Apostila Completa Caldeiras[1]

8/17/2019 Apostila Completa Caldeiras[1]

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Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras

Índice

1. Noções de grandezas físicas e unidades 02

1.1. Pressão 02

1.2. Calor e temperatura 06

2. Caldeiras 13

2.1. Introdução 13

2.2. Tipos de caldeiras e suas utilizações 13

2.3. Combustíeis 1!

2.". #istema de tira$em 20

2.%. Partes de uma caldeira 21

2.6. Instrumentos e dispositios de controle de caldeira 26

3. Operação de caldeiras 36

3.1. &leo combustíel 36

3.2. '(s 36

3.3. Caldeira )l*trica 36

3.". Combustão 3+

4. ra!a"en!o de #gua e "anu!enção de caldeiras 3$

".1. Impurezas da ($ua e suas conse,-ncias 3/

".2. Tratamento de ($ua "1

%. &re'enção con!ra e(plosões e ou!ros riscos 43

%.1. iscos $erais de acidentes e riscos sade "3

%.2. iscos de eplosão ""

%.3. 4anutenção 6"

6. )egislação e nor"alização 6*

6.1. 5ormas e$ulamentadoras 6!

6.2. 5orma e$ulamentadora 13 5713 +3

+. ,ne(os *0

+.1. elat8rio de Inspeção Peri8dica 9modelo: !0

+.2. Prontu(rio da Caldeira 9modelo: !3

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1. NO-/ / ,N/, 5ÍC, / 7N,/

1.1. &ressão

Pressão * a ação de uma ;orça contra a super;ície. < pressão de ,ual,uer $(s ou li,uido no interior de umac=mara ou tubulação pode ser determinada mediante dispositios denominados man>metros.

1.1.1. &ressão ,!"osf8rica

Pressão atmos;*rica * a ;orça por unidade de (rea? eercida pelo ar contra uma super;ície. #e a ;orça eercida pelo ar aumenta em um determinado ponto? conse,-entemente a pressão tamb*m aumentar( neste ponto. < pressão atmos;*rica * medida atra*s de um e,uipamento con@ecido como bar>metro.


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Como a coluna de mercrio ,ue e,uilibra a pressão atmos;*rica * de +6 cm? dizemos ,ue a pressãoatmos;*rica ao níel do mar e,uiale pressão de uma coluna de mercrio de +6 cm. Fembrando ,ue a pressão de uma coluna de lí,uido * dada por d9g 9$ G !?/ mHs:? temos no #IA

PammHg cmHg Patm %1001?1+60+6 ×==≅

< maior pressão atmos;*rica * obtida ao níel do mar 9altitude nula:. Para ,ual,uer outro ponto acima doníel do mar? a pressão atmos;*rica * menor. < tabela a se$uir apresenta a ariação da pressão atmos;*rica deacordo com a altitudeA

,l!i!ude:";

&ressão ,!"osf8rica:""metros 9medidores de pressão: utilizam a pressão atmos;*rica como re;erncia? medindo a di;erençaentre a pressão do sistema e a pressão atmos;*rica. Tais precisões c@amam7se pressões "ano"8!ricas. < pressão manom*trica de um sistema pode ser positia ou ne$atia? dependendo de estar acima ou abaio da pressão atmos;*rica. Juando o man>metro mede uma pressão manom*trica ne$atia? ele * c@amado de

"an="e!ro de '#cuo. Pressão atmosférica métrica

,!"osfera "8!rica :!8cnica; > 1 atm G 1 K$Hcm G pressão atmos;*rica correspondente a +3%?% mm$9coluna de mercrio: e 0LC G 10 m2B 9coluna de ($ua: a M"LC.

< parte da pressão total acima de 1 atm 9pressão atmos;*rica: * c@amada de pressão e;etia? ao passo ,ue a pressão total * c@amada de pressão absoluta.

)m termodin=mica aplicada sempre se lea em conta a pressão absoluta a!"a e na pr(tica das caldeiras a pressão e;etia a!"e.

,!"osfera física > 1 atm G 1?033 K$Hcm G pressão atmos;*rica correspondente a +60 mm$ e 0LC G 10?33m2B a M "LC.

1.1.2. &ressão in!erna de u" 'aso

Bs asos de pressão e at* mesmo os asos ,ue operam com (cuo? pois não eiste (cuo absoluto? estãosuNeitos pressão eterna e a pressão interna.

B (cuo * ,ual,uer pressão in;erior pressão atmos;*rica. Bs asos de pressão são dimensionadosconsiderando7se a pressão di;erencial resultante ,ue atua sobre as paredes? ,ue poder( ser maior internamente ou eternamente.



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1.1.3. &ressão "ano"8!rica ou rela!i'a

Bs man>metros são os instrumentos para medir a pressão dos ;luídos t*rmicos presentes em caldeiras?

tubulações? acumuladores? compressores? ;iltros? etc.

5a pr(tica industrial? distin$uem7se di;erentes tipos de man>metros? con;orme sua aplicaçãoA

4an>metro simples ou OstandardD 4an>metro duploD 4an>metro di;erencialD 4an>metro de coluna de ($uaD 4an>metro de aplicação especí;icaD 4an>metro de testeD 4an>metro com ;luido amortecedorD

4an>metro petro,uímicoD 4an>metro com selo dia;ra$maD 4an>metro re$istradorD 4an>metro com contato el*trico.

