Manual-Operador-Caldeira-Copia

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MANUAL 
OPERADOR 
DE 
CALDEIRA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 2 
 
 
EMPRESA RESPONSÁVEL 
 
 
 
M.G. M - ENG. DE PROD. E SEG. NO TRABALHO LTDA 
C.N.P.J: 02.152.507/0001-96 
Rua. Néo Alves Martins, 1334,4º Andar - Sala 42 
www.mgmengenhariadotrabalho.com.br 
e-mail: mgmengenharia@yahoo.com.br 
Telefax: (0xx44) 3226-9788 / 99869-4039 
Maringá - Pr 
 
 
 
Responsável Técnico 
 
ILSO JOSÉ MANHONI 
Engenheiro Mecânico e Segurança do Trabalho 
CREA/PR nº 29.865/D 
 
 
Certidão de Registro 
 
O Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e Agronomia do Estado do 
Paraná-CREA-PR, certifica que o(a) profissional, encontra-se regularmente 
registrado(a) neste Conselho Regional, nos termos da Lei Federal nº 
5.194/66, possibilitando-o(a) a exercer sua profissão no Estado do Paraná, 
circunscrita à(s) atribuição(ões) constantes de seu registro. 
 
 
Atribuições profissionais 
 
DA RESOLUCAO 359 - ARTIGO 04 de 31/07/1991 do CONFEA. Ao 
profissional em questão foi apostilado em 28/10/2002 o curso de 
Engenharia de Segurança do Trabalho. 
 
 
 
 
 
http://www.mgmengenhariadotrabalho.com.br/
 
 
Manual Operador de Caldeira 3 
 
 
SUMÁRIO 
 
I - Noções Gerais: 
1. Matéria------------------------------------------------------------------ 05 
2. Teoria Básica do Fogo------------------------------------------ ------- 05 
3. Combustível---------------------------------------------------------- 06 
4. Poder Clorifico----------------------------------------------------------- 07 
5. Comburente------------------------------------------------------------- 08 
6. Temperatura-------------------------------------------------------------- 08 
7. Processo de Combustão ---------------------------------------------- 10 
8. Calor-------------------------------------------------------------------- 13 
9. Pressão------------------------------------------------------------------- 16 
10.Vapor---------------------------------------------------------------------- 20 
11.Volume Específico------------------------------------------------------ 20 
12.Entalpia---------------------------------------------------------------- 21 
13.Tabela de Vapor Saturado--------------------------------------------- 22 
 
 
II - Gerador de Vapor ( Caldeira ) 
1. Histórico------------------------------------------------------------------ 23 
2. Definição------------------------------------------------------------------ 24 
3. Tipos de Caldeiras------------------------------------------------------- 25 
4. Classificação das Caldeiras------------------------------------------- 29 
5. Caldeira Flamotubular------------------------------------------------- 29 
6. Componentes Principais de uma Caldeira Flamotubular---------- 33 
7. Caldeira Aquotubular-------------------------------------------------- 35 
7.1Componentes Principais de uma Caldeira Aquotubular------- 36 
8. Componentes Comuns às Caldeiras--------------------------------- 39 
9. Caldeira Elétrica------------------------------------------------------- 47 
9.1 Aquecedores para Fluido Térmico---------------------------------- 49 
 
 
III - Acessórios e Instrumentos de Controle de uma Caldeira 
1. Sistema de Alimentação de H2O----------------------------------- 50 
2. Visor de Nível------------------------------------------------------------ 51 
3. Dispositível para Controle Automático do Nível de H2O----- 52 
4. Válvulas de Segurança------------------------------------------------- 53 
5. Válvulas de Descarga de Fundo-------------------------------------- 53 
6. Pressustato-------------------------------------------------------------- 54 
7. Manometros------------------------------------------------------------ 54 
8. Ventiladores------------------------------------------------------------ 54 
 
 
IV - Sistema de Redes 
1. Rede de Alimentação------------------------------------------------- 55 
2. Rede de Óleo Combustível-------------------------------------------- 55 
3. Rede de Distribuição de Vapor--------------------------------------- 56 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 4 
 
 
V - Operação de Caldeiras. 
1. Partida------------------------------------------------------------- 59 
2. Regulagem e Controle------------------------------------------- 61 
- Nível de água------------------------------------------------------- 61 
- circulação--------------------------------------------------------- 62 
- processo de combustão----------------------------------------- 62 
- Sistema de controle de chamas-------------------------------- 63 
- tiragem-------------------------------------------------------------- 65 
3. Teste em operação----------------------------------------------- 66 
4. Falhas de Operação, Causas e Providências--------------- 66 
5. Roteiro de Vistoria Diária--------------------------------------- 72 
6. Procedimento em Situação de Emergência------------------ 73 
 
 
VI - Tratamento da Água de Caldeira 
1. Introdução-------------------------------------------------------- 78 
2. Água de Alimentação-------------------------------------------- 78 
3. Finalidade do Tratamento de Água---------------------------- 81 
4. Tratamento Químico--------------------------------------------- 85 
5. Tratamento Caldeiras Elétricas-------------------------------- 91 
 
 
VII - Manutenção das Caldeiras 
1. Prevenção Contra Corrosão----------------------------------- 93 
2. Rotina Manutenção Preventiva------------------------------- 95 
3. Inspeção--------------------------------------------------------- 100 
 
 
VIII - Explosão 
1. Risco de Explosão--------------------------------------------- 102 
2. Causas que levam a explosão-------------------------------- 103 
3. Superaquecimento-------------------------------------------- 104 
4. Corrosão--------------------------------------------------------- 108 
5. Falhas Diversas------------------------------------------------ 109 
 
 
IX – Projeto de Caldeira 
1. Código de obras e regulamentos--------------------------- 118 
 
 
X - Legislação 
1. Portaria--------------------------------------------------------- 128 
 
XI - Referências bibliográficas----------------------------------------- 140 
 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 5 
 
I - NOÇÕES GERAIS 
 
Introdução 
Neste capítulo forneceremos algumas noções sobre fogo, combustível, comburente, 
calor e combustão, assim como alguns conceitos sobre pressão, temperatura e vapor. 
Consideramos estas noções essenciais para que o Operador de Caldeiras possa ter 
uma base teórica, colaborando assim para o bom desenvolvimento e um melhor entendimento 
de suas tarefas e procedimentos diários. 
 
1. - Matéria: 
 
A matéria pode apresentar-se nos estados sólido, liquido e gasoso. A água é um 
exemplo familiar de substância que existe em qualquer dos três estados da matéria, como: 
gelo (sólido), água (liquido), vapor(gasoso). 
 
Estados da Matéria: 
Sólido: Tem forma própria e volume definido; 
Líquido: Não tem forma definida, mas volume bem definido; 
Gasoso ( vapores ): Não tem forma própria e nem volume definido. Assumem a 
forma e o volume do recipiente que os contém. 
 
Mudança de Estado: 
 
 sublimação 
 
 fusão vaporização 
 
 S solidificação L liquefação G 
 
 
 sublimação 
 
 
 
2. - Teoria básica do Fogo: 
 
Fogo é a conseqüência de uma 
química, denominada combustão, que libera 
calor, gases e luz. 
Para que haja uma combustão ou 
um incêndio deve haver a combinação de 
três elementos, em circunstâncias favoráveis: 
- Combustível (carbono, hidrogênio); 
- Comburente (oxigênio); 
- Calor ( energia de ativação ). 
A interligação destes elementos pode 
ser representada como os lados de um 
triângulo, formando o que chama Triângulo 
do Fogo. 
 
 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 6 
 
3. Combustível: 
 
Em síntese, combustível é todo material, toda substância que possui a propriedade de 
queimar, de entrar em combustão.Os combustíveis podem apresentar-se em 3 estados físicos: 
- sólido (madeira, papel, tecido, etc.); 
- líquido (álcool, éter, gasolina etc.); 
- gasoso (acetileno, butano, propano, etc. ). 
 
A) Considerações sobre alguns combustíveis: 
Hulha: 
* Resultante da carborização e fossilização de imensas florestas que existiram a 
milhares de anos atrás; 
* Poder calorifico: 5000 a 8200 kcal / kg; 
* Aspecto: forma rochosa e de cor negra; 
* Alto teor de cinzas; 
* Teor de enxofre (S) elevado; 
* No caso do Brasil, geralmente as jazidas são distantes do pontos consumidores. 
 
Lenha: 
* Composta principalmente de leguinina, celulose, resinas, águas e cinzas; 
* Teor de enxofre desprezível; 
* Baixo poder calorífico: entre 3000 e 4000 kcal/ kg; 
* Ocasiona o desmatamento, obrigando a criação de florestas energéticas; 
* Problemas de fornecimento e estocagem; 
* Baixo custo (dependendo da região em relação aos derivados de petróleo. 
 
Xisto: 
* Betuminosos - rochas compactas impregnadas de betume (hidrocarbonetos 
naturais); 
* Perobetuminosos - rochas compactas formadas por complexos de matéria orgânica. 
 
Petróleo: 
* Formado por restos de matéria orgânica e vegetal acumulada no fundo dos antigos 
mares e , soterrados pelos movimentos da crosta terrestre; 
As principais jazidas no Brasil estão situadas nos seguintes Estados: Bahia, Sergipe, 
Alagoas, Rio Grande do Norte, Espírito Santo e Rio de Janeiro. 
 
Carvão Vegetal: 
* Obtido através da carborização da lenha (2 m3 lenha - 1m3 de carvão); 
* Poder calorífico aproximado de 7000 kcal / kg 
* Praticamente isento de enxofre; 
* Usado principalmente para siderurgias e gasogênios; 
 
Óleo BPF: 
* Obtido através de destilação fracionada do petróleo; 
* Poder calorífico inferior (aprox) = 9700 kcal / kg; 
* Alto teor de enxofre (S); 
* Evasão de divisas; 
* Reservas limitadas; 
* Necessidades de pré - aquecimento para queima; 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 7 
 
Gás Liqüefeito de Petróleo (GLP) / 
* Compostos de gás propano + gás butano; 
* Poder calorífico (aprox) = 11.900 kcal / kg. 
 
