36093480 Apostila Equipamentos Estaticos Petrobras

Equipamentos Estáticos

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CURSO DE FORMAÇÃO DE OPERADORES DE REFINARIA

EQUIPAMENTOS ESTÁTICOS

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CURITIBA2002

EQUIPAMENTOS ESTÁTICOSCARLOS V. REIS

COLABORADOR : RUI FERNANDO COSTACURTA

Equipe Petrobras

Petrobras / Abastecimento

UN´s: Repar, Regap, Replan, Refap, RPBC, Recap, SIX, Revap

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Equipamentos EstáticosMódulo


Ficha Técnica

UnicenP – Centro Universitário PositivoOriovisto Guimarães

(Reitor)José Pio Martins

(Vice Reitor)Aldir Amadori

(Pró-Reitor Administrativo)Elisa Dalla-Bona

(Pró-Reitora Acadêmica)Maria Helena da Silveira Maciel

(Pró-Reitora de Planejamento e AvaliaçãoInstitucional)

Luiz Hamilton Berton(Pró-Reitor de Pós-Graduação e Pesquisa)

Fani Schiffer Durães(Pró-Reitora de Extensão)

Euclides Marchi(Diretor do Núcleo de Ciências Humanas e

Sociais Aplicadas)Helena Leomir de Souza Bartnik

(Coordenadora do Curso de Pedagogia)Marcos José Tozzi

(Diretor do Núcleo de Ciências Exatas eTecnologias)

Antonio Razera Neto(Coordenador do Curso de Desenho Industrial)

Maurício Dziedzic(Coordenador do Curso de Engenharia Civil)

Júlio César Nitsch(Coordenador do Curso de Eletrônica)

Marcos Roberto Rodacoscki(Coordenador do Curso de Engenharia

Mecânica)Carlos V. Reis

(Autor) Rui Fernando Costacurta

(Colaborador)Marcos Cordiolli

(Coordenador Geral do Projeto)Iran Gaio Junior

(Coordenação Ilustração, Fotografia eDiagramação)

Carina Bárbara R. de Oliveira(Coordenação de Elaboração dos Módulos

Instrucionais)Juliana Claciane dos Santos

(Coordenação dos Planos de Aula)Luana Priscila Wünsch(Coordenação Kit Aula)

Angela ZaninLeoni Néri de Oliveira Nantes

Érica Vanessa Martins(Equipe Kit Aula)

Carina Bárbara Ribas de Oliveira(Coordenação Administrativa)

Cláudio Roberto PaitraMarline Meurer Paitra

(Diagramação)Cíntia Mara Ribas Oliveira

(Coordenação de Revisão Técnica e Gramatical)Contatos com a equipe do UnicenP:

Centro Universitário do Positivo – UnicenPPró-Reitoria de Extensão

Rua Prof. Pedro Viriato Parigot de Souza 530081280-320 Curitiba PR

Tel.: (41) 317 3093Fax: (41) 317 3982

Home Page: www.unicenp.bre-mail: [email protected]: [email protected]

Contatos com a Equipe da Repar:Refinaria Presidente Getúlio Vargas – Repar

Rodovia do Xisto (BR 476) – Km1683700-970 Araucária – Paraná

Mario Newton Coelho Reis(Coordenador Geral)

Tel.: (41) 641 2846 – Fax: (41) 643 2717e-mail: [email protected]

Uzias Alves(Coordenador Técnico)

Tel.: (41) 641 2301e-mail: [email protected]

Décio Luiz RogalTel.: (41) 641 2295

e-mail: [email protected] Aparecida Carvalho Stegg da Silva

Tel.: (41) 641 2433e-mail: [email protected]

Adair MartinsTel.: (41) 641 2433

e-mail: [email protected]


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Apresentação

É com grande prazer que a equipe da Petrobras recebe você.Para continuarmos buscando excelência em resultados, dife-

renciação em serviços e competência tecnológica, precisamos devocê e de seu perfil empreendedor.

Este projeto foi realizado pela parceria estabelecida entre oCentro Universitário Positivo (UnicenP) e a Petrobras, representadapela UN-Repar, buscando a construção dos materiais pedagógicosque auxiliarão os Cursos de Formação de Operadores de Refinaria.Estes materiais – módulos didáticos, slides de apresentação, planosde aula, gabaritos de atividades – procuram integrar os saberes téc-nico-práticos dos operadores com as teorias; desta forma não po-dem ser tomados como algo pronto e definitivo, mas sim, como umprocesso contínuo e permanente de aprimoramento, caracterizadopela flexibilidade exigida pelo porte e diversidade das unidades daPetrobras.

Contamos, portanto, com a sua disposição para buscar outrasfontes, colocar questões aos instrutores e à turma, enfim, aprofundarseu conhecimento, capacitando-se para sua nova profissão naPetrobras.

Nome:

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Escreva uma frase para acompanhá-lo durante todo o módulo.

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Sumário1 TUBULAÇÕES – ACESSÓRIOS/LIGAÇÕES............................. 7

1.1 Tubulações ............................................................................71.2 Classificação dos Tubos ........................................................71.3 Uso dos Principais Tipos de Tubos .......................................7

1.3.1 Tubos de Aço Carbono .............................................. 71.3.2 Tubos de Aço-Liga e Aço Inoxidável ........................71.3.3 Tubos de Materiais Metálicos não Ferrosos ...............7

1.4 Diâmetros Comerciais ...........................................................71.5 Espessuras de Paredes dos Tubos .......................................... 71.6 Acessórios/ligações ...............................................................8

1.6.1 Acessórios de Tubulações .......................................... 81.6.2 Ligações de Tubulações .............................................91.6.3 Isolamento Térmico de Tubulações ......................... 10

2 VÁLVULAS ................................................................................ 112.1 Definição ............................................................................... 11

2.1.1 Classificação e Principais Tipos de Válvulas ........... 112.1.2 Válvulas que permitem o fluxo em apenas

uma direção ............................................................. 112.1.3 Válvulas que controlam a pressão a montante –

ou Válvulas de segurança, alívio e contra pressão ... 112.1.4 Válvulas que controlam a pressão a jusante –

ou Válvulas redutoras e reguladoras de pressão ....... 112.2 Principais Componentes das Válvulas ................................. 11

2.2.1 Corpo de Válvula ..................................................... 112.2.2 Castelo ..................................................................... 122.2.3 Mecanismos Internos e Gavetas ............................... 132.2.4 Meios de Operação de Válvulas ............................... 13

2.3 Detalhes Particulares de cada Tipo e Válvulas .................... 142.3.1 Detalhes Particulares de cada Tipo e Válvulas ......... 142.3.1 Válvula de Gaveta ...................................................142.3.2 Válvula Macho ........................................................ 152.3.3 Válvula Globo ......................................................... 162.3.4 Válvulas de Controle ...............................................172.3.5 Válvula Borboleta .................................................... 172.3.6 Válvulas de Diafragma ............................................ 182.3.7 Válvulas de retenção ................................................ 182.3.8 Válvulas de Segurança e de Alívio .......................... 19

3 PURGADORES .......................................................................... 203.1 Introdução ...........................................................................20

3.1.1 Remoção do Condensado ...........................................203.2 Tipos ................................................................................ 20

3.2.1 Purgador de Bóia ..................................................... 203.2.2 Purgador de Panela Invertida ................................... 213.2.3 Purgador Termostático de Fole ................................ 213.2.4 Purgador Termodinâmico ........................................ 21

3.3 Tabela Comparativa para Purgadores .................................. 223.4 Outros Dispositivos Separadores ........................................ 233.5 Filtros para Tubulações .......................................................23

3.5.1 Filtros Provisórios e Permanentes ............................ 24

4 PERMUTADORES DE CALOR ................................................. 254.1 Introdução .............................................................................. 254.2 Descrição Geral ...................................................................... 26

4.2.1 Permutador de Espelhos Fixos ................................. 264.2.2 Permutador de tampa flutuante ................................ 284.2.3 Permutador de Tubos em “U” .................................. 28

4.3 Materiais Usados em Permutadores de Calor ...................... 284.4 Escolha do Fluido ...............................................................294.5 Instrumentação do Permutador de Calor ............................. 294.6 Operação............................................................................. 29

4.6.1 Normas de Operação ............................................... 294.6.2 Causas de Perda de Eficiência ................................. 30

4.7 Manutenção ......................................................................... 304.7.1 Limpeza...................................................................304.7.2 Testes de Pressão ..................................................... 30

4. 8 Componentes dos Trocadores ............................................. 314.8.1 Componentes ........................................................... 31

5 TANQUES ................................................................................ 325.1 Finalidade ........................................................................... 325.2 Classificação quanto à função ............................................. 32

5.2.1 Tanques de Armazenamento .................................... 325.2.2 Tanques de Resíduo ................................................. 325.2.3 Tanques de Mistura ................................................. 32

5.3 Classificação quanto ao tipo de teto .................................... 325.3.1 Tanques de Teto Fixo .............................................. 325.3.2 Tanques de Teto Flutuante ....................................... 32

5.4 Acessórios ...........................................................................335.4.1 Respiração ...............................................................335.4.2 Válvula de Pressão e Vácuo ..................................... 335.4.3 Agitador .................................................................. 335.4.4 Sistema de Aquecimento ......................................... 335.4.5 Isolamento Térmico ................................................. 335.4.6 Sistema de Medição ................................................. 33

5.5 Diques ................................................................................ 33

6 TORRES ................................................................................346.1 Finalidades .......................................................................... 346.2 Tipos ................................................................................34

6.2.1 Torre de Bandejas ....................................................346.2.2 Bandejas com Borbulhadores .................................. 356.2.3 Bandejas Valvuladas ................................................356.2.4 Bandejas Perfuradas ................................................356.2.5 Bandejas Gradeadas ................................................. 366.2.6 Panelas ....................................................................36

6.3 Torres Recheadas ................................................................366.3.1 Recheios .................................................................. 376.3.2 Suporte de Recheio .................................................. 37

7 FORNOS ................................................................................387.1 Utilização (dos fornos nas plantas de processo de

petróleo) .............................................................................. 387.2 Características gerais dos fornos ......................................... 387.3 Classificação geral dos fornos ............................................. 38

7.3.1 Quanto à utilização .................................................. 387.4 Fornos Reatores .................................................................. 39

7.4.1 Reformadores para unidades de hidrogênioe amônia .................................................................. 39

7.4.2 Fornos de pirólise ....................................................397.4.3 Quanto ao aspecto construtivo ................................. 397.4.4 Cilindro vertical em seção de convecção ................. 397.4.5 Cilíndrico vertical com seção de

convecção horizontal ...............................................407.4.6 Tipo de cabine com tubos horizontais ..................... 407.4.7 Tipo Caixa com câmara de Combustão

Independente ...........................................................407.4.8 Tipo Caixa com Queimadores nas Paredes .............. 417.4.9 Tipo Cabine com Altar ............................................41

7.5 Estrutura e carcaça metálica ................................................417.6 Refratários ...........................................................................417.7 Tubos ................................................................................42

7.7.1 Tubos de radiação ....................................................427.7.2 Tubos de Convecção ................................................42

7.8 Curvas e cabeçote de retorno ...............................................427.9 Suportes dos tubos .............................................................. 427.10 Queimadores .......................................................................427.11 Chaminé e abafadores ......................................................... 437.12 Sopradores de fuligem / ramonadores ................................. 43

8 CALDEIRAS...............................................................................448.1 Considerações gerais ........................................................... 448.2 Classificação das caldeiras .................................................. 44

8.2.1 Caldeiras Flamotubulares ........................................448.2.2 Caldeiras Aquotubulares .......................................... 458.2.3 Classificação quanto à tiragem ................................458.2.4 Classificação quanto à circulação ............................45

8.3 Elementos principais de uma caldeira ................................. 458.3.1 Tubulão de vapor ..................................................... 458.3.2 Tubulão de água ...................................................... 468.3.3 Feixe convectivo ...................................................... 46

8.4 Paredes de água ...................................................................468.5 Superaquecedores ...............................................................46

8.5.1 Generalidades .......................................................... 468.5.2 Tipos .......................................................................468.5.3 Fatores de influência operacional ............................47

8.6 Pré-aquecedores .................................................................. 478.6.1 Generalidades .......................................................... 478.6.2 Classificação ............................................................478.6.3 Corrosão .................................................................. 47

8.7 Economizadores .................................................................. 478.8 Queimador .......................................................................... 48

8.8.1 Queimador ...............................................................488.8.2 Distribuidor de ar ....................................................488.8.3 Queimador de óleo combustível .............................. 48

8.9 Ramonador (ou soprador de fuligem) .................................. 488.10 Internos do Tubulão ............................................................49

8.10.1 Separadores de vapor ...............................................498.10.2 Ciclones ...................................................................49

8.11 Válvulas ...............................................................................498.11.1 Válvulas de Bloqueio ...............................................498.11.2 Válvula de Retenção ................................................498.11.3 Válvulas de Controle ...............................................498.11.4 Válvulas de Segurança ............................................. 498.11.5 Válvulas de purga de superfície ...............................498.11.6 Válvulas de purga de fundo ..................................... 508.11.7 Válvulas de “vent” ...................................................50

8.12 Termos usuais em trabalhos de caldeiras ............................. 50


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1Tubulações –Acessórios/Ligações

1.1 TubulaçõesTubulações são condutos fechados desti-

nados ao transporte de fluidos. As tubulaçõessão constituídas de tubos de tamanhos padro-nizados, colocados em série.

Usam-se tubulações para o transporte detodos os fluidos, materiais pastosos, líquidose gasosos. Na prática, são chamados de tubos,somente os condutos rígidos. Os condutos fle-xíveis recebem a denominação de tubos flexí-veis, mangueiras ou mangotes.

1.2 Classificação dos TubosOs tubos podem ser classificados em me-

tálicos ou não metálicos.a) Tubos Metálicos Ferrosos:

Aço Carbono;Aço Liga (à base de Cr, Mo Ni, Si);Aço inoxidável;Ferro Fundido;Ferro Forjado.

b) Tubos Metálicos não Ferrosos:Cobre e ligas de cobre (latão, bronze);Alumínio;Chumbo;Níquel;Outros metais; etc.

c) Tubos Não Metálicos:Cimento-amianto;PVC;Borracha;Concreto;Vidro;Plástico; etc.

1.3 Uso dos Principais Tipos de Tubos1.3.1 Tubos de Aço Carbono

Representam a maior parte das tubulaçõesutilizadas na refinaria. São usados para trans-ferir hidrocarbonetos, vapor, água, gases, etc.

Suas limitações são, no que diz respeito,a produtos químicos corrosivos e ao fator tem-peratura.

1.3.2 Tubos de Aço-Liga e Aço InoxidávelSão usados para serviços especiais tais

como fluidos corrosivos, fluidos à altas tem-peraturas, etc. Os elementos de liga mais usa-dos são: – Cr e Mo, para altas temperaturas e– Ni para baixas temperaturas.

1.3.3 Tubos de Materiais Metálicos não FerrososSão usados geralmente para fins específi-

cos, que envolvem pequenos diâmetros (ar deinstrumento, tubos de permutador, entre outros).

1.4 Diâmetros ComerciaisOs tubos são identificados por um núme-

ro chamado “diâmetro nominal” (DN). A uni-dade é a polegada (símbolo: "). Uma polegadaequivale a 2,54 cm.

De DN 1/8" até 12", esse valor não corres-ponde a nenhuma dimensão física dos tubos; ede DN 14" a 36" o diâmetro nominal coincidecom o diâmetro externo (D. Ext.) dos tubos.

Assim, o valor fixo dos tubos de 1/8" a12" é o diâmetro externo, sempre maior que odiâmetro nominal.

Exemplo:

DN 4" → D. Ext. = 4,5"DN 8" → D. Ext. = 8,6"

Acima de 30", os tubos são padronizados,fabricados com costura, sob encomenda.

1.5 Espessuras de Paredes dos TubosPara cada um dos diâmetros nominais, fa-

bricam-se tubos com diversas espessuras deparede. Esta espessura é padronizada e recebeo nome de “Schedule” (Sch). Quanto mais altoo Sch, maior será a espessura da parede dotubo.

Exemplo:

DN 8" → D. Ext. = 8,6" → Sch 40 = 0,32"

DN 8" → D. Ext. = 8,6" → Sch 80 = 0,5"

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Figura 1.1 – Espessura de parede de tubos.

Existem tubos para outras finalidades quenão simplesmente o transporte de fluidos. Sãoos tubos usados em permutadores, fornos, cal-deiras, etc, que servem também para aumen-tar a área de troca de calor. Exigem, na maio-ria dos casos especificações especiais.