Manômetros petroquímicos

< construção e precisão dos man>metros petro,uímicos satis;azem s ei$ncias normais e seeras de pressão ,ue sur$em no campo da petro,uímica? apropriados para serem instalados em ,ual,uer meio ;luido9lí,uido ou $asoso: sempre ,ue este meio não seNa a$ressio para o aço ino


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1.1.4. 7nidades de &ressão ? Con'ersão

7nidades /@ui'alAncias

1 in ' 9pole$ada dU($ua: 9unidade in$lesa: 2"!?1 Pa 9pascal:

1 mmca 9milímetro coluna dU($ua:1 K$;Hm 9,uilo$rama7;orça por metro ,uadrado: G !?/0+Pa 9pascal:

1 mca 9metro coluna dU($ua: !?/ KPa 9,uilopascal:

1 in$ 9pole$ada de mercrio: 3?3/6 KPa

10 cmca 9centímetro coluna dU($ua: ≅1 KPa 9,uilopascal:

1 mm$ 9milímetro de mercrio: 133?3 Pa 9pascal:

1 mbar 9metro b(ria: 100 Pa 9pascal:

1 atm 9atmos;era normal: 101.32% Pa 9pascal: G 101 KPa 9,uilopascal:

1 atm 9atmos;era normal: +60 mm$ 9milímetro de mercrio:

1 atm 9atmos;era normal:10.332 K$;Hm 9,uilo$rama7;orça por metro ,uadrado: G 1K$;Hcm 9,uilo$rama7;orça por centímetro ,uadrado:

1 KPa 9,uilopascal:"?01% in ' 9pole$ada dU($ua: G 0?1 9metro colunadU($ua:

1 Pa 9pascal:1 mmca 9milímetro coluna dU($ua: G 1 5Hm 95eVton por metro cbico:

1 KPa 9,uilopascal:0?2!% in $ 9pole$ada de mercrio: G 10 cm ca9centímetro coluna dU($ua:

1 KPa 9,uilopascal: +?%02 mm$ 9milímetro de mercrio:100 KPa 0?!/+ atm 9atmos;era:

1 lb;H;t 9libra por p* ,uadrado: "+.//0 Pa 9pascal:

1 P#I 9libra por pole$ada ,uadrada: 6?/!% KPa 9,uilopascal:

1 KPa 9,uilopascal: 20?//% lb;H;t 9libra por p* ,uadrado:

1 K$;Hmm 9,uilo$rama7;orça por milímetro ,uadrado: !?/0+ 4Pa 94e$a pascal:

14Pa 94e$a pascal: 0?102 K$;Hmm

1 K$;Hmm 9,uilo$rama7;orça por milímetro ,uadrado: 1."22?33 psi 9libra por pole$ada ,uadrada:

1 P#I 9libra por pole$ada ,uadrada: 0?000+ K$;Hmm 9,uilo$rama7;orça por milímetro,uadrado:

1 ba 9b(ria:10 Pa 9pascal: G 100KPa 9,uilopascal: G 10% 5Hm95eVton por metro ,uadrado: ≅ 1 K$;Hcm 9,uilo$rama7;orça por centímetro ,uadrado:

1 K$;Hcm 9,uilo$rama7;orça centímetro: 100 KPa 9,uilopascal: G 1"?22 psi ≅ 1 K$;Hcm

1 bar 10% Pa 9pascal: G 0?!/+ atm 9atmos;era:

1.1.%. aBela de Dl!iplos e uB"Dl!iplos

10W 10! 106 10X 10 10W 1071 1072 1073 1076 107! 10712

teraT

$i$a$

me$a4

,uiloK

@ecto@

decada

decid

centic

milim

microY

nanon

pico p

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1.2. Calor e e"pera!ura

1.2.1. Noções gerais

O que é calor?

< cincia termodin=mica trata das transições ,uantitatias e reacomodamento da ener$ia cal8rica nos corposde mat*ria. < ener$ia se trans;ere de um corpo a outro? em irtude? unicamente? da di;erença de temperaturaentre eles.

B primeiro princípio 9estabelecido por oberto 4aZer? 1/"2: da termodin=mica? isto *? do estudo damec=nica do calor? * epresso nos se$uintes termosA

B calor e o trabal@o são e,uialentes? isto *A

AKcal J Q ⋅=

ondeAJ G calor recebido ou cedido? em ScalD

[ G e,uialente mec=nico do calor G"2+

1D

< G trabal@o 9K$m:DRorça utilizada em 9K$: X camin@o percorrido em 9m:D

1 Scal G "2+ K$m e 1 K$m G"2+

1 K$mD

1 C\ G +% K$mHs G 0?+36 KD

1 K G 102 K$mHs G 1?36 C\D

1 B\@ G +% X 3.600 G 2+0.000 K$m G 2+0.000 X "2+

1 G 632?3 ScalD

1 K@ G 102 ] 3.600 G 36+.000 K$m G 36+.000 X "2+

1 G /60 Scal.

BbseraçãoA < potncia da corrente el*trica * medida em Vatts? ondeA

1.000 Vatts G 1 ,uiloVatt 9K:

Teorias do Calor

micase a,uelas ,ue são aplic(eis a baias temperaturas podem não s7lo a altas temperaturas.