4. Poder calorífico 
O poder calorífico define-se como a quantidade de calor emitida pela combustão 
completa de um combustível. 
No caso da madeira que contém carbono, água e hidrogênio, a combustão 
acompanha-se de vapor de tal modo que o calor que sai da combustão é diminuído do calor 
da vaporização da água. 
O poder calorífico exprime-se em calorias (ou kilocalorias) por unidade de peso do 
combustível. 
Uma caloria (cal) é a quantidade de calor necessário para aumentar de um grau 
centrígrado a temperatura de uma grama de água. 
Um combustível é constituído sobretudo de hidrogênio e carbono, tento o hidrogênio o 
poder calorífico de 28700Kcal/kg enquanto que o carbono é de 8140Kcal/kg, por isso, quanto 
mais rico em hidrogênio for o combustível maior será o seu poder calorífico. 
 
Há dois tipos de poder calorífico: 
• poder calorífico superior 
• poder calorífico inferior 
 
Poder Calorífico Superior 
É a quantidade de calor produzido por 1kg de combustível, quando este entra em 
combustão, em excesso de ar, e os gases da descarga são resfriados de modo que o vapor de 
água neles seja condensado. 
 
Poder Calorífico Inferior 
É a quantidade de calor que pode produzir 1kg de combustível, quando este entra em 
combustão com excesso de ar e gases de descarga são resfriados até o ponto de ebulição da 
água, evitando assim que a água contida na combustão seja condensada. 
Poder Calorífico (PCS)
Combustível Unidade PCS (Kcal/kg ou lt) 
Gás GLP kg 11.900 kcal/kg 
Óleo diesel litro 9.500 kcal/lt 
Óleo combustível OC-4 kg 10.840 kcal/kg 
Óleo combustível BPF kg 10.350 kcal/kg 
Querosene litro 8.935 kcal/lt 
Gasolina litro 8.337 kcal/lt 
Carvão vegetal kg 6.800 kcal/kg 
Lenha seca kg 4.400 kcal/kg 
Bagaço de cana kg 2.250 kcal/kg 
 
 
Manual Operador de Caldeira 8 
 
5. Comburente: 
 
Normalmente, o oxigênio combina-se com o material combustível, dando início à 
combustão. 
O ar atmosférico contém, na sua composição, cerca de 21% de oxigênio. 
Forneceremos agora, basicamente a composição do ar (em volume): 
 Nitrogênio (N2) 78% 
 Oxigênio (O2) 21% 
 Gás Carbônico (CO2) 0,03% 
 Vapor d’água 0,04% 
 Gases raros (hélio, neônio) 0,93% 
 
Através de experiências realizadas verificou-se que é necessário, no mínimo 13% de 
oxigênio para que exista chama, caso contrário poderemos ter queima lenta, mas sem a 
existência de chama (é o que ocorre nos fornos para a fabricação de carvão vegetal). 
 
6. Temperatura: 
 
Ainda que a temperatura seja uma propriedade bastante familiar, é difícil encontrar-
se uma definição exata para ela. Estamos acostumados à noção de temperatura antes de 
mais nada pela sensação de calor ou frio quando tocamos um objeto. Além disso aprendemos 
pela experiência, que ao colocarmos um corpo quente em contato com um corpo frio, o corpo 
quente se resfria e o corpo frio se aquece. 
A temperatura de um corpo representa seu estado térmico com relação a sua 
possibilidade de transmitir calor a outros corpos. 
Para a medição da temperatura, criaram-se escalas térmicas, tais como, Celsius ou 
Centígrada, Fahrenheit, Kelvin, etc. A escala utilizada no Brasil é a Celsius ou Centígrada. 
 
a) Ponto de Fulgor É a temperatura 
mínima em que um combustível começa a 
desprender vapores que, se entrarem em 
contato com alguma fonte externa de calor, 
se incendeiam. Só que as chamas não se 
mantêm, não se sustentam por não existirem 
vapores suficientes. Se aquecermos pedaços 
de madeira dentro de um tubo de vidro de 
laboratório, a certa temperatura a madeira 
desprenderá vapor de água; esse vapor não 
pega fogo. Aumentando-se a temperatura, 
em certo ponto começarão a sair gases pela 
boca do tubo. 
 
Aproximando-se um fósforo aceso, esses gases transformar-se-ão em chamas. Por aí, 
nota-se que um combustível sólido (madeira), a certa temperatura, desprende gases que se 
misturam ao oxigênio (comburente) e que inflamam em contato com a chama do fósforo 
aceso. 
 
O fogo não continua porque os gases são insuficientes, formam-se em pequena 
quantidade. O fenômeno observado indica o “ponto de fulgor” da madeira (combustível sólido) 
que é de 150° C (cento e cinqüenta graus centígrado.
O ponto de fulgor varia de combustível a combustível: para a gasolina ele é de -42°C (menos 
quarenta graus centígrados); já para o asfalto é de 204°C (duzentos e quatro graus 
centígrados). 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 9 
 
c) Ponto de Combustão: 
 
Na experiência da madeira se o 
aquecimento prosseguir, a quantidade de gás 
expelida do tubo aumentará. Entrando em 
contato com a chama do fósforo ocorrerá a 
ignição, que continuará , mesmo que o 
fósforo seja retirado. A queima, portanto , 
não para. Foi atingido o “ponto de 
combustão”, isto é, a temperatura mínima a 
que esse combustível sólido, a madeira . 
sendo aquecido, desprende gases que, em 
contato com a fonte externa de calor, se 
incendeiam, mantendo-se as chamas. No 
ponto de combustão, portanto, acontece um 
fato diferente, ou seja, as chamas continuam 
 
 
 
c) Temperatura de Ignição: 
 
Continuando o aquecimento da 
madeira os gases, naturalmente, continuarão 
se desprendendo. Em certo ponto, ao saírem 
do tubo, entrando em contato com o oxigênio 
(comburente), eles pegarão fogo sem 
necessidade da chama do fósforo. 
Ocorre então, um fato novo; não há 
mais necessidade da fonte externa de calor. 
Os gases desprendidos do combustível, 
apenas ao contato com o comburente, pegam 
fogo e, evidentemente mantêm-se em 
chamas. Foi atingida a “temperatura de 
ignição”, que é a temperatura mínima em 
que gases desprendidos de um combustível 
se inflamam, pelo simples contato com o 
oxigênio do ar. 
 
 
Uma substância só queima quando atinge pelo menos, o ponto de combustão. 
Quandoela alcançar a temperatura de ignição, bastará que seus gases entrem em contato 
com o oxigênio para pegar fogo, não havendo necessidade de chama ou outra fonte de calor 
para provocá-lo. Convém lembrar que, mesmo que o combustível esteja no ponto de 
combustão, se houver chama ou outra fonte de calor não se verificará o fogo. 
 
d) Temperatura de Vaporização: 
 
Considere o aquecimento de um determinado volume de água. Após alguns minutos 
de aquecimento ao atingir uma determinada temperatura, a água ferverá (entrará em 
ebulição) a esta temperatura dá-se o nome de Temperatura de Vaporização (temperatura de 
vaporização depende da pressão). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 10 
 
7. Processo de Combustão: 
 
Definição: É toda reação química que há entre uma substância qualquer 
(combustível) e o oxigênio do ar (comburente), na presença de uma fonte de calor, 
produzindo calor e luz é definida como combustão. 
 
 
 
7.1. Eficiência da Combustão 
 
A eficiência da combustão esta intimamente ligada a três fatores, que 
são: 
 temperatura 
 tempo 
 turbulência 
 
7.2. Reações químicas básicas 
 
C + O2  CO2 + calor liberado (aproximadamente 8.100 kcal/kg) 
C + 1/2O2  CO + calor liberado (aprox. 2.400 kcal/kg) 
2H2 + O2  2H2O + calor liberado (aprox. 34.000 kcal/kg) 
S + O2  SO2 + calor liberado (aprox. 2.200 kcal/kg) 
 
Obs: 1 kg de enxofre (S) produzira 2.200 kcal 
Observações 
Notamos que o enxofre ao reagir com o oxigênio (produz uma determinada 
quantidade de calor liberado; apesar deste fato tem-se alguma desvantagem. 
 
O SO2 (ou SO3) tende a combinar-se com a água formada na reação ou com 
a unidade presente no combustível, resultando o ácido sulfúrico (H2 SO4) ou ácido 
sulfuroso (H2SO3). Ocorrendo o resfriamento destes gases, em virtude de termos 
uma temperatura de saída na chaminé próxima de 170C (ponto de orvalho), os 
mesmos irão condensar-se provocando sérios problemas de corrosão nas chapas 
metálicas da chaminé, chapéu da chaminé, cobertura e estruturas metálicas. 
 
 
 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 11 
 
7.3. Reações básicas na combustão 
 
Reação Ideal 
A quantidade de ar ideal para proporcionar a queima completa do 
combustível. Deve-se salientar que esta quantidade de ar é teórica (obtida através de 
cálculos). 
Combustível + ar = gases de combustão + N2 + calor liberado. 
 
Reação com excesso de ar (ideal) 
Para que a combustão seja completa, devido a vários fatores, é necessário que 
sempre haja excesso de ar. 
Combustível + ar = gases de combustão + N2 + calor liberado + ar 
A porcentagem de excesso de ar, ideal, varia de acordo com o tipo de 
combustível: observe as recomendações abaixo; 
Lenha = 11,0 a 43,0  
Óleo BPF = 10,0 a 36,0  
Óleo Tipo-E = 6,5 a 33,0  
 
Para garantir a combustão completa recorre-se a uma quantidade adicional 
de ar, garantindo desse modo que as moléculas de combustível encontrem o numero 
apropriado de moléculas de oxigênio para completar a combustão. Essa quantidade 
de ar adicional utilizada é chamada de excesso de ar. O excesso de ar é a quantidade 
de ar fornecida além da teórica. 
 
Características de uma boa combustão 
 Teor de CO2 = Lenha = 14 a 18  
= Óleo BPF = 12 a 14  
= Óleo Tipo-E = 12 A 14  
 Fuligem: quase inexistente 
 Fumaça : branca acinzentada 
 Teor de CO : desprezível 
 Aspecto da chama: cor alaranjado-clara 
 
O excesso de ar proporciona uma melhor mistura entre o combustível e o 
comburente, mas deve ser criteriosamente controlado durante o processo de 
combustão. Deveremos conhecer a quantidade ideal mínima possível de excesso a 
ser introduzida na queima, pois o ar que não participa da combustão tende a esfriar 
a chama, sem contribuir para a reação. 
 