Para esses tubos, o diâmetro externo cor-responde ao diâmetro nominal (DN), e a espes-sura de parede que varia grandemente, é desig-nada pela própria medida de espessura em mm,décimo de polegada, entre outras unidades.

Exemplo:

Tubo DN 3/4" → D. Ext. = 3,4"

Tubo DN 2" → D. Ext. = 2"

1.6 Acessórios/ligações1.6.1 Acessórios de Tubulações

Os acessórios de tubulações são os meiosutilizados para conectar tubos, válvulas, outrosacessórios e equipamentos. Além de ligar, osacessórios servem também para mudar a dire-ção, variar o diâmetro da tubulação, fazer deri-vações, interromper ligações, etc. Os acessóriospodem ser soldados, rosqueados ou flangelados.Classificam-se conforme sua função nas tubulações:

a) Para mudar a direção em tubos, usa-se:(Figura 1.2 e 1.3)– Curvas de raio longo: 45º, 90º;– Curvas de raio curto: 45º, 90º;– Joelhos de 45º e 90º.

b) Para derivação em tubos: (Figura 1.4 e 1.5)– T normal;– Selas;– Cruzetas.

c) Para variar o diâmetro em tubos: (Fi-gura 1.6 e 1.7)– Redução concêntrica;– Redução excêntrica.

d) Para ligações de tubos entre si: (Figura 1.8e 1.9)– Luvas;– Uniões;– Flanges.

Conclusão do exemplo: como o D. Ext. éfixo (8,6") para um mesmo DN (8"), então ao au-mentarmos o n.º de schedule a espessura de pare-de aumenta e conseqüentemente o diâmetro in-terno diminui. (Figura 1.1).

Tubo

Luvarosqueada

Solda

Luvasoldada

Curva 90° Curva 90° com pé Curva 45°

D. Ext. D. Int.

Sch.

Figura 1.2 – Acessórios flangelados.

Figura 1.3 – Acessórios para solda do topo.

Figura 1.4 Acessórios flangelados.


Figura 1.6 – Acessório flangelado.


Figura 1.8 – Ligações rosqueadas e ligações soldadas.

Curva 90°Raio Longo

Curva 45°

Cruzeta “Tê”

Sela “Tê”

Redução

ReduçãoConcêntrica

ReduçãoExcêntrica


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Figura 1.9 – Ligações rosqueadas e união flangelada.

TuboParafuso

PorcaFlanges

Tubo

Junta

Solda

Tubo

Porca

União rosqueada

Figura 1.10 – Acessório para solda do topo.

e) Para fechar a extremidade de um tubo:– CAP; (Figura 1.10.)– Bujões; (Figura 1.11.)– Flanges cegos. (Figura 1.12.)

Figura 1.12 – Flange cego.

f) Para isolar trechos de tubulações e equi-pamentos;– Raquetes; (Figura 1.13)– Figuras-Oito. (Figura 1.14)

RaquetaFigura 1.13

Lado cheio

Lado vazado

Figura 1.14

1.6.2 Ligações de Tubulaçõesa) Ligações Rosqueadas (Figura 1.4)É um dos métodos mais antigos para liga-

ção de tubulações, pois é de baixo custo e fá-cil execução. Sua utilização é limitada a tubosde pequenos diâmetros (até 4") e para ligaçõesde baixa pressão.

b) Ligações Soldadas (Figura 1.5)É o sistema mais usado para a ligação de

tubos, acima de 2", para aços de qualquer tipoe metais não ferrosos soldáveis. Para a execu-ção das soldas existem normas que regulamen-tam o tipo de eletrodo, o tipo de inspeção, otratamento térmico, etc.

c) Ligações Flangeadas (Figura 1.6)As ligações flangeadas compreendem,

normalmente, dois (02) flanges, jogo de para-fusos, porcas e uma junta. São ligações facil-mente desmontáveis, empregadas em uma sé-rie de situações, tais como:

– acoplar tubulação a uma válvula;– acoplar tubulações aos equipamentos;– permitir montagens e desmontagens fá-

ceis.

Existem diversos tipos de flanges. Os maisusuais são: de pescoço, integral, sobreposto,rosqueado, de encaixe, cego, etc. Quanto àface, pode-se ter: face lisa, com ressalto, ma-cho e fêmea, etc.

Tubo

Solda

UniãosoldadaPorca

“Cap”

Tubo

PorcaParafuso

Flange cego

Junta devedação

Figura 1.11 – Bujão (cabeça quadrada)

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AnotaçõesOs flanges, confeccionados de materialforjado, podem ser classificados segundo apressão nominal de projeto. As classes de pres-sões para flanges são: 125, 150, 300, 400, 600,900, 1.500 e 2.500 lbs/pol2. Os flanges maisusados em refinaria correspondem às classesde 150 e 300 lbs/pol2.

As dimensões dos flanges (espessura, n.ºde parafusos, diâmetro externo) variam comas classes de pressão.

Em todas as ligações com flanges, existesempre uma junta que é o elemento de vedação.O material da junta deverá ser deformável eelástico, para compensar as irregularidades dasfaces dos flanges, estratégia que conferevedação perfeita. Deverá também ser especi-ficado, visando suportar as variações de tem-peratura e pressão. Existem diversos tipos dejuntas. As mais comuns na refinaria são:

– Espirotálicas: Juntas planas com es-piral metálico recheado de amianto. Sãousadas para fluidos à altas temperatu-ras, situação em que um vazamentotorna-se extremamente perigoso.

– Nitripak : Juntas planas, fabricadascom papelão recheado de tela metáli-ca. Usadas para fluidos à alta pressão ea baixas temperaturas.

– Papelão grafitado: Juntas planas fa-bricadas com papelão e grafite. Usadaspara fluídos à baixa pressão e baixatemperatura.

1.6.3 Isolamento Térmico de TubulaçõesOs isolamentos térmicos, com freqüência,

têm por finalidade, reduzir as trocas de calordo tubo para o meio ambiente, ou vice-versa.São constituídos, geralmente, de material àbase de cálcio ou lã de rocha.

Os isolamentos térmicos podem ser utili-zados por duas razões, com finalidades espe-cíficas diferentes:

a) Motivo EconômicoAs perdas de calor de um fluido para oexterior, representam um desperdício daenergia empregada no aquecimento. Autilização de isolamento térmico resul-ta, portanto, em economia de energia.

b) Proteção PessoalO isolamento térmico pode também sernecessário para evitar queimadurascaso o operador encoste-se na tubula-ção, ou ainda, em algumas situações,para evitar o desconforto da excessivairradiação de calor.


11

2Válvulas2.1 Definição

Válvulas são dispositivos usados para es-tabelecer, controlar e interromper a passagemde fluidos em tubulações. Dentro deste concei-to global, as válvulas podem ter, no entanto,funções e características específicas que permi-tem uma classificação segundo seu emprego.

2.1.1 Classificação e Principais Tipos deVálvulasVálvulas que controlam o fluxo em qualquerdireção

a) Válvulas de BloqueioSão aquelas que se destinam, primor-dialmente, a estabelecer ou interrom-per o fluxo, ou seja, devem só funcio-nar completamente abertas ou comple-tamente fechadas.Tipos mais usados: válvula gaveta;

válvula macho;válvula esfera.

b) Válvulas de Regulagem de FluxoDestinam-se para o controle de fluxo epodem, devido a isto, trabalhar emqualquer posição.Tipos mais usados:válvula globo;válvula agulha;válvula de controle;válvula borboleta;válvula de diafragma.

2.1.2 Válvulas que permitem o fluxo em apenasuma direção

a) válvula de retenção de portinhola;b) válvula de retenção tipo plug;c) válvula de retenção de esfera;d) válvula de pé.

2.1.3 Válvulas que controlam a pressão amontante

São também conhecidas como válvulas desegurança, alívio e contra pressão

2.1.4 Válvulas que controlam a pressão a jusanteSão também conhecidas como válvulas re-

dutoras e reguladoras de pressão

2.2 Principais Componentes das Válvulas2.2.1 Corpo de Válvula

O corpo ou carcaça é a parte da válvula quese conecta à tubulação e contém o orifício depassagem do fluido.

As válvulas são peças sujeitas à manutençãoe, por isso, devem ser, em princípio, facilmentedesmontáveis. Tanto as válvulas rosqueadas, comoas flangeadas obedecem a este conceito. No en-tanto, com o desenvolvimento dos processos desolda, passaram também a ser empregadas válvu-las com extremidades para solda de soquete e parasolda de topo. A desmontagem dessas válvulas ébem mais difícil, mas em compensação, não háriscos de vazamentos na tubulação. São os seguin-tes os principais casos de emprego de cada tipode extremidade em válvulas:

a) Extremidades flangeadasSistema usado em quase todas as vál-vulas, de qualquer material, emprega-do em tubulações industriais de maisde 2". (Figura 2.1)

Figura 2.1 – Válvula gaveta.

Volante

Pinograxeiro

Haste

Sobreposta

Gaxetas

CasteloFlangeado

Corpo

Gaveta

Flange

Sede

12


b) Extremidades para solda de soqueteSistema usado, principalmente, em vál-vulas de aço, de menos de 2", em que asolda de topo é ineficiente.

c) Extremidades rosqueadasSistema usado em válvulas menores de4" em tubulações que não conduzemfluidos corrosivos ou venenosos.

d) Extremidades para solda de topoSistema usado em válvulas de aço, demais de 2", em serviços com pressõesmuito altas ou com fluidos em que seexija eliminação absoluta do risco devazamento.

2.2.2 CasteloO castelo é a parte da válvula que suporta

e contém as peças móveis de controle de flu-xo. O castelo é fixado ao corpo de maneira apermitir rápida desmontagem e fácil acesso aointerior da válvula. São três os meios usuaisde ligação do castelo ao corpo:

a) Castelo e corpo rosqueadosÉ o sistema mais barato, usado apenasem pequenas válvulas de baixa pres-são (Figura 2.2).

b) Castelo preso ao corpo por uma por-ca solta de uniãoUsado para válvulas pequenas, de altapressão. Permite uma vedação bemmelhor que o castelo rosqueado. Estaválvula deve ser de boa qualidade (Fi-guras 2.2 e 2.3).

Figura 2.2 – Válvula gaveta castelo rosqueado.

Volante

Porca de aperto

Sobreposta

Gaxetas

Castelo Rosqueado

Haste c/ rosca interna

Corpo

Gaveta

Extremos rosqueados

c) Castelo aparafusadoSistema usado para válvulas grandessob qualquer pressão, por ser mais ro-busto e permitir melhor vedação (Fi-guras 2.4 e 2.5).

Figura 2.3 – Válvula globo.

Volante

Haste c/ rosca externa

Sobreposta

Castelo aparafusado

Tampão

Sede

Sentido de fluxo

Figura 2.4 – Válvula gaveta castelo aparafusado.

Volante

Sobrecastelo

Haste com roca externa

Sobreposta

Gaxetas

Castelo aparafusado

Junta

Corpo

Gaveta

Sedes

Flanges


13

Figura 2.6 – Válvula gaveta com redução de engrenagens.

Volante

Engrenagensde redução

Castelo

Flange

Figura 2.5 – Válvula de fecho rápido.

Alavanca de operação

Guia da alavanca

Haste deslizante

Gaxeta

Casteloaparafusado

Gaveta

Flange

c) Operação automática:– pelo próprio fluido;– por meio de molas ou contrapesos.

Para operação manual, empregam-se vo-lantes e alavancas em válvulas de até 12". Paraválvulas maiores, usam-se os sistemas de en-grenagem e parafuso sem fim, com o objetivode suavizar a operação.

Figura 2.7 – Válvulas com volante com corrente e com hastede extensão.

a) Válvula acima do operador

b) Válvula abaixo do operador

Volante

Volante paracorrente

Piso deoperação

Haste de extensão

Para a operação manual de válvulas situa-das fora do alcance do operador, utilizam-sevolantes ou alavancas com correntes, ou ain-da hastes de extensão (Figura 2.7).

2.2.3 Mecanismos Internos e GavetasO mecanismo móvel interno da válvula

(haste e peças de fechamento) e a sede chama-se “trim” da válvula. São as peças mais im-portantes da válvula, geralmente, feitas de ma-teriais de melhor qualidade do que os da car-caça, porque estão sujeitas a grandes esforçose à forte corrosão. Devem ter também umausinagem cuidadosa para que a válvula tenhafechamento estanque.

Na maioria das válvulas, a haste atravessao castelo, indo para fora do corpo. Para evitarvazamento pela haste, existem gaxetas conven-cionais com porca de aperto, ou, mais rara-mente, sistemas especiais de vedação comoretentores, foles, entre outros. Quando a hasteé rosqueada (como acontece na maioria dasválvulas), a rosca deve, de preferência, estarpor fora da gaveta, por ser um sistema de cons-trução mais barato.

2.2.4 Meios de Operação de VálvulasHá uma variedade muito grande de siste-

mas usados para a operação de válvulas:a) Operação manual, por meio de:

– volante;– alavancas;– engrenagens; (Figura 2.6)– parafusos sem fim; etc.

b) Operação motorizada:– hidráulica;– pneumática;– elétrica.

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A operação motorizada é empregada ape-nas nos seguintes casos:

– Em válvulas comandadas à distância;– Em válvulas situadas em posições ina-

cessíveis;– Em válvulas muito grandes, cuja ope-

ração manual seja difícil.Nos sistemas de operação motorizada, hi-

dráulica ou pneumática, a haste da válvula écomandada por um êmbolo ou um diafragma,sujeito à pressão de um líquido ou ar compri-mido. O comando hidráulico, mais raro na prá-tica do que o comando pneumático, é usadoquase somente, para válvulas muito grandes.

A operação motorizada pneumática é o sis-tema mais usado nas válvulas comandadas porinstrumentos automáticos. É preciso não con-fundir válvulas comandadas por instrumentosautomáticos com válvulas de operação auto-mática.

Existem dois sistemas de operação moto-rizada elétrica de uso corrente:

– Motor elétrico, acionando o volante daválvula por meio de engrenagens deredução. Este sistema é usado apenasem válvulas de grande tamanho paratornar a operação mais fácil e mais rá-pida.

– Solenóide, cujo campo magnético mo-vimenta, diretamente por atração, ahaste da válvula. Este sistema pode serempregado apenas para pequenas vál-vulas, freqüentemente por relés elétri-cos ou instrumentos automáticos.

2.3 Detalhes Particulares de cada Tipoe Válvulas2.3.1 Válvula de Gaveta

É o tipo de válvula mais importante e deuso mais generalizado. São utilizadas princi-palmente nos serviços de bloqueio nas linhasde água, óleos e líquidos em geral (desde quenão sejam muito corrosivos ou voláteis), paraquaisquer diâmetros, e também para o bloqueiode vapor e ar em linhas de diâmetro acima de8". Em todos estes serviços, as válvulas degaveta são usadas para qualquer pressão outemperatura (Figura 2.1).

O fechamento dessas válvulas é feito pelomovimento de uma peça chamada gaveta, quese desloca paralelamente ao orifício da válvu-la e perpendicularmente ao sentido de escoa-mento do líquido.

Quando completamente abertas, a perdade carga causada por este tipo de válvula édesprezível. Apenas devem trabalhar comple-tamente abertas ou completamente fechadas,isto é, são válvulas de bloqueio e não de re-gulagem. Quando parcialmente abertas, cau-sam laminagem da veia fluida, acompanhadade cavitação e violenta erosão.

Observa-se que as válvulas gaveta sãosempre de fechamento lento, sendo impossí-vel fechá-las instantaneamente: o tempo ne-cessário para o fechamento será tanto maiorquanto maior for a válvula. Essa é uma grandevantagem das válvulas gavetas, porque, destamaneira, pode-se controlar o efeito dos golpesde ariete.

As válvulas gaveta dificilmente dão umfechamento absolutamente estanque. Por ou-tro lado, na maioria das aplicações práticas,tal fechamento não é necessário.

A gaveta das válvulas pode ser em cunhaou paralela.

As gavetas de cunha são de maior quali-dade e dão, devido a ação da cunha, um fecha-mento mais seguro do que as gavetas parale-las, embora sejam de construção e manuten-ção mais difícil.

Emprega-se, nas válvulas gaveta, três sis-temas diferentes de movimentação da haste:

Haste ascendente com rosca externaÉ o sistema usado nas válvulas grandes e

de boa qualidade. A haste tem apenas movi-mento de translação e o volante, preso ao cas-telo por uma porca fixa, apenas movimentode rotação. A rosca da haste é externa à válvula

Figura 2.8 – Válvula comandada por cilindro hidráulico.

Conexões para olíquido acionador

Cilindro Hidráulico

Gaxetas

Haste deslizante

Gaveta


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estando, assim, livre, do contato com o fluido. Aextensão da haste acima do volante dá umaindicação visual imediata da posição de aber-tura ou de fechamento da válvula, sendo estaa principal vantagem do sistema (Figura 2.4).