Para prop8sitos de en$en@aria * necess(rio iniciar o estudo com in;ormação b(sica re;erente a (rios;en>menos.


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Bbserou7se tamb*m ,ue? ,uando ocorre uma mudança de ;ase? as suas (rias propriedades t*rmicas possuem di;erente ordem de ma$nitude.

Por eemplo? o calor especí;ico por unidade de massa * muito baio para os s8lidos? alto para os lí,uidos e?usualmente? de alores intermedi(rios para os $ases.

)m ,ual,uer corpo ,ue absora ou perca calor? dee7se obserar com especial consideração se a mudança *de calor sensíel? latente ou de ambos.

Transmissão de Calor por conduão nos fluidos

< transmissão de calor em todos os ;luidos seNam lí,uidos ou $ases se$ue as mesmas leis ,ue para o caso doss8lidos? somente ,ue os alores dos coe;icientes de condutibilidade E são menores.

Tanto em lí,uidos como $ases? resulta impossíel eliminar? nas condições industriais? o e;eito de conenção.

Capacidade T*rmica e Calor )specí;ico


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1.2.2. odos de !ransferAncia de calor

Trans;erncia de calor * a denominação dada ( passa$em de ener$ia t*rmica 9,ue durante a trans;erncia

recebe o nome de calor: de um corpo para outro ou de uma parte para outra de um mesmo corpo. )ssatransmissão pode ser processar de trs maneira di;erentesA

Condução Conecção Irradiação

Conduão

_ o processo de transmissão de calor em ,ue a ener$ia t*rmica passa de um local para outro atra*s das partículas do meio ,ue os separa. 5a condução a passa$em de ener$ia de uma re$ião para outra se ;az da

se$uinte maneiraA na re$ião mais ,uente? as partículas tm mais ener$ia? ibrando com mais intensidadeDcom esta ibração cada partícula transmite ener$ia para a se$uinte e assim sucessiamente.

< condução de calor * um processo ,ue ei$e a presença de um meio material e ,ue? portanto? não ocorre no(cuo.

\eri;ica7se eperimentalmente ,ue o ;luo de calor 9 Φ : atra*s de uma placa * proporcional (rea da placa,? di;erença de temperatura ∆Τ entre os meios 91: e 92: ,ue ela separa e * inersamente proporcional espessura da placa ).

cd

cd

s

J

L

CxAx

tempo

Q=

∆Τ==Φ

ondeAC G coe;iciente de condutibilidade t*rmica do material da placa.

Bs metais são muito bons condutores de calor? lo$o? tm C O$rande. < madeira * p*ssima condutora decalor? lo$o tem C Ope,ueno.

Con!ecão

Consideremos uma sala na ,ual se li$a um a,uecedor el*trico em sua parte in;erior. B ar em torno doa,uecedor se a,uece? tornando7se menos denso ,ue o restante. Com isso ele sobe e o ar ;rio desce? @aendo

uma troca de posição do ar ,uente ,ue sobe e o ar ;rio ,ue desce. < esse moimento de massa de ;luidoc@amamos conecção e as correntes de ar ;ormadas são correntes de conecção.

Portanto? conecção * um moimento de massa de ;luido? trocando de posição entre si. 5otemos ,ue não temsi$ni;icado ;alar em conecção no (cuo ou em um s8lido? isto *? conecção s8 ocorre nos ;luídos.

"rradiaão

_ o processo de transmissão de calor atra*s de ondas eletroma$n*ticas 9ondas de calor:. < ener$ia emitida por um corpo 9ener$ia radiante: se propa$a at* o outro? atra*s do espaço ,ue os separa.

#endo a transmissão de calor atra*s de ondas eletroma$n*ticas? a radiação não ei$e a presença do meio

material para ocorrer? isto *? a radiação ocorre no (cuo e tamb*m em meios materiais.

)ntretanto? não são todos os meios materiais ,ue permitem a propa$ação das ondas de calor atra*s deles.

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Toda ener$ia radiante? transportada por onda de r(dio? in;raermel@a? ultraioleta? luz isíel? raios7]? raio$ama? etc.? pode conerter7se em ener$ia t*rmica por absorção. Por*m? s8 as radiações in;raermel@as sãoc@amadas de ondas de calor.

m corpo bom absorente de calor * um mau re;letorD m corpo bom re;letor de calor * um mau absorenteD Todo bom absorente * bom emissor de calorD Todo bom re;letor * mau emissor.

1.2.3. Calor /specífico e Calor ensí'el

C@ama7se calor especí;ico de um s8lido ou lí,uido a ,uantidade de calor 9Scal: necess(ria para elear de1`C a temperatura de 1K$ deste corpo.

