UGR Apostila - Caldeiras 40h 2020

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Treinamento em conformidade com a Norma Regulamentadora NR 13 
PORTARIA MTB Nº 1.082 DE 18 DE DEZEMBRO DE 2018 D.O.U 20/12/2018 
Portaria SEPRT n.º 915, de 30 de julho de 2019 D.O.U 31/07/2019 
 
 
 
 
Edição : 2020 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Histórico 
O ASME (American Society of Mechanical Engineers) foi organizado em 16 de 
fevereiro de 1880 como uma Sociedade Técnica e Educacional de Engenheiros 
Mecânicos. 
Este código nasceu da necessidade de proteger a segurança do público e fornecer 
uma uniformidade na fabricação de caldeiras e vasos de pressão. 
 Mesmo com as constantes explosões de caldeiras e vasos de pressão que havia no 
início do Século XIX, não havia nos EUA um código de projeto de caldeiras. 
 Entre os anos de 1905 e 1911 houve na região de New England nos Estados 
Unidos, aproximadamente 1700 explosões de caldeiras e que resultou na morte de 
1300 pessoas. Sem dúvida uma das mais importantes falhas de caldeiras e que 
resultou em explosão e, consequentemente, morte e ferimento de várias pessoas, 
ocorreu em 10/03/1905 na fábrica de sapatos Brockton. Esta explosão resultou na 
morte de 58 pessoas e ferindo gravemente outras 117, acabando com a fábrica. Em 
função disto o ASME foi chamado para elaborar um código de projeto. Foi esta 
catástrofe que em 1906 incumbiu o estado de Massachusets de impulsionar a 
formação de uma junta de 5 membros do ASME para elaborar e escrever Regras 
para o projeto e construção de Caldeiras. 
Assim foi formado um Comitê de Caldeiras e Vasos de Pressão e com este surgiu a 
primeira seção do código ASME para Vasos de Pressão Submetidos a Fogo 
(Caldeiras). 
Sua primeira edição foi em 15/12/1914, um livro com 114 páginas. Atualmente são 
28 volumes com mais de 16000 páginas, sendo 12 volumes direcionados apenas 
para caldeiras nucleares. 
 Esta seção do código tornou-se uma exigência obrigatória em todos os estados dos 
EUA que reconheceram a necessidade por um regulamento. Foi publicada então em 
1914 e formalmente adotada na primavera de 1915. 
 
 
 
 
 
Antes da explosão da caldeira Depois da explosão da caldeira 
 
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Sumário 
1.NOÇÕES DE FÍSICAS APLICADAS ....................................................................... 7 
1.1 PRESSÃO ............................................................................................................. 7 
1.1.1 PRESSÃO ATMOSFÉRICA ............................................................................... 7 
1.1.2 PRESSÃO MANOMÉTRICA ( RELATIVA ) ...................................................... 7 
Pressão absoluta ..................................................................................................................................8 
Pressão negativa ou vácuo ...................................................................................................................9 
1.1.3 PRESSÃO INTERNA DE CALDEIRAS ............................................................. 9 
1.1.4 UNIDADES DE PRESSÃO .............................................................................. 11 
1.2 TRANSFERÊNCIA DE CALOR .......................................................................... 12 
1.2.1 NOÇÕES GERAIS : O QUE É CALOR , O QUE É TEMPERATURA ............. 13 
1.2.2 MODOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR ................................................... 14 
Condução .......................................................................................................................................... 14 
radiação ............................................................................................................................................. 14 
Convecção ......................................................................................................................................... 15 
1.2.3 CALOR ESPECÍFICO E CALOR SENSÍVEL. ................................................. 15 
Calor específico: ................................................................................................................................ 15 
Calor sensível: ................................................................................................................................... 16 
1.2.4 TRANSFERÊNCIA DE CALOR A TEMPERATURA CONSTANTE ................ 16 
Calor latente ...................................................................................................................................... 16 
DILATAÇÃO LINEAR ........................................................................................................................... 17 
DILATAÇÃO SUPERFICIAL................................................................................................................... 17 
DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA ............................................................................................................... 18 
RELAÇÃO ENTRE COEFICIENTES ........................................................................................................ 18 
DILATAÇÃO DOS LÍQUIDOS ............................................................................................................... 18 
DILATAÇÃO DA ÁGUA ........................................................................................................................ 18 
DILATAÇÃO TÉRMICA DOS SÓLIDOS E LÍQUIDOS .............................................................................. 19 
DILATAÇÃO DE CORPOS "OCOS" ....................................................................................................... 19 
DILATAÇÃO ........................................................................................................................................ 20 
1.3 TERMODINÂMICA ............................................................................................. 20 
1.3.1 CONCEITOS .................................................................................................... 20 
Sistema Termodinâmico .................................................................................................................... 20 
1.3.2 VAPOR SATURADO E VAPOR SUPERAQUECIDO ...................................... 21 
Vapor Úmido ou Saturado................................................................................................................. 21 
 
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Vapor Seco ou Superaquecido ......................................................................................................... 21 
1.4 MECANICA DOS FLUIDOS ................................................................................ 22 
1.4.1 CONCEITOS FUNDAMENTAIS ...................................................................... 22 
1.4.2 PRESSÃO DE ESCOAMENTO ....................................................................... 22 
Principais Instrumentos para medição de vazão .............................................................................. 23 
1.4.3 ESCOAMENTO DE GASES ............................................................................ 23 
Classificação dos escoamentos compressíveis:................................................................................. 24 
2. NOÇOES DE QUIMICA APLICADA ..................................................................... 25 
2.1 DENSIDADE: ...................................................................................................... 25 
2.2 SOLUBILIDADE .................................................................................................25 
2.3 DIFUSÃO DE GASES E VAPORES ................................................................... 25 
2.4 CARACTERIZAÇÃO DE ÁCIDOS E BASES ( ÁLCALIS ) – DEFINIÇÃO DE PH
 .................................................................................................................................. 26 
2.5 FUNDAMENTOS BÁSICOS SOBRE CORROSÃO ........................................... 27 
CORROSÃO : ...................................................................................................................................... 27 
TIPOS DE CORROSÃO EM CALDEIRAS................................................................................................ 29 
Corrosão Galvânica ........................................................................................................................... 30 
Corrosão por Tensão ......................................................................................................................... 31 
Ataque Cáustico (“Caustic Embrittlement”) ..................................................................................... 32 
Fragilização por Hidrogênio .............................................................................................................. 33 
MÉTODOS FÍSICOS DE PREVENÇÃO DA CORROSÃO ......................................................................... 34 
3.TOPICOS DE INSPEÇÃO E MANUTENÇÃO DE EQUIPAMENTOS.................... 36 
Inspeção de Fabricação ..................................................................................................................... 36 
Teste Hidrostático ............................................................................................................................. 37 
Inspeção baseada em risco ............................................................................................................... 37 
Inspeções de Segurança da NR 13 .................................................................................................... 37 
Manutenção de Equipamentos ......................................................................................................... 38 
4.CALDEIRAS – CONSIDERAÇÕES GERAIS ........................................................ 38 
Definição de Caldeira: ....................................................................................................................... 38 
APLICAÇÃO DAS CALDEIRAS .............................................................................................................. 41 
4.1 TIPOS DE CALDEIRAS A VAPOR ................................................................... 42 
4.1.1 CALDEIRAS FLAMOTUBULARES ................................................................. 42 
FLAMOTUBULARES DE TUBOS VERTICAIS ......................................................................................... 43 
CALDEIRAS DE TUBOS HORIZONTAIS ................................................................................................ 44 
CALDEIRA LANCASTER ....................................................................................................................... 44 
CALDEIRA MULTITUBULAR ................................................................................................................ 45 
 
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CALDEIRA LOCOMOVEL ..................................................................................................................... 45 
CALDEIRA ESCOCESA ......................................................................................................................... 46 
4.1.2 CALDEIRA AQUATUBULAR .......................................................................... 49 
Tipos de caldeiras aquatubulares:..................................................................................................... 49 
4.1.3 CALDEIRAS ELÉTRICAS ............................................................................... 60 
TIPOS DE CALDEIRAS ELÉTRICAS ....................................................................................................... 60 
4.1.4 CALDEIRAS A COMBUSTÍVEL SÓLIDO: ...................................................... 62 
4.1.5 CALDEIRAS A COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS: ................................................. 63 
4.1.6 CALDEIRAS A GÁS: ....................................................................................... 64 
4.2 ACESSÓRIOS DE CALDEIRAS ......................................................................... 65 
4.3 INSTRUMENTOS E DISPOSITIVOS DE CONTROLE DE CALDEIRAS ........... 66 
4.3.1 DISPOSITIVOS DE ALIMENTAÇÃO ............................................................... 66 
4.3.2 VISOR DE NÍVEL ............................................................................................. 67 
4.3.3 SISTEMA DE CONTROLE DE NÍVEL ............................................................. 67 
4.3.4. INDICADIRES DE PRESSÃO ......................................................................... 68 
4.3.5 DISPOSITIVOS DE SEGURANÇA .................................................................. 68 
4.3.6 DISPOSITIVOS AUXILIARES ......................................................................... 70 
4.3.7 VÁLVULAS E TUBULAÇÕES ......................................................................... 72 
Tubulações: ....................................................................................................................................... 77 
Dimensões comerciais e características dos tubos ........................................................................... 79 
Fabricação ......................................................................................................................................... 80 
Conexões ........................................................................................................................................... 81 
MEIOS DE LIGAÇÃO DE TUBOS .......................................................................................................... 83 
Filtros provisórios e permanentes .................................................................................................... 92 
4.3.8 – TIRAGEM DE FUMAÇA ............................................................................... 93 
4.3.9 SISTEMA INSTRUMENTADO DE SEGURANÇA ........................................... 95 
5. OPERAÇÃO DE CALDEIRAS .............................................................................. 97 
5.1 PARTIDA DE CALDEIRAS DE COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS ........................... 100 
Operação normal das caldeiras de combustíveis sólidos ............................................................... 101 
No Funcionamento da Caldeira de combustíveis sólidos ............................................................... 101 
5.1 PARADA DAS CALDEIRAS DE COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS ......................... 102 
Pré-partida das caldeiras de combustível líquido e/ou gasoso....................................................... 102 
5.1 PARTIDA DAS CALDEIRAS DE COMBUSTÍVEL LÍQUIDO E/OU GASOSO . 103 
Operação normal das caldeiras de combustível líquido e/ou gasoso............................................. 103 
5.1 PARADA DAS CALDEIRAS DE COMBUSTÍVEL LÍQUIDO E/OU GASOSO . 104 
 
