AT1 - Atividade para entrega Leocir Hartmann

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UNIDADE CENTRAL DE EDUCAÇÃO FAEM FACULDADE – UCEFF
FACULDADE EMPRESARIAL DE CHAPECÓ – FAEM
UCEFF FACULDADES
ENGENHARIA MECÂNICA
GERAÇÃO, UTILIZAÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR
Acadêmico: Leocir Hartmann
Exercícios de reposição, sábado 26/09/2020
Entrega: 04/10/2020
1. Utiliza se vapor como fluido de trabalho em um ciclo ideal Rankine O vapor saturado entra na turbina a 8 0 Mpa e o líquido saturado no condensador está a uma pressão de 0 008 Mpa A potência líquida de saída do ciclo é de 100 MW. Determine para o ciclo:
a) A eficiência térmica 
b) A relação de trabalho que entra na bomba comparada a turbina 𝑊𝑏/𝑊𝑡)
c) Fluxo de massa de vapor, em kg/h 
d) A taxa de transferência de calor Q entra fornecida ao fluido de trabalho que passa pela caldeira em MW.
e) taxa de transferência de calor que saí o vapor condensado ao passar pelo condensador em MW.
2. Como ocorre a geração térmica?
A geração térmica converte energia química ou nuclear dos combustíveis em energia elétrica. Isso ocorre em três fases distintas:
· A energia química do combustível é transformada em calor através da queima do combustível ou a energia atômica do combustível é transformada em calor através da fissão nuclear;
· O calor produzido é transformado em trabalho mecânico por uma máquina térmica;
· O trabalho mecânico, produzido pela máquina térmica, é transformado em energia elétrica pelo gerador elétrico.
3. O que é necessário para ocorrer?
Para se obter energia térmica é necessária uma combinação de combustível, calor e oxigênio, no caso das caldeiras o calor é obtido através da queima de combustíveis de variadas formas físicas que aquece a água até se transformar em vapor (energia térmica)
4. O que são geradores de vapor? Onde são utilizados? Qual a sua finalidade? 
Gerador de vapor é um aparelho térmico que produz vapor a partir do aquecimento de um fluido vaporizante.
Estes equipamentos são utilizados em sua maioria nas industrias para cozimento de alimentos, ou geração de energia mecânica para gerar movimento de equipamentos e até mesmo para gerar eletricidade. Nas residências estes equipamentos são utilizados para realizar o aquecimento da água a ser utilizada para diversos fins.
5. O que são caldeiras? Quais são seus tipos? Quais são as características dos equipamentos?
Caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia, excetuando-se os refervedores e equipamentos similares utilizados em unidades de processo.
 Tipos de caldeira e suas características construtivas:
· Caldeiras Aquatubulares
Também conhecidas como Caldeiras Tubos de Água ou Aquatubulares se
caracterizam pelo fato de os tubos situarem-se fora dos tubulões da caldeira (tambor)
constituindo com estes um feixe tubular. Diferenciam-se das Pirotubulares no fato da água circular no interior dos tubos e os gases quentes se acham em contato com sua superfície
externa.
· Caldeira Flamotubulares
As caldeiras flamotubulares são caldeiras montadas com tubos de fogo ou tubos de fumaça, onde os gases provindos da combustão atravessam a caldeira no interior dos tubos que estão circundados de água, aquecendo-as com sua passagem.
· Caldeiras Verticais
Nas caldeiras verticais os tubos são colocados nessa posição num corpo cilíndrico, fechado nas extremidades por placas denominadas espelhos. A fornalha, nesse tipo de caldeira, fica no corpo cilíndrico, logo abaixo do espelho inferior, e os gases sobem através de tubos, aquecendo e vaporizando a água que está circundando os tubos. Caldeiras verticais são utilizadas principalmente para combustíveis de baixo teor de calor, podendo utilizar fornalhas internas e externas.