Para a ($ua temosA1≅c

B alor de c > 1 pode ser admitido com su;iciente eatidão para temperaturas moderadas. B calor especí;icode um $(s ou de um apor? pressão constante? re;erido a 1K$ * indicado por cp? e re;erido a 1m3 5 *indicado por Cp.

Cp corresponde a ,uantidade de calor em Scal? necess(ria para a,uecer de 1`C? 1 m 3 5 de $(s ou de apor.

Bbs.A Bs calores especí;icos dos $ases e apores a olume constante? cv ou Cv ? não interm no assunto da presente obra.

B calor especí;ico aria com a temperatura do s8lido? lí,uido? $(s ou aporD para a ($ua? entretanto? pode7se$eralmente desprezar esta ariação? como N( dissemos mais acima. B a,uecimento de 300 a 301`C? por eemplo? re,uer mais calor do ,ue o de 10 a 11`C.

Para lear em conta esta ariação? e;etuam7se os c(lculos com o calor especí;ico m*dio entre 0 e t`C ou a umres;riamento de t a 0`C.

1.2.4. ransferAncia de calor a !e"pera!ura cons!an!e

O que é Temperatura?

^e;ine7se como temperatura? a medida ,ue resulta do e;eito causado pelo calor de um corpo? ou seNa? atemperatura de um corpo est( caracterizada pela ,uantidade de calor trans;erida de outro corpo.

B calor * a ener$ia ,ue se trans;ere de um corpo a outro? em irtude? unicamente? da di;erença detemperatura entre eles.

^e acordo com o #istema Internacional de nidades de 4edida? a unidade b(sica para a temperatura * oSelin 9S:? por*m deido ao uso e costume industrial? usa7se tamb*m internacionalmente $raus Celsius 9`C:?com a se$uinte e,uialnciaA

ada e" F5G para HC

`C G 9%H!: 9`R 32:

ada e" HCG para H5

`R G 9!H%: 9`C: M 32

ada e" EG para HC

`C G S 7 2+3

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Características dos termômetros

a: Ius!eza J ,uando @( identidade entre suas indicações e as indicações do term>metro le$al ou normal

9term>metro de $(s a olume constante:D

b: ensiBilidade J * a característica do term>metro acusar pe,uenas ariações de temperatura. <sensibilidade * tanto maior ,uanto ;or maior o nmero de diisões da escala por unidade deariações de temperatura ou ,uanto maior ;or a dist=ncia entre as marcas consecutias. )studemos aariação de sensibilidade dos term>metros de mercrio. 5estes? ela pode ser medida em cm ou mm por $rau 9cmH`C:D

c: &ron!idão J * a propriedade ,ue traduz a rapidez com ,ue o term>metro entra em e,uilíbrio t*rmicocom o sistema? cuNa temperatura se ,uer determinar. Juanto mais depressa o e,uilíbrio t*rmico *atin$ido maior a prontidão. )la * tanto maior tamb*m? ,uanto menor ;or a capacidade t*rmica doterm>metro.

5os term>metros de mercrio a prontidão aumenta ,uando o olume do bulbo diminui. Para bulbosde mesmo olume a prontidão * maior na,uele em ,ue a super;ície de contato com o corpo?super;ície eterna do bulbo? * maior.

< prontidão não depende da seção da @aste.

d: Co"odidade J * a propriedade ,ue traduz a ;acilidade de utilização e manuseio do term>metro. Bsterm>metros de $(s tm $rande precisão? mas pe,uena comodidade. [( os de mercrio? embora commenor precisão? apresenta? $rande comodidade.

e: /fei!o da !e"pera!ura a"Bien!e J consiste na ariação da indicação do instrumento ,uando @(uma ariação na temperatura ambiente em ,ue se encontra o capilar eHou a espiral. m aumento oudiminuição de temperatura ambiente causar(? no caso de sistemas preenc@idos com lí,uido? umaumento ou diminuição respectio no olume do lí,uido contido no capilar e na espiral? ocasionandoerro da indicação.I$ualmente em sistemas preenc@idos com $(s? @aer( alteração na pressão do $(s com umcorrespondente desio de medição. 5os sistemas preenc@idos com apor? esta in;luncia não se ;azsentir? pois a pressão interna * determinada? eclusiamente? pela temperatura da super;ície decontato entre o lí,uido e o apor.

1.2.%. Kapor sa!urado e 'apor supera@uecido

O #apor d$%&ua

Juando um apor pressão p tem tamb*m a correspondente temperatura t de ebulição? diz7se ,ue * um!apor saturado. Conse,-entemente o apor saturado tem a mesma temperatura da ($ua da ,ual tem7seori$inadoD ,ual,uer redução de temperatura condensa7o parcialmente? reduzindo a pressão. Bs alores p e t?desi$nam7se respectiamente como pressão e temperatura de saturação.

Rornecendo7se calor ($ua? esta começa a se aporizar a 100`C 9eatamente a !!?1`C: ,uando a pressãoeterior * de 1 atmaD se a ($ua estier sob pressão mais eleada ou mais baia? sua temperatura deaporização ser(? i$ualmente? mais eleada ou mais baiaD por eemplo? a aporização sob uma pressão de +atma ocorre a 16"`C? ao passo ,ue sob uma pressão de 0?% atma N( se apresenta a /1`C.