Devemos evitar (se possível) que o excesso de ar seja maior do que o 
necessário, pois o mesmo causará: 
- Resfriamento da fornalha; 
- Maior consumo de combustível; 
- Baixo teor de CO2; 
- Chama muito branca. 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 12 
 
Reação com falta de ar 
Nesta reação a quantidade de ar será insuficiente para promover a queima 
completa do combustível 
Combustível + ar = gases de combustão + N2 + CO + calor liberado. 
Características 
Teor de CO2: elevado ( pouca falta de ar ) 
Fuligem (partículas de carbono): em alto grau (desperdício de combustível) 
Fumaça: escura (ocasionando poluição) 
Presença de CO nos gases da chaminé: é um gás poluente (tóxico) 
Aspecto da chama: vermelho-fuliginosa 
 
7.4. Controle Visual da Combustão 
Existem algumas formas, não muito precisas, para se conseguir um controle 
xisual da combustão em um gerador de vapor, que podem ser: 
Quanto a fumaça na saída da chaminé 
Branca excesso de ar 
Preta -  excesso de óleo 
- falta de ar 
- fornalha fria 
- pulverização do óleo atinge fornalha 
 
Fagulhas, fuligem, fumaça e choque na fornalha; 
- Óleo frio 
-Queimador defeituoso 
-Ar primário insuficiente 
-Excesso de óleo 
-Queimador fora de centro 
-Óleo atingindo fornalha 
 
Chama pulsante e intermitente; 
-Ar na tubulação do óleo 
-entrada de ar na bomba de óleo 
-fluxo de óleo intermitente 
-tubo de óleo entupido 
-passagem de ar do ventilador ao queimador com defeito 
-água no óleo 
-queda de pressão no óleo 
-superaquecimento do óleo 
 
Quanto à chama 
- Chama vermelho-fuliginosa – combustão incompleta 
- Chama muito branco – excesso de ar 
- Chama com fagulhas – má atomizaçao 
- Chama alaranjada-clara – boa combustão 
 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 13 
 
8. Calor: 
 
É o elemento que fornece a energia de ativação necessária para iniciar a 
reação entre o combustível e o comburente, mantendo e propagando a combustão, 
como a chama de um palito de fósforos. 
Nota-se que o calor propicia: 
- elevação da temperatura; 
- aumento do volume dos corpos; 
- mudança no estado físico das substâncias. 
 
O calor pode ser obtido de várias maneiras: 
- Atrito entre dois corpos; 
- Resistência elétrica; 
- Queima de combustíveis; 
- Aquecimento provocado pelo sol ( energia solar ). 
 
a) Transmissão de Calor 
Convecção: 
Ocorre quando aquecemos um fluido as partículas em contato com a 
superfície aquecida tornam-se menos densas, tendendo a afastar-se da mesma, 
como conseqüência ocorrem correntes de deslocamento fazendo com que as 
partículas mais frias venham a entrar em contato com a superfície aquecida. 
 
Condução: 
Experimente segurar uma colher ou algum outro objeto metálico comprimido, 
com a outra extremidade colocada na chama de um fogão. Depois de algum tempo, 
a temperatura da parte que está em sua mão ficará tão alta que você não conseguirá 
mais segurá-la. Isso acontece pelo processo de condução, que é a transmissão de 
calor através das moléculas de um meio material. 
 Cada material tem um coeficiente de 
condutividade térmica que lhe é característico. 
Esse coeficiente expressa, em calorias, a 
quantidade de calor conduzida por segundo, 
através de uma camada de 1m de espessura 
por 1m2 de área, quando a diferença de 
temperatura entre as extremidades da camada 
é de 1oC 
 
Radiação: 
É a capacidade que os corpos possuem de irradiar energia, a radiação não 
necessita de um meio de transmissão. 
Exemplo: se você estiver próximo a um material aquecido, após alguns 
instantes você sentirá sensação de calor 
O aquecimento da Terra pelo Sol, o cozimento de alimentos no forno de fogão, 
o aquecimento de água através de um coletor solar e a Geração de vapor na 
Fornalha da Caldeira são exemplos onde a troca de calor é realizada 
predominantemente através da Irradiação. 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 14 
 
b) Calor Sensível: 
Quando o calor é adicionado à água, a temperatura desta água sobe 
aproximadamente 1oC para cada quilocaloria (kcal) adicionado a cada quilo de água. 
O aumento da temperatura pelaadição de calor pode ser percebido pelos nossos 
sentidos. Isto é chamado de calor sensível. 
Assim o calor sensível continua a ser fornecido, até que a água atinja seu 
ponto de ebulição. 
É o calor responsável pela variação de temperatura de uma substância, sem 
que ocorra mudança de estado. 
 
c) Calor Latente: 
É o calor fornecido a uma substância para que a mesma mude de estado 
físico, não havendo porém aumento de temperatura. 
A demora ou rapidez com o qual os corpos se fundem ou liquefazem, tem sua 
explicação no calor latente, que e a quantidade de calor absorvido pelos corpos na 
sua mudança de estado, sem que haja aumento aparentemente de temperatura 
O calor latente necessário à fusão ou liquefação varia com sua natureza. Na 
passagem do estado líquido ao gasoso, o líquido não muda de temperatura enquanto 
dura sua transformação, e todo calor empregado é absorvido para produzir 
mudança de estado. 
 
d) Calor Especifico 
O que é calor específico. Algumas substâncias são mais difíceis de se 
aquecerem do que outras. Se você coloca uma vasilha com água sôbre uma chama e 
um bloco de ferro sôbre uma chama igual, o ferro fica em pouco tempo tão quente 
que faz ferver qualquer gôta de água que nêle respingue. A água da vasilha 
continuará tão fria que você pode mergulhar nela seus dedos (Fig. 15-2). O ferro 
necessita de menos calor para elevar sua temperatura do que a água. Nós dizemos 
que o ferro tem menor calor específico. Calor específico de uma substância é a 
quantidade de calor necessária para elevar de um grau a temperatura da unidade de 
pêso dessa substância. 
 
(Fig. 15-2). 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 15 
 
d) Caloria 
 
Para quantificar o calor necessitamos definir um padrão, adotaremos a 
seguinte unidade: caloria. 
 
Caloria ( 1 cal) - quantidade de calor necessária para elevar a temperatura 
de um grama de água de 14,5ºC a 15,5ºC, à pressão atmosférica normal ( a 760 mm 
Hg). 
 
1 cal = 4,1855 J e 1 J = 0,239 cal 
 
Símbolo: cal 
Com esta unidade de calor é muito pequena, usa-se na prática a quilocaloria; 
que é equivalente a 1000 cal. Então quilocaloria será definida como a quantidade de 
calor necessária para elevar 1 Kg de água de 1°C. 
 
Watt-hora - (Wh) - energia transferida uniformemente durante uma hora. 1 
Wh = 1 x 3600 s x J/s = 3600 x (0,239 cal) = 860 cal Assim, no conceito teórico 
1 kWh = 860 Kcal. 1 kW = 860 Kcal/h. 
 
Joule (J) - Unidade de trabalho, de energia e de quantidade de calor. O joule 
é o trabalho produzido por uma força de 1 newton cujo ponto de aplicação se desloca 
1 metro na direção da força. 
1 J = 1 N . m 
 
British thermal unit (Btu) - Corresponde à quantidade de calor necessária 
para elevar a temperatura de uma libra* de água de 39,2 ºF. 
1 Btu = 1055,6 J 
 
1 Cavalos-força da caldeira (bhp) = 13.1548 Cavalos-força (hp) 
 
1 Cavalos-força da caldeira = 8434.651.88 Calorias por hora 
 
1- BHP (Cavalos-força da caldeira) = 8.434,65 Kcal/h 
 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 16 
 
9. Pressão: 
Quando tratamos com líquidos e gases, normalmente falamos de pressão; nos 
sólidos falamos de tensão. A pressão num ponto de um fluido em repouso é igual em 
todas as direções e definimos pressão como a componente normal da força por 
unidade de área. 
A pressão é a força a que um objeto está sujeito dividida pela área da 
superfície sobre a qual a força age. Definimos a força aqui como sendo uma força 
agindo perpendicularmente à superfície. 
A pressão (símbolo: p) é a força normal (perpendicular a área) exercida por 
unidade de área 
 
A unidade no SI para medir a pressão é o Pascal, equivalente a 
uma força de 1 newton por uma área de 1 metro quadrado. A 
pressão exercida pela atmosfera ao nível do mar corresponde a 
101.325 Pa, e esse valor é normalmente associado a uma 
unidade chamada atmosfera padrão 
A unidade de pressão, é o pascal, Pa. A pressão é frequentemente medida em 
outras unidades (atmosferas, libras por polegada quadrada, milibars, etc.). Mas o 
pascal é a unidade apropriada no sistema MKS (metro-quilograma-segundo). 
Quando falamos em presão atmosférica, estamos insinuando a pressão 
exercida pelo peso de ar que paira sobre nós. O ar na atmosfera alcança uma altura 
enorme. Logo, mesmo que a sua densidade seja baixa, ele ainda exerce uma grande 
pressão. 
 
a) Pressão Atmosférica 
Por definição pressão é força por superfície. Embora não percebemos o ar 
possui um determinado peso, e como conseqüência exerce uma força sobre a 
superfície da terra. 
Exemplo: 
Um tubo de vidro contendo mercúrio ( hg ) conforme a fig.- a, em seguida 
vira-se o tubo dentro de um recipiente, fig.- b. 
Então observamos que o mercúrio não desceu por completo do tubo, o que 
significa que algo está segurando o líquido dentro do tubo. Esta força 
que segura o líquido dentro do tubo é o peso da camada de ar , que atua 
sobre a superfície do líquido, ou seja, pressão atmosférica 
 
 
 mercúrio(hg) 
 
 h 
 
 
 
 fig.-a fig.-b 
 
Medindo-se a diferença da altura entre a superfície do mercúrio no recipiente 
e a do mercúrio dentro do tubo, encontra-se uma altura de 760 mm (ao nível do 
mar), logo: 
 
Patm (nível do mar) = 760 mm hg = 1.033 kgf / cm2 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidades
 
 
Manual Operador de Caldeira 17 
 
b) Pressão Efetiva (manométrica): 
 
A pressão efetiva ou manométrica, é a pressão de trabalho ou seja, diferença 
entre a pressão atm, e a pressão absoluta. 
A maioria dos manômetros de pressão é a vácuo, monstram a diferença entre 
a pressão absoluta e a atmosférica. Medindo assim a pressão manométrica. 
 