Haste ascendente com rosca internaÉ a disposição mais usual em válvulas

pequenas e também em válvulas grandes dequalidade inferior. A haste, dentro da válvula,juntamente com o volante, tem movimentosde translação e rotação. Não há indicação vi-sual da posição de abertura ou fechamento (Fi-gura 2.2).

Haste não ascendenteA haste, juntamente com o volante tem

apenas movimento de rotação. Somente a ga-veta da válvula que se atarraxa na extremida-de da haste, tem movimento de translação. Éum sistema barato, de construção fácil, usadoem válvulas pequenas de qualidade inferior.

Alguns problemas são característicos du-rante a operação de válvulas gavetas:

– Em caso de alta pressão, é difícil a ope-ração de uma válvula gaveta. Há casosem que se torna necessário o uso dechaves apropriadas aplicadas ao volan-te, há outros em que a válvula possuium desvio: na abertura ou fechamentoda válvula utiliza-se o desvio para evi-tar alto diferencial de pressão na ope-ração.

– As gaxetas requerem atenção, uma vezque podem apresentar um pequeno va-zamento com o uso. É importante quesejam reapertadas ou trocadas em épo-cas apropriadas.

– Ao se abrir ou fechar completamente aválvula, ela pode se trancar. Existe umapequena folga que permite inverter li-geiramente o sentido de rotação do vo-lante sem que se altere a posição da ga-veta.

– Quando a válvula não está vedandocompletamente não é boa norma for-çar seu fechamento: as causas podemser depósitos na sede, defeito na sede,etc. A operação indevida pode agravaro problema. Na maioria das vezes, ocor-re a quebra da bucha.

– Tanto a má lubrificação como o apertodemasiado das gaxetas podem acarretardificuldades na operação da válvula.

Variantes das válvulas gavetasUma variante da válvula gaveta é a válvu-

la de fecho rápido. Nessas válvulas, a gaveta émanobrada por uma alavanca externa fechan-do-se com um movimento único da alavanca(Figura 2.5).

2.3.2 Válvula MachoAplica-se, principalmente, nos serviços de

bloqueio de gases para qualquer diâmetro, tem-peratura ou pressão e também no bloqueio rápi-do de água, vapor e líquidos em geral para pe-quenos diâmetros e baixas pressões (Figura 2.9).

Figura 2.9 – Válvula macho.

Engraxadeira Alavanca de manobra

Sobreposta

Gaxetas

Sedes

Macho

Orifício de passagem

Rasgos de Lubrificação

Válvula macho

Posição aberta Posição fechada

Cortes em projeção horizontal

Nessas válvulas, o fechamento é feito pelarotação de uma peça (macho) existente no in-terior do corpo da mesma. São válvulas de fe-cho rápido, porque bloqueiam com 1/4 de voltado macho ou da haste.

As válvulas macho são, fundamentalmen-te, válvulas de bloqueio. Quando totalmenteabertas, a perda de carga é mínima e, quandoparcialmente fechadas, a turbulência impedeuma vazão regularizada.

Existem dois tipos gerais de válvulas ma-cho: com e sem lubrificação.

Nas válvulas com lubrificação, há um sis-tema de injeção de lubrificantes sob pressão,através do macho, para melhorar a vedação eevitar que o mesmo fique preso. Essas válvu-las são empregadas geralmente em serviçoscom gases.

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2.3.3 Válvula GloboEm válvulas globo, o fechamento é feito

por meio de um tampão que se move contra oorifício da válvula, que, geralmente, está emposição paralela ao sentido do fluxo. As vál-vulas globo podem trabalhar em qualquer po-sição e fechamento, isto é, são válvulas de re-gulagem. Causam, entretanto, em qualquerposição de fechamento, fortes perdas de car-gas. As válvulas globo dão um fechamento

Figura 2.12 – Válvula Angular.

Porca de aperto

Gaxetas

Haste com rosca

Tampão

Trajetória do fluído

Castelo de união

Porca

Agulha

SedeTrajetória do fluido

Figura 2.11 – Válvula de 3 vias.

Figura 2.10 – Válvula de esfera.

Haste

Orifício depassagem

Alavanca de manobra

Engaxetamento

Anéis retentores

Macho(esfera oca)

Posição aberta

Macho

Corte em projeçãohorizontal

As válvulas sem lubrificação, de boa qua-lidade, usadas para gases, têm sedes removí-veis, feitas de material resiliente (teflon, neo-prene, etc.), dando ótima vedação estanque.

Variantes da válvula MachoUma das variantes da válvula macho cor-

responde às válvulas de esfera. Neste caso, omacho é uma esfera que gira sobre um diâ-metro, deslizando entre anéis retentores. Asvantagens das válvulas de esfera sobre a degaveta são o menor tamanho, peso e custo,melhor vedação e menor facilidade de opera-ção (Figura 2.10).

bem melhor que as válvulas de gaveta, de for-ma que é possível conseguir, principalmenteem válvulas pequenas, um fechamento abso-lutamente estanque (Figura 2.3).

As válvulas globo devem ser instaladas demodo que o fluido entre sempre pela face in-ferior do tampão. Essa disposição tem a van-tagem de poupar as gavetas, porque a pressãonão fica agindo permanentemente sobre elas etambém de permitir, em muitos casos, o reen-gaxetamento com a válvula em serviço.

Variantes de válvula globoVálvulas Angulares

Essas válvulas têm os bocais de entrada esaída a 90°. Permite perdas de cargas menoresque a válvula globo comum. Devido à posi-ção do orifício de passagem (Figura 2.12).

Válvula AgulhaO tampão nestas válvulas é substituído por

uma peça cônica agulha, que permite um con-trole mais delicado da vazão. É usado em li-nha até 2” (Figura 2.13).

Outra variante das válvulas macho são asválvulas de 3 ou 4 vias, onde o macho nesssválvulas é furado em “T” em “L” ou em cruz,dispondo a válvula de 3 ou 4 bocais para liga-ção às tubulações (Figura 2.11)

Figura 2.13 – Válvula Agulha.


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Válvula sem sedeÉ uma variante das válvulas angulares em

que o tampão consiste de um êmbolo que des-liza do corpo da válvula. Estas válvulas sãoempregadas para a descarga de caldeiras (Fi-gura 2.14).

Figura 2.14 – Válvula sem sede.

Êmbolo

Retentores

Válvulas em “Y”Essas válvulas apresentam a haste a 45°

com o corpo, de maneira tal que a trajetória dacorrente fluida fica quase retilínea. Em conse-qüência disso as perdas de carga ficam redu-zidas um valor mínimo. Essas válvulas sãousadas para bloqueio e regulagem de vapor(Figura 2.15).

Figura 2.15 – Válvula em “Y”.

Tampão

Sede

Trajetória do fluido

2.3.4 Válvulas de ControleEssas válvulas são usadas em combina-

ção com instrumentos automáticos, que ascomandam à distância, para controlar a vazãoou a pressão de um fluido. A válvula em si équase semelhante a uma válvula globo sendooperada, na maioria das vezes, por meio deum diafragma sujeito à pressão de ar compri-mido. Há um instrumento automático quecomada a pressão de ar, que por sua vez fazvariar a posição de abertura da válvula. A ope-ração nas válvulas de controle é feita, geral-mente, pelo diafragma em um sentido (paraabrir ou fechar) e por uma mola regulável nooutro sentido (Figura 2.16).

Figura 2.16 – Válvula de Controle.

Mola regulável(para abrir a válvula)

Admissão de ar comprimido(para fechar a válvula)

Diafragma flexível

Indicador de posiçãode abertura

Haste

GaxetasSobreposto

Tampões duplosbalanceadosSedes

2.3.5 Válvula BorboletaUsada para tubulações de grande diâme-

tro (mais de 20'’), sujeitas a baixas pressões,sem a exigência de vedação perfeita. O fecha-mento da válvula é feio por meio de uma peçacircular que pivota em torno de um eixo per-pendicular ao sentido de escoamento do flui-do (Figura 2.17).

Figura 2.17 (a) – Válvula Borboleta.

Figura 2.17 (b) – Válvula Borboleta.

Eixo

DiscoCorpo

Volante

Alavanca

Corpo da válvula(entre os flanges)

Disco defechamento

Flanges datubulação

AbertoFechado

18


Figura 2.18 – Válvula de Diafragma.

2.3.7 Válvulas de retençãoEstas permitem a passagem de fluido ape-

nas em sentido, fechamento automaticamen-te, por diferença de pressões exercidas pelopróprio fluido, se houver tendência à inversãono sentido de escoamento. São, por isso, vál-vulas de operação automática.

Um caso típico do uso de válvulas de re-tenção é na linha de recalque de bombas emparalelo, para evitar o retorno do fluido atra-vés das bombas paradas. Outro caso é do usodessas válvulas na linha de carregamento de umtanque para evitar um possível esvaziamento.

Existem três tipos principais de válvula deretenção:

Válvula de retenção de portinholaÉ o tipo mais comum de válvula de reten-

ção. Seu fechamento é feito por uma portinholaarticulada, que se assenta no orifício da vál-vula.

As válvulas de portinhola não devem serusadas em tubulações sujeitas a freqüentes in-versões de fluxo, porque, nesse caso, têm ten-dência a vibrar fortemente (Figura 2.19.).

Algumas válvulas desse tipo têm uma ala-vanca externa, com a qual a portinhola podeser aberta ou fechada, à vontade, quando ne-cessário.

Válvulas de retenção tipo plugO fechamento da válvula é feito por meio

de um tampão, semelhante ao das válvulas glo-bo, cuja haste desliza em uma guia interna.Essas válvulas causam perdas de carga muitograndes e por isso são pouco usadas em linhasde diâmetro acima de 6'’. São adequadas aotrabalho com gases e vapores (Figuras 2.20).

Válvula de retenção de esferaSão semelhantes às válvulas de retenção

tipo plug, sendo porém, o tampão substituídopor uma esfera.

É o tipo de válvula de retenção cujo fe-chamento é mais rápido. Essas válvulas, mui-to boas para fluidos de alta viscosidade, sãofabricadas e usadas apenas para diâmetro deaté 2” (Figura 2.21).

Volante Haste

Castelo Tampão

SedePosição fechada

Diafragma flexível (aberto)

Figura 2.19 – Válvula de retenção de portinhola.

Flange deentrada

TampaFlange

de saída

Eixo

TampãoSede

Figura 2.20 – Válvula de retenção tipo plug.

Tampa

Tampão

GuiaPinoSede

SaídaEntrada

Figura 2.21 – Válvula de retenção de esfera.

EntradaEsfera

Saída

2.3.6 Válvulas de DiafragmaMuito usadas para fluidos perigosos, cor-

rosivos, tóxicos, inflamáveis, etc, as válvu-las de diafragma não apresentam gaxetas. Seufechamento é feito por meio de um diafrag-ma flexível apertado contra a sede. O meca-nismo móvel que controla o diafragma ficacompletamente fora do contato com o fluido(Figura 2.18).


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Variantes das válvulas de retençãoVálvulas de pé

São válvulas de retenção especiais paramanter a escorva nas linhas de sucção de bom-bas. São semelhantes às válvulas de retençãotipo plug (Figura 2.22).

Figura 2.22 – Válvula de pé.

Válvulas de retenção e fechamentoSão semelhantes às válvulas globo, com

tampão capaz de deslizar sobre a haste. Naposição aberta, funcionam como válvulas deretenção de levantamento e, na posição fecha-da, como válvulas de bloqueio. São usadas naslinhas de saída de caldeiras (Figuras 2.23).

Bocal de saída

Pino

Guia

Tampão

Grade deentrada

2.3.8 Válvulas de Segurança e de AlívioControlam a pressão à montante, abrindo-

se automaticamente, quando essa pressão ul-trapassa um determinado valor para o qual aválvula foi ajustada (pressão de ajuste).

Figura 2.23 – Válvula de retenção e fechamento.

Hasterosqueada

Haste dotampãoGuia

Tampão

Entrada Saída

A construção dessas válvulas é semelhanteà das válvulas globo angulares. O tampão émantido fechado contra a sede pela ação deuma mola, com parafuso de regulagem, ou deum contrapeso externo de posição ajustável.Regula-se tensão ou posição do contrapeso,de maneira a se ter a desejada pressão de aber-tura da válvula (Figura 2.24).

Figura 2.24 – Válvula de segurança.

Porca de regulagem

Mola

Bocal de saída

Tampão

Sede

Bocal de entrada

As válvulas de mola são as mais comuns.A mola pode ser interna, dentro do castelo daválvula, ou externa, preferindo-se esta últimadisposição para serviços com fluidos corrosi-vos, muito viscosos, ou gases liqüefeitos quepossam congelar, prendendo a mola.

Essas válvulas são chamadas de “seguran-ça”, quando destinadas a trabalhar com flui-dos elásticos (vapor, ar, gases), e de alívio,quando destinadas trabalhar com líquidos, quesão fluidos incompressíveis. A construção dasválvulas de segurança e de alívio é basicamentea mesma, a principal diferença reside no per-fil das sedes e do tampão. Nas válvulas de se-gurança, o desenho desses perfis é feito de talforma que a abertura total da válvula ocorraimediatamente após a “pressão de ajuste”, e ofechamento repentinamente abaixo da “pres-são de ajuste”. Nas válvulas de alívio, a aber-tura é gradual, atingindo o máximo com 110%a 125% da “pressão de ajuste”.

As válvulas de segurança costumam teruma alavanca externa com a qual é possívelfazer-se manualmente o disparo da válvulapara teste.

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3.1 IntroduçãoPurgadores são equipamentos utilizados

para eliminar condensados das tubulações quetransportam vapor ou ar comprimido. Os bonspurgadores além de remover condensado, re-movem também o ar e outros gases inconden-sáveis que possam existir.

O aparecimento de condensado em tubu-lações de vapor pode se dar devido à perda decalor para o meio ambiente, arraste de gotícu-las, colocação em operação de determinadotrecho de tubulação fria ou trechos de tubula-ções bloqueadas.

O aparecimento de condensado em tubu-lações de ar comprimido ocorre em conseqüên-cia da condensação da umidade do ar ou doarraste do óleo de lubrificação dos compres-sores.

3.1.1 Remoção do CondensadoRemove-se o condensado existente nas li-

nhas de vapor pelas seguintes razões:– Conservar a energia do vapor, pois o

condensado não tem ação motora (má-quina a vapor) nem ação aquecedoraeficiente (o vapor aquece cedendo ca-lor de condensação). A entrada de con-densado nas turbinas causa danos irre-paráveis em suas palhetas.

– Evitar vibrações e martelos hidráulicosnas tubulações causados pelo arrasta-mento do condensado e encontro dovapor com bolsões de condensado.

– Reduzir os efeitos de corrosão.Remove-se o condensado das linhas de ar

comprimido, porque os arrastes de óleo ouágua danificam os instrumentos e prejudicamo processo em que o ar é utilizado.

3.2 TiposOs purgadores podem ser classificados em:– Purgadores Mecânicos: Agem por di-

ferença de densidade.

a) Purgadores de bóia;b) Purgadores de panela invertida.

– Purgadores Termostáticos – Agempor diferença de temperatura.a) Purgadores de expansão metálica;b) Purgadores de expansão líquida;c) Purgadores de expansão balancea-

da (fole).

– Purgadores Especiais:a) Purgadores termodinâmicos;b) Purgadores de impulso.

3.2.1 Purgador de BóiaConsiste em uma caixa com uma entrada

de vapor e uma saída de condensado. A saídado condensado é fechada por uma válvula co-mandada por bóia; quando há condensado, abóia flutua e abre a saída do condensado, queé expulso pela própria pressão do vapor.

É necessário que a força de flutuação dabóia seja suficiente, através das alavancas, paravencer a pressão do vapor, que tende a fechara válvula.

Esse purgador tem descarga contínua e nãopermite a saída de ar e de outros gases.

É empregado para baixas pressões de va-por (até 35 Kgf/cm2), quando se deseja des-carga rápida e contínua e quando não há ne-cessidade de eliminação de ar (Figura 3.1).

Figura 3.1 – Purgador de Bóia.

3Purgadores

Válvulatermostática

Entrada(vapor + condensado)

Bóia

Válvulade saída Saída

(condensado)


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3.2.2 Purgador de Panela InvertidaÉ o tipo de purgador mais usado em tubu-

lações de vapor. Consiste em uma caixa comentrada de vapor e saída de condensado, den-tro da qual existe uma panela com fundo paracima, comandando a válvula que fecha a saí-da do condensado.

Para o início de operação, o purgador deveestar cheio de água; a panela fica pousada nofundo, abrindo a válvula, por onde sai o ex-cesso de água.