^urante toda a aporização a temperatura permanece constante? sendo a mesma para a ($ua em ebulição e para o apor N( produzido.



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m aumento na ,uantidade de calor entre$ue acelera a aporização? mas não elea a temperatura.

^urante o a,uecimento da ($ua at* o ponto de ebulição 9temperatura do apor saturado ou temperatura de

aporização: a ($ua absore por $rau de a,uecimento 1 Scal aproimadamente. Todaia o calor especí;icoaumenta li$eiramente com a temperatura da ($ua? de maneira ,ue? por eemplo? para o a,uecimento de 0 a!!?1`C 91 atma:? são absoridas cerca de !!?1 Scal por K$ de ($ua? ao passo ,ue de 0 a 22!`C 92/ atma:torna7se então necess(rio ;ornecer 23% Scal por K$ de ($ua.

Juando toda a ($ua estier aporizada? temos apor saturado seco? cuNo olume baia pressão * muitosuperior ao da ,uantidade de ($ua da ,ual o mesmo ori$inou. pressão crescente? esta di;erença de olumediminui? entretanto pro$ressiamente para? ;inalmente? anular7se sob a pressão de 22%?6% atma? o ,uesi$ni;ica ,ue? neste estado? a aporização ocorre sem o aumento de olume. )sta pressão limite? para a ,ual oapor saturado atin$e a temperatura de 3+"?1%`C? * c@amada pressão crítica? acima dessa pressão? não mais pode eistir ($ua ,uando de um noo ;ornecimento de calor.

Continuando7se a ;ornecer calor a um apor saturado? elea7se sua temperatura acima da temperatura deaporização para a pressão considerada? isto *? supera,uece7se o apor? o ,ual nesta estado * c@amado !apor superaquecido.

Pelo supera,uecimento o olume do apor aumenta? de maneira ,ue 1K$ de apor supera,uecido sempre temum maior olume do ,ue 1K$ de apor saturado mesma pressão. )ste aumento de olume *?eidentemente? tanto maior ,uanto mais eleada ;or a temperatura de supera,uecimento pelo recebimento decalor. < ,uantidade de calor ,ue se dee ;ornecer a 1K$ de ($ua para lea7lo de 0`C temperatura deebulição sob a pressão constante considerada? c@ama7se calor de a,uecimento do lí,uido ou calor de fluideDa ,uantidade de calor necess(ria para aporizar completamente este K$ de ($ua? leado temperatura deebulição? c@ama7se calor latente de aporização. Para trans;ormar 1K$ de ($ua a 0`C em apor saturado

deeremos? portanto? ;ornecerACalor !o!al de 'aporização > calor de fluidez L calor la!en!e de 'aporização

Para pressões cada ez mais eleadas? o calor de ;luidez aumenta e o calor latente de aporização diminuiD pressão crítica? o calor latente de aporização torna7se nulo? isto *? calor total de aporização G calor de;luidez.

B calor latente de aporização subdiide7se em calor interno e calor eterno.

1.2.6. aBela de Kapor a!urado

&ressãoela!i'a

&ressão,Bsolu!a

e"pera!ura Calorensí'el

Calor)a!en!e

Caloro!al

Kolu"e/specífico

Mg?c"2 Mg?c"2 HC Ecal?Mg Ecal?Mg Mcal?Eg "3?Mg

0.01 6.+ 6.+ %!3.0 600.1 131.+0.01% 12.+ 12./ %!0.0 602./ //.6"0.02 1+.2 1+.2 %/+." 60"./ 6/.2+

0.02% 20./ 20./ %/%.6 606." %%.2/0.03 23./ 23./ %/3.! 60+.+ "6.%30.0" 2/.6 2/.6 %/1.1 60!./ 3%."60.0% 32.% 32.% %+/.! 611.% 2/.+30.06 3%./ 3%./ %++.1 612.! 2".1!

0.0/ "1.2 "1.1 %+".1 61%.2 1/."%0.10 "%." "%." %+1.6 61+.0 1".!%



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&ressãoela!i'a

&ressão,Bsolu!a

e"pera!uraCalor

ensí'elCalor

)a!en!eCaloro!al

Kolu"e/specífico

Mg?c" Mg?c" HC Ecal?Mg Ecal?Mg Mcal?Mg "?Mg

0.12 "!.1 "!.0 %6!.% 61/.% 12.600.1% %3.6 %3.% %6+.0 620.% 10.210.20 %!.+ %!.6 %63.% 623.1 +.+!%0.2% 6".6 6".% %60./ 62%.1 6.3220.30 6/.+ 6/.6 %%/.2 626./ %.32/0.3% +2.2 +2.2 %%6.0 62/.2 ".61"0."0 +%." +%." %%".1 62!.% ".06!0.%0 /0.! /0./ %%0./ 631.6 3.3010.60 /%.% /%." %"/.0 633." 2.+/30.+0 /!.% /!." %"%.% 63".! 2."0!