Exemplo: 
Um equipamento trabalhando sob pressão é conexado em tubo em forma de 
“U”, contendo em seu interior mercúrio ( hg ). 
A pressão do equipamento causará um desnível (h), sendo o desnível 
multiplicado com peso especifico do mercúrio para a pressão manométrica. 
 
 Patm 
 
 
 equip. 
 h 
 
 Pabs. 
 
 
Pressão efetiva ou manométrica = h 
 
c) Pressão Absoluta: 
Define-se como sendo o resultado da soma da pressão atmosférica (PATM), 
mais a pressão manométrica (PMAN). 
 
 
Pabs = Patm + Pman 
 
 
Manual Operador de Caldeira 18 
 
Um vacuômetro é um instrumento de medida de pressão, semelhante ao 
manômetro, para medir pressões em Recipientes que operam sob vácuo. 
A pressão de vácuo, indicada no vacuômetro, pode ser expressa da seguinte 
forma: 
Pvac = Pabs - Patm 
Como a Pressão Absoluta dentro de um Recipiente sob vácuo é menor que a 
Pressão Atmosférica, utilizando a expressão acima obtém-se um valor negativo para 
a Pressão de Vácuo (ou seja as pressões de vácuo são indicadas no sentido anti-
horário, à esquerda do zero). 
As pressões de vácuo, por serem valores pequenos, normalmente são 
expressas em mmHg (milímetros de mercúrio) ou em cmHg (centímetros de 
mercúrio). 
 
 
 
 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 19 
 
A tabela apresenta os valores para a transformações das unidades 
 
DE PARA Kgf/cm2 Psi Pa KPa MPa Bar mBar mmCA mmHg 
1-Kgf/cm2 1 14,22 98.066,5 98,066 0,098 0,98 980,66 10,01 735,56 
1-Psi 0,070 1 6.894,75 6,89 0,0068 0,068 68,94 0,7037 51,71 
1-Pa 0,00001 0,00014 1 0,001 0,000001 0,00001 0,01 0,0001 0,075 
1-Kpa 0,01 0,14 1.000 1 0,001 0,01 10 0,102 7,5 
1-Mpa 10,19 145,037 1.000.000 1.000 1 10 10.000 102,07 
7.500,6
1 
1-Bar 1,019 14,50 100.000 100 0,1 1 1.000 10,207 
750,06
1 
1-mmCA 0,0999 1,42 9796,85 9,79 
0,000009
7 
0,097 97,96 1 0,073 
1-mmHg 0,0013 0,019 133,32 0,13 0,00013 0,0013 1,3 13,60 1 
 
UNIDADES DE PRESSÃO 
Unidades: 1 atm = 760mmHg = 10.330 mmca 
 1 at = 1kgf/cm2 = 735,6mmHg = 10 mca 
 1 atm = 1,033 kgf/cm2 
 1 atm = 10.000 N/m2 
 1 atm = 14,7 psi 
 1 kgf/cm2 = 14,217 psi 
 1 kgf/cm2 = 98.039 N/m2 
 1 N/m2 = 0,0000102 kgf/cm2 
 atm = Atmosfera Padrão (760mmHg e 0oC)at = Atmosfera Técnico 
 psi = lbf/pol2 
Exemplo: Converta uma pressão de 300 psi em kgf/cm2. 
 1-Kgf/cm2 = 14,22 psi 
 X = 300,0 psi 
X = 300 / 14,22 = 21,1 Kgf/cm2 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 20 
 
10. Vapor: 
 
a) Definição: 
O vapor é gerado através de um fluido vaporizante (no caso a água) que 
absorve certa quantidade de energia térmica (calor), a quantidade de energia térmica 
que a água recebe , faça com que a mesma transforme em vapor. 
Exemplo: 
Em um processo industrial que possui trocadores de calor, utiliza-se vapor 
para aquecer o produto. Neste processo o vapor cede a energia térmica (calor) para o 
produto. 
 
b) Vapor Saturado: 
A vaporização ocorre a pressão e temperatura constante. Certa quantidade de 
energia térmica (calor), deve ser adicionada para que 1 kg de água entre em ebulição 
e se transforme totalmente em vapor saturado. Durante a vaporização o volume 
específico é alterado. 
O vapor saturado, é composto por uma mistura de água e vapor, cuja 
temperatura se mantém constante em relação à sua pressão, e é justamente esta 
característica que lhe confere maior facilidade no controle de temperatura de 
processos, portanto, é o tipo de vapor mais utilizado na maioria das aplicações 
industriais, que não requerem isenção de umidade ou altas temperaturas. 
 
c) Vapor Superaquecido 
Define-se vapor superaquecido como sendo todo vapor que esteja a uma 
temperatura superior a sua temperatura de vaporização. Após a água ter evaporado, 
continuamos a fornecer calor. Esta quantidade de calor excedida irá elevar a 
temperatura do vapor superaquecendo o mesmo. A pressão permanece constante. 
O vapor superaquecido é isento de umidade e comporta-se nas tubulações 
como gás. Graças a estas qualidades, é o perfeito para alimentação de turbinas 
geradoras de energia elétrica ou motora, e este é de fato sua principal aplicação. Isso 
por que as turbinas não podem receber umidade, sob o risco de sofrerem danos em 
seus componentes 
 
11. Volume Específico: 
 
O volume específico de uma substância é definido como o volume por 
unidade de massa. 
A água no estado líquido apresenta um peso (kg) definido; portanto o vapor 
também terá um peso definido. Mas o vapor também ocupa um volume (m3) para 
cada pressão. 
 
Exemplo: 
* Para a pressão absoluta de 1,0 kg / cm2 o volume do vapor gerado de 1,0 kg 
de água ocupara 1,75 m3; 
* Para a pressão absoluta de 5 kg / cm2 o volume do vapor gerado de 1,0 kg de 
água ocupará 0,3816 m3; 
* Ao volume em m3 ocupado para cada quilograma (kg) de vapor, define-se 
como sendo o volume específico, do valor saturado (m3 / kg). 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 21 
 
12. Entalpia: 
 
É a quantidade de calor fornecida para a água, para elevar sua temperatura 
até a temperatura de ebulição (vaporização) e fundir a mesma, transformando em 
vapor. 
A entalpia é expressa na unidade: (h = kcal / kg). 
 
a) Entalpia líquido saturado (hl): 
Para que a água atinja a temperatura de ebulição é necessário que forneça 
uma quantidade de calor para que a mesma comece a evaporar a esta quantidade de 
calor chamamos de entalpia do líquido saturado, tendo a seguinte unidade: (hl= kcal 
/ kg). 
 
 
 T ºC 
 
 
 
 
 vapor superaquecido 
 
 liquido + vapor 
ts 
 líquido 
 
 
 
 
 
 hl hv entalpia 
 
b) Entalpia de vapor saturado (hv): 
Define-se como sendo a quantidade de calor necessário para que ocorra a 
passagem da água do estado líquido para o estado de vapor, na temperatura de 
vaporização, unidade ( hv = kcal / kg ). 
 
c) Calor latente de vaporização ( hlv ): 
Define-se como sendo a diferença entre a entalpia do vapor saturado (hv) e a 
entalpia do líquido saturado (hl), unidade : (hlv = kcal / kg) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 22 
 
13. Tabela de Vapor Saturado: 
 
 P TS V’ H’ H” R 
 
P.mam Pressão 
absoluta 
Temp. de 
vaporização 
Volume 
específico 
do vapor 
saturado 
Entalpia 
específica 
do líquido 
saturado 
Entalpia 
esp. do 
vapor 
saturado 
Calor 
latente 
kgt / cm2 kgf / cm2 C° m3 / kg kcal / kg kcal / kg kcal / kg 
0,0 1,00 99,09 1,725 99,1 638,5 539,4 
0,5 1,5 110,79 1,180 110,9 642,8 531,9 
1,0 2,0 119,62 0,9016 119,8 645,8 525,9 
1,5 2,5 126,79 0,7316 127,2 648,3 521,1 
2,0 3,0 132,88 0,6166 133,4 650,3 516,9 
2,5 3,5 138,19 0,5335 138,8 651,9 513,1 
3,0 4,0 142,92 0,4706 143,6 653,4 509,8 
3,5 4,5 147,20 0,4213 148,0 654,7 506,7 
4,0 5,0 151,11 0,3816 152,1 655,8 503,7 
4,5 5,5 154,71 0,3489 155,8 656,9 501,1 
5,0 6,0 158,08 0,3213 159,3 657,8 498,5 
5,5 6,5 161,15 0,2980 162,6 658,7 496,2 
6,0 7,0 164,17 0,2778 165,6 659,4 493,8 
6,5 7,5 166,96 0,2602 168,5 660,2 491,7 
7,0 8,0 169,61 0,2448 171,3 660,8 489,5 
7,5 8,5 172,11 0,2311 173,9 661,4 487,5 
8,0 9,0 174,53 0,2189 176,4 662,0 485,6 
8,5 9,5 176,82 0,2080 178,9 662,5 483,6 
9,0 10,0 179,04 0,1981 181,2 663,0 481,8 
10 11 183,20 0,1808 185,6 663,9 478,3 
11 12 187,08 0,1664 189,7 664,7 475,0 
12 13 190,71 0,1541 193,5 665,4 471,9 
13 14 194,13 0,1435 197,1 666,0 468,9 
14 15 197,36 0,1343 200,6 666,6 466,0 
15 16 200,43 0,1262 203,9 667,1 463,2 
16 17 203,35 0,1190 207,1 667,5 460,4 
17 18 206,14 0,1126 210,1 667,9 457,8 
18 19 208,81 0,1068 213,0 668,2 455,2 
19 20 211,38 0,1016 215,8 668,5 452,7 
20 21 213,85 0,0968 218,5 668,7 450,2 
21 22 216,23 0,0925 221,2 668,9 447,7 
22 23 218,53 0,08856 223,6 669,1 445,5 
23 24 220,75 0,08492 226,1 669,3 443,2 
24 25 222,90 0,08157 228,5 669,4 440,9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 23 
 
II - GERADORES DE VAPOR ( CALDEIRAS ) 
 
 
1. HISTÓRIA 
Herão, matemático e físico que viveu na Alexandria, Egito, descreveu a 
primeira máquina à vapor conhecida em 120 a.C. A máquina consistia em uma 
esfera metálica, pequena e oca montada sobre um suporte de cano proveniente de 
uma caldeira de vapor. Dois canos em forma de L eram fixados na esfera. Quando o 
vapor escapa por esses canos em forma de L, a esfera adquiria movimento de 
rotação. Este motor, entretanto não realizava nenhum trabalho útil. Centenas de 
anos depois, no séc. XVII, as primeiras máquinas à vapor bem - sucedida foram 
desenvolvidas. 
 