O vapor, quando chega, é lançado dentroda panela, de onde é expulsa a água (que esca-pa pela saída), até que a quantidade de água

Figura 3.2 – Purgador de Panela Invertida.

dentro da panela, tornando-se pequena, fazcom que a panela flutue, fechando a válvulade saída. O ar contido na panela sai pelo pe-queno furo existente no fundo da panela, poronde escapa também um pouco de vapor; o aracumula-se, então, no topo do purgador e ovapor é condensado por saturação do ambiente.

Chegando mais condensado, a panela enche-se de água, perde flutuação e afunda, abrindo aválvula. A pressão do vapor faz sair o ar acumu-lado e o condensado, até que, diminuindo a quan-tidade de condensado dentro da panela, aflutuação é restabelecida, fechando-se a vál-vula e repetindo-se, assim, o ciclo (Figura 3.2).

3.2.3 Purgador Termostático de FoleConsiste em uma caixa contendo no inte-

rior um pequeno fole que comanda a válvulade saída do condensado. O fole contém umlíquido de ponto de ebulição inferior ao daágua. O purgador funciona pela diferença detemperatura que existe sempre, para a mesmapressão, entre o vapor e o condensado. O va-por, por ser mais quente, vaporiza o líquidodentro do fole, que se dilata, fecha a válvula eimpede, portanto, a saída do vapor. O conden-sado e o ar, como são mais frios, contraem ofole que abre a válvula deixando-os escapar.Esse tipo de purgador é empregado para mé-dias e baixas pressões (até 35 kgf/cm2), prin-cipalmente quando se tem grande volume dear a eliminar. A descarga de condensado é in-termitente, demorada, e a perda de vapor é re-lativamente grande. Não pode ser empregadopara vapor superaquecido (Figura 3.3).

Figura 3.3 – Purgador Termostático de Fole.

3.2.4 Purgador TermodinâmicoÉ um aparelho de construção extremamen-

te simples, cuja única peça móvel é um discoque trabalha dentro de uma pequena câmara,abrindo ou fechando, simultaneamente, as pas-sagens que dão para a entrada de vapor e paraa saída de condensado (Figura 3.4).

Válvula (aberta)

Orifício

Válvula (fechada)

Bolhas de Are Vapor

Vapor

Entrada

Panela Invertida(afundada)

Saída

Condensado

Panela Invertida(flutuando)

Válvula (aberta)

Vapor

Condensado

PanelaInvertida

(afundada)

Purgador Aberto(Descarga de Condensado)

Purgador Fechado(Chegada de Vapor)

Purgador Aberto(Descarga de Condensado)

Fole

Saída

Válvula

Ent

rada

22


Figura 3.4 – Purgador Termodinâmico.

O funcionamento de um purgador termo-dinâmico encontra-se descrito a seguir: O con-densado ou o ar chegando ao purgador sãoempurrados pela pressão do vapor, levantamo disco e escapam para fora. Quando o vaporchega ao purgador, a princípio também esca-pa; mas, logo em seguida, o jato de vapor emalta velocidade passando por baixo do disco,cria uma zona de baixa pressão (Teorema deBernoulli) e o disco abaixa-se tendendo a fe-char a saída do vapor. Assim que o disco co-meça a abaixar, parte do vapor que sai para acâmara acima do disco, e a pressão do vaporforça, então, o disco para baixo. Ao mesmotempo, o movimento do disco causa uma re-dução na seção de saída do vapor; em conse-qüência, a velocidade aumenta e a depressão

Bóia 35 50 000 Sim Não Não Pouca RegularPanela Invertida 180 15 000 Não Sim Sim Pouca BastantePanela Aberta 100 6 000 Não Sim Sim Pouca BastanteExpansão Metálica 50 4 000 Não Sim Sim Bastante RegularExpansão Líquida 35 4 000 Não Sim Não Bastante RegularExpansão Balanceada 35 1 000 Não Sim Não Bastante RegularTermodinâmico 100 3 000 Não Sim Sim Regular Quase NenhumaImpulso 100 5 000 Não Não Sim Regular Quase Nenhuma

TipoPressão

Máxima doVapor (kg/cm2)

CapacidadeMáxima(kg/h)

DescargaContínua

Eliminaçãodo Ar

Resistência aGolpes de

Ariete

Perda deVapor

Necessidade deManutenção

3.3 Tabela Comparativa para PurgadoresO quadro seguinte apresenta um resumo comparativo das principais características dos tipos

mais importantes de purgadores de vapor:

causada também, o disco encosta-se, então, nasede, fechando a saída do vapor.

O disco fica, assim, em equilíbrio (a mes-ma pressão nas duas faces) até que o vapor re-petido em cima começa a condensar, a pressãocai, o disco sobe, repetindo-se todo o ciclo.

Esse purgador, barato, pequeno, simplese de baixa manutenção, está sendo empregadocada vez mais para linhas de vapor e de aque-cimento, desde que a quantidade de conden-sado não seja muito grande.

Não deve ser usado quando a contrapres-são do condensado for maior do que 50% dapressão do vapor, ou quando a pressão do va-por for inferior a 0,7 kgf/cm2. Pode ser empre-gado para altas pressões e altas temperaturas.

Pressão Zona de BaixaPressão

CondensadoVapor

CondensadoVapor

TampaDisco Móvel(suspenso)

CondensadoAr

Sede

CondensadoAr

Pressão

Vapor

Orifício de Entrada

Orifício de Saída

Purgador Aberto(descarga de condensado)

Purgador Fechando-se(chegada de vapor)

Purgador Fechado

Secção AA


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3.4 Outros Dispositivos SeparadoresAlém dos purgadores de vapor, outros dis-

positivos separadores são também usuais emtubulações industriais. As operações mais co-mumente efetuadas por esses aparelhos são asseguintes:

– Separação de água e/ou óleo em tubosde ar comprimido e de outros gases;

– Separação de poeiras e sólidos em tu-bos de gasolina e de outros líquidosleves;

– Separação de ar em tubos de vapor.Os princípios gerais de funcionamento da

maioria desses aparelhos são flutuação, inér-cia, capilaridade e absorção. Alguns separa-dores aproveitam-se, simultaneamente, de maisde um dos fenômenos mencionados.

Os aparelhos que trabalham por flutuação,são inteiramente semelhantes aos purgadoresde bóia, são empregados na separação e eli-minação de água e de outros líquidos nas tu-bulações de ar e de gases em geral. Esses se-paradores, que são sempre peças pequenas (fa-bricadas com até 2” de diâmetro nominal), sãomuito usados para a drenagem da água forma-da em tubulações de ar comprimido e, por isso,denominados às vezes de “purgadores de água”.

O princípio da inércia é utilizado nos apa-relhos destinados a separar líquidos e sólidosem suspensão (inclusive poeiras) em tubula-ções de gases. Nesses separadores, a correntede gás, carregada de partículas líquidas ou só-lidas, é obrigada a mudar de direção várias ve-zes em grande velocidade. Nessas mudançasde direção, as partículas líquidas ou sólidasseparam-se por serem mais pesadas (devido àinércia) e são, então, recolhidas e eliminadas.

Os separadores que agem por capilari-dade servem, principalmente, para a coleta eeliminação de ar e de água em tubulações delíquidos leves. Nesses aparelhos, a corrente lí-quida atravessa elementos de tela fina ou depalhas especiais, onde se formam, por diferen-ça de capilaridade, bolhas de ar ou gotículasde água que são depois coletadas.

Os separadores de absorção são apare-lhos no interior dos quais existem elementosde substâncias especiais capazes de absorvere reter o material que se deseja separar. A veiafluida atravessa esses elementos, onde a ab-sorção ocorre geralmente por meio de reaçõesquímicas. Os elementos absorventes têm umavida relativamente curta, ao final da qual de-vem ser substituídos. Os desumidificadores desilicagem ou de alumina, empregados para re-mover umidade em correntes de ar ou de ou-tros gases, funcionam segundo este princípio.

3.5 Filtros para TubulaçõesOs filtros (strainers, filters) são também

aparelhos separadores destinados a reter poei-ras, sólidos em suspensão e corpos estranhos,em correntes de líquidos ou gases. Duas clas-ses de filtro são de uso comum em tubulaçõesindustriais: a dos filtros provisórios e dos per-manentes.

Os filtros provisórios são peças que seintercalam nas tubulações, próximo aos bocaisde entrada dos equipamentos (bombas, com-pressores, turbinas, etc.), para evitar que su-jeiras e corpos estranhos, deixados durante amontagem das mesmas, penetrem nesses equi-pamentos quando o sistema for posto em fun-cionamento. Depois que as tubulações já esti-verem em funcionamento normal por algumtempo, e tiverem, portanto, sido completamen-te lavadas pelo próprio fluido circulante, osfiltros provisórios deverão ser removidos. É

Entradavapor + água

FuroSaída

(Vapor)

Visorde nível Gotas

d’água

Purgador

Filtro

Dreno

Separador para vapor com drenagem automática por purgador

Figura 3.5 – Separadores de Inércia.

Gás Gás líquido

Chicana Gotas de líquido

Visor de nível Dreno

Líquido acumulado

24


obrigatória a colocação de filtros provisóriosna entrada de todos os equipamentos que pos-sam ser danificados pela presença de corposestranhos, pois, por mais bem feita que tenhasido a limpeza prévia das tubulações, é im-possível garantir-se que não haja poeiras, ter-ra, ferrugem, rebarbas de solda, pontas de ele-trodos e outros materiais estranhos no interiordas mesmas.

Os filtros permanentes, como o próprionome indica, são acessórios instalados nas tu-bulações de um modo definitivo. Os princi-pais casos de emprego dos filtros permanen-tes envolvem:

– Tubulações com fluidos sujos que sem-pre possam apresentar corpos estra-nhos;

– Casos em que se deseje uma purifica-ção rigorosa e controlada do fluidocirculante;

– Tubulações de entrada de equipamen-tos muito sensíveis a corpos estranhos,tais como bombas de engrenagens, me-didores volumétricos, certos tipos depurgadores, etc.

3.5.1 Filtros Provisórios e PermanentesOs filtros provisórios mais comuns são os

discos de chapa perfurada ou os anéis de cha-pa fina com uma cesta de tela (Figura 3.6).Ambos são introduzidos entre dois flangesquaisquer, onde ficam presos. Os filtros decesta de tela devem ter uma área de filtragemde no mínimo 3 a 4 vezes em relação à seçãotransversal útil da tubulação.

Para facilitar a colocação e posterior reti-rada dos filtros provisórios deve-se colocaruma peça flagelada (carretel, redução, joelho,etc.) na estrada dos equipamentos que devamser providos de filtros provisórios. O filtro fi-cará preso a um dos flanges dessa peça, com acesta de tela dentro da peça: para remover ofiltro, bastará desacoplar os flanges e retirar apeça inteira.

Os filtros permanetes consistem, geral-mente, em uma caixa de aço de ferro fundido,ou de bronze, com os bocais para tubulaçoes

de entrada e de saída, no interior da qual exis-tem os elementos de filtragem e chicanas paraconduzirem a veia fluida (Figura 3.7). Os ele-mentos filtrantes e os materiais de construçãodos mesmos variam de acordo com o fluidocirculante, com o grau de filtragem desejado,com o tamanho do filtro, etc.

Figura 3.7 – Filtros Permanentes.

Entre os elementos filtrantes mais comunsestão:

– Grades metálicas, chapas perfuradas,telas metálicas (filtragem grosseira delíquido);

– Telas finas, feltro, “nylon”, porcelana,papel, etc. (filtragem fina de líquido);

– Palhas metálicas, feltro, camurça, etc.(filtragem de gases).

Conforme o modelo do filtro, os elemen-tos filtrantes podem ter a forma de cestas ci-líndricas, cones, discos, cartuchos, etc.

Anotações

Figura 3.6 – Filtro Provisório.

Cesta de tela

Chapa intercaladaentre dois flanges

Tampa

EntradaCesta de tela

Saída

Cesta de tela

DrenoPara diâmetros maiores

Entrada Saída

Tampa edreno

Para diâmetros menores


25

4Permutadoresde Calor

4.1 IntroduçãoO permutador de calor é um equipamento

onde dois fluidos, com temperaturas diferen-tes, trocam calor através de uma interface me-tálica. No processamento de uma Refinaria dePetróleo, o permutador de calor é empregadonão só para economizar calor, mas tambémpara atender às necessidades de processo.

De acordo com o fim a que se destina, estetipo de equipamento pode ser enquadrado con-forme a seguinte classificação geral:

a) Aquecimentoa.1. – AquecedorQuando aquece o fluido do processopor meio de vapor de água ou outromeio qualquer (Figura 4.1).

Figura 4.1 – Aquecedor de regeneração de soda.

a.2. – RefervedorQuando vaporiza um líquido por meiode vapor d’água ou outro fluido quen-te. Utilizado para prover calor às torresde destilação, vaporiza parte do produ-to de fundo (Figura 4.2).

Figura 4.2 – Refervedor de Torre de Separação.

a.3. – Gerador de VaporQuando gera vapor d’água, aproveitan-do calor de um líquido quente provenien-te do processo (Figura 4.3).

Figura 4.3 – Gerador de vapor da unidade de craqueamentocatalítico fluido.

b) Resfriamentob.1 – ResfriadorQuando resfria fluidos do processo atra-vés da utilização de água como meiode resfriamento. O abaixamento detemperatura dos líquidos a serem arma-zenados evita as perdas de produtosleves (Figura 4.4).

Figura 4.4 – Resfriador de Querosene.

b.2 – CondensadorQuando condensa um fluido pelo usode água como fluido refrigerante. Em-pregado para recuperação de vaporesde colunas de destilação, bem comopara condensação do vapor exausto deturbinas, reduz a pressão de descargadas mesmas (Figura 4.5).

Vapor 10 kg/cm2

Condensado

NaOHTIC

Torre deSeparação

Vapor

Refervedor

Conden-sado

Butano

Vapor d’águasaturado

Tambor deSeparação

Fraciona-dora

Resfriador

Água deRefrigeração

Querosenepara tanque

26


Figura 4.5 – Condensador de torre de destilação atmosférica.

b.3 – Resfriador a arQuando resfria vapores ou líquidos,passando por feixes de tubos tipo ser-pentina e usando corrente de ar impul-sionada por pás movidas a motor elé-trico (Figura 4.6).

Figura 4.6 – Resfriador a Ar.

c) IntercambiadoresQuando há troca de calor entre dois flui-dos do processo. Executa dupla função:aquece um fluido por meio do uso deoutro mais quente que se resfria. Nãohá perda de calor (Figura 4.7).

Figura 4.7 – Aquecimento de petróleo.

Chicanas – orientam o fluxo do casco, deforma a manter os tubos na posição desejada eevitar que sofram esforços de reflexão;

Espaçadores – mantêm o conjunto dechicanas em posição.

4.2 Descrição Geral4.2.1 Permutador de Espelhos Fixos

A Figura 4.8 mostra um exemplo depermutador de espelhos fixos, cujas partes es-senciais são:

Casco – parte externa central do permu-tador;

Carretéis e tampas dos carretéis – par-tes externas extremas do permutador;

Feixe Tubular – constituído de espelhosque mantêm os tubos na posição desejada.Neste tipo de permutador, os espelhos são sol-dados ao casco e servem também como flangesaos quais os carretéis são parafusados;

Figura 4.8 – Permutador de espelhos fixos.

Supondo um fluido quente passando pelolado dos tubos e um fluido frio passando pelolado do casco ( Figura 4.9). O fluido quenteentra através de um carretel, enquanto o flui-do frio entra pelo bocal inferior do casco, per-corre o caminho determinado pelas chicanas esai do permutador pelo bocal superior.

O fluido quente, ao percorrer os tubos,cede calor, através da interface metálica, aofluido frio que percorre o casco.

Considere

T1 – temperatura de entrada do fluido quente;

T2 – temperatura de saída do fluido quente;

t1 – temperatura de entrada do fluido frio e

t2 – temperatura de saída do fluido frio.

Tem-se que T1 T2 e t1 t2 em virtude do pro-cesso de troca de calor sensível, entre os flui-dos, ocorrido dentro do permutador.

Figura 4.9 – Fluxos no casco e no feixe.

Torre

Condensadores

Águade Refrigeração

Ar

M

Gasóleo

Petróleo

Querosene Diesel

2

3

1

4

5 67

4

3

2

1. Casco 5. Chicanas2. Carretel 6. Espaçador3. Tampa do Carretel 7. Tubos4. Espelho

t2 T2

t1

T1Fluido quente Fluido frio


27

Figura 4.10 – Permutador de Calor (vista externa).

Figura 4.11 – Permutador de Calor (vista interna).