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5.2 REGULAGEM E CONTROLE ........................................................................... 104 
5.2.1 De Temperatura ..................................................................................................................... 105 
5.2.2 DE PRESSÃO ................................................................................................ 105 
5.2.3 DE FORNECIMENTO DE ENERGIA ............................................................. 106 
5.2.4 DO NÍVEL DE AGUA .....................................................................................106 
5.2.5 DE POLUENTES ........................................................................................... 106 
5.2.6 DE COMBUSTÃO .......................................................................................... 108 
5.3 FALHAS DE OPERAÇÃO CAUSAS E PROVIDÊNCIAS................................. 109 
5.5 OPERAÇÃO DE UM SISTEMA DE VARIAS CALDEIRAS .............................. 112 
5.6 PROCEDIMENTOS EM SITUAÇÕES DE EMERGÊNCIA ............................... 113 
6. TRATAMENTO DE ÁGUA DE CALDEIRAS ...................................................... 113 
6.1 IMPUREZAS DA ÁGUA E SUAS CONSEQUÊNCIAS ..................................... 114 
6.2 TRATAMENTO DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO .............................................. 115 
TRATAMENTOS PRELIMINARES DA ÁGUA ...................................................................................... 117 
CLARIFICAÇÃO/ FILTRAÇÃO ............................................................................................................. 117 
PROCESSOS DE TROCA IÔNICA ........................................................................................................ 118 
Desmineralização ............................................................................................................................ 119 
PROCESSO DE OSMOSE REVERSA ................................................................................................... 120 
OUTROS PROCESSOS DE ABRANDAMENTO .................................................................................... 121 
DESTILAÇÃO .................................................................................................................................... 121 
Tratamento Precipitante – Fosfato ................................................................................................. 121 
Tratamento Quelante ...................................................................................................................... 122 
Tratamentos Disperso-Solubilizantes (TDS7) .................................................................................. 123 
REMOÇÃO DO OXIGÊNIO DA ÁGUA ................................................................................................ 126 
Desaeração Química – Sequestrantes de Oxigênio ..................................................................... 127 
CORROSÃO EM LINHAS DE CONDENSADO – AMINAS FÍLMICAS E NEUTRALIZANTES .................... 129 
6.3 CONTROLE DE ÁGUA DE CALDEIRAS ......................................................... 130 
7. PREVENÇÃO CONTRA EXPLOSÃO E OUTROS RISCOS .............................. 132 
7.1 RISCOS GERAIS DE ACIDENTES E RISCOS À SAÚDE ............................... 132 
7.2 RISCOS DE EXPLOSÃO .................................................................................. 136 
7.3 ESTUDO DE CASOS ........................................................................................ 137 
8. LEGISLAÇÃO E NORMALIZAÇÃO ................................................................... 138 
NORMAS REGULAMENTADORAS - SEGURANÇA E SAÚDE DO TRABALHO ..................................... 138 
8.1 NORMA REGULAMENTADORA 13 – NR13 ................................................... 139 
CALDEIRAS, VASOS DE PRESSÃO, TUBULAÇÕES E TANQUES METÁLICOS DE ARMAZENAMENTO. 139 
 
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1.NOÇÕES DE FÍSICAS APLICADAS 
1.1 Pressão 
 Grandeza normalmente definida como força por unidade de área. Em física, aplica-
se o conceito geralmente aos fluidos. Quando um fluido é submetido a forças, 
exerce-se uma pressão sobre ele. Quanto maior a força, maior a pressão. A pressão 
é expressa no Sistema Internacional de Unidades em newton por metro quadrado 
(N/m²), unidade também denominada pascal ( Pa ). 
1.1.1 Pressão atmosférica 
É a força exercida pela atmosfera na superfície terrestre. Esta força equivale ao 
peso dos gases que estão presentes no ar e que compõem a atmosfera. A pressão 
atmosférica pode variar de um lugar para o outro, em função da altitude e das 
condições meteorológicas (como a umidade e a densidade do ar). Ao nível do mar 
esta pressão é aproximadamente de 760 mmHg, ou 1 atm. Quanto mais alto o local, 
mais rarefeito é o ar e, portanto, menor a pressão atmosférica. 
O instrumento que mede a pressão atmosférica é o barômetro. 
 
 
1.1.2 Pressão Manométrica ( relativa ) 
É determinada tomando-se como referência a pressão atmosférica local. Para medi-
la, usam-se instrumentos denominados manômetros; por essa razão, a pressão 
relativa é também chamada de pressão manométrica. A maioria dos manômetros é 
 
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calibrada em zero para a pressão atmosférica local. Assim, a leitura do manômetro 
pode ser positiva (quando indica o valor da pressão acima da pressão atmosférica 
local) ou negativa (quando se tem um vácuo). Quando se fala em pressão de uma 
tubulação de gás, refere-se à pressão relativa ou manométrica. 
O Instrumento que mede a pressão relativa ou manométrica é o manômetro. 
 
Pressão absoluta 
É a soma da pressão relativa e atmosférica. No vácuo absoluto, a pressão absoluta 
é zero e, a partir daí, será sempre positiva. 
Importante: Ao se exprimir um valor de pressão, deve-se determinar se a pressão é 
relativa ou absoluta. 
Exemplo: 
3 Kgf/cm² ABS - Pressão Absoluta 
4 Kgf/cm² - Pressão Relativa 
 
O fato de se omitir esta informação na indústria significa que a maior parte dos 
instrumentos mede pressão relativa. 
As tabelas de vapor selecionam sempre as pressões absolutas. 
Ex. 1,0 Absoluta 100 °C 
2,0 Kgf/cm² 119 °C 
3,0 Kgf/cm² 132 °C 
 
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4,0 Kgf/cm² 142,9 °C 
 
Pressão negativa ou vácuo 
 
 
É quando um sistema tem pressão relativa menor que a pressão atmosférica. 
O instrumento que mede a pressão negativa é o vacuômetro, que é um manômetro 
invertido (se faz a leitura da esquerda para a direita). 
 
1.1.3 Pressão Interna de Caldeiras 
 
 
 
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Cálculo da PMTA e da espessura mínima, conforme ASME VIII UG-27 
 Estresse circunferencial ( juntas longitudinais ) 
 
 Estresse Longitudinal ( juntas circunferenciais ) 
 
 
 
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 Conchas esféricas 
 
t = Espessura mínima 
P= Pressão máxima de trabalho admissível PMTA 
R= Raio interno 
 S= valor máximo de tensão admissível 
E= Eficiência da Solda 
Nota: para utilização destas formulas devem ser consideradas as condições de 
contorno definidas na ASME VIII UG-27 
1.1.4 Unidades de Pressão 
As principais Unidades de Pressão indicadas nas Caldeiras são: 
Sistema Métrico: kgf/cm² (quilograma força por centímetro quadrado) 
Unidade Inglesa: PSI (Pound, Square inch), ou Lbf/Pol² ( Libra força por polegada 
quadrada ). 
 Sistema Internacional: N/m² = Pa ( Pascal ) 
Unidade Alemã: bar 
De acordo com o sistema Internacional SI, uma atm ( atmosfera ) corresponde a 
101.325 Pa 
Abaixo temos uma tabela de conversão de unidades de pressão 
 
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Na pratica, usa-se, por aproximação, para converter Kgf/cm² em PSI, o fator “14,2”. 
Assim, pode-se dizer que uma Caldeira que trabalha a 150 PSI equivale à pressão 
de 10 Kgf/cm². 
 
1.2 Transferência de Calor 
É da maior relevância para os profissionais interessados em sistema a vapor o 
conhecimento dos mecanismos de transferência de calor. 
De fato, seja nas situações em que se desejam altas taxas térmicas ou naquelas em 
que se pretende reduzir ao máximo osfluxos de calor, é naturalmente necessário 
entender como a energia flui apenas por uma diferença de temperatura. 
Os modos básicos de transferência de calor são três: 
- condução, 
- convecção e 
- radiação. 
 
