Aula 10 - Caldeiras 2021)

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Caldeiras Profs: Gabriela DeiróMurilo Amorim
Caldeiras
NR13 -“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.”
POR QUE gerar vapor d’água?
Vapor de água é usado como meio de geração, transporte e utilização de
energia desde os primórdios do desenvolvimento industrial.
1. Substância mais abundante da terra;
2. Vapor tem alto conteúdo de energia por unidade de massa e volume;
3. Ampla faixa de pressão;
4. Não inflamável;
5. Estabilidade térmica;
6. Baixa viscosidade
7. Atóxico. 
Aplicações
Energia elétrica Geração de trabalho
Aquecimento de carga Beneficiamento
POR QUE gerar vapor d’água?
Toda indústria de processo químico tem vapor como principal fonte de aquecimento: 
reatores químicos, trocadores de calor, evaporadores, secadores e inúmeros processos e 
equipamentos térmicos. 
Classificação
Classes de pressão
Grau de automação
Tipo de energia empregada
Tipo de troca térmica
Classe de pressão
• P > 1960kPa
Categoria A
• P ≤ 588 kPa
• Vinterno ≤ 100 litros
Categoria C
• Não se enquadra em nenhuma das 
anterioresCategoria B
Grau de automação
Automação
Manuais
Automáticas
Semi-automáticas
Tipo de energia
Combustível sólido, 
líquido ou gasoso
Elétricas
Caldeiras de 
recuperação
Tipo de troca térmica
Tipos de Caldeiras 
Atualmente, podemos classificar as caldeiras em dois tipos básicos: 
- flamotubulares, onde os gases de combustão circulam por dentro de tubos, vaporizando a 
água que fica por fora dos mesmos e 
- aquatubulares, onde os gases circulam por fora dos tubos, e a vaporização da água se dá 
dentro dos mesmos.
Caldeiras flamotubulares
❖Baixo rendimento térmico; 
❖Maior espaço ocupado; 
❖ Ideal para processos menores; 
❖Simples construção.
O rendimento térmico da caldeira
flamotubular é normalmente mais baixo e o
espaço ocupado por ela é proporcionalmente
maior, embora atualmente já existam modelos
compactos desse tipo de caldeira.
Vantagens e Desvantagens das caldeiras 
flamotubular
VANTAGENS:
• Custo de aquisição mais baixo;
• Facilidade de manutenção; 
• Exigem pouca alvenaria; 
• Dispensam tratamento rigoroso da água de alimentação 
DESVANTAGENS:
• Baixo rendimento térmico; 
• Partida lenta devido a grande quantidade de água; 
• Pressão limitada a 18 Kg / cm2;
• Apresentam dificuldades para instalação de economizador, superaquecedor e pré -
aquecedor;
Partes de 
uma caldeira 
flamotubular
Partes de uma caldeira flamotubular
Caldeiras flamotubulares verticais
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 água que está em volta deles.
Caldeiras flamotubulares verticais
As fornalhas externas são utilizadas principalmente
no aproveitamento da queima de combustíveis de
baixo poder calorífico, tais como:
✓ serragem,
✓ palha,
✓ casca de café e de amendoim,
✓ óleo combustível.
Caldeiras flamotubulares verticais
Caldeiras flamotubulares Horizontais
Horizontais:
• Abrangem vários modelos, de grande
volume de água, até as modernas
unidades compactas.
• As principais caldeiras horizontais
apresentam tubulões internos nos
quais ocorre a combustão e através dos
quais passam os gases quentes.
• Podem ter de 1 a 4 tubulões por
fornalha.
FLAMOTUBULAR HORIZONTAL
✓ Lancaster:
✓ é de construção idêntica à anterior, porém
tecnicamente mais evoluída;
✓É constituída de dois a quatro tubulões
internos;
Cornuália:
✓ É constituída de um tubulão horizontal ligando a
fornalha ao local de saída de gases;
✓ Funcionamento simples;
✓ Rendimento Baixo;
CALDEIRA HORIZONTAL
FLAMOTUBULAR HORIZONTAL
Multitubular:
✓A queima de combustível é efetuada
em uma fornalha externa, geralmente
construída em alvenaria instalada
abaixo do corpo cilíndrico.
✓A maior vantagem é poder queimar
qualquer tipo de combustível.