0./0 !2.! !2.! %"3.2 636.2 2.12%0.!0 !6.2 !6.2 %"1.2 63+." 1.!0"

0 1.0 !!.1 !!.1 %3!." 63/.% 1.+0%0.1 1.1 101./ 101./ %3+.6 63!." 1.%+/0.2 1.2 10".2 10".3 %36.0 6"0.3 1."%%0.3 1.3 106.6 106.+ %3".% 6"1.2 1.3%00." 1." 10/.+ 106.! %33?1 6"2.0 1.2%!0.% 1.% 110./ 100.! %31.! 6"2./ 1.1/00.6 1.6 112.+ 112.! %30.6 6"3.% 1.1110./ 1./ 116.3 116.% %2/.2 6"".+ 0.!!%1.0 2.0 11!.6 11!.! %2%.! 6"%./ 0.!021.2 2.2 122.% 123.% %2".0 6"6.! 0./26

1." 2." 12%.% 12%./ %22.1 6"/.0 0.+6161.6 2.6 12/.1 12/.% %20." %"!.1 0.+0661./ 2./ 130.% 131.0 %1/.+ 6%0.2 0.6%!22.0 3.0 132.! 133." %16.! 6%0.3 0.61662.2 3.2 13%.1 13%.+ %1%./ 6%1.0 0.%/1+2." 3." 13+.2 13+./ %1".3 6%1.+ 0.%"!%2.6 3.6 13!.2 13!.! %12./ 6%2." 0.%0262./ 3./ 1"1.1 1"1./ %11.3 6%3.1 0."!%13.0 ".0 1"2.! 1"3.6 %0!./ 6%3." 0."+063.% ".% 1"+.2 1"/.1 %06.+ 6%".6 0."22"".0 %.0 1%1.1 1%2.1 %03.+ 6%%./ 0.3/16".% %.% 1%".+ 1%%.! %01.2 6%6./ 0.3"!+%.0 6.0 1%/.1 1%!.3 "!/.% 6%+./ 0.3213%.% 6.% 161.2 162.+ "!6.1 6%/.6 0.2!/+6.0 +.0 16".2 16%.6 "!3./ 6%!." 0.2++/6.% +.% 16+.0 16/.+ "!1.6 6%0.1 0.260!+.0 /.0 16!.6 1+1.3 "/!.% 6%0./ 0.2""/+.% /.% 1+2.1 1+".0 "/+.% 661." 0.231+/.0 !.0 1+".% 1+6." "/%.6 662.0 0.21/!/.% !.% 1+6./ 1+!.0 "/3.+ 662.% 0.20/%!.0 10.0 1+!.00 1/1.2 "/1./ 663.0 0.1!/1

10.0 11.0 1/3.2 1/%.6 "+/.3 663.! 0.1/0/11.0 12.0 1/+.1 1/!.+ "+%.0 66".+ 0.166"12.0 13.0 1!0.+ 1!3.% "+1.! 66%." 0.16"113.0 1" 1!".1 1!+.1 "6/.! 666.0 0.1"3%

1".0 1%.0 1!+." 200.6 "66.0 666.6 0.13"31%.0 16.0 200." 203.! "63.2 66+.1 0.1262



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2. C,)/,

2.1. n!rodução

Caldeira * o nome popular dado aos e,uipamentos $eradores de apor? cuNa aplicação tem sido ampla nomeio industrial e tamb*m na $eração de ener$ia el*trica nas c@amadas centrais termoel*tricas.

Portanto? as atiidades ,ue necessitam de apor para o seu ;uncionamento? em particular? apor de ($ua pelasua abund=ncia? tem como componente essencial para a sua $eração? a caldeira. )sse e,uipamento? por operar com pressões acima da pressão atmos;*rica? sendo na $rande parte das aplicações industriais at* ,uase20 ezes? podendo alcançar alores de at* 2%0 ezes? constitui um risco eminente na sua operação.

^e acordo com a 5orma e$ulamentadora 13 95713: em seu par($ra;o 13.1.1 temos uma de;inição decaldeira? a se$uirA

!"#!#! $ Caldeiras a vapor são e%uipamentos destinados a produir e acumular vapor so& pressão superior ' atmosf(rica) utiliando %ual%uer fonte de energia) excetuando$se os refervedores ee%uipamentos similares utiliados em unidades de processo#


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Caldeira Ker!icalP _ do tipo monobloco? constituída por um corpo cilíndrico ;ec@ado nasetremidades por placas planas c@amadas espel@os. Juanto ;ornal@a?esta pode ser interna ou eterna.

#ão (rias as suas aplicações por ser ;acilmente transportada e pelo pe,ueno espaço ,ue ocupa? de 2 a at* 30 m? ei$indo pe,uenas;undações.


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em contato com sua super;ície eterna. ^esta ;orma aumenta7se muito a super;ície de a,uecimento?aumentando a capacidade de produção.

)sse tipo de caldeira * empre$ado ,uando @( a necessidade de se obter pressões e rendimentos eleados? poisos es;orços desenolidos nos tubos pelas altas pressões são de tração ao in*s de compressão? como ocorrenas ;lamotubulares. Tamb*m tem o ;ato dos tubos estarem ;ora do corpo da caldeira o ,ue permite? como ditoanteriormente? obter super;ícies de a,uecimento bem maiores? praticamente ilimitadas.