Digamos que você pegue um copo de água gelada ou uma xícara de café quente e 
os deixa sobre a mesa da cozinha. O que irá acontecer? Simples: a xícara de café 
esfria e chega à temperatura ambiente e o copo de água se iguala à mesma 
temperatura. Isso é termodinâmica: se você coloca juntos dois objetos de 
temperaturas diferentes, a transferência de calor vai fazer com que ambos fiquem 
com a mesma temperatura. 
 
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Se você quiser manter o café quente o máximo de tempo possível, isto é, se quiser 
reduzir ao máximo o processo natural de transferência de calor, reduza os três 
processos que geram a transferência: condução, radiação e convecção. 
 
1.2.1 Noções Gerais: O que é Calor, o que é temperatura. 
O que é Calor?: O calor, que também pode ser chamado de energia térmica, 
corresponde à energia em trânsito que se transfere de um corpo para outro em 
razão da diferença de temperatura. Essa transferência ocorre sempre do corpo de 
maior temperatura para o de menor temperatura até que atinjam o equilíbrio térmico. 
 
A unidade de medida mais utilizada para o calor é a caloria (cal), mas a sua unidade 
no Sistema Internacional é o Joule (J). A caloria é definida como a quantidade de 
energia necessária para elevar a temperatura de 1g de água em 1ºC. 
A relação entre a caloria e o Joule é dada por: 1 cal = 4,186 J 
 
O que é Temperatura? : A temperatura é uma grandeza física utilizada para medir o 
grau de agitação ou a energia cinética das moléculas de uma determinada 
quantidade de matéria. Quanto mais agitadas essas moléculas estiverem, maior será 
sua temperatura. 
 
O aparelho utilizado para fazer medidas de temperatura é o termômetro, que pode 
ser encontrado em 4 escalas: Celsius, Kelvin, Fahrenheit e Rankine. 
A menor temperatura a que os corpos podem chegar é chamada Zero absoluto, que 
corresponde a um ponto onde a agitação molecular é zero, ou seja, as moléculas 
ficam completamente em repouso. Essa temperatura foi definida no século XIX pelo 
cientista inglês Willian Thompson, mais conhecido como Lord Kelvin. O zero 
absoluto tem os seguintes valores: 0K – escala Kelvin é igual a -273,15 ºC – na 
escala Celsius. 
 
 
 Escalas de Temperaturas 
 
 
 
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1.2.2 Modos de Transferência de Calor 
 
Condução - vamos começar com uma pergunta simples: o que é calor? 
O calor é uma quantidade de energia associada ao movimento dos átomos. Um 
átomo - "representa seu calor" - por meio da sua velocidade. Em temperatura zero 
absoluto, não há movimento de átomos (e por isso não há calor). Mas em qualquer 
temperatura acima dessa há movimentação dos átomos e por isso eles se 
"aquecem". O calor é transferido por condução quando um átomo colide com outro. 
É como se fossem pequenas bolas de bilhar colidindo: o segundo átomo adquire um 
pouco do movimento do primeiro. O calor é transferido por essas colisões. 
 
Condução 
radiação - um outro efeito do movimento de átomos é a vibração, que por sua vez 
causa o fenômeno de emissão de radiação infravermelha. De acordo com a 
Enciclopédia Britânica: " a radiação infravermelha é absorvida e emitida pelas 
rotações e vibrações de átomos unidos quimicamente ou por grupos de átomos e, 
assim, por vários tipos de materiais". A radiação infravermelha é uma forma de luz. 
http://www.hsw.com.br/atomos.htm
http://www.hsw.com.br/luz.htm
 
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Radiação 
Convecção - a convecção é um fenômeno que ocorre em líquidos e gases. Quando 
a parte de um líquido ou um gás esquenta, ela tende a se elevar acima do restante 
da substância. Se você coloca um prato de sopa sobre a mesa, ele aquece uma 
camada de ar ao seu redor. Essa camada sobe porque é mais quente que o ar ao 
redor. Ar frio preenche o espaço deixado pela movimentação de ar quente. Esse 
novo ar frio é então aquecido e se eleva, criando dessa forma um movimento cíclico 
 
Convecção 
1.2.3 Calor Específico e Calor Sensível. 
Calor específico: 
Cada líquido, como a água, o óleo, o álcool, etc., necessita de uma quantidade de 
calor diferente para elevar de 14,5C a 15,5C um quilo do próprio liquido. 
Diz-se então que cada líquido ou cada substância tem seu calor específico. 
Assim, o calor específico da água é de 1kcal por cada quilo (Kcal/kg C.) 
O calor especifico do álcool é igual a 0,615 kcal/kg C. 
O calor especifico do petróleo é igual a 0,511 kcal/kg C. 
Esses valores dados representam, para cada substância, a quantidade de calor para 
elevar de 1C apenas 1 kg da própria substância. 
 
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Quando quisermos saber a quantidade de calor necessária para aquecer, por 
exemplo, 100 kg de petróleo de 50C até 90C então calculamos: 
Calor especifico do petróleo vezes 100 kg, multiplicado por (90C - 50C), daí 
teremos:0,51 kcal/kg X 100Kg X 40C = 51 kcal/kg X 40C = 2.040 kcal 
Assim, matematicamente, a quantidade de calor, Q em kcal, para elevar M quilos de 
uma substância de t1C a t2C, sendo c o calor específico, é dada por: 
Q = mc (t2 - t1) 
Nota: Para os gases, o calor específico veria em função da pressão e do volume. 
Calor sensível: 
Calor sensível é aquele que provoca apenas uma variação de temperatura dos 
corpos, diferenciando-se do calor latente, que muda a estrutura física dos mesmos. 
O calor específico determina a quantidade de calor que uma unidade de massa 
precisa perder ou ganhar para que aconteça uma redução ou elevação de uma 
unidade de temperatura sem, contudo, alterar sua estrutura. Assim, se o corpo é 
sólido, continua sólido, se é líquido continua líquido e, se é gasoso, continua gasoso. 
 
 O calor sensível é medido em cal/g.Cº. Essa medição irá nos informar a quantidade 
de calor (cal) que uma quantidade de massa (g) leva para aumentar ou diminuir sua 
temperatura (ºC). O calor sensível também é chamado de calor específico e se 
refere a uma unidade de massa, portanto não depende da massa do material 
considerado. 
1.2.4 Transferência de Calor a Temperatura Constante 
Calor latente é a grandeza física relacionada à quantidade de calor que uma 
unidade de massa de determinada substância deve receber ou ceder para mudar de 
fase, ou seja, passe do sólido para o líquido, do líquido para o gasoso e vice versa. 
Durante a mudança de fase a temperatura da substância não varia, mas seu estado 
de agregação se modifica. O calor latente pode assumir tanto valores positivos 
quanto negativos. Se for positivo quer dizer que a substância está recebendo calor, 
se negativo ela está cedendo calor 
DILATAÇÃO TÉRMICA 
De um modo geral, quando aumentamos a temperatura de um corpo (sólido ou 
líquido), aumentamos a agitação das partículas que formam esse corpo 
Isso causa um afastamento entre as partículas, resultando em aumento nas 
dimensões do corpo (dilatação térmica). 
 
CONTRAÇÃO: 
 
Por outro lado, uma diminuição na temperatura de um corpo acarreta uma redução 
em suas dimensões (contração térmica). 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Grandeza_f%C3%ADsica
http://pt.wikipedia.org/wiki/Calor
http://pt.wikipedia.org/wiki/Massa
http://pt.wikipedia.org/wiki/Subst%C3%A2ncia
http://pt.wikipedia.org/wiki/Fase
 
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DILATAÇÃO LINEAR 
Embora a dilatação de um sólido ocorra em todas as dimensões, pode predominar a 
dilatação de apenas uma das suas dimensões sobre as demais. 
Ou, ainda, podemos estar interessados em uma única dimensão do sólido. Nesse 
caso, temos a dilatação Linear (DL).DILATAÇÃO SUPERFICIAL 
A dilatação superficial corresponde à variação da área de uma placa quando 
submetida a uma variação de temperatura. As figuras a seguir representam uma 
placa retangular à temperatura To e à temperatura T >To . 
 
 
 
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DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA 
Neste tipo de dilatação, vamos considerar a variação de volume, isto é, a dilatação 
nas três dimensões do sólido (comprimento, largura e altura). Veja o exemplo do 
quadro abaixo: 
 
 
 
RELAÇÃO ENTRE COEFICIENTES DE DILATAÇAO TÉRMICA 
 
DILATAÇÃO DOS LÍQUIDOS 
Os sólidos têm forma própria e volume definido, mas os líquidos têm somente 
volume definido. 
Assim o estudo da dilatação térmica dos líquidos é feita somente em relação á 
dilatação volumétrica. 
DILATAÇÃO DA ÁGUA 
Em países onde os invernos são rigorosos, muitas pessoas deixam suas torneiras 
gotejando para não permitir que a água contida no encanamento se congele, devido 
ao pequeno fluxo, e os canos arrebentem. 
Do mesmo modo, nas encostas rochosas desses países, com a chegada do inverno, 
as águas que se infiltraram nas rachaduras congelam-se e aumentam de volume, 
provocando um desmoronamento 
 
Em regra geral, ao se elevar a temperatura de uma substância, verifica-se uma 
dilatação térmica. 
Entretanto, a água, ao ser aquecida de 0 C a 4  C, contrai-se, constituindo-se uma 
exceção ao caso geral. Esse fenômeno pode ser explicado da seguinte maneira: 
 
 
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No estado sólido , os átomos de oxigênio, que são muito eletronegativos, unem-se 
aos átomos de hidrogênio através da ligação denominada ponte de hidrogênio. 
 Em consequência disso, entre as moléculas, formam-se grandes vazios, 
aumentando o volume externo (aspecto macroscópico). 
Quando a água é aquecida de 0 C a 4  C, as pontes de hidrogênio rompem-se e as 
moléculas passam a ocupar os vazios existentes, provocando, assim, uma 
contração. 
 