CALDEIRA MULTIBULAR
FLAMOTUBULAR HORIZONTAL
Locomóvel:
✓Apresenta uma dupla parede em chapa na fornalha,
pela qual a água circula;
✓Fácil transferência de Local;
✓Pode produzir energia elétrica;
✓Utilizada em Serrarias e em Campos de Petróleo.
Escocesa: 
✓ O modelo de caldeira industrial mais difundido 
no mundo; 
✓ É destinada à queima de óleo ou gás; 
✓ Criada basicamente para uso marítimo. 
Caldeira locomóvel
 
https://www.youtube.com/watch?v=GvGLXVMiIb0
https://www.youtube.com/watch?v=GvGLXVMiIb0
Aquatubulares
Cadeiras aquatubulares
➢ Maior Rendimento; 
➢ Maior produção de Vapor; 
➢ Maior Superfície de Aquecimento.
São aquelas em que os gases quentes envolvem os 
tubos que possuem água em seus interiores 
Quanto à energia empregada para o aquecimento:
1. sólidos ( carvão, lenha, cavacos, bagaços, etc. );
2. líquidos ( óleos combustíveis, principalmente );
3. gasosos (GLP, GN). 
AQUTUBULARES DE TUBO RETO
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
AQUTUBULARES DE TUBO CURVO
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.
AQUTUBULARES DE TUBO CURVO
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.
Tubulão inferior
Ou tambor de Lama: Localizado na parte mais inferior da
caldeira deve estar sempre cheio de água. Todas as impurezas
que entram junto com a água de alimentação, como: ferrugem
e lama (surgida com o tratamento químico da água)
armazenam-se neste tambor as quais serão retiradas em
intervalos de tempo, através de descargas de fundo.
Tubulão inferior
Tubulão superior
É um corpo cilíndrico contendo em seu interior
água e vapor formado pela troca térmica entre os
gases da combustão e a água em circulação na
caldeira.
✓Sua principal função é separar a água do vapor
(ambos saturados).
✓ Estes tubos contém conexões para visores de
nível, válvulas de segurança, instrumentos de
indicação e controle, além de tubos de ligação
com superaquecedor de vapor
Tubulão Superior 
Tubulão Superior 
Feixe Tubular
São os tubos que interligam o tambor de
vapor ao tambor de lama servido para
absorver a maior parte do calor liberado na
combustão e promover a circulação da água
com o vapor gerado, subindo até o tambor
de vapor, onde ocorre a separação.
Aquatubulares
Aquatubulares
Parede de água: Nas caldeiras a fornalha, a
parede d’água é formada por tubos que estão
em contato direto com as chamas e os gases,
permitindo maior taxa de absorção de calor
por radiação.
O resfriamento da fornalha é feito através do
fluxo de água que circula pelos tubos que
formam as paredes. A água do tubulão
superior desce para o tubulão inferior, sendo
os resíduos sólidos da evaporação conduzidos
por gravidade para o tubulão inferior e
qualquer vapor gerado sobe para o tubulão
superior.
Aquatubulares
Parede de água: Nas caldeiras a fornalha, a
parede d’água é formada por tubos que estão
em contato direto com as chamas e os gases,
permitindo maior taxa de absorção de calor
por radiação.
O resfriamento da fornalha é feito através do
fluxo de água que circula pelos tubos queformam as paredes. A água do tubulão
superior desce para o tubulão inferior, sendo
os resíduos sólidos da evaporação conduzidos
por gravidade para o tubulão inferior e
qualquer vapor gerado sobe para o tubulão
superior.
Aquatubulares
• Dependente: quando fazem parte da própria caldeira;
• Independente: quando são separados da caldeira , ou seja
possuem fornalha própria.
• Superaquecedor: São equipamentos destinados a
superaquecerem o vapor saturado através de tubos de aço
em forma de serpentina, que aproveitam os gases de
combustão para dar o devido aquecimento ao vapor saturado,
transformando-o em vapor superaquecido. O diâmetro varia
conforme a capacidade da caldeira. Quanto aos tubos , os
mesmos podem ser classificados em lisos ou aletados.
Aquatubulares
• Cuidados com os Superaquecedores: 
Por não conterem água, no início do funcionamento os mesmos correm o risco de 
terem seus tubos “queimados”
* Fazer circular vapor de uma outra caldeira; 
* Encher de água os tubos do superaquecedor, caso não haja outra caldeira.
