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11ª Aula - Caldeiras ou Geradores de Vapor

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AULA 11
CALDEIRAS OU 
GERADORES DE VAPOR
CALDEIRAS
Caldeiras ou geradores de vapor: equipamentos cuja função
é basicamente a produção de vapor por meio do aquecimento
de água, a partir de uma fonte geradora de calor.
Os principais componentes de uma caldeira são:
Produtos que entram na caldeira
Combustível – Fonte de calor
Ar – Comburente, fonte de oxigênio
Água – Fluido vaporizante
Produtos que saem da caldeira
Vapor – produto da caldeira
Gases da combustão – oriundos da 
queima do combustível
CALDEIRAS OU GERADORES DE VAPOR
❑O que é calor?
14,5 °C 15,5 °C
❑O que é caloria?
✓ É a unidade de medida da
quantidade de energia (na
forma de calor);
✓ Sistema Internacional de
Unidade: 1 cal = 4,18J
- Turbinas das moendas;
- Turbo gerador de energia elétrica;
- Ventiladores / exaustores.
❑ Em uma caldeira é necesssário que a água se transforme
em vapor;
❑ Sua finalidade é gerar vapor para acionamento de:
GERAÇÃO DE VAPOR
COMBUSTÃO
Combustão ou queima é uma reação química entre
uma substância (combustível) e um comburente
(geralmente o oxigênio presente no ar), liberando calor.
✓ Alguns fatores influenciam na combustão:
- pressão e temperatura do processo;
- qualidade do combustível;
- mistura combustível-ar.
Fatores que influenciam a combustão
 qualidade do combustível;
 pressão e temperatura do processo;
 percurso da chama; 
 mistura combustível-ar;
 tamanho das partículas do combustível
(quanto menor, mais facilmente se combinam com o ar).
COMBUSTÃO OU QUEIMA
Os combustíveis são classificados em :
✓Sólido;
✓Líquido;
✓Gasoso
Bagaço de cana
Lenha
Carvão
Álcool
Óleo
Gás
PRINCIPAIS COMBUSTÍVEIS - CALDEIRA
TIPOS DE CALDEIRAS
Existem diferentes tipos de caldeiras, as principais e mais
aplicadas são:
Caldeiras Aquatubulares
A água presente no interior dos tubos
absorve calor da combustão dos gases
que circulam do lado externo aos tubos
dentro da caldeira.
Caldeiras Flamotubulares
Os gases quentes provenientes da
queima do combustível passam por
dentro dos tubos que estão imersos em
água. Os tubos aquecem a água,
formando vapor.
TUBULÃO
❑ As caldeiras do tipo aquatubular podem apresentar um ou
dois tubulões;
❑ São tambores horizontais, fabricados em aço carbono e
especificados conforme a pressão e a temperatura de
trabalho;
❑ Situam-se ou no ponto mais alto do corpo principal da caldeira
ou no ponto mais baixo.
TUBULÃO DE ÁGUA (INFERIOR)
❑ O tubulão inferior ou tambor/balão de lama fica localizado
na parte inferior a caldeira aquatubular;
❑ Tem como funcionalidade principal abastecer com água
todas as partes de troca térmica para vaporização.
TUBULÃO SUPERIOR OU TUBULÃO A VAPOR
❑ O tubulão superior é um tambor horizontal localizado na
parte superior da caldeira aquatubular;
❑ É uma espécie de reservatório que opera com água em
dois estados: metade líquida e metade gasosa-vapor;
❑ Retirada do vapor gerado.
TUBOS DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA
❑ É por onde entra a água para o
tubulão;
❑ É essencial que o tubo de
alimentação esteja sempre bem
fixado para não causar
vibração e não soltar dentro do
tubulão;
❑ Este tubos são geralmente
posicionados em 45º para
baixo.
TUBOS DE PURGA CONTÍNUA
✓ Localiza-se abaixo do nível de
água;
✓ É deste tubo que se faz coleta
de água para análise físico-
química de:
- sólidos;
- fosfatos;
- dispersantes;
- pH;
- sulfito;
- alcalinidade;
- sílica
DEFLETOR
❑ É constituído de chapas, colocados no costado frontal do
tubulão de vapor, formando uma câmara para receber o
vapor dos tubos geradores;
❑ O defletor também direciona o fluxo de vapor.
SEPARADOR DE VAPOR/UMIDADE
Consiste em chicanas e filtros que destinam-se a reter água
do vapor, de maneira que esse entre “seco” no
superaquecedor.
QUEIMADOR
❑ É um equipamento que, mediante o processo de
combustão, tem por finalidade realizar a transformação
de energia química de um combustível em calor;
❑ É possível através do queimador controlar a temperatura
de saída e pressão da caldeira.