· Caldeiras Horizontais
Caldeiras horizontais, que podem ser dos tipos cornuália, lancashire ou as modernas unidades compactas, são aquelas com tubulações internas colocadas na posição horizontal, por onde passam os gases quentes. Podem possui de 1 a 4 tubos de fornalha, sendo as de 3 e 4 fornalhas as mais utilizadas na marinha.
· Caldeiras Cornuália
As caldeiras cornuália consistem de 2 cilindros horizontais unidos por placas planas. O acionamento é muito simples, porém elas apresentam baixo rendimento. Para uma superfície de aquecimento de 100 metros quadrados, o que é uma grande dimensão, a pressão não passa de 10 kg/cm2.
· Caldeiras Lancashire
Nas caldeiras lancashire pode haver até 4 tubulações internas, com uma superfície de aquecimento de até 140 metros quadrados, atingindo 18 kg de vapor por metro quadrado de superfície. É um tipo de caldeira que vem sendo substituído nos últimos anos por caldeiras mais compactas e modernas. 
· Caldeiras Multitubulares de fornalha interna
Multitubulares são os tipos de caldeiras com vários tubos de fumaça, podendo ser de fogo direto, com os gases percorrendo a caldeira uma única vez, ou tubos de fogo de retorno, quando os gases da combustão circulam por tubos de retorno. Também podem ser com tubos de fogo diretos e de retorno, quando os gases passam e voltam pelos tubos.
· Caldeiras a Vapor
Nas caldeiras a vapor, a água passa pela caldeira, onde é esquentada e se transforma em vapor. Essa caldeira é das mais antigas, tendo sido criada para retirar a água depositada nas minas de carvão, permitindo a mineração. Seu projeto é da época da Revolução Industrial, na Inglaterra.
· Caldeiras Multitubulares de fornalha externa
Nesse tipo de caldeira, a fornalha é constituída pela própria alvenaria, que fica abaixo do corpo cilindro da caldeira, com os gases da combustão entrando em contato com a base do cilindro e retornando pelos tubos de fogo.
· Caldeiras Escocesas
A tipo escocesa foi projetada para uso em navios, sendo mais compacta. Utilizam tubulação e tubos de diâmetro menor, com os gases circulando em até 4 passes pelo seu interior. A caldeira escocesa é montada com todos os equipamentos incorporados numa única peça, sendo transportável e podendo operar de imediato. Operam exclusivamente com óleo ou gás, com a circulação dos gases feita através de ventiladores.
· Caldeiras Locomotivas
As caldeiras locomotivas, como podemos entender pelo próprio nome, foram criadas para locomotivas para condução de vagões de trem. Esse tipo de caldeira já está praticamente fora de uso, por usar carvão ou lenha como combustível. Ela é do tipo multitubular, com dupla parede metálica, onde circula a água.
6. Por que não é vantajoso utilizar caldeiras Flamotubulares em pressões de operação e vazões de vapor altas? (acima de 20 kgf/cm²).
Embora apresentem um bom rendimento térmico, elas são limitadas na pressão e na produção de vapor. Valores superiores a 22 bar e 15000Kg/h de vapor não são recomendáveis por implicarem na construção e de caldeiras flamotubulares de dimensões exageradas, tornando se menos competitivas que as aquatubulares. Sua forma construtiva a torna muito vulnerável aos perigos de explosão, pois a pressão do vapor atua diretamente sobre as paredes da fornalha, tubos, carcaça externa e espelhos.
7. Quais são os principais componentes das caldeiras? Quais são os principais acessórios? Explique.
Principais componentes:
· Aquecedor de Ar: aproveita o calor residual dos gases de combustão pré-aquecendo o ar
utilizado na queima de combustível. Aquece o ar entre 120 e 300 ºC, dependendo do tipo
de instalação e do tipo de combustível queimado.
· Câmara de Combustão: às vezes se confundem com a fornalha, sendo que, em outras é completamente independente. É um volume que tem a função de manter a chama numa temperatura elevada com duração suficiente para que o combustível queime totalmente antes dos produtos alcançarem os feixes (dutos) de troca de calor.