Portanto, no intervalo de 0 C a 4  C, ocorre, excepcionalmente, uma diminuição de 
volume. Mas, de 4  C a 100  C , a água dilata-se normalmente. 
Então, a 4
o 
C, tem-se o menor volume para a água e, consequentemente, a maior 
densidade da água no estado líquido. 
Observação: A densidade da água no estado sólido ( gelo ) é menor que a 
densidade da água no estado líquido, por isto o gêlo boia. 
 
 
DILATAÇÃO TÉRMICA DOS SÓLIDOS E LÍQUIDOS 
 
DILATAÇÃO DE CORPOS "OCOS" 
Corpos ocos se dilatam como se não fossem ocos. 
Um furo em uma chapa de ferro se dilata, quando aquecido, como se fosse maciça 
 
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Um cubo oco de cobre se dilata, quando aquecido, como se fosse sólido 
 
 
DILATAÇÃO 
 
 
 
1.3 Termodinâmica 
A termodinâmica é o ramo da física que se dedica ao estudo das relações entre o 
calor e as restantes formas de energia. Analisa, por conseguinte, os efeitos das 
mudanças de temperatura, pressão, densidade, massa e volume nos sistemas a 
nível macroscópico. 
1.3.1 Conceitos 
Sistema Termodinâmico 
Quando qualquer propriedade do sistema é alterada - por exemplo, pressão, 
temperatura, massa e volume -, afirma-se que houve uma mudança de estado no 
sistema termodinâmico. 
O caminho definido por uma sucessão de estados pelos quais o sistema passa é 
chamado processo. 
 
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A seguir os principais tipos de processos de interesse: 
 
■ Processo isobárico (pressão constante) 
■ Processo isotérmico (temperatura constante) 
■ Processo isocórico (isométrico) (volume constante) 
■ Processo isoentálpico (entalpia constante) 
■ Processo adiabático (sem transferência de calor) 
 
1.3.2 Vapor Saturado e Vapor Superaquecido 
Vapor Úmido ou Saturado 
Quando o vapor se forma dentro d’água, surgem borbulhas que vão subindo até a 
superfície do líquido. Nessa ascensão são arrastadas pequenas gotas d’água. Esse 
vapor é chamado úmido ou saturado. Ele é facilmente conhecido quando se abre a 
válvula de uma caldeira para a atmosfera: apresenta-se como uma névoa branca 
que logo desaparece misturando-se com o ar. 
Vapor Seco ou Superaquecido 
 
Depois de gerado o vapor saturado dentro de uma caldeira, se o fizermos passar por 
uma serpentina e reaquecermos seus tubos por fora, vamos então evaporar as 
pequenas gotas d’água contidas no vapor saturado. Daí está formado o vapor seco 
ou vapor superaquecido. 
Abrindo-se a válvula de saída do vapor seco para a atmosfera nada observamos até 
uma distância de 2 ou 3 metros. O vapor seco ou superaquecido é semelhante a um 
gás e não pode ser observado. Só depois ele se satura em contato com o ar; aí 
então podemos observá-lo, já transformando em vapor úmido. 
 
 
 
 
 
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1.4 Mecanica dos Fluidos 
A mecânica dos fluidos é a parte da física que estuda o efeito de forças em fluidos 
1.4.1 Conceitos fundamentais 
Um fluido é caracterizado como uma substância que se deforma continuamente 
quando submetida a uma tensão de cisalhamento, não importando o quão pequena 
possa ser essa tensão. Os fluidos incluem os líquidos, os gases, os plasmas e, de 
certa maneira, os sólidos plásticos. A principal característica dos fluidos está 
relacionada a propriedade de não resistir a deformação e apresentam a capacidade 
de fluir, ou seja, possuem a habilidade de tomar a forma de seus recipientes. Esta 
propriedade é proveniente da sua incapacidade de suportar uma tensão de 
cisalhamento em equilíbrio estático. 
Os fluidos também são divididos em líquidos e gases, os líquidos formam uma 
superfície livre, isto é, quando em repouso apresentam uma superfície estacionária 
não determinada pelo recipiente que contém o líquido. Os gases apresentam a 
propriedade de se expandirem livremente quando não confinados (ou contidos) por 
um recipiente, não formando portanto uma superfície livre. A superfície livre 
característica dos líquidos é uma propriedade da presença de tensão interna e 
atração/repulsão entre as moléculas do fluido, bem como da relação entre as 
tensões internas do líquido com o fluido ou sólido que o limita. Um fluido que 
apresenta resistência à redução de volume próprio é denominado fluido 
incompressível, enquanto o fluido que responde com uma redução de seu volume 
próprio ao ser submetido a ação de uma força é denominado fluido compressível. 
1.4.2 Pressão de Escoamento 
 
A transição entre o regime laminar e turbulento em dutos é sinalizada pelo número 
de Reynolds: 
https://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica
https://pt.wikipedia.org/wiki/For%C3%A7a
https://pt.wikipedia.org/wiki/Fluido
 
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Re D < 2300 Laminar 
Re D > 2300 Turbulento 
 
Principais Instrumentos para medição de vazão 
- Rotâmetro 
- Placa de Orificio 
- Tubos de Pitot 
- Medidores de vazão por ultrassom 
1.4.3 Escoamento de Gases 
Escoamento compressível implica em grandes variações da massa específica num 
campo de escoamento. Os efeitos de compressibilidade surgem devido a grandes 
variações de velocidade, que por sua vez originam grandes variações de pressão, 
levando a grandes variações da massa específica e da temperatura. 
Pressão, densidade e temperatura de uma substância pura, podem ser relacionados 
através de uma equação de estado. 
Consideremos uma tubulação onde há um escoamento de gás através de uma 
seção como mostra a figura abaixo. 
 
 
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A relação básica que descreve este escoamento é: 
 
onde: 
ΔV é o volume de gás que escoa através da seção num tempo Δt, e que 
normalmente é medido em litrospor segundo 
Q é o fluxo de gás, ou seja, a quantidade de gás que escoa por unidade de tempo, 
medida em torr-litros por segundo 
P é a pressão do gás neste ponto da tubulação, medida em torr 
S é a velocidade de bombeamento, ou seja, o volume de gás que escoa através da 
seção por unidade de tempo, medida em litros por segundo 
A maioria dos gases de interesse, as pressões e temperaturas moderadas, se 
comportam como gases ideais. 
 
 
Onde: V= Velocidade do objeto e C= Velocidade do som 
Escoamento incompressível: Ma < 0.3 (mesmo se o fluido é compressível!) 
Escoamento compressível: Ma > 0.3 
Classificação dos escoamentos compressíveis: 
• escoamento subsônico 0.3 < Ma < 0.8 (não há onda de choque) 
 
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• escoamento transônico 0.8 < Ma < 1.2 ( início de formação de ondas de choque – 
vôo dificultado) 
• escoamento supersônico 1.2 < Ma < 3 
• escoamento hipersônico Ma > 3 
2. Noçoes de Quimica Aplicada 
Química é a ciência que estuda a composição, estrutura, propriedades da matéria 
2.1 Densidade: 
Densidade é a relação existente entre a massa e o volume de um material, a uma 
dada pressão e temperatura. No SI (Sistema Internacional de Unidades), a unidade 
de densidade é o quilograma por metro cúbico (kg/m3). 
d= m 
 V 
2.2 Solubilidade 
Solubilidade é a propriedade física das substâncias de se dissolverem, ou não, em 
um determinado líquido. Denomina-se soluto, os compostos químicos que se 
dissolvem em outra substância. O solvente é a substância na qual o soluto será 
dissolvido para formação de um novo produto. 
KNO3 Nitrato de Potássio 
Para qualquer ponto em cima da curva de solubilidade, a solução é saturada. 
Para qualquer ponto acima da curva de solubilidade, a solução é supersaturada. 
Para qualquer ponto abaixo da curva de solubilidade, a solução é insaturada. 
2.3 Difusão de Gases e Vapores 
A difusão dos gases é a sua passagem espontânea para outro meio gasoso. 
Segundo a Lei de Graham, a velocidade de difusão dos gases é inversamente 
proporcional à raiz quadrada de suas densidades. 
 
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Fenômeno da Difusão de Vapor 
O vapor da água contido no ar, ao contrário da água, pode difundir lentamente 
através dos materiais isolantes, sempre que exista o correspondente gradiente de 
temperatura. E em caso de resfriamento, passa a condensar-se em forma de água. 
 