TUBOS DA FORNALHA (PAREDE DE ÁGUA)
✓ Fornalha: Possui uma parede que é resfriada por água;
✓ Conhecida como “parede de água”;
✓ Os produtos da combustão que saem da fornalha
necessitam de temperatura adequada de saída.
PRÉ-AQUECEDORES DE AR
❑ Trata-se de um equipamento
(trocador de calor) que eleva
a temperatura do ar antes
que este entre na fornalha;
❑ Vantagens: melhorar a
eficiência da caldeira e
resfriar os gases de
exaustão antes de serem
lançados na atmosfera.
VÁLVULA DE SEGURANÇA
❑ As válvulas de segurança e de alívio de
pressão são dispositivos que protegem
automaticamente os equipamentos do
processo de eventual excesso de pressão;
❑ Quando instalada em processos industriais, é
aliviar o excesso de pressão devido ao
aumento da pressão de operação acima de
um limite pré-estabelecido no projeto do
equipamento;
❑ Consequências de sua falha: podem gerar
perdas de vidas e capital investido.
vídeo
EXAUSTOR
❑ O exaustor tem por finalidade retirar os gases formados
pela combustão.
CHAMINÉ
Tem por objetivo conduzir 
para atmosfera os gases 
formados na combustão.
CALDEIRAS
 A Norma Reguladora NR-13, com redação aprovada pela
portaria n° 23 de 26/04/1995 “estabelece os requisitos
mínimos para gestão da integridade estrutural de caldeiras a
vapor”, desde a instalação, inspeção, operação e manutenção
deste equipamento.
 Quanto à pressão de operação, podem ser classificadas
como:
– caldeiras de baixa pressão 6 a 16 kgf/cm2
– caldeiras de média pressão 22 a 39 kgf/cm2
– caldeiras de alta pressão 60 kgf/cm2
NORMA REGULADORA NR-13
 Quando a energia utilizada na produção de vapor é retirada de
uma fonte de escape de motores ou gases residuais de
processo, a cadeira é dita caldeira de recuperação.
CALDEIRA DE RECUPERAÇÃO
❑ Caracterizam-se pela passagem dos gases quentes por
dentro de tubos, geralmente em três passes antes de saírem
pela chaminé;
CALDEIRAS FLAMOTUBULARES
❑ São empregadas para baixas pressões (até 10 kg/cm2),
baixas capacidades (até 15 t/h)
Nas caldeiras aquatubulares a água a ser aquecida
passa no interior de tubos que, por sua vez, são
envolvidos pelos gases de combustão.
CALDEIRAS AQUATUBULARES
Vantagens
- Maior taxa de produção de vapor por unidade de área de troca 
de calor;
- Possibilidade de utilização de temperaturas superiores a 450 
°C e pressões acima de 60 atm;
- A vida útil da caldeira pode chegar a 30 anos. 
Desvantagens
- Pode custar até 50% mais que uma caldeira flamotubular de 
capacidade equivalente;
- Construção mais complexa;
- Exigem tratamento de água muito cuidadoso.
❑ Os principais agentes responsáveis pela corrosão em
equipamentos, operando em temperatura elevadas, como é o
caso dos fornos e caldeiras, são: oxidação, condensação de
ácidos; cinzas fundidas;
❑ Outras causas de deterioração incluem:
– deposição de coque nos tubos;
– empenamento de tubos;
– corrosão de suportes de tubos;
– oxidação de maçaricos.
DETERIORAÇÃO DA CALDEIRA
A alimentação de caldeiras impõe a escolha de uma água
cujas características sejam compatíveis com as especificações
do equipamento.
Água ideal
Aquela que não deposita nenhuma substância
incrustante, não corrói os metais da caldeira e seus acessórios
e não ocasiona arraste ou espuma.
Tratamentos usuais
- Desmineralização da água por meio de resinas catiônicas e
aniônicas;
- Desaeração química da água usando sulfito de sódio
catalisado ou hidrazina;
- Correção do pH da água para a faixa alcalina.
TRATAMENTO DA ÁGUA DE CALDEIRA
QUESTIONÁRIO
- Qual a diferença entre calor e caloria?
- Quais são os estados físicos da matéria?
- O que é caldeira?
- Qual a classificação dos combustíveis?
- O que é combustão? E quais fatores influenciam na combustão?
- Quais os equipamentos de uma caldeira?
- Qual a utilidade da válvula de segurança em uma caldeira?
- O que é um termopar?
- O que é uma caldeira Flamotubular?
- O que

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