· Caldeira de Vapor (Tambor de Vapor): constituída por um vaso fechado à pressão contendo água que será transformada em vapor.
· Chaminé: tem função de retirar os gases da instalação lançando-os na atmosfera
(tiragem).
· Cinzeiro: local de deposição das cinzas e restos de combustível que caem da fornalha.
· Condutos de Fumo: são canais que conduzem os gases da combustão até a chaminé.· Economizador: utilizando o calor residual dos gases, aquece a água de alimentação. É normalmente instalado após os superaquecedores. Além de melhorar o rendimento da unidade, sua instalação minimiza o choque térmico entre a água de alimentação e a já existente no tambor.
· Fornalha: principal equipamento para a queima do combustível. Entre as suas funções estão incluídas: a mistura ar-combustível, a atomização e vaporização do 
· Grelhas: utilizadas para amparar o material dentro da fornalha, podendo ser fixas, rotativas e inclinadas.
· Queimadores:
· Reaquecedor: tem função equivalente à dos superaquecedores. A sua presença torna-se necessária quando se deseja elevar a temperatura do vapor proveniente de estágios intermediários de uma turbina.
· Retentor de Fuligem: tem como função separar a fuligem, resultante da queima não estequiométrica do combustível, dos gases antes dos mesmos saírem pela chaminé.
· Superaquecedor: consiste de um ou mais feixes tubulares, destinados a aumentar a temperatura do vapor gerado na caldeira.
Principais acessórios:
· Válvulas de Fundo (dreno):
Permite a retirada de impurezas da água que se deposita no fundo do
tambor de vapor.
· Válvulas de Segurança:
Têm como função promover o escape do excesso do vapor caso a pressão
de trabalho venha a ser ultrapassada e os outros dispositivos não atuem.
· Pressostatos
São dispositivos de segurança que comandam o regime de trabalho das
caldeiras, de acordo com a pressão do vapor.
A leitura obtida pelo pressostato é a referência utilizada pelo sistema para
o controle de combustível a ser liberado, buscando a manutenção de
determinada pressão de vapor no sistema.
Normalmente são utilizados dois pressostatos para essa aplicação. O
pressostato de pressão máxima controla a pressão interna da caldeira,
iniciando ou interrompendo a ação dos queimadores. O pressostato
modulador atua sobre mecanismos que regulam o fluxo de óleo e ar para
os queimadores.
8. Qual a diferença entre os aparelhos de combustão utilizados nas fornalhas?
São as fornalhas usadas quando se queima óleos, gases ou combustíveis sólidos pulverizados utilizando para tal, equipamento especial chamado maçarico ou combustor.
Cada classe de fornalha emprega queimadores especiais para proporcionar as condições de queima adequada. Conforme
responsável pela dispersão do combustível na fornalha de forma homogênea o tipo de combustível empregado, podemos ter:.
· queimadores de combustíveis líquidos
· queimadores de combustíveis gasosos
· queimadores de combustíveis sólidos pulverizados
9. O que estabelece a NR-13?
Esta Norma Regulamentadora NR estabelece requisitos mínimos para gestão da integridade estrutural de caldeiras a vapor, vasos de pressão, suas tubulações de interligação e tanques metálicos de armazenamento nos aspectos relacionados à instalação, inspeção, operação e manutenção, visando à segurança e à saúde dos
Trabalhadores.
10. Quem é o responsável por aplicar todas as medidas necessárias estabelecidas na NR-13?
O empregador é o responsável pela adoção das medidas determinadas na NR-13
11. Quais os equipamentos que a NR13 cobre? (quais equipamentos a norma se aplica?)
Caldeiras a vapor, vasos de pressão, suas tubulações de interligação e tanques metálicos de armazenamento.