2.4 Caracterização de Ácidos e Bases ( álcalis ) – Definição de PH 
Ácidos: Os ácidos são substâncias que liberam íons positivos de hidrogênio ou 
prótons (cátions ou ânions) numa solução aquosa; por esse motivo, são conhecidos 
como “doadores de prótons”. 
Além disso, os ácidos reagem com as bases, formando sais e água numa reação 
que se chama “reação de neutralização” 
 
Ácidos tem PH < 7 Potencial Hidrogênio Iônico (PH) 
Bases: uma base (também chamada de álcali) é qualquer substância que liberta 
única e exclusivamente o aníons OH- (íons hidróxido) em solução aquosa. 
As bases possuem baixas concentrações de íons H+ sendo consideradas bases as 
soluções que têm valores de pH acima de 7 Base: PH > 7 
 
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2.5 Fundamentos Básicos sobre corrosão 
CORROSÃO : 
Corrosão pode ser definida como a destruição da estrutura de um metal através de 
reações químicas e/ ou eletroquímicas com o ambiente em que o mesmo se 
encontra. 
Podemos dizer que a corrosão é uma forma natural dos metais voltarem ao estado 
original em que eram encontrados na natureza, tais como nos minérios (óxidos); 
isto ocorre porque, nesta forma, os metais apresentam-se da maneira mais 
estável possível do ponto de vista energético. 
Seria como o exemplo de uma bola no alto de uma montanha: a bola tenderia 
a descer pela mesma, até atingir um estado de energia (potencial 
gravitacional, no caso) mais baixo possível. 
As sérias consequências dos processos de corrosão têm se tornado um problema 
de âmbito mundial, principalmente em relação aos aspectos econômicos. Nos 
EUA, por exemplo, a corrosão gera prejuízos da ordem de US$ 300 bilhões por 
ano, dados de 1995 (ROBERGE, 1999). Infelizmente, no Brasil, não dispomos de 
dados precisos sobre os prejuízos causados pela corrosão, mas acreditamos 
serem consideravelmente elevados 
 
Basicamente, a corrosão envolve reações de óxido-redução, ou seja, 
troca de elétrons. É um processo eletroquímico no qual o ânodo (espécie onde 
ocorre oxidação – perda de elétrons) que é consumido está separado por uma certa 
distância do cátodo, onde ocorre redução (ganho de elétrons). O fenômeno 
ocorre devido à existência de uma diferença de potencial elétrico entre estes 
dois locais. 
 
 
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Apesar de diferir de um sistema para outro, o mecanismo básico proposto 
para o processo de corrosão é: 
1. Na região anódica, átomos de ferro (Fe0) passam para o estado de 
oxidação II, formando Fe2+. 
2. Como resultado da formação do Fe2+, dois elétrons migram através do metal 
para a área catódica. 
3. Se houver oxigênio presente na água, o mesmo move-se para a área catódica e 
ingressa no circuito, usando os elétrons que migraram para o cátodo e formando 
íons hidroxila (OH-) na superfície do metal. O oxigênio até pode, devido à sua 
eletroafinidade, induzir a migração dos elétrons do ferro no cátodo. 
4. Os íons OH- deslocam-se para a região anódica, onde reagem com os 
íons Fe2+ formando hidróxido ferroso, Fe(OH)2, que se deposita ao redor da área 
anódica. Esta etapa completa o ciclo básico do processo. 
5. O hidróxido ferroso formado é instável e, na presença de oxigênio e/ ou íons 
hidroxila, forma-se hidróxido férrico Fe(OH)3. 
6. O hidróxido férrico, por sua vez, tende a se decompor em Fe2O3, que é 
o óxido férrico, conhecido como ferrugem. 
 
 
 
 
 
 
Na figura a seguir, está ilustrado o processo aqui descrito. 
 
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Analisando-se os mecanismos descritos podemos verificar que, se 
conseguirmos eliminar o oxigênio da água da caldeira, controlaremos os 
processos corrosivos elementares. Assim, a remoção do oxigênio é um dos 
mais importantes meios de se prevenir a corrosão nas caldeiras, e será 
comentada oportunamente. Um outro método consiste em manter o pH da 
água na faixa alcalina, o que elimina a chance de corrosão no metal por 
ataque ácido. 
 
TIPOS DE CORROSÃO EM CALDEIRAS 
Várias formas de processos corrosivos são encontradas nos sistemas 
geradores de vapor. Apesar de muitos deles estarem relacionados e serem 
interdependentes, podemos destacar, resumidamente, os seguintes: 
 
“Pittings” (ou pites): 
 
São processos de corrosão localizada, pontuais e, na ausência de um 
controle eficiente, promovem grande penetração no metal da caldeira, 
chegando inclusive até a inutilização do equipamento. Geralmente os 
processos de corrosão por pitting são observados na seção vapor das caldeiras e 
acessórios pós-caldeira, sendo provocados em sua quase totalidade pelo 
ataque de oxigênio indevidamente presente na água. 
Um dos métodos de controle deste tipo de pitting é a desaeração mecânica 
conveniente da água de alimentação da caldeira, bem como a dosagem e 
manutenção de um residual adequado de sequestrante de oxigênio (sulfito de sódio, 
hidrazina,...). 
A corrosão localizada também ocorre sob depósitos, em locais de falha na 
estrutura cristalina do metal e em locais submetidos a tensões. 
 
Nas figuras seguintes são mostradas algumas ocorrênciasde pittings em 
caldeiras. 
 
 
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CARCAÇA DE UMA CALDEIRA FOGOTUBULAR, MOSTRANDO OS PONTOS DE CORROSÃO 
LOCALIZADA (PITTINGS) DEVIDO À PRESENÇA DE OXIGÊNIO. 
 
 
 
TUBO DE SUPERAQUECEDOR VÍTIMA DE CORROSÃO POR OXIGÊNIO 
 
Corrosão Galvânica 
Este tipo de corrosão ocorre, basicamente, quando dois ou mais metais com 
diferença significativa de potenciais de oxidação estão ligados ou imersos em um 
eletrólito (tal como a água com sais dissolvidos). Um metal chamado de “menos 
nobre”, tem uma tendência a perder elétrons para um metal “mais 
nobre”, cuja tendência de perda é menor. 
Assim, o metal menos nobre torna-se um ânodo e é corroído. Este fenômeno 
também depende da área entre as regiões anódicas e catódicas, isto é, quanto 
menor for a área do ânodo em relação ao cátodo, mais rápida é a corrosão 
daquele. Um exemplo disso ocorre entre o cobre (mais nobre) e o aço carbono, 
menos nobre e que tem a sua taxa de corrosão acelerada. 
No quadro a seguir, encontra-se representada uma série galvânica de 
diferentes metais e ligas onde se pode visualizar a maior tendência à corrosão 
(áreas anódicas) ou menor tendência (área catódica). 
 
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Em aparelhos geradores de vapor, principalmente nas seções pré e pós- caldeira, é 
comum a construção de equipamentos auxiliares com ligas diferentes do aço 
empregado na caldeira. 
Isto acentua a corrosão galvânica e as medidas corretivas tem que ser tomadas, sob 
pena de um processo rápido de corrosão no metal menos nobre. 
Para minimizar a ocorrência de corrosão galvânica, recomenda-se evitar a 
construção de equipamentos utilizando metais ou ligas com potenciais de 
oxidação muito diferentes e evitar o contato elétrico direto entre os metais, 
colocando materiais isolantes entre os mesmos (plástico, borracha, etc). 
A manutenção de valores baixos de sólidos dissolvidos na água contribui para uma 
diminuição na condutividade elétrica da mesma e, assim, ajuda a minimizar os 
processos corrosivos como um todo, inclusive os de origem galvânica. 
Corrosão por Tensão 
 
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Já citada no item referente aos “pittings”, a corrosão sob tensão ocorre em áreas do 
metal submetidas a tensões e esforços, tais como nas operações de corte, 
soldagem, mandrilhamento de tubos, calandragem e dobramento de chapas, 
entalhamento de roscas, rebites, etc. 
Também aparecem em pontos de falha na estrutura cristalina do metal, tal 
como a presença de átomos metálicos diferentes da liga, espaços vazios no 
retículo, presença de átomos nos interstícios do mesmo, etc. 
A corrosão sob tensão pode causar prejuízos significativos quando atinge 
determinadas proporções. 
Os métodos de combatê-la são, na maioria, preventivos: alívio de tensões, 
escolha de material de boa qualidade para fabricação e reparos no 
equipamento, evitar operações que provoquem tensões excessivas no 
equipamento depois de montado, entre outros. 
Ataque Cáustico (“Caustic Embrittlement”) 
É um tipo de ataque que ocorre devido à excessiva concentração de 
alcalinidade hidróxida (íons OH-), provenientes normalmente da soda cáustica usada 
para manutenção do pH na faixa alcalina . 
Mesmo que no seio da água a concentração não esteja tão alta, nas camadas de 
líquido próximas à parede dos tubos a concentração é bem superior, devido à 
vaporização de água na região. Além disso, existem locais onde pode haver maior 
concentração de OH-, tais como sob depósitos/ incrustações, em locais 
submetidos a fluxos de calor muito altos (como ocorre quando a chama atinge os 
tubos), ou em tubos inclinados ou horizontais, nos quais há pouca quantidade 
de água no seu interior. 
Nessas áreas onde a concentração de hidroxilas é elevada, há uma reação 
das mesmas com o filme de magnetita (Fe3O4) que protege a superfície do metal. 
Removido o filme e exposto o aço, as hidroxilas em altas concentrações 
também reagem como o ferro. 
As reações envolvidas são: 
 
 
Para que o ataque cáustico se configure, também deve ocorrer a existência 
de pontos de tensão no local onde há a concentração dos íons OH-. 
A presença de sílica também auxilia no processo, direcionando o ataque do 
OH- para os limites do grão do metal e levando a um ataque intercristalino. 
Este processo causa fissuras na estrutura do metal, podendo ocasionar 
rupturas extremamente perigosas. 
 