A função das chicanas é acarretar tur-bulência no fluido que percorre o lado docasco (Figura 4.12). Este estado de turbu-lência resulta em maior eficiência na trocade calor.

Figura 4.12 – Detalhe das chicanas.

Quando os dois fluidos percorrem o per-mutador na mesma direção, diz-se que estãoem paralelo; quando em direções opostas,como apresentado na figura 4.9, diz-se queestão em contra-corrente Este último é o flu-xo normalmente utilizado. A Figura 4.13mostra os perfis de temperatura de dois flui-dos em paralelo e em contra-corrente ao lon-go do permutador. No fluxo em contra-corren-te, a temperatura do fluido frio pode ultrapas-sar a menor temperatura do fluido quente, oque não pode ocorrer no fluxo em paralelo.

O permutador da Figura 4.9 é de uma pas-sagem no casco, já que o fluido frio percorre omesmo uma só vez. Este tipo de casco é o maiscomum em refinarias de petróleo, embora se-jam utilizados também os de duas passagensno casco, os de fluxo divididos por defletorese os demais tipos apresentados na Figura 4.14.Evidentemente, cada um deles apresenta apli-cação e interesse específicos.

Figura 4.14 – Tipos de Casco.

De maneira análoga, o permutador apre-senta uma passagem nos tubos, pois estes seconstituem em uma única seção de passagem.É comum permutadores que apresentam vári-as passagens nos tubos, com divisões nos car-retéis que encaminham o fluido dentro dos tu-bos, formando os passes.

A Figura 4.15 mostra os arranjos dosdivisores de passes para diversos números depassagens. Números crescentes de passes, tan-to nos tubos como no casco, determinam umavelocidade maior dos fluidos, o que favorecea troca térmica.

Nos permutadores de espelhos fixos, olado externo dos tubos é inacessível à limpezamecânica e inspeção, por isso são utilizadosapenas quando o fluido do lado do casco é lim-po e não há problemas de corrosão.

Saída tubos Entrada casco

Orifício para instrumento

Vent (suspiro)

Tampa docarretel Entrada

tubos

CarretelCasco

Saída cascoFlange do

casco Tampado casco(boleado)

EspelhoFlutuante

Chapadefletora Tampa do

flutuanteChapa quebra jato ou

chapa de sacrifícioCarretel

Chicana

Feixe detubos Espelho

fixoChapa

defletora

Contra-corrente Paralelo

ExtensãoExtensão

Tem

p.Tem

p.

Fluido

quente Fluido quenteT

2

T2

T1

T1

t1 t

1

t2

t2

Fluido

frio

Fluido frio

Casco de uma pasagem Casco de duas passagenscom chicana longitudinal

Casco com fluxo bifurcado Casco com duplo fluxobifurcado

Casco com fluxo dividido Refervedor tipo caldeira

CascoPerfurações

Figura 4.13 – Perfis de temperatura. Figura 4.15 – Divisores de passes.

Espelhos Permutadorde entrada de retorno Esquema dos passes

2 Passes

4 Passes

6 Passes

28


4.2.2 Permutador de tampa flutuanteEste permutador, apresentado na Figura

4.16, é de feixe removível. De um lado, o fei-xe tem espelho fixo parafusado entre os flangesdo carretel e do casco. Do outro lado, o espe-lho flutuante é fixado entre a tampa do flutu-ante (que caracteriza o permutador) e o anelbipartido . O casco é fechado por meio da tam-pa do casco.

A remoção do carretel, da tampa do cascoe da tampa flutuante permite a retirada do fei-xe pelo lado do espelho fixo.

Este tipo de permutador permite limpezamecânica e inspeção do lado externo dos tu-bos, já que o feixe pode ser removido, alémdisso não apresenta dificuldades decorrentesde dilatação diferencial entre o feixe tubular eo casco.

Figura 4.17 – Permutadores de Tubos em “U”.

Figura 4.16 – Permutador de Tampa Flutuante.

4.2.3 Permutador de Tubos em “U”O permutador com tubos em “U”, mos-

trado na Figura 4.17, possui um feixe consti-tuído de tubos curvados em forma de “U” emandrilados ao espelho. Os tubos podem ex-pandir-se livremente, o que elimina, neste tipode permutador, a necessidade de: espelho flu-tuante, tampa flutuante, um dos flanges docasco e a tampa do casco. O menor raio decurvatura sem deformar o diâmetro externo dostubos determina a omissão de alguns tubos nocentro do feixe.

Neste tipo de permutador, o feixe de tu-bos pode ser removido do casco para limpe-za e inspeção da área externa dos tubos. Ofluido que escoa no lado dos tubos deve serlimpo, para evitar sujamento excessivo dosmesmos.

4.3 Materiais Usados em Permutadoresde Calor

A “Tubular Exchanger ManufactorsAssociation” (TEMA) publica normas paraprojeto e construção de permutadores de cas-co e tubo. Estas especificações servem paratrês classes de permutadores:

Classe R, para condições severas de pro-cessamento de petróleo e produtos químicos,serviços rigorosos, em que se deseja obter se-gurança e durabilidade;

Classe C, para condições moderadas deoperação, tendo em vista a máxima economiae o mínimo tamanho, condizentes com as ne-cessidades de serviço;

Classe A, para condições severas de tem-peratura e fluidos altamente corrosivos.

Os materiais especificados para tubos ecascos são:

a) TubosPodem ser lisos ou aletados.Os tubos lisos, padronizados em 4 diâme-

tros (3/4", 1", 1 1/4" e 1 1/2"), são maiscomumente encontrados na indústria.

Os tubos aletados aumentam a troca decalor devido ao aumento da área externa detroca, porém, acarretam maior perda de pres-são no lado do casco (Figura 4.18).

Figura 4.18 – Tubos Aletados.

Os materiais utilizados obedecem às es-pecificações mínimas para uma determinadaaplicação: aço carbono, normalmente utiliza-do para meios agressivos; aços ligas, latões,bronzes, ligas de alumínio e duplex, utiliza-dos em diversos meios corrosivos.

b) CascoPode ser construído a partir de tubos com

até 24" de diâmetro nominal, ou, de chapascalandradas e soldadas a partir de 13" de diâ-metro. Fabricado normalmente em aço car-bono, no entanto também podem ser feitos emaço liga e ligas de alumínio quando de tubo,eem aço liga, ligas de níquel e ligas de cobrequando de chapa.


29

4.4 Escolha do FluidoO permutador já está construído para

receber determinados líquidos nos tubos eno casco. Não há regras fixas que estabele-çam qual tipo de fluido deve passar pelostubos.

Evidentemente, a escolha do fluido quepassa pelos tubos ou pelo casco deve aten-der às melhores condições para o processo,menor custo de construção e fácil manuten-ção. De uma maneira geral, passam pelostubos:

a) Fluidos mais sujosCom depósitos, coque, sedimentos, ca-talisadores, etc. É mais fácil remover asujeira dos tubos do que do casco.

b) Fluidos mais corrosivosAlém de ser mais econômico usar tu-bos resistentes à corrosão do que umcasco com a mesma propriedade, é maisfácil substituir tubos furados do quecasco.

c) Fluidos com maior pressãoPorque o casco tem menor resistênciaem virtude do seu maior diâmetro.

d) Fluidos menos viscososA menos que a perda da pressão devaser muito baixa.

e) Água de resfriamentePor facilidade de limpeza.

f) Fluidos de menor vazão volumétri-ca, em vista do casco oferecer mais es-paço.

Entre líquidos de propriedades semelhantes,devem passar pelos tubos aqueles de maior pres-são, maior temperatura e os mais corrosivos.

4.5 Instrumentação do Permutador deCalor

A instrumentação varia com a finalidadedo permutador no processo. Assim, instrumen-tos medidores de temperatura, vazão e pres-são podem ser encontrados nas tubulações deentrada ou saída de um permutador, de acordocom as necessidades de controle do processo.

É regra geral que, num resfriador ou emum conjunto de resfriadores, deve haver umindicador de temperatura (Thi).

4.6 Operação4.6.1 Normas de Operação

a) Condições de SegurançaA temperatura e a pressão limites, em que

devem trabalhar os tubos e o casco, especifi-cadas do permutador, não devem ser ultrapas-sadas. Assim, nos resfriadores, a temperaturade saída da água não deve exceder de um cer-to valor (50ºC) para evitar deposição de sais.

b) Aquecimento e resfriamentoTanto na partida como na parada, os per-

mutadores de calor devem ser aquecidos ouresfriados lentamente. Isto é particularmenteimportante quando as temperaturas de opera-ção são elevadas. A rápida entrada de um lí-quido à alta temperatura pode provocar desi-gualdades de expansão nos tubos, causando va-zamentos nos mesmos e deformação do feixe.

c) Partida e ParadaNa partida, entra primeiro o fluido mais frio.

Se o fluido mais frio está ligeiramente quente,deixa-se o mesmo, então, entrar lentamente.Quanto mais quente o fluido, mais lenta deveser a sua penetração no permutador de calor.

Na parada, bloqueia-se primeiramente aentrada do fluido mais quente. Se isto não forobservado, podem ocorrer vazamentos nostubos.

d) Suprimento de águaFalhas no suprimento de água para um

resfriador podem trazer sérias conseqüências.Quando o fluido a resfriar é muito quente, ainterrupção da água provoca um grande aque-cimento do equipamento. Se a água voltar,então, a circular, haverá um resfriamento brus-co do permutador. Esta mudança rápida detemperatura afrouxa parafusos e abre as jun-tas. É necessário, portanto, um fluxo contínuode água para um resfriador.

e) CondensadoDeve-se sempre drenar a água de um

refervedor ou aquecedor para evitar o fenô-meno chamado martelo hidráulico, que ocor-re conforme descrito a seguir: Suponha águaacumulada nos tubos do refervedor. Abrindo-se a válvula do vapor d’água, este vai condu-zir a água a uma grande velocidade até encon-trar um obstáculo, onde provoca um grandechoque. Este impacto severo, o martelo hidráu-lico, pode causar ruptura do material.

30


4.6.2 Causas de Perda de Eficiênciaa) O permutador está sujo e não há troca

eficiente de calor.b) A tubulação ligada ao permutador não

dá a vazão para qual o aparelho foi pro-jetado.

c) As condições de operação diferem da-quelas para as quais o permutador decalor foi projetado.

4.7 Manutenção4.7.1 Limpeza

A eficiência do permutador de calor de-pende da limpeza dos tubos. Durante a opera-ção, depósitos de sais, ferrugem, coque, areia,pó de coque, folhas, fibras vegetais, camadasde graxa, corpo de micro-organismos, etc.acumulam-se dentro e fora dos tubos, o queprejudica a troca de calor e também aumenta aqueda de pressão do fluido.

O permutador de calor que durante a ope-ração tem sua eficiência reduzida deve ser lim-po durante a parada da unidade seja limpo einspecionado, desde que não tenha flexibili-dade de parar durante a campanha.

Entre os vários processos de limpeza dopermutador de calor, podem ser citados os se-guintes:

a) Limpeza por água em contra-correnteÉ utilizada em condensadores e resfriado-

res que utilizam água salgada não tratada comofluido refrigerante. O processo consiste eminverter o fluxo d’água nos tubos, com o equi-pamento em operação, possibilitando a remo-ção dos detritos frouxamente agregados aostubos, através de dreno apropriado.

b) Limpeza por vaporPara limpeza por este processo, o permu-

tador de calor é retirado de operação, emboranão precise ser desmontado. Passa-se vaporpelo casco e pelos tubos, de forma a entrar porum respirador e carregar a sujeira por um dre-no. Este método é eficiente para remover ca-madas de graxa ou depósitos agregados frou-xamente nos tubos e no casco do permutador(“Steam out”).

c) Limpeza químicaO processo de limpeza química consiste

na circulação, em circuito fechado, no lado dostubos e no lado do casco, de uma solução áci-da adicionada de um inibidor de corrosão. A

solução desagrega os resíduos, o que permitea remoção dos mesmos, e o inibidor impede oataque do metal pela solução. Após a limpe-za, é feita a neutralização mediante tratamentocom uma solução alcalina fraca, seguido deabundante circulação de água. Evidentemen-te, o permutador de calor, não precisa ser des-montado.

d) Limpeza mecânicaNeste caso, o permutador precisa ser des-

montado. O pessoal de manutenção retira atampa do carretel, a tampa do casco e a tam-pa flutuante. Camadas de graxa, lama e sedi-mentos frouxos podem ser removidos dostubos por meio de arames, escovas ou jatosd’água. Se os sedimentos internamente aostubos estão muito agregados, entupindo-os,então são usadas máquinas perfuratrizes. Es-tas constam, essencialmente, de um eixometálico que, girando dentro dos tubos, ex-pulsa os detritos.

4.7.2 Testes de PressãoApós a parada para inspeção e manuten-

ção dos permutadores de calor, há necessida-de de submetê-los a teste de pressão a fim deverificar a resistência mecânica das juntas sol-dadas, da mandrilagem dos tubos e a estan-queidade dos dispositivos de vedação.

Os testes de pressão são efetuados comágua, porém, quando isto não for possível,poderá ser feito o teste pneumático.

No teste do casco, poderão, em geral, serlocalizados os seguintes vazamentos:

– Mandrilagem dos tubos;– Junta entre casco e espelho fixo;– Tubos;– Casco e suas conexões.

O teste do feixe de tubos permite, geral-mente, localizar vazamentos nos seguintespontos:

– Junta da tampa do carretel;– Junta entre carretel e espelho fixo;– Junta da tampa flutuante;– Carretel, sua tampa e conexões;– Tampa flutuante.

Nas figuras 4.19 a, b e c e 4.20 a e b, sãoapresentados os testes efetuados em permu-tadores de tampa flutuantes e de tubos em“U”.


31

Figura 4.19 – a) Teste do Casco ou 1º teste.

Figura 4.19 b) Teste do Feixe Tubular ou 2º teste.

Figura 4.19 – c) Teste da Tampa do Casco Boleado ou 3º teste.

Figura 4.19 – Teste do Permutador de Tampa Flutuante.

Figura 4.20 – b) Teste do Feixe Tubular ou 2º teste.

Figura 4.20 – Teste do Permutador de Tubos em “U”.

Figura 4.20 – a) Teste do Casco ou 1º testeFigura 4.21

01. Carretel;02. Tubos em “U”;03. Flange de Cabeça Fixa;04. Tampa do Carretel;05. Bocal;06. Espelho Fixo;07. Tubo;08. Casco;09. Tampa do Casco;10. Flange do Casco;11. Tirante;12. Bocal do Casco;13. Flange da Tampa do Casco;14. Espelho Flutuante;15. Tampa do Flutuante;16. Flange do Flutuante;17. Anel Bipartido do Flutuante;18. Conexão para Suspiro (vent);19. Conexão para Dreno;20. Conexão para Instrumento;21. Berço de Apoio;22. Alça para Suspensão;23. Colarinho de Reforço;24. Pescoço do Bocal;25. Chicana Transversal;26. Chicana Longitudinal;27. Defletor.

Figura 4.22

Figura 4.23

255

3 2612 21

711

8 1128 10

18 1916

22

14

9

15

1719

101312

212628

2121

29

10

624

520261

34

27

23

21

2577296

11 15

20 126 21 125

233

22

4

23 8 23

27

26

235 20

6

2

191178

19212123

122110

24

4. 8 Componentes dos Trocadores4.8.1 Componentes

Os números que seguem correspondemaos colocados nos círculos, das figuras 4.21,4.22 e 4.23.

Casco pressurizado

Tubos pressurizados

Casco pressurizado

Casco pressurizado

Tubos pressurizados

32


5Tanques5.1 Finalidade

Os tanques têm fundamental importânciapara o processamento de petróleo. Neles sãoestocadas as cargas para as unidades de pro-cesso e seus derivados. São utilizados tambémpara estocar insumos para o processamento(óleo combustível, amônia, metanol, etc.).

5.2 Classificação quanto à função5.2.1 Tanques de Armazenamento

Destinados ao estoque de produtos dealimentação, produtos derivados e insumos àpressão atmosférica.

5. 2.2 Tanques de ResíduoProdutos fora de especificação ou pro-

venientes de operações indevidas são envia-dos para estes tanques, onde aguardam o re-processamento.

5.2.3 Tanques de MisturaUsados para obtenção de misturas de

produtos, ou produtos e aditivos.Exemplo:– Tanques de gasolina;– Tanques de soluções cáusticas.

5.3 Classificação quanto ao tipo de tetoQuanto ao tipo de teto, os tanques são clas-

sificados em:– Tanque de teto fixo, e– Tanque de teto flutuante.

5.3.1 Tanques de Teto FixoNormalmente, possuem uma estrutura de

sustentação do teto que varia em função dotamanho do mesmo.