12. Como pode-se aumentar a eficiência na câmara de combustão?
A maior eficiência de uma câmara de combustão é conseguida quando no seu projeto leva em consideração os aspectos:
· Volume adequado apropriado ao tipo e à quantidade de combustível que se deseja queimar;
· Altura compatível com a circulação da água nos tubos e tempo efetivamente gasto para queimar o combustível no interior da câmara;
· Disposição adequada dos queimadores para evitar principalmente contato direto da chama com os tubos dágua;
· Forma apropriada para a câmara, no sentido de favorecer a queima e garantir fluxo regular dos gases de combustão;
· Temperaturas compatíveis com o equipamento e com o próprio combustível que se deseja queimar.
13. Qual a diferença entre abrandamento e desmineralização?
Abrandamento
Consiste na remoção de Ca2+ e Mg2+ da água. Faz uso de resinas que trocam íons sódio (NA+) ou hidrogênio (H+). Após saturação do leito, a regeneração é feita com NaCl ou HCl (as vezes H2 SO4 )
Desmineralização
Processo completo, removendo íons positivos e negativos da água deixando a praticamente isenta de materiais dissolvidos. Consiste em fazer a água passar por um abrandador operando com resina de ciclo H+ e, após, passar por um leito de resina aniônica, que troca íons OH-. Este procedimento remove sílica e silicatos solúveis, além de carbonatos, sulfatos e cloretos Após saturação do leito, normalmente é feita regeneração com soda cáustica (NaOH).
14.Quais são as causas e defeitos existentes em caldeiras industriais? Explique.
- Choque térmico: Ocorre por causa da frequente parada e recolocação em marcha da câmara de combustão, responsável pelo aquecimento da água.
Caldeiras industriais do tipo Flamotubulares são as mais suscetíveis ao choque térmico. As incrustações das superfícies também favorecem os efeitos dos choques térmicos.
- Defeitos na mandrilagem: Através da mandrilagem os tubos ficam ancorados, com a estanqueidade devida. Porém, esta estanqueidade pode ficar comprometida se existirem corpos estranhos na superfície externa das extremidades dos tubos ou nas paredes, resultando no defeito.
- Corrosão: Representa um dos principais responsáveis pela degradação das caldeiras industriais. Significa que há redução da espessura das superfícies submetidas a pressão. Pode ser dos tipos: interna, oxidação generalizada do ferro, corrosão galvânica, corrosão por aeração diferencial, corrosão salina, fragilidade cáustica etc.
- Defeitos nos processos de solda: Qualquer irregularidade durante a solda pode representar um defeito bastante sério que pode ocasionar a explosão do equipamento. Na grande maioria das vezes, as juntas soldadas são as partes que apresentam maiores problemas, já que são regiões cujo o metal apresenta menor resistência.
- Aumento de pressão: É um dos principais motivos de defeitos e explosões de caldeiras. A pressão interna da caldeira irá aumentar devido a uma série de fatores,como falhas mecânicas, problemas nas válvulas de segurança (mais sérios) e até mesmo defeito durante a fabricação das caldeiras industriais.
- Vazamento de água ou vapor: Representam os defeitos mais comuns. Podem ocorrer por sede das válvulas danificadas ou emperradas, junta de tampa ou de flanges mal colocada, tubo furado ou rachado, superaquecimento seguido de resfriamento rápido, soltando os tubos dos espelhos.
- Modificação na estrutura do aço: Quando a caldeira aquece demais, o aço pode ficar cheio de bolhas, pois os gases presentes na água superaquecida se desprendem e reagem com o carbono.
- Arraste: É caracterizado pelo arraste de água da caldeira para a linha de vapor, causando formação de depósitos em superaquecedores, turbinas, válvulas e acessórios da seção pós-caldeira. Causa também a queda no rendimento de equipamentos que utilizam vapor para aquecimento, Formação de golpes de aríete nas linhas, entre outros.
- Negligencia do operador: Válvula de pressão defeituosa, baixos níveis de água e circulação deficiente de água costumam ocorrer devido à falta de capacitação ou negligencia do operador.
- Falta de manutenção: A falta de manutenção e cuidados diários com as caldeiras industriais representa o principal motivo dos defeitos presentes neste tipo de equipamento.