Nas figuras seguintes são mostradas algumas ocorrências de ataque 
cáustico. 
 
 
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FOTOGRAFIA MOSTRANDO FISSURA PROVOCADA POR ATAQUE CÁUSTICO (500X) 
 
 
 
 
TUBO DE 3” DE UMA CALDEIRA QUE SOFREU ATAQUE CÁUSTICO. PRESSÃO DE OPERAÇÃO: 
150 Kgf/ cm² 
Fragilização por Hidrogênio 
É um processo que ocorre somente em caldeiras de pressões elevadas, digamos 
acima de 100 Kgf/ cm². É ocasionado pela presença de hidrogênio molecular 
(H) que pode se formar nas reações químicas presentes na caldeira, tal como 
aquela que causa o ataque cáustico. Devido ao seu pequeno tamanho, o 
hidrogênio produzido é capaz de penetrar no interior do metal e reagir com o 
carbono do aço, formando uma molécula de metano no interior do retículo 
 
A reação é: 
 
A formação da molécula de metano, relativamente grande, no interior do metal 
causa uma tensão enorme, o que pode causar ruptura. 
 
 
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RUPTURA EM UM TUBO DE CALDEIRA (PRESSÃO DE OPERAÇÃO: 136 Kgf/ cm²) 
DEVIDO A FRAGILIZAÇÃO POR HIDROGÊNIO 
 
MÉTODOS FÍSICOS DE PREVENÇÃO DA CORROSÃO 
Tratamentos de Superfície: Têm por objetivo a formação de uma película 
protetora sobre o metal, impedindo seu contato direto com o meio. Este 
tratamento é muito importante durante a fabricação e montagem do 
equipamento, evitando que o mesmo sofra um processo 
corrosivo antes mesmo de entrar em operação. 
 
· Hibernação: Aplicado em caldeiras fora de operação ou em “stand-by”, a 
hibernação minimiza a ocorrência de corrosão na superfície interna da caldeira. 
Os métodos mais simples costumam empregar residuais elevados de sulfito de 
sódio e a manutenção de um pH adequado, normalmente feito com soda 
cáustica. 
Deve-se atentar para o completo enchimento da caldeira e o fechamento de todas 
as válvulas e aberturas existentes no equipamento. Alguns processos de hibernação 
são feitos a seco, colocando-se agentes dessecantes no interior do 
equipamento; são métodos menos eficientes que os anteriores. 
 
Externamente, também devemos nos preocupar com o ataque da corrosão. 
Assim, a manutenção adequada do equipamento, o isolamento térmico, 
cobertura ou telhado adequado, revestimentos, alvenaria e pinturas devem sempre 
ser verificados e corrigidos. 
Deve-se também evitar a lavagem de qualquer seção do lado fogo e as infiltrações 
de água no equipamento. 
 
 
 
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Corrosão externa 
 
 
CORROSÃO EM LINHAS DE CONDENSADO – AMINAS FÍLMICAS E 
NEUTRALIZANTES 
 
Aminas fílmicas são continuamente adicionadas na água de alimentação de 
caldeiras para proteger as superfícies metálicas da corrosão causada pelo oxigênio 
dissolvido e pelo dióxido de carbono na água condensada. A amina forma uma 
película fina na superfície metálica que repele a água potencialmente corrosiva. 
São fenômenos que ocorrem com frequência nos sistemas de geração, distribuição 
e utilização de vapor.O condensado é uma água praticamente pura, com uma 
tendência elevada de dissolver o material com o qual mantém contato. Além disso, 
os condensados podem apresentar um caráter ácido devido à formação de ácido 
carbônico, originado da decomposição térmica de íons carbonato e bicarbonato 
presentes na água da caldeira. Nas equações seguintes é possível visualizar este 
processo: 
 
 
 
O gás carbônico produzido por essa decomposição sai junto com o vapor e, na 
condensação, dissolve-se formando ácido carbônico. Este se dissocia e forma íons 
H+, responsáveis pelo abaixamento do pH e pela corrosão ácida encontrada nesses 
sistemas. As reações são: 
 
 
Na fotografia seguinte pode-se visualizar o efeito da corrosão nas linhas de 
condensado. 
 
 
 
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INTERIOR DE UMA LINHA DE RETORNO DE CONDENSADO QUE SOFREU PROCESSO 
INTENSO DE CORROSÃO 
 
Para evitar este problema, é feita uma dosagem de um produto alcalino volátil, que 
tenha capacidade de vaporizar-se junto com o vapor de água e, no momento da 
condensação deste, promover a neutralização do condensado resultante. 
Um dos produtos usados é a amônia, na forma de solução aquosa como hidróxido 
de amônio (NH4OH). 
No entanto, a amônia causa corrosão em cobre, impedindo sua utilização em 
sistemas onde este metal ou alguma de suas ligas esteja presente. 
Além disso, a amônia é muito volátil e tende a se acumular somente nas áreas mais 
frias do sistema, deixando desprotegidos os pontos com temperatura mais elevada. 
Para contornar este problema, o uso de aminas específicas, com diferentes 
volatilidades, tem sido empregado com sucesso. 
Os principais produtos são: morfolina, ciclohexilamina e dietilaminoetanol. 
Além das aminas neutralizantes, existem também as chamadas aminas fílmicas, 
que apresentam o seguinte princípio de atuação: um dos extremos da molécula da 
substância consegue se adsorver firmemente na superfície metálica, formando um 
delgado filme. O outro extremo tem características hidrofóbicas, ou seja, consegue 
repelir a água. A formação desse filme protege o metal e minimiza a ocorrência dos 
processos corrosivos. As aminas dotadas desta propriedade mais utilizadas são a 
octadecilamina e o acetato de octadecilamina. 
 
 
 
TUBO QUE RECEBEU TRATAMENTO COM AMINA FÍLMICA. OBSERVAR A REPULSÃO 
EXERCIDA NAS GOTAS DE ÁGUA 
 
 
 
3.Topicos de Inspeção e Manutenção de Equipamentos. 
Inspeção de Fabricação 
Todo equipamento deve ser inspecionado conforme normas de fabricação e 
requisitos do cliente; 
ASME 
ANSI/ASME 
ABNT 
Diretrizes contratuais; 
Planos da Qualidade; 
Planos de Inspeção e Testes; 
 
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Todos os ensaios e qualificação de pessoal para fabricação e inspeção do 
equipamento devem seguir as exigências das normas de projeto e requisitos do 
cliente; 
Ensaios não destrutivos; 
Ensaio visual; 
Dimensional; 
Teste Hidrostático; 
Ensaios Mecânicos; 
Teste Hidrostático 
 
TH para caldeiras : PMTA x 1,5 
Inspeção baseada em risco 
Conforme API RP 581: 
Risco relativo (probabilidade x consequência) 
Classifica os equipamentos para inspeção (Pareto) 
Prioriza a atuação nas paradas 
Exige conhecimento dos mecanismos de dano para cada componente 
Limitado pela NR 13 (prazos); 
Inspeções de Segurança da NR 13 
Objetiva o controle sobre o estado dos equipamentos, buscando resguardar a 
integridade física dos empregados (CLT) em função da energia potencial acumulada; 
Definição de responsabilidades; 
Penalidades em caso de descumprimento e/ou acidentes 
Deve ser realizada conforme frequência e periodicidade estabelecida na NR13 
 
 
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 Manutenção de Equipamentos 
E uma exigência normativa da NR13 que todos os equipamentos enquadrados na 
NR13 tenham um programa de manutenção preventiva ou preditiva. 
Reparos ou alterações devem seguir o código de projeto 
Projetos de alteração ou reparo: 
Concepção prévia; 
Elaborado ou aprovado por PH; 
Determinar materiais, procedimentos, controle de qualidade e qualificação do 
pessoal; 
Os problemas normalmente ocorrem quando os operadores e/ou setor responsável 
pela manutenção-inspeção; pegam "atalhos" em vez de seguir o protocolo de vistoria 
e manutenção exatamente. 
É normativo que os modelos de caldeiras utilizem válvulas de segurança para 
controlar a quantidade de pressão interna gerada pelo equipamento. 
Comumente uma válvula com mola é pré-definida para ser liberada ou aparecer a 
um dado nível de pressão. 
O excesso de vapor escapa através da válvula de segurança e evita o acidente. 
Às vezes, essas válvulas ficam corroídas e desgastadas, impedindo-as de funcionar 
como projetado. 
As caldeiras devem ter programações de manutenção preventiva ou preditiva para 
testar e substituir quaisquer válvulas e componentes inoperantes. 
O interior do tubulão deve ser limpo e examinado periodicamente para monitorar o 
estado do caldeira. 
Se a corrosão fica no interior do tubulação, o metal torna-se frágil e até mesmo as 
soldas usadas para selar o vaso podem desenvolver pontos fracos. 
Os minerais e os produtos naturais encontrados dentro da composição da água em 
si podem também ser causas de uma explosão. 
O motivo para que esse acidente seja tão prejudicial é que o vapor ocupa um 
espaço 1.600 vezes maior do que a água. 
Quando essa força poderosa tem apenas um espaço pequeno para escapar, tenta 
deixar a área de uma só vez. 
O poder de toda a pressão de vapor libertado uma vez durante uma explosão é 
similar àquela causada pela detonação de uma enorme quantidade de explosivos ou 
pólvora. 
 