O tipo de teto fixo mais utilizado em refi-narias de petróleo é o de teto cônico (em for-ma de um cone voltado para cima com o vérti-ce no centro) (Figura 5.1).

São utilizados somente para os derivadosde petróleo mais pesados (asfalto, gasóleo, óleodiesel, etc.) e para produtos químicos (sodacáustica, amônia, etc.).

Figura 5.1 – Tanque de teto fixo.

1. Aquecedor Tipo Radiador2. Suspiro

5. 3.2 Tanques de Teto FlutuanteOs tanques de teto flutuante são utiliza-

dos para armazenamento de produtos com fra-ções leves (petróleo, naftas, gasolinas, etc.)(Figura 5.2). O teto flutuante no produto ar-mazenado evita a formação de espaço comvapor.

01. Teto Flutuante;02. Flutuador;03. Pé de Apoio do Teto;04. Dreno do Teto;05. Câmara de Vedação;06. Escada Móvel do Teto;07. Anel de Reforço do Costado;08. Agitador;09. Indicador de Nível (Li);10. Bóia;11. Dreno Tipo Sifão;12. Tubo para Medição

Figura 5.2 – Tanque de Teto Flutuante.

2

1

M8

25

7

12

64 1

310

9

11


33

5.4 AcessóriosOs tanques possuem diversos acessórios,

entretanto, serão abordados apenas os princi-pais, tendo sido os demais reservados paraapostila específica.

5.4.1 RespiraçãoAlguns tanques pequenos de teto fixo pos-

suem uma conexão com ou sem válvula, noteto aberta direcionado para atmosfera. Estaconexão visa evitar a formação de vácuo oupressão durante as operações de recebimentoou envio e apresenta uma tela para evitar aentrada de chama ocasional.

5.4.2 Válvula de Pressão e VácuoSeu uso é obrigatório em tanques de teto

fixo. Tem a função de evitar a formação devácuo ou pressão alta durante as operações.Nestes tanques, o vapor está em equilíbrio como líquido. À noite, com a redução da tempera-tura, há entrada de ar, enquanto, durante o dia,essa válvula propicia a saída de ar + vaporesdevido à elevação da temperatura.

Alguns tanques pequenos de teto fixo,possuem um sistema que evita a formação devácuo. Esse sistema é usado, quando há pos-sibilidade de formação de mistura explosivadentro do tanque, devido à pequena quantida-de de vapores de hidrocarbonetos. Normal-mente, esses tanques armazenam produtos nãoinflamáveis, que, no entanto, podem estar con-taminados por pequenas quantidades de hidro-carbonetos.

5.4.3 AgitadorDispositivo cuja finalidade é movimentar

o produto, a fim de homogeneizar as misturasde petróleo, gasolinas, entre outras. Normal-mente, essa homogeneização é feita pela agi-tação do produto, por meio de uma hélice,acoplada a um eixo acionado por um motorelétrico.

5.4.4 Sistema de AquecimentoUtilizado para aumentar a fluidez de al-

guns produtos de petróleo sujeitos a congela-mento, em condições de temperatura ambien-te. Esse aquecimento é feito através de serpen-tinas de vapor.

5.4.5 Isolamento TérmicoSua finalidade, é diminuir a perda de ca-

lor nos tanques de produtos aquecidos. Nor-malmente, são isolados os tanques de asfaltoe resíduos de vácuo, pois operam em alta tem-peratura.

Raros são os tanques que utilizam isola-mento térmico externamente em função do altocusto do investimento e da manutenção dosmesmo.

5.4.6 Sistema de MediçãoEste sistema consta de uma bóia que flu-

tua com o nível do produto, ao longo de doisfios que servem como guia. O centro da bóia éligado a uma trena, que, após passar por umasérie de roldanas, apresenta a leitura direta numvisor colocado externamente no tanque.

Os tanques da área de transferência e es-tocagem normalmente, são dotados do siste-ma de “TELEMETRIA”. Este sistema é o maismoderno e possibilita a leitura, à distância, donível e da temperatura do produto.

A medição deve ser feita com toda a pre-cisão, pois um erro de milímetros, pode repre-sentar uma diferença bastante significativa novolume.

A aferição desses sistemas é feita por meiode trena, a prumo, que se faz descer manualmenteatravés do tubo de medição. Nesse caso, usa-seuma pasta especial que acusará uma marca bemclara da interface água-hidrocarboneto.

5.5 DiquesA finalidade do dique é conter um possí-

vel vazamento grande, com ou sem incêndio,evitando dessa forma que se alastre para ou-tras áreas.

Por norma de segurança, todos os tanquesdestinados a armazenar produto inflamável,tóxico ou químico são dotados de diques. Ovolume do dique tem que ser, no mínimo, igualao do tanque.

Anotações

34


6Torres6.1 Finalidades

Servem para separar ou absorver componen-tes de misturas homogêneas. A separação é feitapor meio da destilação, daí o nome de torre dedestilação. A absorção é feita em torres absorve-doras, com finalidade de separar produtos corro-sivos ou indesejáveis no produto final.

Torres extrativas, retificadoras, fraciona-doras, etc.

6.2 TiposExistem duas classes fundamentais de ti-

pos de torres:– Torres de Pratos ou Bandejas;– Torres Recheadas.

6.2.1 Torre de BandejasÉ composta de um casco cilíndrico vertical,

com duas calotas, normalmente elipsoidais. Nointerior, são montadas as bandejas espaçadasumas das outras, em número variado de acordocom a função da torre (Figuras 6.1 e 6.2). A altu-ra e o diâmetro da torre são desterminadas emfunção do volume dos vapores e dos líquidos.

Nas torres de destilação, o líquido entralateralmente na parte inferior, os produtos va-porizados sobem através das bandejas e bor-bulham num nível de líquido que se forma emcada bandeja.

O líquido por sua vez, após a formação donível, escoa por vertedores laterais ou centrais,formando-se assim duas correntes, uma des-cendente de líquido e outra ascendente de va-por e gases (Figura 6.2).

Assim sendo, numa torre de destilação, àmedida que os vapores de hidrocarbonetos vãosubindo, borbulham no meio líquido e se conden-sam a uma determinada pressão e temperatura.

A temperatura do líquido varia ao longode uma torre de destilação, diminuindo emdireção ao topo da torre. Desta forma, as fra-ções de hidrocarbonetos mais pesados conden-sam-se nas bandejas do fundo, enquanto asfrações mais leves, nas bandejas do topo.

VertedouroLíquido descendo

Dowcomer

Vapores

Figura 6.1 – Esquema de uma Torre de Destilação Atmosférica.

Nafta pesada

Querosene

Diesel leve

Diesel pesado

Resíduo atmosférico

Crupré vaporizado

Figura 6.2 – Esquema de Funcionamento de uma Torre deDestilação.

As retiradas laterais de produtos são pos-síveis, com a instalação de equipamentos in-ternos que podem ser panelas ou calhas cole-toras.


35

Há diversos tipos de pratos ou bandejas, classificados quanto ao princípio de funcionamentoem:

6.2.2 Bandejas com BorbulhadoresAs bandejas com borbulhadores consistem basicamente de uma chapa com furos, sobre os

quais são montados os borbulhadores. O uso deste tipo é, atualmente, muito pouco encontrado,estando presente apenas em equipamentos, mais antigos (Figura 6.3).

Figura 6.3

6.2.3 Bandejas ValvuladasContêm furos nos quais são colocadas as

válvulas (Figura 6.4), cuja abertura varia como fluxo de vapor, de maneira a não permitirvazamentos de líquidos. Seu uso é cada vezmaior devido ao baixo custo e alto rendimento.

Figura 6.4 – Borbulhador Tipo Válvula.

O líquido que cai do prato superior formanível na bandeja inferior, determinado pela al-tura do vertedor. O parâmetro altura do líqui-do é fundamental para que os vapores ascen-dentes possam borbulhar, caso contrário pas-sariam direto pela válvula e o produto maispesado não condensaria (Figura 6.4).

Válvula fechada

Válvula aberta

Figura 6.5 – Esquema de Bandeja Valvulada.

Figura 6.6 – Bandeja Perfurada.

Prato

Vertedor

Bobulhador

MassaAerada

Vertedoro

Válvula

Líquido

Vapor

Orifícios

6.2.4 Bandejas Perfuradas

36


6.2.5 Bandejas GradeadasSão encontradas nas torres de extração lí-

quido-líquido em contra-corrente.Extração líquido-líquido é a denominação

empregada para qualquer operação em que umcomposto, dissolvido em uma fase líquida, étransferido para um outra fase também líquida.

A unidade de desasfaltação a propano daRepar por exemplo utiliza torres extratoras gra-deadas para extrair gasóleo (soluto) do resí-duo de vácuo (solução), utilizando propano lí-quido como solvente (Figura 6.7)

As bandejas gradeadas, constituídas porcélulas de formato hexagonal, são arranjadasde modo a proporcionarem o máximo de con-tato, entre a carga e o solvente.

Figura 6.7 – Esquema de uma Torre Extratora.

6.2.6 PanelasSão dispositivos instalados nas torres com

a finalidade de remover frações líquidas aolongo da torre de destilação. Estas retiradaspodem ser parciais ou totais, para tanto os dis-positivos são diferentes:

a) Panela de Retirada TotalDá-se este nome quando o líquido da pa-

nela não transborda para a bandeja inferior.

Usa-se normalmente para retiradas de líqui-dos com função de refluxo, quando o volumecirculante é muito grande (Figura 6.8).

Vapor

Figura 6.8 – Panela de Retirada Total.

b) Panela de Retirada ParcialDá-se esse nome quando o líquido da

panela transborda para a bandeja inferior.(Figura 6.9)

Figura 6.9 – Panela de Retirada Parcial.

6.3 Torres RecheadasSão torres que contêm elementos de di-

versas formas ou recheios ao invés de bande-jas, cuja finalidade é prover uma grade áreaque, em operação, funciona como superfíciede contato entre líquido e vapor.

Da mesma forma que nas torres de bande-jas, os vapores são ascendentes e o líquidodescendente.

Este tipo de torre é utilizado para absor-ver, por exemplo, frações de H2S contidas nascorrentes de gases. Faz-se uma contra-corren-te na torre, com dietanolamina (DEA). Este

Gasóleo(ODES)

+Solvente

Vaporcondensado

Resíduode vácuo

Solvente

Asfalto


37

líquido, ao descer, absorve o H2S contido nogás. Dessa forma, sai, no topo, o gás isento deH2S e, no fundo da torre, sai a DEA rica emH2S (Figura 6.10).

Nos últimos anos, as refinarias têm subs-tituído regiões com bandejas nas torres de vá-cuo, por leitos recheados, com a finalidade dereduzir a queda de pressão e aumentar, conse-qüentemente, o rendimento do processo.

6.3.2 Suporte de RecheioO suporte de recheio deve ser robusto, a

fim de resistir ao peso do mesmo e aos esfor-ços resultantes da circulação dos processosdurante a operação. Entretanto, deve ter tam-bém uma grande área livre para permitir a pas-sagem do líquido, sem causar inundação datorre.

Os tipos mais usados, são:a) Grades de aço eb) Placas de aço perfuradas (Figura 6.12).

Figura 6.10 – Esquema de uma Torre Recheada.

6.3.1 RecheiosUm bom recheio, deve possuir as seguin-

tes características:

– Apresentar grande superfície interfacial,entre líquido e vapor;

– Ser quimicamente inerte para os flui-dos processados;

– Possuir boa resistência mecânica, a fimde evitar quebras;

– Ser de baixo custo.

Os recheios mais comumente usados são:Figura 6.11

a) Anéis de Rashig

b) Cela de Intalox

c) Anéis Vazados

d) Anéis Pall-Ring

Figura 6.12 – Suporte de recheio.

Gás isento de H2S

DEA

Gás+

H2S

DEA rica em H2S

Figura 6.11a

Figura 6.11b

Figura 6.11c

Figura 6.11d

38


7Fornos7.1 Utilização (dos fornos nas plantasde processo de petróleo)

Nas refinarias de petróleos e indústriaspetroquímicas, os fornos tubulares são incor-porados ao processo com a finalidade de for-necer calor, produzido pela queima de com-bustíveis e transmitindo-o por radiação, con-vecção e condução ao fluido, que circula numaserpentina de tubos.

Os fornos são equipamentos de grande im-portância nas plantas de processo, pois a utiliza-ção de chama proveniente da queima de com-bustíveis é ainda a melhor maneira de se aque-cer grandes vazões de fluidos a altas temperatu-ras, ou fornecer calor para reações químicas. Noprimeiro caso, são denominados simplesmente“fornos” e, no segundo, “fornos reatores”.

Em uma unidade de destilação, os fornosde aquecimento representam cerca de 20% doinvestimento total e, no caso dos fornos reato-res, esta parcela é bem maior, pois constituem-se em um dos principais equipamentos destasunidades.

Cabe destacar a necessidade, cada vezmais acentuada, de melhor se conhecer os for-nos, tendo em vista os crescentes custos dosóleos combustíveis, consumidos pelos fornose ainda a de se manter a operação segura dosmesmos.

Observa-se, ainda, que de toda a energiaconsumida por uma unidade média, 75 a 80%é obtido por meio de queima de derivados com-bustíveis nos fornos e caldeiras.

7.2 Características gerais dos fornosO forno tubular é um equipamento proje-

tado para transferir um fluxo de calor, de talforma que se forem mantidas constantes a va-zão e a temperatura de entrada, também seráconstante a temperatura de saída.

É necessário gerar no forno, uma quanti-dade de calor que supra o processo e compen-se também as perdas. Este calor é gerado pela

queima de uma quantidade suficiente de com-bustíveis através dos maçaricos instalados,normalmente, na base ou nas paredes lateraisda câmara de combustão do forno ou zona deradiação. Os tubos são, geralmente, colocadospróximo às paredes laterais e ao teto da câma-ra de combustão, onde o calor é principalmentetransferido por radiação são também coloca-das em outra região chamada de “câmara ouzona de convecção”, onde o calor é principal-mente transferido por convecção.

O ar necessário à combustão pode ser ad-mitido no forno pela depressão (pressão nega-tiva) reinante na câmara de combustão, devi-do à tiragem feita pela chaminé, ou através eventiladores de tiragem forçada, quando o for-no é dotado de pré-aquecimento de ar.

A capacidade ou tamanho de um forno étraduzida pela carga térmica total que deve serabsorvida pelo (s) fluido (s). A grande maio-ria dos fornos situam-se na faixa de 10 a 350milhões de Btu/h (2,5 a 90 x 106 kcal/h).

7.3 Classificação geral dos fornos7.3.1 Quanto à utilizaçãoFornos de AquecimentoPré-aquecedores de carga de torres fracio-nadas

Os fornos deste tipo são bastante comunsem unidades de processos. Típicos são os for-nos das torres de destilação atmosférica e avácuo.

A carga usualmente líquida é pré-aquecidaem trocadores de calor, a fim de se obter omelhor rendimento térmico da unidade, sain-do do forno parcialmente vaporizada.

Refervedores de torres fracionadasO fluido sai do fundo da torre de destila-

ção, circula pelo forno e retorna, à torre, parcial-mente vaporizado e ligeiramente aquecido.


39

Refervedores são encontrados em refina-rias de petróleo, por exemplo, nas torres depré-flash.

Aquecedores de carga de reatoresOs fornos deste tipo têm como objetivo ele-

var a temperatura da carga ao nível necessáriopara ocorrer a reação química em um reator ajusante do forno.

Neste caso, enquadram-se, por exemplo,os fornos existentes em unidades de reformacatalítica, hidrocraqueamento e planta de pro-dução de estireno. As condições de entrada esaída do forno variam muito, dependendo daaplicação.

7.4 Fornos ReatoresNesta categoria de fornos, estão aqueles em

cujas serpentinas ocorrem reações químicas.Geralmente, estes fornos são especialmen-

te projetados em função de cada aplicação eseus projetistas procuram patenteá-los. Cons-tituem-se em equipamentos de alto custo e tec-nologia sofisticada.

7.4.1 Reformadores para unidades de hidrogênioe amônia

A carga, geralmente, gás natural ou nafta,reage com vapor d’água, nos tubos do refor-mador, produzindo hidrogênio, monóxido decarbono e dióxido de carbono.

Geralmente, são fornos tipo caixa comtubos verticais cheios de catalisador. Um pro-jetista usa, para estes reformadores, pressõesna ordem de 500 psig (36 kgf/cm2) e tempera-tura de saída de 1.500 °F (815°C).

7.4.2 Fornos de piróliseA carga consiste em hidrocarbonetos sa-

turados principalmente, que são aquecidos aaltas temperaturas e baixas pressões produzin-do hidrocarbonetos insaturados como etileno,propileno, butadieno, etc. As reações ocorremem presença de vapor d’água.