Equipamentos auxiliares
ECONOMIZADOR
Tem a finalidade de aquecer a água de alimentação
da caldeira. Existem vários tipos de
economizadores e na sua construção podem ser
empregados tubos de aço maleável ou tubos de aço
fundido com aletas.
✓ vaporização mais rápida;
✓ regularização da carga térmica, pois não é
necessário o aumento de combustível para
compensar a entrada de água fria.
✓ aumenta o rendimento termodinâmico do
equipamento, pois é aproveitado o calor residual
dos gases de combustão.
Equipamentos auxiliares
PRÉ-AQUECEDOR DE AR
É um trocador de calor que eleva a
temperatura do ar antes que este entre na
fornalha. O calor é cedido pelos gases
residuais quentes ou pelo vapor da própria
caldeira.
Equipamentos auxiliares
SOPRADOR DE FULIGEM
Permitem uma distribuição rotativa de um jato de vapor no interior da caldeira e tem por
finalidade, fazer a remoção da fuligem e depósitos formados na superfície externa da zona de
convecção das caldeiras.
Equipamentos auxiliares
SOPRADOR DE FULIGEM
Permitem uma distribuição rotativa de um jato de vapor no interior da caldeira e tem por
finalidade, fazer a remoção da fuligem e depósitos formados na superfície externa da zona de
convecção das caldeiras.
Equipamentos auxiliares
INDICADORES DE NÍVEL
Os indicadores de nível tem por objetivo indicar o nível de água dentro do tubulão de
evaporação. Em geral, são constituídos por um vidro tubular.
Vantagens das caldeiras tubo de água
Vantagens das Caldeiras Tubo de Água:
• Redução do tamanho da caldeira;
• Vaporização específica maior, sendo de 28, 30 Kg de vapor/m2 à 50 Kg de
vapor/m2 para as caldeiras com tiragem forçada;
• Fácil a sua manutenção e limpeza;
• Rápida entrada em regime;
• Fácil inspeção nos componentes
EXPLOSÕES
• Riscos de explosões pode ser originado pela combinação de 3 
fatores:
1. Diminuição da resistência – que pode ser decorrente do 
superaquecimento ou da modificação da estrutura do material;
2. Diminuição da espessura – corrosão ou erosão;
3. Aumento da pressão – decorrente de falhas diversas, que podem 
ser operacionais ou não.
CALDEIRAS ELÉTRICAS
É um equipamento cujo papel principal é transformar energia elétrica em
térmica, para transferi-la a um fluído apropriado, geralmente água e
transformando-o em vapor.
CALDEIRAS ELÉTRICAS
Com resistência: é destinada, geralmente, à produção de vapor em pequenas
quantidades.
CALDEIRAS ELÉTRICAS
De eletrodos submersos: é geralmente destinada a trabalhar com pressões de
vapor não muito elevadas (aproximadamente 15kgf/cm²).
Fontes de energia
• Existem caldeiras que empregam como elemento de fornecimento de
energia, gases quentes, resultantes de outros processos que liberam calor
Caldeiras de recuperação: funcionam à semelhança de trocadores de calor, com a
peculiaridade de que um dos lados ( o da água ) muda de fase.
Nas usinas nucleares, os reatores são utilizados basicamente para a produção de energia elétrica, por 
meio da movimentação de turbinas a vapor. 
O calor gerado pela fissão do urânio é transmitido à água mediante circuitos fechados, gerando, assim, 
o vapor, que é utilizado em circuitos secundários à semelhança de caldeiras e turbinas convencionais, 
sugerindo desse modo, a denominação de caldeiras nucleares. 
Caldeiras a Combustível Sólido 
a) Carvão mineral – usado principalmente em grandes termoelétricas – ¾ do carvão
consumido nos Estados Unidos é usado na produção de vapor para geração de energia
elétrica.
b) Carvão vegetal e lenha – atualmente em desuso devido elevação do custo e falta de
matéria prima.
c) Bagaço de cana – usado nas indústrias de açúcar e álcool, aproveitando o resto da
moagem da cana de açúcar como combustível. O vapor produzido é usado nas máquinas
da usina, geradores e aquecedores
Caldeiras a Combustível Líquidos
Nos combustíveis líquidos temos o óleo crú, o fuel-oil e o óleo diesel como os mais
largamente empregados nas mais variadas capacidades de carga de cada caldeira.