4.Caldeiras – Considerações Gerais 
Definição de Caldeira: 
São equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à 
pressão atmosférica, utilizando qualquer fonte como combustão ou energia elétrica 
A importância do calor e as funções das caldeiras – as linhas de vapor 
O uso do calor (não necessariamente o fogo) acompanha a história do homem até 
hoje. Usa-se o calor em muitas funções, tais como: 
 
A) Em temperaturas de 0° a 200 °C: 
• aquecer a água para a higiene pessoal; 
 
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• cocção (cozimento) de alimentos; 
•em regiões frias, para calefação doméstica (aquecimento do ambiente interno); 
• em autoclaves, fazendo-se esterilização de instrumentos ou produtos em geral; 
• recauchutagem de pneus aplicando sob pressão e alta temperatura nova banda 
de borracha à carcaça de um pneu velho; 
• em processos industriais, os mais variados. 
 
B) em mais altas temperaturas maiores que 200 °C: 
• em máquinas a vapor, quando a função do vapor é movimentar eixos, como, por 
exemplo, nas velhas locomotivas ou navios a vapor; turbinas a vapor 
• soldas de materiais, fabricando-se, assim, peças; 
• fornos específicos; 
• fundições. 
 
Locomotiva a vapor, vulgo “Maria Fumaça” 
A água vira vapor e todo o vapor é expelido (expulso) para a atmosfera, e na sua 
expulsão gira um eixo motor da locomotiva. 
 Nas velhas locomotivas a vapor, pela garbosa chaminé, saíam: 
 • o vapor usado para acionar eixos motores; 
 • os gases queimados da combustão. 
Havia um local específico para a saída de um vapor especial: era o vapor que 
acionava o inconfundível apito da locomotiva (vapor do apito). 
 
 
 
 
 
 
 
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Panela de pressão 
 Na panela de pressão não há consumo contínuo de água, pois toda ela, a menos 
de perda pela válvula de alívio, se transforma em vapor, que é usado aumentando a 
temperatura interna da panela. Com o aumento da pressão e aumento da 
temperatura, a cocção (cozimento) se acelera. Essa é a vantagem da panela de 
pressão. Com a transformação do líquidodentro da panela (todo uso de panela tem 
que ter água ou líquido rico em água), a água vira vapor e aumenta enormemente a 
pressão dentro da panela. 
 O aumento da pressão acelera o cozimento. 
 O cozimento do feijão (cereal) com água leva quatro horas (duzentos e 
quarenta minutos) em panela comum (sem pressão) e leva cerca de vinte 
minutos para o mesmo cozimento em panela de pressão. 
 A temperatura de ebulição da água numa panela de pressão e face à essa 
pressão é da ordem de 120 °C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Principio de Funcionamento 
 
 
APLICAÇÃO DAS CALDEIRAS 
Indústria têxtil, química, alimentícia, hospitalar, cimento, frigoríficos, hospitais, hotéis, 
etc. Além destes muitos outros setores utilizam das caldeiras como equipamentos 
para gerar energia aplicável a diversos fins. 
O vapor produzido em um gerador de vapor pode ser usado de diversas formas 
• · em processos de fabricação e beneficiamento; 
• · na geração de energia elétrica; 
• · na geração de trabalho mecânico; 
• · no aquecimento de linhas; 
• · na prestação de serviços. 
 
Nos processos de fabricação e de beneficiamento, o vapor é empregado em: 
 
• · bebidas: nas lavadoras de garrafas, tanques de xarope, pasteurizadores. 
• · Indústrias madeireiras: no cozimento de toras, secagem de tábuas ou 
lâminas em estufas, em prensas para compensados. 
• · Indústria de papel e celulose: no cozimento de madeira nos digestores, na 
secagem com cilindros rotativos, na secagem de cola, na fabricação de 
papelão corrugado 
• Curtumes: no aquecimento de tanques de água, secagem de couros, 
estufas, prensas, prensas a vácuo. 
• · Indústrias de laticínios: na pasteurização, na esterilização de recipientes, na 
fabricação de creme de leite, no aquecimento de tanques de água, na 
produção de queijos, iogurtes e requeijões (fermentação). 
• · Frigoríficos: nas estufas para cozimento, nos digestores, nas prensas para 
extração de óleo. 
• · Indústria de doces em geral: no aquecimento do tanque de glicose, no 
cozimento de massa em panelas sob pressão, em mesas para o preparo de 
massa, em estufas. 
• · Indústria de vulcanização e recauchutagem: na vulcanização, nas prensas. 
• · Indústrias químicas: nas autoclaves, nos tanques de armazenamento, nos 
reatores, nos vasos de pressão, nos trocadores de calor. 
• · Indústria têxtil: utiliza vapor no aquecimento de grandes quantidades de 
água para alvejar e tingir tecidos, bem como para realizar a secagem em 
estufas. 
 
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• · Indústria de petróleo e seus derivados: nos refervedores, nos trocadores de 
calor, nas torres de fracionamento e destilação, nos fornos, nos vasos de 
pressão, nos reatores e turbinas. 
• · Indústria metalúrgica: nos banhos químicos, na secagem e pintura. 
• Usinas de Açúcar e Álcool :Entre todos os setores industriais, o 
sucroalcooleiro é um dos consumidores mais intensivos de vapor, tanto para o 
processo produtivo, a própria fabricação, como para geração de energia 
mecânica e elétrica 
 
 
4.1 TIPOS DE CALDEIRAS A VAPOR 
O vapor é o fluído de transferência mais versátil e de uso mais difundido; mas acima 
de 100 °C requer pressurização e acima de 200 °C a pressão necessária sobe 
rapidamente tornando o uso de vapor d’água cada vez mais vantajoso porém 
exigem equipamentos mais caros e de segurança e outras desvantagens de causar 
corrosão ao sistema. 
 
 Quanto a forma de construção as caldeiras podem ser : 
 
➢ Flamotubulares 
➢ Aquatubulares 
➢ Mistas 
 
Quando ao combustível: 
Temos : 
• Caldeiras elétricas 
• Caldeiras a combustíveis sólidos 
• Caldeiras a combustíveis líquidos 
• Caldeiras a gás 
• Caldeiras Mista 
• Caldeiras de recuperação 
• Caldeiras nucleares 
 
 
Quanto ao Sistema de Tiragem: 
 A) Tiragem natural 
 B) Tiragem forçada 
 C) Tiragem balanceada ou induzida 
 
4.1.1 Caldeiras flamotubulares 
 São formadas por um vaso cilíndrico com chapas denominadas espelhos onde 
estão mandrilhados os tubos. 
Na parte interna deste vaso há um tubulão que serve de fornalha. A água circula no 
interior do vaso. 
As caldeiras tubulares são usadas para pressões de até 20 a 22 kgf/cm
2 
e produção 
de vapor até valores de 20000 kg/h. 
São caldeiras onde a os gases provenientes da combustão (fonte de aquecimento), 
circulam pelo interior dos tubos, e água circula no lado externo. 
 
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Podem ser verticais e horizontais. 
Apresentam um grande volume de água. Esta caldeiras geram somente vapor 
saturado ou no máximo ligeiramente superaquecido. 
 
As caldeiras flamotubulares ou fogotubulares são aquelas em que os gases 
provenientes da combustão (gases quentes) circulam no interior dos tubos, ficando 
por fora a água a ser aquecida ou vaporizada. 
 
 
 
 representação esquemática da caldeira flamotubular 
 
Tipos de caldeiras flamotubulares 
 
• Caldeiras de tubos verticais 
• Caldeiras de tubos horizontais: 
- Cornuália 
- Lancaster 
- Multitubular 
- Multitubular locomóvel 
- Escocesa 
FLAMOTUBULARES DE TUBOS VERTICAIS 
Os tubos são colocados verticalmente num 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 aguda que se encontra externamente aos 
mesmos. 
 
 
 
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CALDEIRAS DE TUBOS HORIZONTAIS 
Esse tipo de caldeira abrange várias modalidades, desde as caldeiras, Cornuália e 
Lancaster de grande volume de água, até as modernas unidades compactas. As 
principais caldeiras horizontais apresentam tubulões internos por onde passam 
gases quentes. Podem ter 1 a 4 tubos de fornalha. 
Caldeira Cornuália: consiste de 2 cilindros horizontais unidos por placas planas, com 
baixo rendimento de 12 a 14 kg de vapor/m² para uma superfície de aquecimento de 
100 m² 
 
 
 
 
CALDEIRA LANCASTER 
Construída de dois a quatro tubulões. 
Área de troca térmica de 120 a 140 m². 
Vaporização de 15 a 18 kg de vapor/m². 
 