1.1. As primeiras máquinas a vapor 
Operavam utilizando-se mais da propriedade de o vapor condensar-se de 
novo em líquido do que de sua propriedade de expansão. Quando o vapor se 
condensa, o líquido ocupa menos espaço que o vapor. Se a condensação tem um 
lugar em um recipiente fechado, cria-se um vácuo parcial, que pode realizar trabalho 
útil. 
Em 1698, Thomas Savery (1650-1715), mecânico inglês, patenteou a primeira 
máquina à vapor realmente prática, uma bomba para drenagem de água de minas. A 
bomba de Savery possuía válvulas operadas manualmente, abertas para permitir a 
entrada de vapor em um recipiente fechado. Despejava-se água fria no recipiente 
para resfriá-lo e condensar o vapor. Uma vez condensado o vapor, abria-se uma 
válvula de modo que vácuo no recipiente aspirasse a água através de um cano. 
 Em 1712, Thomas Newcomen (1663-1729), ferreiro inglês, inventou outra 
máquina à vapor para esvaziamento da água de infiltração das minas. A máquina de 
Newcomen possuía uma viga horizontal à semelhança de uma gangorra, da qual 
pendiam dois êmbolos, um em cada extremidade, Um êmbolo permanecia no interior 
de um cilindro, Quando o vapor penetrava no cilindro, forçava o êmbolo para cima, e 
acarretava a decida de outra extremidade. Borrifa-se água fria no cilindro, o vapor se 
condensava e o vácuo sugava o êmbolo de novo para baixo. Isto elevava o outro 
extremo da viga, que se ligava ao êmbolo de uma bomba na mina. 
 
 
Manual Operador de Caldeira 24 
 
 
 
Em 1765, Watt aperfeiçoa o modelo de Newcomen. Seu invento deflagra a 
revolução industrial e serve de base para a mecanização de toda a indústria. 
Stephenson revoluciona os transportes com a invenção da locomotiva a vapor 
 
2. Definiçãode Caldeira: 
Gerador de vapor (ou caldeira) é um trocador de calor mais complexo, cuja 
finalidade é produzir vapor. Para produzir este vapor é utilizado um fluído 
vaporizante (no caso a água) e energia térmica (calor). 
Trataremos de Caldeiras a vapor de água, embora existem geradores para 
outros tipos de vapores. A energia térmica usada no processo de produções de vapor, 
será obtido através da queima de um combustível que poderá ser: sólido, líquido ou 
gasoso. 
Nem sempre a fonte produtora de calor é um combustível, podendo ser 
aproveitado calores residuais de processos industriais (escape de motores diesel ou 
de turbinas a gás) dando ao equipamento a denominação de Caldeiras de 
Recuperação ou ainda utilizar resíduos industriais. 
 
2.1. Caldeira a Vapor 
 
Caldeira é um equipamento exigente. Quer água tratada, operador 
experiente, inspeção diária e dispositivos de controle e segurança. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 25 
 
3. Tipos de Caldeira: 
 
Existem diversos tipos de caldeira que podem ser classificadas segundo 
diversos critérios: 
 
a) Quanto à localização relativa água-gases: 
 
Caldeiras (flamotubulares) 
Ou tubos de fogo. São aquelas em que os gases quentes da combustão 
passam por dentro dos tubos circundados pela água . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rendimento térmico 
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. Apesar dessas restrições, seu emprego 
pode ser indicado de acordo com as necessidades particulares de cada processo 
industrial, sendo adequado para pequenas instalações industriais. 
 
 
Caldeiras aquotubulares: 
 
São aquelas em que os gases 
quentes envolvem tubos que possuem 
água em seu interior. 
 
Inicialmente produziam caldeiras 
aquotubulares de tubos retos e 
inclinados; hoje predominam caldeiras 
de tubos curvos, formando sistemas 
completos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 26 
 
b) Quanto à energia empregada para o aquecimento: 
 
O tipo mais comumente encontrado é o de caldeiras que queimam 
combustíveis sólidos (carvão, lenha, cavacos, bagaços, etc.) líquidos (óleos 
combustíveis, principalmente) e gasoso (gás liqüefeito de petróleo, embora esse tipo 
de emprego para o GLP esteja em desuso ). 
A produção de caldeira elétrica encontra-se atualmente, em fase de expansão 
no Brasil, dada a grande oferta desse tipo de energia. Caldeiras a eletrodos 
submersos e a jato de água são os dois tipos de caldeiras elétricas a resistores são 
particularmente empregadas para a produção de água ou para baixas quantidades 
de vapor. 
 
Existem caldeiras que empregam, como elemento de fornecimento de energia 
gases quentes, resultantes de outros processos que liberam calor. São denominadas 
caldeiras de recuperação e 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 de movimentação de turbinas a vapor. O calor 
gerado pela fusão 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. 
 
c) Quanto ao Fluido que Contém: 
Além das caldeiras destinadas à vaporização de água, existem as que são 
usadas para a vaporização de mercúrio, de líquidos térmicos e outros. 
Ultimamente, vêm sendo muito empregadas as caldeiras de fluido térmico, 
que aquecem (vaporizando ou não, dependendo do caso) fluidos em circuitos 
fechados, fornecendo calor e processos, sem a transferência de massa. 
 
d) Quanto à Montagem: 
 
Normalmente as caldeiras flamotubulares são pré-montadas ou como 
também se denominam compactas isto é saem prontas de suas fábricas, restando 
apenas sua instalação no local em que serão operadas. 
 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 27 
 
As caldeiras aquotubulares, porém além do tipo compacto, podem ser do tipo 
“montadas em campo”, quando seu porte justificar sua construção no local de 
operação como, a caldeira de 30 metros de altura . 
 
 
 
A caldeira montada em campo pode ainda ser caracterizada conforme a 
estrutura que a suporta com caldeira auto-sustentada, quando os próprios tubos e 
tubulões constituem sua estrutura; caldeira suspensa, quando há necessidade de 
construção de uma estrutura à parte, e caldeiras mistas, que empregam essas duas 
formas básicas de sustentação. 
 
e) Quanto à Circulação de Água: 
 
Para o fornecimento homogêneo de calor à água, é necessário que haja a 
circulação desta. Quando a circulação é mantida graças a diferenças de densidade 
entre a água mais quente e a menos quente, a circulação da água é denominada 
“natural”. Em contraposição, denominam-se caldeiras de circulação forçada aquelas 
que possuem sistemas de coletores e de impulsionamento da água. 
 
f) Quanto à Pressão: 
 
A classificação geral de caldeiras de acordo com as pressões é apresentada 
abaixo: 
 
Caldeira Pressões 
 Psi Kgf / cm2 
Baixa pressão 100 - 400 7 - 28 
Média pressão 400 - 800 28 - 57 
Alta pressão 800 - 300 57 - 512 
Pressão super crítica 3000 e maiores 212 e maiores 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 28 
 
h) Quanto à automatização: 
 
As caldeiras podem ser divididas em manuais ou automáticas: 
 
Caldeiras manuais: Toda a caldeira que dependa da total vigilância do 
operador, chama-se manual. Atualmente, dificilmente encontram-se estas caldeiras 
em operação, devido aos riscos que estas apresentam. 
Caldeiras Automáticas: São aquelas que possuem equipamentos destinados 
a controlar o nível da água, alimentação, acendimento e a combustão do óleo ..., 
cabendo ao operador o controle e verificação do bom funcionamento destes 
dispositivos. 
 
g) Quanto ao Sistema de Tiragem: 
Após a queima do combustível na fornalha, os gases quentes percorrem o 
circuito dos gases, desenvolvendo diversas passagens , para o melhor 
aproveitamento do calor, sendo finalmente lançados à atmosfera pelas chaminés. 
É evidente que, para haver essa movimentação, há necessidade de diferenças 
de pressões que promovam a retirada dos gases queimados e possibilitem a entrada 
de nova quantidade de ar e combustível. 
Denomina-se tiragem o processo que retira os gases mediante a criação de 
pressões diferenciais na fornalha. Pode-se portanto, caracterizar-se as caldeiras de 
tiragem natural, quando esta se estabelece por meio de chaminés, e como caldeiras 
de tiragem artificial ( mecânica ou forçada ), quando para produzir depressão 
emprega-se ventiladores ou ejetores. 
Como se vê existem inúmeros critérios para classificação de caldeiras são 
classificadas conforme a potência, em caldeira especial de 1ª, 2ª e 3ª categorias, mas 
também conforme a abordagem. Do ponto de vista de segurança, por exemplo, a 
Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), classifica como “Caldeiras de 
Baixa Periculosidade” as que possuem dimensões, volume e pressão dentro de 
determinados limites. 
 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 29 
 
4. Classificação das Caldeiras: 
 
Podemos classificar as caldeiras de várias maneiras como: tipos e posição dos 
tubos, conteúdo, pressão, aquecimento, tipo de fornalha. 
 
Caldeiras Tubo de Fogo: (Flamotubular) 
 
Horizontal: 
 
* Fornalha Externa Multitubular: - duas voltas de chama. 
 - três voltas de chama. 
* Fornalha Interna: - um tubulão 
 - dois a quatro tubulões 
 - locomóveis 
 - escocesas. 
 
Vertical : 
* Fornalha Interna; 
* Fornalha Externa. 
 
