Lista 02 - Geração de Vapor

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LISTA DE EXERCÍCIOS UNIDADE II - DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR 
 
PARA A SOLUÇÃO DAS QUESTÕES ABAIXO, UTILIZAR O LIVRO GERAÇÃO E 
DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR DA PETROBRÁS, CAPÍTULOS 8, 9 E 10 
 
1) Quais são as razões de se utilizar isolamento térmico nos sistemas de geração e 
distribuição de vapor?
 
2) Quais os pontos recomendados para manutenção de isolamentos térmicos? 
Explique. 
 
3) Quais os problemas e as vantagens em se utilizar tubulações subdimensionada e 
superdimensionada, na distribuição de vapor? 
 
4) Cite as três categorias de purgadores e dê dois exemplos de cada. 
 
5) Na seleção de um purgador, para ser instalado na linha de distribuição, é 
necessário mensurar a quantidade de condensado a ser eliminado. Desta forma, 
quais são as três parcelas que devemos considerar para o cálculo da formação de 
condensado? 
 
6) Qual é o principal motivo de se reutilizar o condensado? Explique. 
 
7) O que é o vapor flash e como ele se forma? 
 
“É o vapor que foi gerado a partir da redução do nível de pressão do condensado, para 
ser reaproveitado em uma linha de baixa pressão.” 
PARA A SOLUÇÃO DAS QUESTÕES ABAIXO UTILIZE A APOSTILA DA SARCO 
 
8) O que se deve considerar para determinar a pressão de operação adequada? Cite 
as cinco vantagens de distribuir o vapor em alta pressão e reduzir a pressão 
próximo ao ponto de consumo. 
 
 
9) Como é feita a extração de vapor de uma linha primária para uma secundária 
descendente? E por que? 
 
É feita por cima da tubulação ao utilizar um tubo do tipo bengala. Pois desta forma o vapor 
transportado é mais ‘seco’. Caso partissem da lateral o pela parte inferior, poderiam 
transportar o condensado presente na tubagem de distribuição e tornarem-se bolsas de 
condensado. 
Deve existir um ponto de drenagem próximo a esses ramais, pois o condensado 
concentra-se antes da válvula e será arrastado com o vapor quando a válvula for 
novamente aberta. 
 
10) Como é feita a distribuição de vapor em um ramal ascendente? Faça um esboço 
explicativo e justifique essa configuração. 
 
É comum uma tubagem de distribuição de vapor ter inclinação ascendente quando as 
características do local tornam difícil mantê-la toda ao mesmo nível, forçando assim o 
condensado a recuar na tubagem enquanto o vapor sobe. Deve-se certificar das 
dimensões da tubagem para que o vapor não ultrapasse 15m/s. Deve-se diminuir o 
intervalo entre os pontos de drenagem a um máximo de 15m. O objetivo é evitar a 
formação de um filme de condensado na parte inferior da tubagem, aumentando de 
tamanho até o ponto em que são arrastadas gotas de água com vapor. 
 
 
11) Um processo requer 5000 kg/h de vapor saturado seco à 7,0 bar manométrico. 
Considerando que a velocidade do fluido não ultrapasse os 25 m/s, determine o 
diâmetro interno da tubulação e em seguida selecione uma tubulação comercial e 
calcule a perda de carga e a velocidade com a tubulação comercial escolhida. 
 
 
 
 
 
12) Refaça o exercício anterior para uma temperatura do vapor de 170 °C. 
 
13) Escolha uma tubulação comercial para uma linha principal de vapor saturado 
seco, à pressão manométrica de 14,0 bar, e uma vazão de 10.000 kg/h? Considere 
a velocidade de 30 m/s.Em seguida calcule a perda de carga e a velocidade com a 
tubulação escolhida. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
14) Dimensione uma tubulação para 2000 kg/h de vapor superaquecido, a pressão de 
15 bar manométrica, a 300 °C e com perda de carga de 1 bar/100 m. Em seguida 
calcule a perda de carga e a velocidade com a tubulação escolhida. 
 
15) Dimensione uma tubulação para 20 t/h de vapor, a pressão de 14 bar 
manométricae a 325°C. A tubulação tem 300 m e a queda de pressão admissível 
para este comprimento é de 0,675 bar.Em seguida calcule a perda de carga e a 
velocidade com a tubulação escolhida. 
 