 
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CALDEIRA MULTITUBULAR 
Fornalha externa - Construída em alvenaria instalada abaixo do corpo cilíndrico 
 
 
CALDEIRA LOCOMOVEL 
 Apresenta dupla parede em chapa na fornalha. Usada em serrarias e em campos de 
petróleo. 
 
 
 
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CALDEIRA ESCOCESA 
Queima de óleo ou gás 
Pressão máxima 18 kgf/cm² 
Rendimento térmico 83% 
 
 
 
 
 
 
 
Caldeiras flamotubulares 
 
 
 
 
 As que mais tem causado acidentes com vítimas. 
 
Nas caldeiras flamotubulares os produtos gasosos resultados da queima do 
combustível, são adequadamente direcionados para circularem nas partes internas 
dos tubos de troca de calor, os quais estão circundados com a água que queremos 
transformar em vapor 
 
 
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Caldeira com tubos de fogo era mais comum nos anos 1800. Ela consiste em um 
tanque de água atravessado por canos. Os gases quentes do fogo de carvão ou 
madeira atravessam os canos para esquentar a água no tanque, como mostrado 
aqui: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Partes das caldeiras flamotubulares 
 
 
O feixe tubular, ou tubos de fogo, é composto de tubos que são responsáveis pela 
absorção do calor contido nos gases de exaustão usados para o aquecimento da 
água. 
Ligam o espelho frontal com o posterior, podendo ser de um, dois ou três passes. 
 
 
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Componentes de uma caldeira flamotubular típica. 
 
 
 
 
 
 
 
Vantagens e desvantagens das caldeiras flamotubulares 
 
As principais vantagens das caldeiras deste tipo são: 
 
•  custo de aquisição mais baixo .. construção fácil; 
 
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•  exigem pouca alvenaria; 
•  atendem bem a aumentos instantâneos de demanda de vapor. 
•  não exigem tratamento de água muito apurado 
 
Como desvantagens, apresentam: 
 
•  baixo rendimento térmico; 
•  partida lenta devido ao grande volume interno de água; 
•  limitação de pressão de operação (máx. 22 kgf/cm²); 
•  baixa taxa de vaporização (kg de vapor / m² . hora); 
•  capacidade de produção limitada; 
•  dificuldades para instalação de economizador, superaquecedor e pré-
aquecedor 
 • ocupam muito espaço em relação a área do equipamento; 
 • circulação deficiente de água; 
 • apresenta sérios problemas de incrustação e depósito no lado dos gases; 
 • maior dificuldade para manutenção; 
 • o fogo e os gases têm contato direto com a chaparia provocando maior 
desgaste. 
 
 
4.1.2 Caldeira Aquatubular 
A água circula no interior dos tubos aquecidos por fora pelos gases de combustão. 
A circulação da água nos tubos funciona pelo principio da diferença de densidade ou 
seja a água aquecida fica mais leve e sobe enquanto a água mais fria, sendo 
pesada desce, desta forma é criado um movimento contínuo nos tubos ligados aos 
tubulões até que a água entre em ebulição. 
Nas caldeiras tubulares são usadas pressões de até 200 kgf/cm
2 
, temperatura de 
200 
0 
C
 
a produção de vapor vai até valores de 750 toneladas de vapor por hora. 
 
Essas caldeiras possuem: maior área de absorção de calor; maior capacidade de 
vaporização e rápida resposta às variações de carga. Pelas suas características e 
economia é hoje a mais aplicadas em grandes instalações e termoelétricas. 
 
 
Tipos de caldeiras aquatubulares: 
• Caldeiras aquatubulares de tubos retos, com tubulão transversal ou longitudinal; 
• Caldeiras aquatubulares de tubos curvos, com diversos tubulões transversais ou 
longitudinais utilizados na geração (máximo 5); 
• Caldeiras aquatubulares de circulação positiva; 
• Caldeiras aquatubulares compactas. 
 
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Por trabalharem com pequeno volume d’água necessitam de sistemas de controles e 
alarmes eficientes para sua segurança operacional. 
A operação baseia-se na diferença de densidade conseguida pelo diferencial de 
temperatura existente entre o conjunto dos tubos geradores de vapor e os tubos 
economizadores (não vaporizantes). Se os tubos "A" (geradores de vapor) estiverem 
a uma temperatura superior a dos tubos "B" (não vaporizantes), a densidade dA da 
água nos tubos "A" será menor que a densidade dB nos tubos "B". 
 
 
 
 
 
 
Caldeiras aquatubulares de tubos retos 
 
Consistem de um feixe tubular de transmissão de calor, com uma série de tubos 
retos e paralelos, interligados a uma câmara coletora. Essas câmaras comunicam-se 
com os tubulões de vapor (superiores), formando um circuito fechado por onde 
circula a água. 
 
 
 
 
 
 
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Vantagens e desvantagens das caldeiras aquatubulares de tubos retos 
 
• As principais vantagens das caldeiras deste tipo são: 
 
 - Facilidade de substituição dos tubos; 
- Facilidade de inspeção e limpeza; 
- Não necessitam de chaminés elevadas ou tiragem forçada. 
 - São de menores dimensões; 
 - Menores temperaturas na câmara de combustão, com maior aproveitamento do 
calor; 
- Maior vaporização específica. Unidades médias alcançam 30kg vapor/m²/hora. 
- Em caldeiras com tiragem forçada conseguem-se ate 200kg vapor/m²/hora; 
- Dispensam refratários de alta qualidade, por serem dotadas de paredes de 
água. 
 
Como desvantagens apresentam: 
 
- Necessidade de dupla tampa para cada tubo, (espelhos); 
- Baixa taxa de vaporização específica; 
- Rigoroso processo de aquecimento e de elevação de carga (grande quantidade de 
material refratário). 
 - Alto custo inicial; 
 - Baixa taxa de vaporização específica; 
 
 
Caldeiras aquatubulares de tubos curvos 
 
Com o objetivo de aproveitar melhor o calor irradiado na fornalha, reduziu-se o 
número e o diâmetro dos tubos, e acrescentou-se uma parede de água em volta da 
fornalha. Isso serviu como meio de proteção do material refratário com o qual a 
parede da fornalha é construída, além de aumentar a capacidade de produção de 
vapor. 
 
 
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Não apresentam limites de capacidade de produção de vapor. A forma construtiva foi 
idealizada por Stirling, interligando os tubos curvos aos tubulões por meio de solda 
ou mandrilagem. Esta caldeira pode ter de três a cinco, o que confere a este tipo de 
gerador de vapor maior capacidade de produção. 
 
 
 
 
 
 
DE TUBOS CURVOS COM PAREDE DE ÁGUA 
 
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Vantagens das caldeiras aquatubulares de tubos curvos: 
 
• Redução do tamanho da caldeira; 
• Queda da temperatura de combustão; 
• Vaporização específica maior, variando na faixa de 30 kg de vapor/m² a 
50 kg de vapor/m² para as caldeiras com tiragem forçada; 
• Fácil manutenção e limpeza; 
• Rápida entrada em regime; 
• Fácil inspeção nos componentes. 
 
Caldeiras compactas 
 
• Dentro da categoria das caldeiras de tubos curvos surgiram as caldeiras 
compactas. 
 
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• Com capacidade média de produção de vapor em torno de 30 ton/h, elas 
são equipamentos apropriados para instalação em locais com espaço 
físico limitado 
• Por se tratar de equipamento compacto, apresenta limitações quanto ao 
aumento de sua capacidade de produção. 
 
 
 
 
 
Caldeira de circulação positiva 
 
• A circulação da água nas caldeiras ocorre por diferenças de densidade, 
provocada pelo aquecimento da água e vaporização, ou seja circulação 
natural. Se a circulação for deficiente, poderá ocorrer um 
superaquecimento localizado, com consequente ruptura dos tubos. 
 
 
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As vantagens das caldeiras de circulação positiva são: 
- Tamanho reduzido; 
- Não necessitam de grandes tubulões; 
- Rápida geração de vapor; 
- Quase não há formação de incrustações, devido à circulação forçada. 
 
As desvantagens são: 
- Paradas constantes, com alto custo de manutenção; 
 - Problemas constantes com a bomba de circulação, quando operando em 
altas pressões. 
 
Caldeiras de leito fluidizado 
Fluidização 
Como é sabida, a técnica da combustão em leito fluidizado, não sendo nova, não 
tem sido muito desenvolvida nem aproveitada, nomeadamente em Portugal. Esta 
tecnologia de queima tem imensas vantagens sobre as técnicas convencionais de 
combustão, pois aplica-se tanto aos combustíveis líquidos pesados, como ao carvão, 
à biomassa e até aos lixos. 
O princípio da fluidização é conhecido e bastante simples, pois é suficiente introduzir 
ar numa câmara através de uma placa perfurada colocada na base. Esta câmara 
contém areia com uma granulometria fina, que se começa a agitar quando uma 
determinada quantidade de ar é introduzida. 
O nível de funcionamento do leito fluidificou é muito importante, pois ao mesmo 
tempo em que se torna necessário ter uma boa fluidização, não podemos ter um 
valor de ar exagerado, pois corre-se o risco das partículas de areia saírem da 
câmara de combustão e serem arrastadas para as outras secções da caldeira. 
 
Combustão de Leito Fluidizado 
Para se iniciar a combustão, o leito de areia tem que ser aquecido,