundados de água.
• Baixo rendimento térmico; 
• Maior espaço ocupado; 
• Ideal para pequenas instalações; 
• Simples construção.
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As Caldeiras Flamotubulares podem ser dividias em 
Horizontais ou Verticais.
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Nos modelos verticais
• Os tubos são verticalmente
dispostos em um cilindro que
tem suas extremidades
fechadas por placas chamadas
de espelhos. Neles, a fornalha
fica localizada abaixo do
espelho inferior. Por meio
dessa disposição, os gases
resultantes da combustão
sobem pelos tubos, garantindo
que a água que os envolve seja
aquecida e vaporizada.
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Já nas caldeiras flamotubulares horizontais
• Os gases quentes passam por
tubulações internas
horizontais.
• No tambor de vapor, esses
tipos de caldeiras podem
contar de 1 a 2 passes de
gases. A fornalha conta com
paredes de tubos aletados,
que contam com água em seu
interior e são interligados no
tambor de vapor.
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As principais caldeiras horizontais apresentam tubulões internos nos
quais ocorre a combustão e através dos quais passam os gases
quentes. Podem ter de 1 a 4 tubulões por fornalha.
• Cornuália; 
• Lancaster; 
• Multitubular; 
• Locomóvel; 
• Escocesa.
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Caldeira Flamotubular Horizontal Cornuália
É constituída de um tubulão
horizontal ligando a fornalha
ao local de saída de gases;
Funcionamento simples;
Rendimento Baixo;
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Caldeira Flamotubular Horizontal Lancaster
É de construção idêntica à
anterior, porém tecnicamente
mais evoluída; É constituída
de dois a quatro tubulões
internos; Algumas delas
apresentam tubos de fogo e
de retorno.
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Caldeira Flamotubular Horizontal Multitubular
A queima de combustível é efetuada
em uma fornalha externa; Os gases
quentes passam pelos tubos de fogo;
Queima de qualquer tipo de
Combustível.
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Caldeira Flamotubular Horizontal Locomóvel
Apresenta uma dupla parede em
chapa na fornalha, pela qual a
água circula; Fácil transferência
de Local; Utilizada em Serrarias
e em Campos de Petróleo.
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Caldeiras Flamotubular Horizontal Escocesa
O modelo de caldeira industrial
mais difundido no mundo; É
destinada à queima de óleo ou
gás; Criada basicamente para
uso marítimo.
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Ao contrário das caldeiras flamotubulares, nos modelos 
aquatubulares é a água que circula dentro dos tubos.
• O calor adquirido da queima na fornalha passa em volta da tubulação, que é
aquecida e transfere o calor para a água ali contida, fazendo com que o vapor
seja gerado.
• Entre os tipos de caldeiras, esse é o mais indicado quando a finalidade é
garantir uma maior produção de vapor. Seu uso se dá principalmente em usinas
termoelétricas.
• Maior Rendimento;
• Maior produção de Vapor;
• Maior Superfície de Aquecimento.
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Caldeira Aquatubular
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Esquema Básico de uma Caldeira Aquatubular
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Caldeira Flamotubular Grelha Fixa
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• Destinam-se a indústrias que precisam
de menor geração de vapor.
• São utilizadas para geração de vapor
saturado no processo e geração de
energia e utilizam como combustíveis
a biomassa, como lenha em toras,
cavaco de madeira, serragem, casca
de arroz, resíduos agrícolas, entre
outros.
• Apresentam também, grelha em
escada refrigerada e inclinada,
obtendo perfis fluído dinâmicos que
garantem maior transferência de
calor. Por fim, apresentam facilidade
na inspeção e manutenção.
Caldeira Flamotubular Grelha Móvel
• Apresentam como vantagem, um sistema de combustão do tipo grelha
avanço contínuo, que é próprio para a queima de material picado. Em
razão disso, os principais combustíveis utilizados são: cavaco de
madeira, serragem, maravalha, casca de arroz, resíduos agrícolas entre
outros.