Estes fornos são geralmente do tipo cai-xa. As temperaturas de saída são da ordemde1.600°F (870°C), enquanto a pressão cor-responde a cerca de 50 psig (4.5 kgf/cm2 abs.)

7.4.3 Quanto ao aspecto construtivoA padronização dos projetos de fornos

é muito difícil devido à diversidade de apli-cação requerida, o que acarreta a necessida-de de se projetar cada forno para cada aplicação

(Alguns projetistas possuem projetos “standards”para fornos radiantes de carga térmica até10 x 103 Btu/h).

Devido a isto, há muitas variações no“layout”, no projeto e no aspecto construtivodos fornos.

A principal classificação dos fornos tubu-lares é baseada na posição dos tubos na seçãode radiação ou na forma da carcaça metálicaexterna, dando origem a fornos verticais ouhorizontais. Os fornos verticais exigem me-nor área para construção e, em geral, levam aum menor investimento.

7.4.4 Cilindro vertical sem seção de convecção(Figura 7.1)

Neste tipo de forno, os tubos são posicio-nados verticalmente ao longo da câmara decombustão de formato cilíndrico. Os queima-dores são posicionados no piso do forno.

São fornos de baixa eficiência, baixo cus-to, com cargas térmicas típicas na faixa de atéa 20 x 106 Btu/h (5,0 x 106 kcal/h).

Atualmente, estes fornos têm pequenaaplicação devido a sua baixa eficiência con-trapondo-se aos altos preços do petróleo. Noentanto, podem ser utilizados em serviços deoperação esporádica, como fornos de partida.

O termo “all radiant”, também emprega-do para este tipo de forno, não é adequado,pois, embora o forno só possua zona de radia-ção, parte do calor total absorvido deve-se aomecanismo de convecção, uma vez que o es-coamento dos gases de combustão provoca ascorrentes de convecção, principalmente na re-gião entre os tubos e a parede de refratários.

Figura 7.1

40


7.4.5 Cilíndrico vertical com seção de convecçãohorizontal(Figura 7.2)

Estes fornos possuem as seções de radia-ção e convecção. Na seção de radiação, os tu-bos são dispostos verticalmente ao longo dacâmara de combustão, e, na seção de convec-ção, os tubos são arranjados horizontalmentee posicionados acima da câmara de combus-tão. Esta configuração permite um projeto eco-nômico e altamente eficiente, com um míni-mo de área de construção.

As cargas térmicas típicas são de 10 a200 x 106 Btu/h (2,5 a 50 x 106 kcal/h).

Figura 7.2

7.4.6 Tipo de cabine com tubos horizontais(Figura 7.3)

Nesta classe, enquadram-se a grande quan-tidade de fornos de aquecimento da atualidade.Os tubos são arranjados horizontalmente tan-to na câmara de combustão, quanto no teto in-clinado e na zona de convecção.

Os queimadores podem ser colocados nopiso ou nas paredes verticais não cobertas pe-los tubos.

Este é um projeto econômico, com altaeficiência e bastante comum em unidades deprocessos, principalmente na destilação depetróleo.

As cargas térmicas típicas variam de 10 a200 x 106 Btu/h (2,5 50 x 106 kcal/h).

Figura 7.3

7.4.7 Tipo Caixa com câmara de CombustãoIndependente(Figura 7.4)

Os tubos da zona de radiação são arranja-dos horizontalmente ao longo da paredes late-rais e dos tetos das duas câmaras de combus-tão. A zona de convecção fica situada na partesuperior, com os tubos também na posição ho-rizontal.

A parede divisória permite um controle decombustão, independente das câmaras. Os quei-madores são posicionados no piso do forno.

É também um projeto econômico e com altaeficiência, que envolve cargas térmicas típicasde 100 a 250 x 106 Btu/h (25 a 65 x 106 kcal/h).

Figura 7.4.


41

7.4.8 Tipo Caixa com Queimadores nas Paredes(Figura 7.5)

Os tubos de zona de radiação são arranja-dos horizontalmente ao longo das paredes la-terais do teto da câmara de combustão. Os tu-bos da zona de convecção são também hori-zontais e posicionados acima da câmara decombustão.

Os queimadores são montados nas paredeslaterais não cobertas pelos tubos. As cargas tér-micas típicas estão entre 5 e 50 x 106 Btu/h (de1,25 a 12,5 x 106 kcal/h).

Figura 7.5

Figura 7.6

7.5 Estrutura e carcaça metálicaObviamente, a finalidade da estrutura

metálica de um forno é a de sustentar o pesodo forno e, ainda, os esforços devido aos ven-tos. Os suportes dos tubos apoiam-se direta-mente nas vigas.

Observa-se que a estrutura não está sujei-ta às altas temperaturas dos gases de combus-tão, pois está colocada externamente aos re-fratários.

As chapas que formam a carcaça metálicaapóiam-se na estrutura e servem para susten-tar os refratários (quando forem de fibra ce-râmica ou concreto refratário) e garantir aestanqueidade do forno, não permitido a entra-da do ar. Geralmente, são chapas de aço carbo-no 3/16"ou 1/4".

7.6 RefratáriosTêm as seguintes finalidades:a) Isolar a câmara de combustão dos ele-

mentos estruturais;b) Irradiar o calor não absorvido pelos tu-

bos para dentro da câmara;c) Evitar perdas de calor para o exterior;d) Evitar que os gases de combustão, que

contêm compostos de enxofre, atinjamas chapas da carcaça metálica onde secondensariam formando ácidos corro-sivos.

Como facilmente pode-se deduzir, os ma-teriais refratários empregados em um fornodevem ter:

a) Capacidade de resistir a altas tempera-turas;

7.4.9 Tipo Cabine com Altar(Figura 7.6)

Fornos iguais ao item n.º 7.4.6, porémpossuem uma parede divisória de refratári-os (altar), que separa a câmara de combus-tão em duas células independentes, e per-mite, assim, melhorar a distribuição de ca-lor ao longo da altura da câmara de com-bustão, bem como controlar individualmentecada célula.

Os queimadores podem ser colocados nasparedes ou no piso, sempre inclinados para oaltar.

As cargas térmicas típicas variam de 20 a100 x 106 Btu/h (5 a 25 x 106 kcal/h).

42


b) Resistência mecânica elevada;c) Resistência a erosão;d) Resistência a ataques químicos de áci-

dos, bases, metais, etc., que podem serencontrados nos gases de combustão deóleos combustíveis.

Os principais tipos de materiais refratáriose isolantes são:

– tijolos refratários;– concretos refratários;– fibras cerâmicas.

7.7 Tubos7.7.1 Tubos de radiação

Os tubos da seção de radiação são semprelisos, pois a utilização de tubos aletados emuma seção em que as taxas de calor são muitoelevadas provocaria a formação de pontosquentes nos tubos e acarretaria a falha prema-tura do material.

O diâmetro varia de 2" a 8", entretanto 4"corresponde ao diâmetro nominal que, geral-mente, leva à configuração mais econômica.

O comprimento usual é de 10 a 20 m paraos fornos com tubos horizontais.

7.7.2 Tubos de ConvecçãoGeralmente são aletados ou pinados, com

a finalidade de se aumentar o coeficiente detroca de calor externo aos tubos. No Brasil,devido à utilização de óleos combustíveis pe-sados, a escolha recai nos tubos pinados, queapresentam menor tendência a reter cinzas emrelação aos aletados.

As duas primeiras filas de tubos de con-vecção são sempre lisas, por estarem sujeitas,também, à troca de calor por radiação.

Os tubos que formam estas duas primei-ras filas são denominados de “tubos de prote-ção” ou tubos escudos.

Os diâmetros dos tubos de convecção são,geralmente, menores que os de radiação.

Quanto ao arranjo, deve-se observar que,enquanto na radiação, procura-se espaçar ostubos para obter uma boa distribuição do ca-lor; na convecção, procura-se aproximar ostubos, de maneira a obter uma alta velocidadedos gases e, portanto, uma boa troca de calor.

7.8 Curvas e cabeçote de retornoA utilização de cabeçotes de retorno mandri-

lados, tem como finalidade a aplicação de limpeza

mecânica interna aos tubos dos fornos com flui-dos sujeitos ao craqueamento.

A limpeza através de vapor d’água e ar,permite usar curvas de retorno, de custo bemmais baixo que o cabeçote. Estas curvas deretorno são colocadas às extremidades dostubos.

A utilização de cabeçotes de retorno re-quer que estes sejam instalados externamenteà câmara de combustão, para evitar altos flu-xos de calor. A caixa que contém os cabeçotesé denominada caixa de cabeçotes. Quando seutiliza curva de retorno, estas podem locali-zar-se dentro da câmara.

Na seção de convecção, utilizando cabe-çotes ou curvas de retorno, recomenda-se usá-los externos à câmara, em caixas de cabeço-tes. Quando colocados inteiramente, favore-cem a formação de caminhos preferenciais paraos gases de combustão.

Os raios das curvas de retorno são geral-mente escolhidos de tal forma, que a distânciacentro a centro dos tubos seja de dois diâme-tros nominais.

7.9 Suportes dos tubosSão projetados para suportar: os pesos dos

tubos e fluido, os esforços de atrito devido àdilatação térmica e do ∆T (gradiente de tem-peratura) ao longo de sua altura.

Usualmente, são colocados espaçados em,no máximo, 35 diâmetros nominais ou 6 m.

Fabricados a partir de materiais nobres, taiscomo ligas contendo 25% de Cr, e 20% Ni, ouainda, ligas com 50% de Cr e 50% de Ni.

Observa-se que os suportes não recebemqualquer resfriamento, como ocorre nos tu-bos que são “resfriados” pelo fluido em es-coamento.

As serpentinas verticais são simplesmen-te suportadas pelo topo e guiadas por pinossoldados às curvas de retorno ao fundo.

7.10 QueimadoresAs funções dos queimadores são: liberar

combustíveis e ar para a câmara de combus-tão; promover a mistura do combustível como ar; dar condições para a contínua queima damistura combustível-ar e, no caso de combus-tíveis líquidos, atomizar e vaporizar o com-bustível.


43

7.11 Chaminé e abafadoresA Chaminé tem como finalidades:– Lançar os gases de combustão a uma

altura tal, que provoque a dispersão dosmesmos, minimizando a poluição.

– Fornecer a tiragem necessária, isto é,permitir que, por diferença de densida-des, os gases, ao subirem, succionem oar para a combustão.

– Manter todo o forno em pressões leve-mente negativas, a fim de evitar fugasde gases pelas paredes, o que poderiaaquecer a estrutura do forno.

A função do abafador da chaminé é ajus-tar o perfil de tiragem do forno, controlando atiragem na região diretamente abaixo da se-ção de convecção do forno.

Os abafadores podem ser de folha únicaou de folhas múltiplas, quando a chaminé ti-ver grandes diâmetros. São operados manual-mente do solo, através de cabos. Em caso degrandes abafadores, é possível manuseá-loscom operadores pneumáticos.

7.12 Sopradores de fuligem / ramonadoresOs gases de combustão de óleo combustí-

vel, ao passarem pela região de convecção,geralmente formada por tubos pinados, tendema formar depósitos que prejudicam notavel-mente a transferência de calor. Os principaisconstituintes destes depósitos são: enxofre,vanádio, sódio e cinzas, Destes constituintes,as cinzas são os principais responsáveis pelaalta taxa de deposição.

O método mais usual de se remover, emoperação, estes depósitos é o emprego de ja-tos de vapor d’água sobre a superfície dos tu-bos, através do uso de sopradores de fuligem.

Anotações

44


8Caldeiras8.1 Considerações gerais

Na acepção ampla, caldeira é um troca-dor de calor que tem por finalidade a produ-ção de vapor a partir de um fluido vaporizantee energia térmica. A energia térmica pode serobtida através da queima de um combustívelsólido, líquido ou gasoso ou por intermédiode resistências elétricas. As usinas termonu-cleares utilizam a fissão do urânio 235.

No presente material, serão abordadosapenas os geradores de vapor de água, dora-vante derivados de caldeiras.

Em termos práticos, a geração de vapor éobtida através dos geradores de vapor propri-amente ditos (caldeiras) e pelo aproveitamen-to de calor residual desenvolvido em algunstipos de processos, como é o caso das refinariasde petróleo.

8.2 Classificação das caldeirasAs caldeiras podem ser classificadas con-

forme qualquer das características seguintes:uso, pressão de serviço, fonte de aquecimen-to, conteúdo nos tubos, tipo de fornalha, prin-cípio de funcionamento, etc.

Existem duas classes de geradores de va-por bem definidas:

– Flamotubulares (tubos de fogo) e– Aquatubulares (tubos de água).

8.2.1 Caldeiras FlamotubularesSão aquelas em que os gases quentes pro-

venientes da combustão passam no interior dostubos, ficando externamente aos tubos a água,como mostra a Figura 8.1.

Figura 8.1.

Gases quentes

Tubo

Águavaporizada

Existem vários tipos de caldeiras Flamo-tubulares, dentre as quais são destacadas avertical (Figura 8.2) e a horizontal (Figura 8.3).

Figura 8.2 – Caldeira Flamotubular Vertical.

Figura 8.3 – Caldeira Flamotubular Horizontal.

As caldeiras flamotubulares apresentamvantagens tais como:

– construção fácil, com relativamentepoucos custos;

– são bastante robustas;– não exigem tratamento de água muito

cuidadoso;– exigem pouca alvenaria.Como desvantagens das caldeiras flamo-

tubulares, podem ser levantados os seguintesaspectos:

– pressão limitada: máximo até 15 atm,devido à espessura da chapa dos corposcilíndricos crescer com o diâmetro;

– partida lenta, em função do grande vo-lume de água;

– pequena taxa de vaporização (produçãode vapor por unidade de superfície deaquecimento);

Chaminé

Damper (controle de tiragem)

Vaporsaturado

Nível

Tubos de fogo

Fornalha

Alim. de água

Saída de vapor Chaminé

Tubos de fogo

Nível

Fornalha


45

– circulação deficiente de água;– oferecem dificuldades para instalação

de superaquecedores economizadorese pré-aquecedores de ar;

– pequena capacidade.O uso das caldeiras flamotubulares é bas-

tante restrito (em pequenas indústrias, hospi-tais, hotéis, para aquecimento interno, etc.).

8.2.2 Caldeiras AquotubularesSão aquelas em que as chamas e os gases

de combustão envolvem os tubos, circulandoágua internamente nos tubos, conforme ilus-tra o esquema da Figura 8.4.

Figura 8.4.

As caldeiras aquotubulares são usadas nosmodernos projetos industriais, pois podem pro-duzir grandes quantidades de vapor a eleva-das temperaturas. A produção de vapor nestetipo de caldeira atinge até 750 ton/h, a pressõesda ordem de 200 t.

8.2.3 Classificação quanto à tiragem– Tiragem natural: O fluxo de gases (ti-

ragem) é conseguido unicamente pelaação da chaminé devido à diferença dedensidades ao longo da mesma, provo-cada pela diferença de temperatura dosgases de combustão.

– Tiragem mecânica forçada: O fluxo dosgases é obtido através da instalação deum ventilador na linha de ar de com-bustão, forçando-o a entrar na câmarade combustão. A pressão na câmara decombustão deste tipo de equipamentonormalmente é positiva.

– Tiragem mecânica induzida: O fluxodos gases é obtido através da instala-ção de um ventilador na saída dos ga-ses, induzindo, assim, os gases a per-correr o gerador de vapor.

– Tiragem mecânica balanceada: Insta-lam-se dois ventiladores, o de tiragemforçada vence as perdas de carga até aentrada da câmara de combustão, e ode tiragem induzida vence o restantedas perdas de cargas.

8.2.4 Classificação quanto à circulação– Circulação natural: a circulação de

água através dos elementos tubulares éconseguida pela diferença de densida-des existente entre os tubos geradoresde vapor (“Risers”) “A” e os tuboseconomizadores (não vaporizantes ou“DOWN COMERS”) “B”, conformeilustrado nas Figuras 8.5. e 8.7.

Figura 8.5 – Circulação natural.

– Circulação forçada: A circulação deágua é conseguida pela instalação deuma bomba no circuito. São normal-mente caldeiras de alta pressão, devi-do a pequenas diferenças entre a den-sidade do vapor saturado e do líquidosaturado, dificultando a circulação na-tural.

Figura 8.6 – Circulação forçada.

8.3 Elementos principais de uma caldeiraUma caldeira, é, normalmente, constituí-

da dos seguintes elementos principais: Figu-ras 8.5; 8.6; 8.7; 8.8.