Caldeiras Tubo de Água: (Aquotubular) 
 
* Tubos Retos: - tambor transversal 
 - tambor longitudinal* Tubos Curvos: - um tambor 
 - dois tambores (longitudinal ou 
 transversal) 
 - três tambores (longitudinal ou 
 transversal) 
 - quatro ou mais tambores. 
 
* Circulação Positiva: - forçada 
 - natural 
 
5. Caldeiras Tubo de Fogo (Flamotubular) 
 
Este foi o primeiro tipo de caldeira que surgiu, são conhecidas por tubo de 
fogo ou flamotubulares, por que os gases de combustão circulam no interior dos 
tubos ficando a água por fora dos mesmos. 
Segundo a figura notamos que a caldeira tipo tubo de fogo é constituída de 
um cilindro externo que comporta a água, de tubos por onde passam o fogo e 
dependendo do numero de passes possuem câmara dianteira e traseira para 
reversão dos gases . 
São feitas para operar em pressões limitadas, uma vez que o vaso submetido 
a pressão é relativamente grande, o que inviabiliza o emprego de chapas de maiores 
espessuras. 
 
 
Manual Operador de Caldeira 30 
 
Caixa de Fumaça 
A caixa de fumaça é o local por onde os gases da combustão fazem a reversão 
do seu trajeto, passando novamente pelo interior da caldeira (pelos tubos de fogo). 
 
 
5.1. Tipos de caldeiras flamotubulares 
 
Caldeiras flamotubulares ou fogotubulares são aquelas em que os gases 
provenientes da combustão (gases quentes) circulam no interior dos tubos e a água a 
ser aquecida ou vaporizada circula pelo lado de fora. 
Este tipo de caldeira é o de construção mais simples, e pode ser classificado quanto 
à distribuição dos tubos, que podem ser tubos verticais ou horizontais. 
 
5.1.1. Caldeiras de tubos verticais 
 
Nas caldeiras 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 
água que está em volta deles 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 31 
 
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 e óleo combustível (1A, 2A ... etc.) 
 
 
5.1.2. Caldeiras de tubos horizontais 
As caldeiras de tubos horizontais abrangem vários modelos, desde as 
caldeiras Cornuália e Lancaster, 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. 
 
Tipos de caldeiras de tubos horizontais 
Cornuália 
A caldeira Cornuália, um dos primeiros modelos desenvolvidos, é constituída 
de um tubulão horizontal ligando a fornalha ao local de saída de gases. É de 
funcionamento simples, porém de rendimento muito baixo. 
 
Suas principais características são: pressão máxima de operação de 10 
kgf/cm², vaporização específica 12 a 14 kg de vapor/m² e máximo de 100m² de 
superfície. 
 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 32 
 
Lancaster 
A caldeira Lancaster é de construção idêntica à anterior, porém tecnicamente 
mais evoluída. 
Pode ser constituída de dois a quatro tubulões internos e suas 
características são: área de troca térmica de 120 a 140m² e vaporização de 15 a 18 
kg de vapor/m². Algumas delas apresentam tubos de fogo e de retorno, o que 
apresenta uma melhoria de rendimento térmico em relação às anteriores. 
 
 
 
Caldeira Multitubular 
Na caldeira multitubular, a queima de combustível é efetuada em uma 
fornalha externa, geralmente construída em alvenaria instalada abaixo do corpo 
cilíndrico. 
Os gases quentes passam pelos 
tubos de fogo, e podem ser de um ou 
dois passes. A maior vantagem é poder 
queimar qualquer tipo de combustível. 
Na figura a seguir, temos um exemplo de 
caldeira multitubular. 
 
 
 
Caldeira Locomóvel 
A caldeira locomóvel, também do tipo multitubular, tem como principal 
característica apresentar uma dupla parede em chapa na fornalha, pela qual a água 
circula. 
Sua maior vantagem está no fato 
de ser fácil a sua transferência de local e 
de poder produzir energia elétrica. É 
usada em serrarias junto à matéria-
prima e em campos de petróleo 
 
 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 33 
 
6. Componentes Principais de uma Caldeira Flamotubular: 
 
As caldeiras flamotubulares apresentam as seguintes partes principais: 
corpo, espelhos, feixe tubular ou tubos de fogo e caixa de fumaça. 
O corpo da caldeira, também chamado de casco ou carcaça, é construído a 
partir de chapas de aço carbono calandradas e soldadas. Seu diâmetro e 
comprimento estão relacionados à capacidade de produção de vapor. As pressões de 
trabalho são limitadas (normalmente máximo de 20 kgf/cm²) pelo diâmetro do corpo 
destas caldeiras. 
Os espelhos são chapas planas cortadas em forma circular, de modo que 
encaixem nas duas extremidades do corpo da caldeira e são fixadas através de 
soldagem. Sofrem um processo de furação, por onde os tubos de fumaça deverão 
passar. Os tubos são fixados por meio de mandrilamento ou soldagem. 
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. 
 
 
a) Fornalha; 
É o local onde se processa a queima do combustível e a conseqüente 
liberação de calor. 
- Aparelho de Combustão: 
O qual promove a mistura do comburente com o combustível e a queima do 
mesmo. 
 
b) Queimadores 
Aparelho destinado a pulverizar o combustível, misturando-o 
convenientemente com o ar, a fim de se obter uma boa combustão. 
 
c) Reservatório para Combustível 
Cuja capacidade varia de acordo com as necessidades do trabalho, e deve 
possuir um sistema de aquecimento dependendo do tipo de combustível utilizado 
(BPF, Tipo E). 
 
 
Manual Operador de Caldeira 34 
 
d) Pré-Aquecedor de Óleo: 
Situado antes da entrada do combustível no queimador, serve para aquecer o 
óleo (somente os que necessitam de aquecimento) fazendo-o atingir uma viscosidade 
correta para a queima. 
 
f) Economizador 
Equipamento que aproveita o calor residual dos gases de combustão para 
aumentar a temperatura da água de alimentação. 
 
g)Chaminé 
É um tubo destinado ao escoamento dos gases da combustão. Este 
escoamento se dá através de tiragem forçada ou tiragem natural (tiragem é a 
retirada dos gases da combustão de dentro da caldeira, através de uma diferença de 
pressão). 
 
e) Passes 
Existem flamotubulares verticais, porém, atualmente, as caldeiras 
horizontais são muito mais comuns, podendo possuir fornalhas lisas corrugadas; 1, 
2 e 3 passes; traseira seca ou molhada. 
 
 
 
5.1 - Vantagens e Desvantagens das caldeiras tubo de fogo 
 
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; 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 35 
 
7. Componentes Aquotubulares 
Ao acompanharmos o processo evolutivo por que passaram os geradores de 
vapor, notamos que nas caldeiras de tubo de fogo primitivas, a superfície de 
aquecimento era muito pequena, tendo conseqüência uma baixa vaporização 
específica (12 a 14 Kg de vapor / m2) e que gradualmente foi sendo aumentada com 
o número de tubos. 
Por mais tubos que se colocassem dentro da caldeira inconvenientemente, 
tais como: baixo rendimento térmico, demora na produção de vapor, com a evolução 
térmica das indústrias, estas começaram a necessitar de caldeiras com maior 
rendimento, menosconsumo, rápida produção e grandes quantidades de vapor. 
Baseado nos princípios da termodinâmica e na experiência com os tipos de caldeiras 
existentes, resolveram os fabricantes inverter a situação, ou seja, trocaram os tubos 
de fogo por tubos de água, tendo assim aumentado em minuto a superfície de 
aquecimento e surgindo a caldeira tubo de água. 
 
Esquema de uma Caldeira Aquatubular 
 
Esse tipo de caldeira é de utilização mais ampla, uma vez que possui vasos 
pressurizados (tubulões) de menores dimensões relativas, o que viabiliza, econômica 
e tecnicamente, o emprego de maiores espessuras e portanto a operação em pressões 
mais elevadas. Outra característica importante desse tipo de caldeira é a 
possibilidade de adaptação de acessórios, como o superaquecedor, que permite o 
fornecimento de vapor superaquecido, necessário ao funcionamento de turbinas 
 
 
 
1- Tubulão de vapor 6 - Economizador 
2- Tubulão de lama 7 - Pré-aquecdor de ar 
3- Feixe tubular 8 - Chaminé 
4- Fornalha 9 - Reservatório de óleo 
5- Superaquecedor 10 - Queimador 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 36 
 
7.1. Componentes principais de uma caldeira aquotubular. 
 
a) Tambor de Vapor: 
É um cilindro fechado colocado na parte mais alta do gerador de vapor 
servindo basicamente para separar a água do vapor formado e controlar o nível 
mínimo e máximo da mesma. 
Devido a grande velocidade que sai o vapor da caldeira e ser o mesmo 
saturado, este tende a arrastar consigo gotas de água e impurezas. Para evitar este 
problema são instaladas placas metálicas separadoras de vapor. 
 
1. Área dos tubos de descida da água do feixe tubular (downcomers). 
2. Área de tubos vaporizantes (riser), que descarregam a mistura de vapor e 
água contra a chicana 6. Esta forma uma caixa fechada no fundo e dos lados, com 
abertura na parte superior, que projeta o vapor e a água contra a chicana 8. 
3. Área dos tubos do superaquecedor, mandrilados no tambor. 
4. Filtro de tela ou chevron. 
5. Tubo de drenagem da água retirada no filtro. 
6. Tubo distribuidor da água de alimentação; observa-se a posição dos furos. 
7. Tubo coletor de amostras de água e da descarga contínua. 
8. Chicana. 
 
O tubulão de vapor é construído com chapa de aço carbono de alta qualidade 
(ASTM A285 grau C, ASTM A515-60 ou A515-70). 
Os tubos são mandrilados nos tubulões e se dividem em tubos de descida 
d’água e tubos de geração de vapor, que descarregam a mistura água/vapor no 
tubulão. 
Na descarga dos tubos de geração de vapor é instalada uma chicana (chapa 
defletora) que é uma caixa fechada no fundo e nos lados, destinada a separar a água 
contida no tubulão e amenizar as variações do nível de água, ocorridas no tubulão 
de vapor. 
b) 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. 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 37 
 
c) 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. 
 
 
d) Fornalha: 
 
É o local onde se processa a queima do combustível e a conseqüente 
liberação de calor. 
- Aparelho de Combustão: 
O qual promove a mistura do comburente com o combustível e a queima do 
mesmo. 
- Câmara de Combustão: 
Local onde se realiza a complementação da combustão. 
 