Classificaão

Para ;ins did(ticos? amos classi;icar as caldeiras a,uatubulares em ,uatro $rupos e estudar cada um delesA

a: Caldeiras de tubos retosD b: Caldeiras de tubos curosDc: Caldeiras com circulação ;orçadaDd: Caldeiras compactas.

a: Caldeiras de tubos retos

micas.

Podem possuir tambor transersal ou lon$itudinal? possuem ;(cil acesso aos tubos para ;ins de limpeza outroca? causam pe,uena perda de car$a? ei$em c@amin*s pe,uenas e todos os tubos são i$uais? necessitando

de poucas ;ormas especiais.Bs tubos de ($ua? normalmente de " pole$adas tem uma inclinação ,ue aria de 1%L a 22L? li$ados nasetremidades aos coletores 9c=maras onduladas:? ;ormando com o tubulão um circuito ;ec@ado por ondecircula a ($ua ,ue entra pela parte in;erior do coletor posterior e sobe pelos tubos inclinados onde se ;orma oapor. < mistura de apor e ($ua ascende rapidamente pelo coletor ;rontal retornando ao tambor onde temlu$ar a separação entre o apor e a ($ua.

#ua super;ície de a,uecimento aria de 6+ a 1.3%0 m? com pressões de at* "% K$;Hcm para capacidadesariando de 3 a 30 toneladas7aporH@.


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calor irradiado. Isso tamb*m contribuiu para diminuir o taman@o da caldeira e promoer uma aporizaçãor(pida.

Tem como anta$em seu taman@o reduzido? temperatura de combustão menor? aporização especí;ica maior 9de 30 a %0 K$ de aporHm:? r(pida entrada em produção? al*m da ;(cil inspeção nos componentes?manutenção e limpeza. Como desanta$em? este tipo de caldeira ei$e um controle especial da ($ua dealimentação 9tratamento da ($ua:.

c: Caldeiras com circulação ;orçada

< di;erença de pesos especí;icos da ($ua de alimentação ;ria? com a ($ua a,uecida e mistrurada com bol@asde apor promoe uma circulação natural da ($ua no interior dos tubos. Ratores como incrustações?ariações de car$a? etc.? acabam por tornar7se obst(culos a esta circulação? portanto? apesar de (rioscuidados tomados? não se conse$ue uma circulação orientada? ou como * c@amada? uma circulação positia.

Easeado nisto? substitui7se a circulação por $raidade pela circulação ;orçada por uma bomba de alimentaçãoe com isto reduz7se o di=metro dos tubos? aumenta7se ocircuito de tubos e estes podem dispor7se em ;orma deuma serpentina contínua ;ormando o reestimento da;ornal@a? mel@orando7se a transmissão de calor ereduzindo7se o taman@o dos tambores? coletores etornando mínimo o espaço re,uerido.

< ;i$ura ao lado representa uma caldeira de circulação;orçada com recirculação. B apor produzido e a ($ua

sem aporizar entram em um cilindro ertical no ,ualcanais centrí;u$os diri$em a ($ua para o ;undo e oapor saturado sobe pelo centro. < ($ua olta a entrar na bomba de circulação de onde * inNetada no $erador de noo.


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Por se tratar de e,uipamento compacto? apresenta limitações ,uanto ao aumento de sua capacidade de produção.

Aplicaão e utili+aão das Caldeiras Aquatubulares

mico mesmo se os inestimentos aplicados ;orem$randes. )m caldeiras de pressões eleadas? deido aos $randes es;orços aplicados? os tambores resultam umcusto muito eleado? por isto? conclui7se ,ue seu nmero e taman@o dea ser o menor possíel? e isto *;unção dos se$uintes ;atoresA

• endimentoD• Tipo de combustíelD• 5atureza da car$aD• Pressão de trabal@oD•


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baio custo. Tem ainda a possibilidade de ,ueimar combustíel lí,uido ou $asoso? com a instalação de,ueimadores apropriados.

B rendimento t*rmico destas caldeiras são menores ,ue as ;lamotubulares? deido a perda de calor pelaantec=mara. ^i;icilmente as paredes ;rontais e traseiras são reestidas de tubos? deido a di;iculdadeconstrutia pelo pe,ueno taman@o da caldeira.

Caldeira Rlamotubular com ante7;ornal@a de paredes de ($ua.

2.2.4. Caldeiras /l8!ricas< necessidade de obter alternatias ener$*ticas deu mar$em a pes,uisas para o aproeitamento da ener$iael*trica na $eração de apor de ($ua.

)ste tipo de ;onte ener$*tica rene al$umas anta$ens a se$uir epostasA

ausncia de poluição atmos;*ricaD ;uncionamento totalmente autom(tico e conse,-ente ariação da produção de apor sem proocar

oscilações na rede el*tricaD


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Caldeiras elétricas a resistores

)stas ,ue tamb*m podem ser denominadas de Caldeiras el*tricas resistias ou resistncias indiretas sãoconstituídas de um aso de pressão e de um conNunto de resistncias el*tricas blindadas inseridas no aso e,ue deem ser mantidas imersas em ($ua.