8.3.1 Tubulão de vaporTambor localizado na parte superior da

caldeira, onde água e vapor saturado estão emequilíbrio, na temperatura de saturação corres-pondente à pressão do mesmo.

Saída de vapor

Água

Água+

vaporMaçaricos

Gases decombustão

Nível de água

Vapor + água

A B

Calor

Tambor de vapor

Vapor

Só água

Tambor de água;ou de lama

Descarga

Só água

Convecção

EconomizadorEntrada

Saída

Radiação

Bomba

46


8.3.2 Tubulão de águaLocalizado na parte inferior da caldeira

cheio d´água, normalmente, em dimensões me-nores do que o anterior.

8.3.3 Feixe convectivoÉ um feixe de tubos interligando os tam-

bores de vapor e de água. A troca de calor comos gases quentes dá-se por convecção.

8.4 Paredes de águaSão paredes formadas por tubos, interli-

gando os tambores de água e de vapor. As pa-redes de água (laterais, frontais, teto e fundo)geram um espaço vazio denominado “Câma-ra de Combustão”. Os itens de 3.1 até 3.4 cons-tituem a caldeira propriamente dita, que é aparte responsável pela produção de vaporsaturado.

8.5 Superaquecedores8.5.1 Generalidades

Os equipamentos de acionamento a vaporsão projetados para operar com vapor supera-quecido. Para se conseguir vapores com estascaracterísticas, são usados os superaquecedo-res, aparelhos destinados a elevar a tempera-tura do vapor saturado sem aumentar, no en-tanto, sua pressão.

As vantagens do uso do vapor superaque-cido são basicamente duas: a primeira, é me-ramente contar com maior disponibilidade deenergia, e a segunda, a mais importante, é oaumento de rendimento das turbinas, devido,principalmente ao maior salto entálpico dis-ponível.

O total de ganhos de calor ou energia, comvapor superaquecido é de aproximadamente3% para cada 60°C de superaquecimento.

O superaquecedor consiste em dois cole-tores, um de entrada e um de saída, ligadospor um feixe tubular reto ou curvo, localizadoperto ou logo acima dos espaços ocupadospelos elementos geradores de calor.

Apesar dos vários tipos existentes, todosutilizam, como fonte de calor, os gases de com-bustão.

O superaquecedor é um aparelho a que sedeve dispensar cuidados especiais, a fim de quenão se danifique. Por isso, deve ser protegidodo calor excessivo da fornalha. Uma das prote-ções oferecidas ao superaquecedor é a “cortinad’água”, que é constituída por parte do feixetubular da caldeira, que fica situado entre a for-nalha e o superaquecedor. Mas apenas a “corti-na d’água” não é proteção suficiente para o supe-raquecedor no acendimento das caldeiras.

Na partida durante o acendimento decaldeiras com superaquecedores, a queima ini-cial deve ser baixa até que haja vaporização econseqüentemente a circulação do vapor atra-vés do superaquecedor. A partir desse momen-to, pode-se elevar o grau de combustão grada-tivamente, obedecendo a uma curva de aque-cimento, fornecida pelo fabricante, até atingira pressão de trabalho.

8.5.2 Tiposa) Quanto à ligação ao gerador de vapor,

os superaquecedores podem ser inte-grais, quando integrantes de caldeira,ou independentes, quando a fonte decalor é proveniente de uma fornalhaindependente.

b) Quanto à transferência de calor, podemser classificados em de radiação ou deconvecção. Nos de radiação, a superfí-cie do superaquecimento fica expostadiretamente às chamas, enquanto queos de convecção são protegidos pelacortina d’água, e a transferência de ca-lor ocorre quando só gases passam pelasuperfície de superaquecimento.

Saída

Tamborde vapor

Paredede água

Tamborde água

Água

Misturavapor + água

Vapor saturado

Vapor superaquecido

Figura 8.7 – Diagrama de circulação.


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8.5.3 Fatores de influência operacionalAlém dos fatores construtivos, como lo-

calização e tipo de superaquecedor, uma sériede fatores operacionais influenciam no graude superaquecimento do vapor:

– excesso de ar;– temperatura da água de alimentação;– taxa de vaporização;– título do vapor;– número de equipamentos auxiliares

consumidores de vapor saturado.Quanto maior for o excesso de ar, mais

elevado será o grau de superaquecimento, poiso excesso de ar reduz o calor e aumenta a ve-locidade dos gases na fornalha. Diminuindo avaporização, aumenta o calor disponível porunidade de massa de vapor no superaquecedorde convecção.

Um aumento na temperatura de alimenta-ção, para o mesmo consumo do combustível,irá diminuir o superaquecimento, pois aumen-tará a taxa de vaporização, aumentando o vo-lume de vapor no superaquecedor, para a mes-ma quantidade de calor disponível.

Qualquer umidade que acompanhe o va-por saturado ao superaquecedor provoca osci-lação no grau de superaquecimento; se por umacircunstância qualquer, houver um arraste parao superaquecedor, diminuirá o título do vapor, comconseqüente redução de superaquecimento.

8.6 Pré-aquecedores8.6.1 Generalidades

Pré-aquecedores são aparelhos destinadosa aproveitar o calor dos gases de combustãopara aquecer o ar necessário para combustão.

A instalação ou não de um pré-aquecedore o seu dimensionamento dependem de fato-res econômicos e de engenharia.

Os fatores econômicos mais importantes são:– custo original do equipamento;– custos de operação e– custos de manutenção.Os fatores de engenharia envolvidos são:– espaço;– características do combustível e– temperaturas desejadas para a entrada

de ar e a saída do gás.Com os combustíveis comuns, em iguais

condições de fornalha, a eficiência de umacaldeira como um todo aumenta de cerca de2,5% para cada 50°C de queda na temperaturade saída do gás.

O pré-aquecedor que aquece o ar para tem-peraturas acima de 150°C proporciona umaeconomia de 5 a 10% de combustível.

O pré-aquecedor de ar acelera a combus-tão em todas as cargas, melhora a combustãoem baixas cargas e aumenta a eficiência.

8.6.2 ClassificaçãoOs pré-aquecedores podem ser classifi-

cados, de acordo com o princípio de sua ope-ração, em:

a) recuperativos eb) regenerativos.Nos pré-aquecedores recuperativos, o ca-

lor proveniente do gás de combustão é trans-ferido para o ar através de uma superfície me-tálica.

Nos pré-aquecedores do tipo regenerati-vo, o calor é transferido do tipo Ljungstron éum dos mais representativos. É constituído deum envólucro metálico isolado, no interior doqual gira um rotor inteiramente metálico, di-vidido em compartimentos (Figura 8.8).

Figura 8.8 – Pré-aquecedor do tipo regenerativo.

8.6.3 CorrosãoO pré-aquecedor é o elemento que utili-

za o calor do gás, após a sua passagem pelafornalha, superaquecedor e economizador,onde, portanto, a temperatura já é mais baixa.Como conseqüência, problemas como corro-são dos tubos, depósito de fuligem e cinzasnas superfícies de troca podem ocorrer. Furosde tubos, nos pré-aquecedores de recuperação,podem exigir um consumo extra de energiapelos ventiladores.

8.7 EconomizadoresO economizador é o aparelho que tem a

finalidade de absorver o calor sensível dosgases de combustão, para aquecer a água dealimentação de caldeiras. Assim, os gases, jácom temperaturas mais baixas que na forna-lha, cedem mais calor, resultando maior eco-nomia para o sistema.

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Internamente, os economizadores (no casode não ter havido eliminação dos gases) estãosujeitos à corrosão, devido ao oxigênio dis-solvido e ao baixo valor de pH.

Como a corrosão é muito menor na faixade pH alcalino, é conveniente, muitas vezes,corrigir o pH da água de alimentação para 8ou 9.

Externamente, devido à baixa temperatu-ra da água de alimentação, os tubos do econo-mizador podem provocar a condensação daumidade dos gases de combustão, acelerandoa corrosão. Quando isto acontece na presençade produtos de combustão de enxofre, a taxade corrosão aumenta, à medida que a tempe-ratura for reduzida.

À medida que o teor de enxofre aumenta,o ponto de orvalho do gás também aumenta,agravando assim as condições de corrosão.

Experiências mostram que a taxa de cor-rosão ácida pode ser reduzida a limites segu-ros mantendo a temperatura da água de ali-mentação acima de certos valores mínimos.

Figura 8.9 – Componentes principais de gerador de vapor.

8.8 QueimadorÉ o conjunto de elementos com função de

suprir o calor excessivo à geração de vapor,através da queima de combustíveis.

Pode ser dividido em “queimador” pro-priamente dito e “distribuidor de ar ”.

8.8.1 QueimadorÉ o equipamento que prepara o combus-

tível a ser queimado na caldeira.Existem queimadores de óleo combustí-

vel, queimadores de gás combustível e quei-madores de CO (monóxido de carbono);

Dentre estes, destacam-se os queimado-res de óleo combustível.

8.8.2 Distribuidor de arO maçarico é o elemento que se destina a

receber o óleo e atomizá-lo para o interior dafornalha. Consta da peça de ligação, onde pe-netram o óleo e o vapor; do corpo; que conduzo óleo e o agente pulverizador; e do bico oupulverizador, colocado no corpo, na extremi-dade oposta à peça de ligação.

A pulverização é conseguia com o auxíliode um agente pulverizador, que pode gerarcomprimido, vapor d’água ou mecanismos depulverização mecânica.

Em suma, as finalidades do queimador são:– pulverizar o combustível;– misturar intimamente o óleo, já em né-

voa, com o ar;– manter as proporções entre o ar e o óleo.

8.8.3 Queimador de óleo combustívelÉ provido de “DAMPER” ou “Registro”

que regulam a entrada do ar fornecido do com-bustível através do Soparador de ar.

8.9 Ramonador (ou soprador de fuligem)Durante a operação normal da caldeira,

verificam-se depósitos de fuligem nos tubos,resultantes da queima do combustível. Estafuligem tem de ser retirada, pois atua comoum isolante. Em vista disso, são instalados nascaldeiras, entre as fileiras de tubos, aparelhosdestinados a limpar, periodicamente, o lado defogo das caldeiras, removendo os depósitos defuligem. Esta limpeza deve ser efetuada duasvezes por dia, no mínimo antes de qualquerparada da caldeira e sempre com a caldeira emoperação, com cargas elevadas (para evitarexplosões no percurso dos gases).

O romonador é constituído, basicamen-te, de um tubo perfurado, ligado a uma redede vapor (Figura 8.10).

Figura 8.10 – Soprador de fuligem.

Maçaricos

Alimentaçãode água

ArVapor

saturado

2

1

5

31 6

8

7

(1) Tambor de vapor

(2) Tambor de lama

(3) Feixe tubular

(4) Fornalha

(5) Superaquecedor

(6) Economizador

(7) Pré-aquecedor de ar

(8) Chaminé


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8.10 Internos do Tubulão8.10.1 Separadores de vapor

São legítimos filtros de vapor, constituí-dos de chapas corrugadas, dispostas ao longoda tubulação, por onde o vapor saturado devepassar, antes de atingir as canalizações que olevarão ao coletor de entrada do superaquece-dor. Têm a finalidade de reter as partículas lí-quidas ou sólidas arrastadas pelo vapor.

8.10.2 CiclonesSão dispositivos destinados a produzir um

retardamento temporário ao escoamento de umfluido, fazendo-o mudar de direção; em com-binação com defletores de vapor do tipo “pla-ca”, orientam os fluxos de vapor e da água.

Observar os internos das figuras 8.11.a e8.11.b.

Vapor + água

Água

Vapor saturado

Vapor + água

Vaporsaturado

Figura 8.11.a – Acessórios internos do tambor de vapor.

Vapor saturado

Vapor + água

Vapor + água

Vapor saturado

Figura 8.11.b – Acessórios internos do tambor de vapor.

8.11 Válvulas8.11.1 Válvulas de Bloqueio

São válvulas colocadas em linha de água,combustível, ar e vapor, com a finalidade ex-clusiva de isolamento do sistema.

8.11.2 Válvula de RetençãoColocadas nas diversas linhas, com a fi-

nalidade de evitar o retorno do fluxo.

8.11.3 Válvulas de ControleColocadas nas várias linhas com a finali-

dade de controlar o fluxo, quer automática,quer manualmente.

8.11.4 Válvulas de SegurançaSão dispositivos que se destinam a des-

carregar, automaticamente, para a atmosfera,parte do vapor, quando a pressão na caldeiraatingir certo limite, prevenido, assim, a cria-ção de qualquer situação de insegurança.

Das válvulas de segurança, exigem-se cer-tos requisitos, tais como:

– abrir e fechar a pressões determinadas;

– abrir e fechar rapidamente sem trepi-dação e

– vedar perfeitamente, quando fechada.

As válvulas de segurança estão colocadasno superaquecedor e tubulão superior, deven-do abrir numa seqüência pré-determinada.

8.11.5 Válvulas de purga de superfícieInstaladas numa tubulação, próxima ao

nível de água no tubulão superior, destinam-se a retirar, constantemente, uma quantidadede água “concentrada”, a fim de manter a con-centração de sais solúveis e de materiais emsuspensão.

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8.11.6 Válvulas de purga de fundoInstaladas em tubos ligados aos tubulões

inferiores e aos coletores, destinadas a reduziras quantidades de sólidos e sais, que se depo-sitam em forma de lama, no fundo das caldeiras.

Somente devem ser dadas descargas defundo com as caldeiras fora de operação ouem baixa carga.

8.11.7 Válvulas de “vent”Instaladas na parte superior do tubulão de

vapor e dos superaquecedores bem como emoutros pontos altos, para escape de ar, quandose enche a caldeira ou quando se dá partida.

8.12 Termos usuais em trabalhos decaldeiras

Os termos usados nos serviços de caldei-ras são muitos. Alguns dos mais importantesestão relacionados a seguir:

Rendimento Específico: é a relação en-tre a massa do vapor produzido pela massa decombustível gasto.

Rendimento térmico: é a relação entre ocalor absorvido pelo vapor gerado e o calordesprendido pelo combustível queimado.

Superfície de aquecimento: é o conjun-to de superfícies metálicas, através das quaisocorre a transferência de calor entre o gás decombustão e a água ou o vapor.

Capacidade d’água: é a quantidade deágua que uma caldeira contém, com o nívelnormal de operação.

Taxa de vaporização: é a produção de va-por por unidade de superfície de aquecimento.

Capacidade: é a quantidade de vapor pro-duzido por unidade de tempo.

Tempo de vaporização: é o intervalo detempo entre o acendimento e o momento emque a caldeira começa a produzir vapor, nascondições especificadas.

Consumo: é a quantidade de combustívelgasta por unidade de tempo.

Pressão de regime: é a pressão normal defuncionamento de uma caldeira.

Pressão máxima: é a pressão máximacom a qual a caldeira pode funcionar.

Temperatura de superaquecimento: é atemperatura do vapor na saída do superaque-cedor.

“Make-up”: é a porção de água introdu-zida no sistema da caldeira para compensar ocondensado não retornado e as purgasefetuadas.

“Blow-down”: é a descarga da água sobpressão para reduzir a concentração de sais naágua da caldeira.

Ramonagem: é a limpeza das superfíciesexternas dos tubos com sopro de vapor.

Tiragem: é o fluxo de ar que supre a for-nalha do oxigênio necessário à combustão eretira os gases resultantes.

Tiragem forçada: é o fluxo de ar que su-pre a fornalha.

Tiragem induzida: é o fluxo de gases re-tirados da caldeira.

Anotações


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No UnicenP, a preocupação com a construção e reconstrução doconhecimento está em todas as ações que são desenvolvidas pelos pró-reitores, diretores de Núcleos, coordenadores de Cursos e professores.Uma equipe coesa e unida, em busca de um só objetivo: a formação docidadão e do profissional, que é capaz de atuar e modificar a sociedadepor meio de suas atitudes. Preparar este cidadão e este profissional é umaresponsabilidade que esta equipe assume em suas atividades no CentroUniversitário Positivo, que envolvem, principalmente, as atividades emsala de aula e laboratórios, bem como a utilização contínua dos recursosdisponibilizados pela Instituição em seu câmpus universitário. Esta equipetrabalha em três núcleos básicos da área de graduação � Núcleo deCiências Humanas e Sociais Aplicadas, Núcleo de Ciências Biológicas e daSaúde, Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas � além das áreas de pós-graduação e de extensão.

O UnicenP oferece em seus blocos pedagógicos 111 laboratórios, clínicasde fisioterapia, nutrição, odontologia e psicologia, farmácia-escola,biotério, central de estagio, centro esportivo e salas de aula, nos quais éencontrada uma infra-estrutura tecnológica moderna que propicia aintegração com as mais avançadas técnicas utilizadas em cada área doconhecimento.

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