 
 
 
 
 
16) Utilizando o calor residual de um processo, uma caldeira gera 30 t/h de vapor 
superaquecido à 50 bar manométrico e 450 °C para ser usado em uma turbina. 
Considerando que a velocidade não deve exceder os 50 m/s,escolha uma 
tubulação comercial para este sistema. Em seguida, calcule a perda de carga e a 
velocidade com a tubulação escolhida. 
 
 
 
 
PARA A SOLUÇÃO DAS QUESTÕES ABAIXO UTILIZE A APOSTILA EFICIÊNCIA 
ENERGÉTICA DA ELETROBRÁS. 
 
17) O que é o condensado? E quais são as principais causas de surgimento de 
condensado nas tubulações de distribuição de vapor? 
 
É a água em forma líquida, formada pela condensação do vapor durante a distribuição. 
 
 
 
 
 
 
18) Por quais motivos se deve extrair o mais rápido possível o condensado e os 
gases não condensáveis das linhas de distribuição de vapor? 
 
Para conservar a energia do vapor, evitar vibrações e golpes de aríete, diminuir os efeitos 
de corrosão, evitar a redução da seção transversal útil de escoamento devido à acumulação 
do condensado, evitar o resfriamento do vapor em consequência da mistura com o ar e 
outros gases. 
 
19) O que são purgadores de vapor? E quais são os dois casos típicos que eles 
podem ser empregados? 
 
São dispositivos automáticos que separam e eliminam o condensado formado na 
tubulações de vapor e nos aparelhos de aquecimento sem deixar escapar o vapor. São 
empregados em dois casos típicos: 
 
● Para a eliminação do condensado formado nas tubulações de vapor em geral; 
● Para reter o vapor nos aparelhos de aquecimento a vapor ( aquecedores a vapor, 
serpentinas de aquecimento, autoclaves, estufas, etc) deixando sair apenas o 
condensado. 
 
20) No caso de drenagem de condensado, quais os pontos obrigatórios de instalação 
de purgadores na linha de distribuição? 
 
● Em todos os pontos extremos (no sentido do fluxo) fechados com tampões, flanges 
cegos, bujões, etc; 
● Em todos os pontos baixos, e todos os pontos de aumento de elevação ( colocados, 
nesses casos, na elevação mais baixa); 
● Nos trechos de tubulação em nível deve ser colocado um purgador a cada 100m a 
250m (quanto mais baixa for a pressão do vapor, mais numerosos deverão ser os 
purgadores); 
● Imediatamente antes de todas as válvulas de bloqueio, de retenção, de controle e 
redutoras de pressão(os purgadores neste caso, destinam-se a eliminar o condensado 
que se forma quando a válvula estiver fechada); 
● Próximo à entrada de qualquer máquina a vapor, para evitar a penetração de 
condensado na máquina. 
 
AS QUESTÕES A SEGUIR SÃO REFERENTES A NORMA NR-13 
 
21) Segundo a NR-13 o que são caldeiras a vapor? 
 
13.4.1.1 Caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob 
pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia, projetados conforme 
códigos pertinentes, excetuando-se refervedores e similares. 
 
22) Segundo a NR-13 e os comentários do manual técnico de caldeira e vasos de 
pressão, quem são os profissionais habilitados (PH)? 
 
13.3.2 Para efeito desta NR, considera-se Profissional Habilitado - PH aquele que tem 
competência legal para o exercício da profissão de engenheiro nas atividades referentes a 
projeto de construção, acompanhamento da operação e da manutenção, inspeção e supervisão 
de inspeção de caldeiras, vasos de pressão e tubulações, em conformidade com a 
regulamentação profissional vigente no País. 
 
23) É necessária uma inspeção de segurança inicial de caldeiras novas, antes delas 
entrarem em funcionamento? Se sim, quais são os procedimentos? 
 
Sim, é necessária. De acordo com o Item 13.4.4.2, da NR, a inspeção de segurança inicial 
deve ser feita em caldeiras novas, antes da entrada em funcionamento, no local definitivo de 
instalação, devendo compreender exame interno, seguido de teste de estanqueidade e exame 
externo. 
 
24) Segundo a NR-13 o que constitui condição de risco grave e iminente (RGI)? 
 