✓ O óleo crú e o fuel-oil necessitam de pré-aquecimento para uma viscosidade
adequada fins melhor pulverização e queima.
✓ Normalmente o óleo diesel é usado em pequenas instalações, principalmente
por não necessitar de aquecimento.
✓ Por esta razão, algumas vezes é usado em grandes instalações onde o rigor do
frio do clima local exige um investimento muito alto na instalação de um
sistema de aquecimento. Entretanto o alto preço do óleo diesel vem tornando
esta caldeira incompatível com o custo/benefício.
Comparação entre combustíveis
Óleo combustível
Gera mais CO2
Gera fuligem que ajuda na 
reradiação
Deve ajustar viscosidade
Gás natural
Libera mais energia (+ 
moléculas de H)
Maior velocidade (menor 
massa específica)
Não é necessário vapor de 
nebulização
Carvão
Libera menos CO2
Mais impurezas
Caldeiras de Recuperação
São caldeiras que não usam nenhum combustível como fonte de aquecimento. Essas caldeiras
não possuem fornalha, portanto aproveitam o calor da descarga dos gases da combustão de
um motor diesel ou de uma turbina a gás para a geração de vapor o qual é utilizado para
aquecimento ou para geração de energia elétrica
TRATAMENTO DE ÁGUA PARA AS CALDEIRAS
Eliminação da dureza 
✓ Precipitação com fosfatos 
✓ Tratamento com quelatos
✓ Controle do pH e da alcalinidade 
✓ Eliminação do oxigênio dissolvido 
✓ Controle do teor de cloretos e sólidos totais 
TRATAMENTO DE ÁGUA PARA AS CALDEIRAS
Clarificação: O processo consiste na previa floculação, decantação e
filtração da água com vistas a reduzir a presença de sólidos em suspensão.
Abrandamento: Consiste na remoção total ou parcial dos sais de cálcio e
magnésio presentes na água, ou seja, consiste na redução de sua dureza.
TRATAMENTO DE ÁGUA PARA AS CALDEIRAS
Desmineralização ou troca iônica
Desgazeificação
São empregados equipamentos especiais que aquecem a água e desta forma,
são eliminados os gases dissolvidos. Pode ser utilizado vapor direto para o
aquecimento da água a ser desgazeificada.
TRATAMENTO DE ÁGUA PARA AS CALDEIRAS
Remoção de sílica
A sílica produz uma incrustação muito dura e muito perigosa. Os tratamentos
normalmente empregados no interior da caldeira não eliminam a sílica. Os
métodos mais usados para essa finalidade são a troca e tratamento com óxido
de magnésio calcinado.
Métodos internos
Os tratamentos internos se baseiam na eliminação da dureza, ao controle do
pH e da sua alcalinidade, na eliminação do oxigênio dissolvido e no controle
dos cloretos e do teor total de sólidos.
TRATAMENTO DE ÁGUA PARA AS CALDEIRAS
Controle de pH
< 8,0
8,0 – 10,0
> 10,0
corrosão
Faixa recomendada
Incrustação
Reação de sequestro de O2
𝑁2𝐻4 + 𝑂2 → 𝑁2 + 2𝐻2𝑂
TRATAMENTO DE ÁGUA PARA AS CALDEIRAS
Água 
desminerali
zada
Pré-
aquecedor
Desaerador
Adição de 
produtos 
químicos
Caldeira
MANUNTENÇÃO DAS CALDEIRAS
Todo tratamento para obter bons resultados depende deum controle
eficiente e sistemático, quer dos parâmetros químicos e físicos, como
de certas operações e procedimentos.
✓ Controle químico
✓ Limpeza química das caldeiras
✓ Proteção de caldeiras contra corrosões
MANUNTENÇÃO DAS CALDEIRAS
Corrosão interna
✓ Oxidação generalizada do ferro
✓ Corrosão galvânica
✓ Corrosão por aeração diferencial
✓ Corrosão salina
✓ Fragilidade cáustica
✓ Corrosão por gases dissolvidos
MANUNTENÇÃO DAS CALDEIRAS
Corrosão externa
Esse tipo de corrosão acontece nas superfícies expostas aos gases de
combustão e é função do combustível utilizado e das temperaturas.
Nas caldeiras aquatubulares, as superfícies de aquecimento mais quente são
aquelas do superaquecedor.