Parede d’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. 
Os tipos mais comuns de construção de parede d’água são: 
 
Parede d’água com tubos tangentes 
 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 38 
 
e) Superaquecedor: 
São equipamentos destinados a superaquecerem o vapor saturado através de 
tubos de aço em forma de serpentina, cujo diâmetro varia conforme a capacidade da 
caldeira. Quanto aos tubos , os mesmos podem ser classificados em lisos ou 
aletados. 
 
 Classificação: 
Os superaquecedores geralmente são classificados quanto a localização: 
a) dependente: quando fazem parte da própria caldeira; 
b) independente: quando são separados da caldeira , ou seja possuem 
fornalha própria. 
 
 Regulagem de Temperatura do Vapor Superaquecido: 
A regulagem normalmente, é realizada por meio de processos automáticos, 
podem ser: 
* redução da chama dos queimadores; 
* direcionamento dos gases da combustão (fazendo estes em maior ou menor 
quantidade sobre os tubos do superaquecedor). 
 
 Cuidados com os Superaquecedores: 
Por não conterem água, no início do funcionamento os mesmos correm o 
risco de terem seus tubos “queimados” se não forem tomados os seguintes cuidados, 
quando a caldeira estiver parada e for entrar em operação: 
* fazer circular vapor de uma outra caldeira; 
* encher de água os tubos do superaquecedor, caso não haja outra caldeira. 
 
h) Economizador: 
Econimizador, ou aquecedor de água, é um equipamento destinado a aquecer 
a água de alimentação do gerador de vapor, trazendo algumas vantagens como: 
* 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. 
 
f).Pré-Aquecedor: 
 
São equipamentos destinados a 
aquecer o ar de combustão, antes do 
mesmo entrar na fornalha. Podem 
melhorar consideravelmente a eficiência 
térmica da instalação em até 10,0% 
 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 39 
 
g) Desaerador: 
É utilizado para aquecer a água e também desprender os gases contidos na 
mesma, como: oxigênio (O2) e gás carbônico (CO2). 
 
7.2. Vantagens das Caldeiras Tubo de Água: 
 
 Redução do tamanho da caldeira; 
 Queda da temperatura de combustão; 
 Eliminação da necessidade de uso de refratários de alta qualidade; 
 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. 
 
8 - Componentes Comuns às Caldeiras 
 
8.1 Fornalhas 
É o local onde se processa a queima do combustível e a conseqüente 
liberação de calor. Esta dividida em: 
- aparelho de combustão: o qual promove a mistura do comburente com o 
combustível e a queima do mesmo. 
- câmara de combustão: local onde se realiza a complementação da 
combustão. 
 
Existem diversas formas de classificação das fornalhas, podendo todas elas 
serem agrupadas em duas grandes classes. 
 
Fornalha com suporte 
Destinada a queimar combustíveis sólidos a granel, picados ou moídos 
grosseiramente como: serragem, lenha em metro, cavacos, bagaço de cana, palha de 
arroz ... 
Os suportes podem ser mecanizados ou não, tendo como principais tipos as: 
 grelha plana ligeiramente inclinada; 
 em escada; 
 esteira fixa basculante; 
 grelhas oscilante; 
 esteira rotativa móvel; 
 
 
Manual Operador de Caldeira 40 
 
Combustíveis sólidos 
Como modelo básico, para maior facilidade de exposição, será adotada a 
queima de combustível sólido em uma fornalha de leito fixo, com carga manual, 
conforme ilustrado na figura B.6. 
 
A descrição a seguir, não se assemelha àquela adotada para combustíveis 
líquidos, onde procurou-se mostrar os fenômenos que iam se sucedendo ao redor de 
uma gota de óleo. 
 
Pretende-se agora mostrar o processo do ponto de vista macroscópico, sem 
acompanhar uma partícula sólida ao longo de sua trajetória. 
 
Ao longo da alturado leito, podem ser distinguidas as seguintes regiões: 
a) zona de secagem (região 1); 
b) zona de pirólise (região 2); 
c) zona de redução (região 3); 
d) zona de oxidação (região 4); 
e) zona de cinzas (região 5). 
 
 
Figura B.6 - Fornalha de leito fixo para combustíveis sólidos 
 
Será acompanhada, ao longo de sua trajetória, o ar primário, e os fenômenos 
que ocorrem a sua volta. 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 41 
 
Inicialmente, entrando na fornalha, o ar primário atravessa a grelha, a zona 
das cinzas, atingindo a zona de oxidação. As cinzas, apesar de todos os 
inconvenientes, protegem a grelha contra as altas temperaturas reinantes na região 
de oxidação. 
 
Na zona de oxidação, as partículas sólidas, com alta concentração de carbono 
(coque), reagem com o oxigênio do ar primário, produzindo gases que em sua 
composição possuem, predominantemente, CO2. Nessa zona, as reações são 
exotérmicas e atingem temperaturas elevadas. 
 
O CO2 formado, ao entrar em contato com o coque incandescente e, na falta 
de oxigênio, totalmente consumido na zona anterior, reage segundo a reação: 
C + CO2 ® 2CO – Q 
onde Q representa uma dada quantidade de calor. Como a reação acima é 
endotérmica, contribui para o abaixamento da temperatura do leito. A região onde 
prevalece tal reação é denominada zona de redução. 
 
Os gases quentes, agora compostos principalmente por CO, CO2 (e N2 do ar 
primário) atingem então, uma região um pouco mais fria do leito. É nessa região, 
denominada zona de pirólise, onde são retiradas as frações combustíveis mais leves 
do sólido, bem como os alcatrões, que são as frações mais pesadas. Em realidade, o 
processo acima fornece um espectro de substâncias vaporizadas muito amplo, e de 
difícil quantificação. No estado sólido, após essa fase, o que resta é o coque agregado 
às cinzas. 
 
Antes de atingir a zona de pirólise, o combustível sólido passa pela zona de 
secagem, onde se perde grande parte de sua umidade. Naturalmente, a unidade 
residual vai sendo evaporada nas zonas subseqüentes. 
 
Os gases que deixam o leito são compostos por CO2, CO, vapor d’água, N2 e 
uma série de vapores e gases combustíveis. 
 
A admissão de ar secundário propicia a combustão completa dos produtos 
combustíveis restantes. 
 
No caso de combustíveis sólidos, pobres em substâncias voláteis, a maior 
parte do ar deve ser primário; caso contrário, uma grande quantidade de ar 
secundário deve ser admitida, para a combustão daqueles últimos. 
Muito embora o modelo acima proposto tenha sido elaborado para um leito fixo de 
alimentação manual, a idéia pode ser prontamente extrapolada para o caso de grelha 
móvel. A figura B.7 ilustra o posicionamento das várias zonas existentes nesse caso. 
Para os combustíveis sólidos, podem ser feitas as mesmas observações 
qualitativas feitas para os combustíveis líquidos em relação à quantidade de ar de 
combustão, temperatura e tempo de permanência. 
 
8.2 Queimador 
Os queimadores são equipamentos destinados a promover, de forma 
adequada e eficiente, a queima dos combustíveis em suspensão. 
 
 
Manual Operador de Caldeira 42 
Ao contrário dos combustíveis gasosos, que já se encontram em condições de 
reagir com o oxigênio, os óleos combustíveis devem ser preparados antes da queima. 
A preparação consiste em: 
 
1. Dosar as quantidades adequadas de ar e combustível; 
2. Atomizar o combustível líquido, ou seja, transformá-lo em pequenas 
gotículas (semelhante a uma névoa); 
3. Vaporização das gotículas através da absorção do calor ambiente (câmara 
de combustão); 
4. Mistura do combustível vaporizado com o oxigênio do ar; 
5. Combustão propriamente dita. 
 
O principal problemas dos queimadores é a fase de atomização, ou seja, a 
transformação do combustível em pequenas gotículas, o que aumenta a superfície 
específica, facilitando sobremaneira a sua vaporização. 
Uma atomização normal é aquela que consegue tranformar uma gota de óleo 
de 1 cm3 de superfície para cerca de 10 milhões de gotículas, aumentando a 
superfície em 250 vezes. 
 
 
Os tipos de atomização podem ser: 
a) Mecânica 
 atomização por óleo sob pressão; 
 atomização por ação centrífuga (corpo rotativo); 
 atomização por pressão de emulsão ar - óleo ou água - óleo. 
 
b) Por Fluído Auxiliar 
 atomização à vapor; 
 atomização com ar a baixa, média ou alta pressão. 
 
Para que todo o combustível lançado dentro da fornalha queime, é necessário 
jogar um excedente de ar além da quantidade estequiométrica. Este excesso varia 
conforme o tipo de combustível, sendo normal 10 à 15% para gás combustível, 20 à 
30% para óleo combustível e 30 à 40% para lenha. 
De grande importância para uma adequada queima do combustível lançado 
pelo queimador é o refratário localizado na sua parte posterior. As suas finalidades 
são: 
 aumentar na homogeneização da mistura ar / combustível, graças ao seu 
formato; 
 aumentar a eficiência da queima, graças a sua característica de irradiar o 
calor absorvido; 
 formar o corpo da chama, impedindo que se espalhe de sua base. 
 
Tipos de Queimadores 
 
a) Atomização Mecânica 
a - 1) Queimadores de óleo sob pressão: 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 43 
 
Queimador de vazão variável 
O queimador é construído com dois tubos de diâmetros diferentes colocados 
um dentro do outro. O óleo entra pelo tubo maior até atingir o canal circular, sendo 
então distribuído por um conjunto de palhetas que fazem o óleo adquirir um 
movimento de rotação dirigindo-se à câmara cilíndrica. Neste ponto o óleo tem duas 
alternativas, uma quantidade sai pelo orifício e o excesso retorna pelo tubo de 
diâmetro menor. 
 