• A injeção do combustível é feita através de silos dosadores que dosam
sobre a grelha a quantidade necessária de combustível, onde as
grelhas se movem de forma oscilante, fazendo com que o combustível se
mova em três seções distintas, assim dispostas:
• A primeira seção promove a secagem do combustível;
• A segunda promove a queima dos voláteis;
• A terceira, promove a queima do carbono fixo.
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Caldeira Flamotubular Grelha Móvel
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Caldeira Elétrica
• É um equipamento cuja função
é basicamente a produção de
vapor por meio do aquecimento
de água, através de resistências
elétricas em cobre ou aço
inoxidável, roscadas ou
flangeadas, removíveis,
facilitando sua manutenção.
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Controles típicos na Caldeira - Variáveis de 
Processo
Para um perfeito funcionamento as caldeiras precisam ter algumas
variáveis bem controladas e as mais importantes encontrados nas
caldeiras são os enumerados abaixo:
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• Controle de nível do tubulão;
• Controle de vazão de água para a caldeira;
• Controle de vazão de vapor saindo da caldeira;
• Controle de pressão do vapor produzido;
• Controle de vazão de ar;
• Controle de vazão de combustível;
• Controle de excesso de ar.
Representação dos 
principais controles de uma 
caldeira
• No esquema aparecem os
principais controles de
uma 29 caldeira e o
sistema de controle
distribuído (SDCD) de uma
usina geradora de energia.
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O controle de nível do 
tubulão
• O controle de nível do tubulão
tem como objetivo manter o
nível da água da caldeira dentro
dos limites operacionais
desejados. Este controle é feito
variando a vazão de água de
alimentação do tubulão
(HOUTZ, 2006) Os principais
problemas relacionados ao
controle de nível são os
fenômenos de expansão e
contração e as variações na
pressão da água de
alimentação.
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Controle de Nível- A um 
Elemento
• Este sistema de controle terá sua
utilização limitada aos casos de
caldeiras pequenas, onde o nível
não é uma variável muita crítica.
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Controle de Nível –
Controle a Dois Elementos
• Controle antecipatório
com realimentação: a
vazão de vapor fará a
correção antecipadado
nível e a realimentação
será feita pelo transmissor
e pelo controlador de
nível. Neste tipo de
malha, a água de
alimentação deve ter
pressão constante!
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Controle de Nível –
Controle a três Elementos
• Esta malha utiliza controle
antecipatório (vazão de
vapor) com realimentação
(controlador de nível),
combinando com controle
cascata A vazão de água
será mantida pela malha
escrava de controle de
água, em função do ponto
de ajuste recebido do
somador.
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Controle de Vazão do Ar de combustão
• A vazão de Ar pode ser controlada alterando-se a a
rotação do ventilador ou, no caso de ventilador que
opera com velocidade constante alterando se uma
das características do sistema de ventilação.
• Os sistema de ventilação que operam com rotação
variável são mais eficientes (controlam a vazão sem
introduzir perda de carga no processo) em menos
ruidosos, porém em função do custo relativamente
alto de implantação deste tipo de sistema, sua
utilização tem se restringido a aplicações
específicas/particulares.
• O sistema de vazão constante são mais utilizados,
pela sua simplicidade e custo beneficio.
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Controle de Combustão de Combustíveis 
líquido/gasoso
As malhas de controle de combustão de caldeiras utilizando
combustível liquido e ou gasoso mantém a pressão do vapor,
variando a vazão de combustível e do ar de combustão injetado
no(s) queimador(es). Ou seja, quanto maior a vazão do combustível
e do ar de combustão, maior a troca de calor, maior a produção de
vapor, grandezas diretamente proporcionais.
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Controle Simplificado de 
combustão com 
acionamento mecânico
• Utiliza apenas um
contrilador (PRC).
• Este controlador controla
a pressão do vapor
atuando no acionador
mecânico, que por sua vez
posicionou damper de ar e
a válvula de combustível
através de alavancas.