Constitui condição de risco grave e iminente - RGI o não cumprimento de qualquer item 
previsto nesta NR que possa causar acidente ou doença relacionada ao trabalho, com lesão 
grave à integridade física do trabalhador 
 
25) Uma caldeira deve serdotada de quais itens? E qual ou quais desses itens, constitui 
condição de risco grave e iminente (RGI), caso a caldeira opere sem eles? 
 
a) válvula de segurança com pressão de abertura ajustada em valor igual ou inferior a PMTA, 
considerados os requisitos do código de projeto relativos a aberturas escalonadas e tolerâncias 
de calibração; (a ausência deste item implica em RGI, conforme descrito no item 13.3.1) 
b) instrumento que indique a pressão do vapor acumulado; 
c) injetor ou sistema de alimentação de água independente do principal que evite o 
superaquecimento por alimentação deficiente, acima das temperaturas de projeto, de caldeiras 
de combustível sólido não atomizado ou com queima em suspensão; 
d) sistema dedicado de drenagem rápida de água em caldeiras de recuperação de álcalis, com 
ações automáticas após acionamento pelo operador; 
e) sistema automático de controle do nível de água com intertravamento que evite o 
superaquecimento por alimentação deficiente. (a ausência deste item implica em RGI, 
conforme descrito no item 13.3.1) 
 
 
 
 
26) O que deve constar em uma placa de identificação da caldeira? 
 
13.4.1.4 Toda caldeira deve ter afixada em seu corpo, em local de fácil acesso e bem visível, 
placa de identificação indelével com, no mínimo, as seguintes informações: 
a) nome do fabricante; 
b) número de ordem dado pelo fabricante da caldeira; 
c) ano de fabricação; 
d) pressão máxima de trabalho admissível; (PMTA) 
e) pressão de teste hidrostático de fabricação; 
f) capacidade de produção de vapor; 
g) área de superfície de aquecimento; 
h) código de projeto e ano de edição. 
 
 
27) Quais são as documentações que uma caldeira deve possuir? 
 
13.4.1.6 Toda caldeira deve possuir, no estabelecimento onde estiver instalada, a seguinte 
documentação devidamente atualizada: 
a) Prontuário da caldeira, fornecido por seu fabricante, contendo as seguintes informações: 
- código de projeto e ano de edição; 
• especificação dos materiais; 
• procedimentos utilizados na fabricação, montagem e inspeção final; 
• metodologia para estabelecimento da PMTA; 
• registros da execução do teste hidrostático de fabricação; 
• conjunto de desenhos e demais dados necessários para o monitoramento da vida útil 
da caldeira; 
• características funcionais; 
• dados dos dispositivos de segurança; 
• ano de fabricação; 
• categoria da caldeira; 
b) Registro de Segurança, em conformidade com o item 13.4.1.9; 
c) Projeto de Instalação, em conformidade com o item 13.4.2.1; 
d) Projeto de alteração ou reparo, em conformidade com os itens 13.3.3.3 e 13.3.3.4; 
e) Relatórios de inspeção de segurança, em conformidade com o item 13.4.4.14; 
f) Certificados de calibração dos dispositivos de segurança. 
 
28) As caldeiras são classificadas em 2 categorias. Quais são e como elas são divididas? 
 
13.4.1.2 Para os propósitos desta NR, as caldeiras são classificadas em 2 (duas) categorias, 
conforme segue: 
caldeiras da categoria A são aquelas cuja pressão de operação é igual ou superior a 1960 kPa 
(19,98 kgf/cm2), com volume superior a 50 L (cinquenta litros); 
caldeiras da categoria B são aquelas cuja a pressão de operação seja superior a 60 kPa (0,61 
kgf/cm2) e inferior a 1960 kPa (19,98 kgf/cm2), volume interno superior a 50 L (cinquenta litros) 
e o produto entre a pressão de operação em kPa e o volume interno em m³ seja superior a 6 
(seis). Por exemplo: 51 L e 120 kPa ou 100 L e 61 kPa. 
 
29) Sabe-se que as caldeiras devem ser instaladas em locais adequados chamados de 
área de caldeira ou casa de caldeira. Sendo assim, quais são os requisitos necessários 
que uma casa de caldeira deve satisfazer para que seja instalada uma caldeira? 
 