 
 
Queimador de vazão fixa 
 
O princípio de funcionamento deste queimador baseia-se em receber o óleo a 
alta pressão e o ar a baixa. O óleo sob pressão quando atinge o bico do pulverizador 
é obrigado a passar por um furo reduzido e devido a sua pressão, sai em alta 
velocidade. Ao encontrar o ar que está com pequena velocidade o combustível se 
divide em minúsculas partículas. Sendo o óleo com uma determinada pressão e uma 
vazão fixa. Se o bico do pulverizador deixa passar menos óleo, este retornará pela 
válvula de alívio. Existe também neste tipo de queimador uma válvula de regulagem, 
a qual só abrirá quando o óleo atingir a pressão mínima de funcionamento. 
 
 
a- 2) Queimador de copo rotativo: 
Este queimador proporciona uma boa faixa de regulagem (até 1:8) para 800 
Kg / hora de consumo. Sua atomização é adequada e a chama de pequenas 
dimensões permite a queima de combustíveis mal filtrados devido à ausência de 
furos para a pulverização. A sua desvantagem consiste no seu grande número de 
componentes em rotação. 
 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 44 
 
b) Atomização por Fluído Auxiliar 
b - 1) Queimador com baixa pressão de ar: 
O ar é admitido no queimador à uma pressão de 0,5 Kg/cm2 à 1,8 Kg/cm2. O 
movimento da rotação que este adquire ao passar por palhetas e a turbulência 
decorrente do choque com o óleo é que produzem a pulverização. 
 
b - 2) Queimador com média pressão de ar: 
A pressão do ar deve ser de 0,35 à 1,05 Kg/cm2 e do óleo é de 2 à 2,5 
Kg/cm2. Seu uso atualmente tem sido reduzido, pois há necessidade de usar 
combustível de baixa viscosidade. 
 
 
 
b - 3) Queimador com alta pressão: 
Ar à alta pressão corresponde a faixas superiores à 3Kg/cm2, sendo o óleo 
alimentado à pressões relativamente baixas de 0,5 à 2,0 Kg/cm2. Seu grande 
problema é o alto custo de operação devido ao compressor. 
 
 
 
b - 4) Queimador à vapor: 
A pulverização é feita por intermédio do vapor à pressões de 1 à 10 Kg/cm2. 
Suas vantagens são a de possuir partes móveis e poder tyrabalhar com óleos de alta 
viscosidade, e seu maior inconveniente está nas partidas da caldeira pois o vapor é 
proveniente dela mesma. 
 
8.3 Refratário 
Os refratários podem se apresentar como: 
 tijolos;mantas; placas; pó 
Suas principais características são: 
 resistência ao calor; retenção do calor; baixa dilatação; resistência à 
corrosão 
 
 
Manual Operador de Caldeira 45 
Basicamente, os refratários são compostos de sílica e alumina. Um exame 
microscópico de um material refratário mostra uma estrutura composta de grãos de 
diâmetros diversos, ligados entre si. A forma e o tamanho dos grãos, bem como o 
percentual de grãos com o mesmo diâmetro contido na mistura (reologia) influência 
diretamente na resistência mecânica, dureza, densidade, porosidade, resistência à 
erosão e à condutividade do calor. 
 
Existem dois tipos de refratários: 
 tijolos e concretos isolantes; 
 tijolos e concretos refratários. 
 
Os primeiros, leves, de baixa resistência mecânica e densidade, são usados 
para impedir a troca térmica (isolante térmico). Os segundos, duros, de alta 
densidade e baixa permeabilidade, são usados na vedação de gases e para proteção 
contra a incidência de chama. 
 
Os refratários aplicados nas caldeiras são uma mistura de sílica e alumina. A 
alumina dá maior resistência à temperatura, enquanto a sílica resiste mais à 
corrosão ácida. Deste modo, próximo aos queimadores usa-se refratários à base de 
alumina (maior que 80%), e na chama são indicados refratários à base de sílica. 
 
 
8.3. Sistema de tiragem 
 
A taxa de vaporização de um gerador de vapor, depende da taxa a qual o 
combustível pode ser queimado. Isto por sua vez depende da diferença na pressão 
estática disponível para produzir um fluxo de ar através da câmara de combustível 
para a chaminé. Esta diferença de pressão estática é denominada de tiragem, sendo 
necessária para vencer vários obstáculos que retardam o fluxo de ar. 
 
A tiragem tem como finalidade suprir a quantidade de ar necessária para 
queimar o combustível, produzindo uma corrente que obrigue aos gases da 
combustão a circular entre as superfícies de evaporação, de superaquecimento, 
economizadores, reaquecedores e outros equipamentos da caldeira para finalmente 
evacuá-los para a atmosfera, evitando poluição, através da chaminé. Conforme a 
forma de produzir a tiragem, denomina-se: a) Natural; b) Forçada ou mecânica. 
 
Entre os métodos mencionados, não existe uma diferença física real, somente 
uma forma diferente de produzi-la. A forma mecânica pode ainda ser classificada em 
tiragem forçada e tiragem induzida. 
 
As caldeiras de pequeno porte utilizam tiragem natural; necessitando, as de 
grande porte, de tiragem mecânica para movimentar os elevados volumes de ar e 
gases, bem como vencer as resistências ao fluxo destes. As chaminés pouco 
contribuem, nas unidades de grande porte à tiragem total necessária. Elas ajudam a 
descarregar os gases e cinzas a uma altura suficiente do solo para produzir a 
diluição destas no ar, minimizando os efeitos da poluição. As alturas máximas 
econômicas são da ordem de 60 metros ou menores. 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 46 
 
8.3.1. Tiragem Natural 
Produz-se mediante a chaminé, sendo causado pela diferença de peso 
específico dos gases quentes da combustão e a do ar atmosférico que entra no forno. 
A tiragem varia com as condições climáticas, sendo menor quando a temperatura 
externa é elevada. Os tipos mais comuns de chaminés são construídas em tijolos, 
aço e concreto. 
 
8.3.2. Tiragem mecânica 
De forma a reduzir a altura necessária da chaminé e ao mesmo tempo obter 
uma tiragem independente das condições climáticas, bem como realizar um controle 
fácil e efetivo, são usados ventiladores e exaustores. Dois sistemas, conhecidos 
respectivamente como tiragem induzida e tiragem forçada são utilizados para 
produzir tiragem por meios mecânicos. No sistema de tiragem induzida, a pressão 
sobre a camada de combustível reduz-se abaixo da atmosfera, mediante um 
ventilador localizado entre o berço jacente da caldeira e a chaminé, criando-se uma 
circulação de ar devido a esta diferença de pressão. 
No sistema de tiragem forçada, o ar sob pressão é forçado a circular seja 
através da camada de combustível existente sobre os carregadores ou grelhas, nos 
queimadores de carvão pulverizado ou nos queimadores de óleo combustível, sendo 
os gases retirados da fornalha através da chaminé ou por ventiladores de tiragem 
induzida. 
 
Em cada um dos sistemas, a potência necessária para operar os ventiladores 
varia entre 4 e 6% da capacidade da caldeira, excedendo raramente para tiragem 
forçada o valor de 7 kw por tonelada de carvão. O ventilador para tiragem induzida 
deverá ser de maior capacidade (na relação de 2 para 1) que o usado em instalações 
de tiragem forçada, devido ao aumento de volume resultante dos gases quentes 
exauridos. Uma combinação de tiragem forçada e induzida, denominada comumente 
de tiragem equilibrada, é às vezes usada, sendo a pressão acima do fogo mantida 
ligeiramente abaixo da pressão atmosférica 
 
 
8.4 Chaminé 
É a parte da caldeira através da qual efetua-se a retirada dos gases de 
combustão para o meio ambiente. 
Podem ser construídas de chapas metálicas e/ou alvenaria, conforme o 
projeto de cada fabricante. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 47 
 
9 - Caldeiras Elétricas 
 
Com o advento da crise do petróleo, desenvolveram-se várias alternativas 
energéticas. 
Em virtude deste fato, difundiu-se, num certo período, o suo de caldeiras 
elétricas, bem como o aprimoramento das tecnologias já existentes. 
 
Princípio de Funcionamento 
A produção de vapor, em uma caldeira elétrica, baseia-se no seguinte fato: a 
corrente elétrica, ao atravessar qualquer condutor, encontra resistência a sua livre 
circulação e desprende calor (Efeito Joule). 
A água pura é considerada um mau condutor de Corrente Elétrica, portanto 
deve-se adicionar determinados sais à mesma para que se possa obter uma 
determinada Condutividade. Alguns fabricantes recomendam a adição de soda 
cáustica ou fosfato trisódico na água de alimentação (observe que esta adição deve 
ser calculada e colocada após o tratamento químico da água de alimentação). 
A quantidade de vapor gerada (Kg/h) depende diretamente dos seguintes 
parâmetros: 
 condutividade da água; 
 nível da água; 
 distância entre os eletrodos. 
 
 
 
Tipos de Caldeiras Elétricas 
 
Tipo Resistência 
Destinada, geralmente, para pequenas produções de vapor. Na maioria das 
vezes são do tipo horizontal, utilizando resistência de imersão. 
 
Tipo Eletrodo Submerso 
Geralmente destinadas a trabalhar com pressões de vapor não muito 
elevadas (aproximadamente 15 Kgf/cm2). 
 
Tipo Jato de Água (cascata) 
Destinada a pressões de vapor elevadas e grandes quantidades de vapor. 
 
 
 
Manual Operador de Caldeira 48 
 
Caldeiras a resistores: 
As caldeiras elétricas são constituídas de um vaso de pressão não sujeito a 
chama e de um conjunto de resistências elétricas blindadas. Na Fig.1, está mostrado 
o esquema básico de uma caldeira elétrica a resistores. Neste tipo de caldeira utiliza-
se um controlador liga-desliga com zona diferencial (PRC – Pressão com função de 
registrar e controlar), que controla a pressão do vapor ligando ou desligando os 
resistores da caldeira. 
 
Figura 1: Sistema de controle básico de uma caldeira elétrica a resistores 
 
Caldeiras a Eletrodos Submersos 
Nas caldeiras a eletrodos submersos, a pressão do vapor também será 
controlada por um controlador de pressão (PRC), um transmissor (PT) e um 
servomecanismo(PZ) montado na parte superior da caldeira. O controlador recebe os 
sinal do transmissor, compara este sinal com o setpoint e atua no servomecanismo 
(PZ). O servo mecanismo por sua vez movimenta verticalmente o tubo isolador de 
porcelana. O movimento do tubo isolador delimita a quantidade de água na qual 
circula corrente elétrica e, consequentemente, regula a quantidade de vapor gerado, 
uma vez que o tubo isolador se interpõe entre o eletrodoe