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Controle Simplificado de 
combustão com 
acionamento independente
• O sistema de controle
pode ser melhorado se a
válvula de combustível e o
acionador do damper de ar
forem acionados de forma
independente pelo
controlador de Pressão.
Carlos Eduardo - Senai LF - Técnico em Automação Industrial
Controle Simplificado de 
combustão com medição de 
vazão do ar e do combustível
• Neste caso se utiliza a
medição e controle se da
através de transmissores e
controladores específicos
para o ar de combustão e
combustível.
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Controle Simplificado de 
combustão com medição de 
vazão do ar e do combustível
com ajuste de razão
• Neste caso se utiliza um
rele de razão(FY) entre os
transmissor e o
controlador de vazão do ar
de combustível.
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Controle de combustão em 
Série com combustível 
Seguindo o Ar
• O (PRC) dá o ponto de
ajuste do (FIC), enquanto
a vazão do ar de
combustão medida pelo
(FT), após passar pelo
extrator(FY) e pelo relé de
razão (FY), é enviado
como ponto de ajuste do
(FIC).
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Controle de combustível em 
Série com o Ar Seguindo 
combustível
• O (PRC) dá o ponto de
ajuste do (FIC), enquanto
a vazão do combustível
medida pelo (FT), após
passar pelo extrator (FY),
é enviada como ponto de
ajuste do (FIC).
Carlos Eduardo - Senai LF - Técnico em Automação Industrial
Controle de Combustão 
Paralelo
• São utilizadas duas malhas
de controle de vazão
independentes, sendo uma
para o ar de combustão e
outra para combustível.
• O ponto de ajuste dos dois
controladores de vzão é
variado paralela e
simultaneamente pelo
(PRC).
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Controle de Combustão por 
limite cruzado
• São utilizados dois relés
seletores, sendo um
seletor de sinal baixo e
outro de sinal alto. A
utilização destes relés
permite operar com baixos
valores de excesso de ar,
sem que ocorram
problemas de combustão.
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Controle de Temperatura do 
Vapor Super Aquecido
• No controle de temperatura a um 
elemento, o (TRC) atua 
diretamente na válvula de adição 
de água de dessuperaquecimento 
(TV), de forma a manter a 
temperatura do vapor na saída do 
superaquecedor secundário, de 
acordo com o ponto de ajuste.
• Além deste existe ainda o controle 
de temperatura a dois e três 
elementos.
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Outros Controles típicos na Caldeira -
Variáveis de Processo
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• Podemos citar ainda outros tipos de controles de variaveis
CONTROLE DE PRESSÃO NA CAMARA DE COMBUSTÃO
SISTEMA DE SEGURAÇA – MANUA, SEMI-AUTOMATICO E AUTOMATICO.
CONTROLE DE TEMPERATURA DO PRÉ-AQUECEDOR DE AR
Referências
• CEFET-MG. IMPLEMENTAÇÃO DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO, CONTROLE E
SUPERVISÃO DA COMBUSTÃO EM UMA CALDEIRA.
<http://www2.dee.cefetmg.br/wp-
content/uploads/sites/18/2017/11/TCC_2017_1_TLQueiroz.pdf>. Acesso 09, de
junho de 2020.
• sistema-de-instrumentacao-e-automacao-de-caldeira-com-combustiveis-
alternativos. <http://186.202.79.107/download/sistema-de-instrumentacao-e-
automacao-de-caldeira-com-combustiveis-alternativos.pdf>. Acesso 09, de
junho de 2020.
• Egidio Alberto Bega. LIVRO. Instrumentacao Aplicada Ao Controle de Caldeiras.
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http://www2.dee.cefetmg.br/wp-content/uploads/sites/18/2017/11/TCC_2017_1_TLQueiroz.pdf
http://186.202.79.107/download/sistema-de-instrumentacao-e-automacao-de-caldeira-com-combustiveis-alternativos.pdf