13.4.2.4 Quando a caldeira estiver instalada em ambiente fechado, a casa de caldeiras deve 
satisfazer os seguintes requisitos: 
a) constituir prédio separado, construído de material resistente ao fogo, podendo ter apenas 
uma parede adjacente a outras instalações do estabelecimento, porém com as outras paredes 
afastadas de, no mínimo, 3,0 m (três metros) de outras instalações, do limite de propriedade de 
terceiros, do limite com as vias públicas e de depósitos de combustíveis, excetuando-se 
reservatórios para partida com até 2000 L (dois mil litros) de capacidade; 
b) dispor de pelo menos 2 (duas) saídas amplas, permanentemente desobstruídas, sinalizadas 
e dispostas em direções distintas; 
c) dispor de ventilação permanente com entradas de ar que não possam ser bloqueadas; 
d) dispor de sensor para detecção de vazamento de gás quando se tratar de caldeira a 
combustível gasoso; 
e) não ser utilizada para qualquer outra finalidade; 
f) dispor de acesso fácil e seguro, necessário à operação e à manutenção da caldeira, sendo 
que, para guarda-corpos vazados, os vãos devem ter dimensões que impeçam a queda de 
pessoas; 
g) ter sistema de captação e lançamento dos gases e material particulado, provenientes da 
combustão, para fora da área de operação, atendendo às normas ambientais vigentes; 
h) dispor de iluminação conforme normas oficiais vigentes e ter sistema de iluminação de 
emergência. 
 
30) Caso o estabelecimento, onde a caldeira será instalada, não consiga atender os 
requisitos necessários de uma casa de caldeira, o que deverá ser feito? 
 
13.4.2.5 Quando o estabelecimento não puder atender ao disposto nos itens 13.4.2.3 e 
13.4.2.4, deve ser elaborado projeto alternativo de instalação, com medidas complementares 
de segurança, que permitam a atenuação dos riscos, comunicando previamente a 
representação sindical dos trabalhadores predominante no estabelecimento. 
 
31) Qual a periodicidade e como se deve proceder a inspeção das válvulas de segurança 
das caldeiras de categorias B? 
 
13.4.4.8 As válvulas de segurança instaladas em caldeiras devem ser inspecionadas 
periodicamente conforme segue: 
a) pelo menos 1 (uma) vez por mês, mediante acionamento manual da alavanca, em operação, 
para caldeiras da categoria B, excluídas as caldeiras que vaporizem fluido térmico e as que 
trabalhem com água tratada conforme previsto no item 13.4.3.3; e as válvulas flangeadas ou 
roscadas devem ser desmontadas, inspecionadas e testadas em bancada, e, no caso de 
válvulas soldadas, devem ser testadas no campo, com uma frequência compatível com o 
histórico operacional das mesmas, sendo estabelecidos como limites máximos para essas 
atividades os períodos de inspeção estabelecidos nos itens 13.4.4.4 e 13.4.4.5. 
 
32) O que deve ser feito com a inspeção de caldeira quando esta completar 25 anos? 
 
13.4.4.7 No máximo, ao completar 25 (vinte e cinco) anos de uso, na sua inspeção 
subsequente, as caldeiras devem ser submetidas a uma avaliação de integridade com maior 
abrangência para determinar a sua vida remanescente e novos prazos máximos para inspeção, 
caso ainda estejam em condições de uso. 
 
33) O que são os testes de estanqueidade e hidrostáticos, segundo a NR-13? 
 
Teste de estanqueidade: tipo de teste de pressão realizado com a finalidade de atestar a 
capacidade de retenção de fluido, sem vazamentos, em equipamentos, tubulações e suas 
conexões, antes de sua entrada ou reentrada em operação. 
Teste hidrostático - TH: tipo de teste de pressão com fluido incompressível, executado com o 
objetivo de avaliar a integridade estrutural dos equipamentos e o rearranjo de possíveis 
tensões residuais, de acordo com o código de projeto. 
 
34) O que são tubulações? 
 
Tubulações: conjunto de linhas, incluindo seus acessórios, projetadas por códigos específicos, 
destinadas ao transporte de fluidos entre equipamentos de uma mesma unidade de uma 
empresa dotada de caldeiras ou vasos de pressão.