< ener$ia el*trica se trans;orma em calor nos resistores ,ue * trans;erido ($ua por conecção. Com oobNetio de $arantir uma ida razo(el das resistncias? dee7se mant7las continuamente imersas na ($ua?mediante controladores de níel. B sistema mais comum e usual * o de eletrodos de níel ,ue a$indo em;unção do níel m(imo e mínimo de caldeira atuam sobre o seu sistema de alimentação.

< circulação de ($ua * obtida mediante um ;ormato e localização correta dos m8dulos de a,uecimento de;orma a permitir uma i$orosa e lire circulação da ($ua? aproeitando toda a tendncia da conecçãonatural em bene;ício do res;riamento das resistncias.

Caldeiras a eletrodos


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Temperatura ou Ponto de Rul$orA _ a temperatura na ,ual o combustíel começa a ,ueimar. Para oscombustíeis lí,uidos? o Ponto de Rul$or * a temperatura em ,ue começa a soltar apores in;lam(eis.



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4assa especí;ica e densidadeA 4assa especí;ica * a ,uantidade de uma subst=ncia contida na unidade deolume dessa subst=ncia. ênsidade * a relação entre as massas de i$uais olumes de uma subst=ncia e de($ua.

7nidades

Juilo$rama por metro cbico K$HmX

'rama por centímetro cbico $HcmX

Juilo$rama por litro K$Hlitro ou K$HdmX

\iscosidadeA _ a resistncia de um lí,uido ao escoamento. Indicado em ## 9#e$undos #aZbolt niersal:,ue * o tempo em se$undos para ,ue 60 cmX do lí,uido escoe por um tubo de dimensões determinadas.

Ponto de ;luidezA _ a temperatura mais baia na ,ual um lí,uido? ,ue pode ser 8leo? escorre.

Poder calorí;icoA Poder calorí;ico de um combustíel * a ,uantidade de ener$ia 9calor: ou ,uilocaloriasliberadas na ,ueima de um combustíel. âdo em ,uilocaloria por ,uilo$rama de combustíel ,ueimado9ScalHK$:.

5as caldeiras o combustíel s8lido mais utilizado * o carão. Por*m? dependendo do tipo de indstria? esta pode reaproeitar materiais como caacos de madeira? ba$aços de cana e etc? reduzindo desta ;orma? o custocom combustíel.

êntre os combustíeis lí,uidos os mais utilizados são os 8leos EPR 9Eaio ponto de ;luidez: e o ET)9Eaio teor de eno;re:. B 8leo diesel * usado para a partida da caldeira somente. Pode at* ser utilizadocomo combustíel da mesma? mas seu custo * eleado e na maioria dos casos não Nusti;ica tal utilização.

Como combustíel $asoso podemos citar o 'FP 9$(s li,ue;eito de petr8leo:.

2.4. is!e"a de !irage"

< taa de aporização de um $erador de apor? depende da taa a ,ual o combustíel pode ser ,ueimado.Isto por sua ez depende da di;erença na pressão est(tica disponíel para produzir um ;luo de ar atra*s dac=mara de combustíel para a c@amin*. )sta di;erença de pressão est(tica * denominada de tira$em? sendonecess(ria para encer (rios obst(culos ,ue retardam o ;luo de ar.

< tira$em tem como ;inalidade suprir a ,uantidade de ar necess(ria para ,ueimar o combustíel? produzindouma corrente ,ue obri$ue aos $ases da combustão a circular entre as super;ícies de eaporação? desupera,uecimento? economizadores? rea,uecedores e outros e,uipamentos da caldeira para ;inalmenteeacu(7los para a atmos;era? eitando poluição? atra*s da c@amin*. Con;orme a ;orma de produzir atira$em? denomina7seA a: 5aturalD b: Rorçada ou mec=nica.

)ntre os m*todos mencionados? não eiste uma di;erença ;ísica real? somente uma ;orma di;erente de produzi7la. < ;orma mec=nica pode ainda ser classi;icada em tira$em ;orçada e tira$em induzida.


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2.4.1. irage" Na!ural

Produz7se mediante a c@amin*? sendo causado pela di;erença de peso especí;ico dos $ases ,uentes da

combustão e a do ar atmos;*rico ,ue entra no ;orno. < tira$em aria com as condições clim(ticas? sendomenor ,uando a temperatura eterna * eleada. Bs tipos mais comuns de c@amin*s são construídas emtiNolos? aço e concreto.

2.4.2. irage" "ecSnica

ê ;orma a reduzir a altura necess(ria da c@amin* e ao mesmo tempo obter uma tira$em independente dascondições clim(ticas? bem como realizar um controle ;(cil e e;etio? são usados entiladores e eaustores.ôis sistemas? con@ecidos respectiamente como tira$em induzida e tira$em ;orçada são utilizados para produzir tira$em por meios mec=nicos. 5o sistema de tira$em induzida? a pressão sobre a camada decombustíel reduz7se abaio da atmos;era? mediante um entilador localizado entre o berço Nacente dacaldeira e a c@amin*? criando7se uma circulação de ar deido a esta di;erença de pressão.

5o sistema de tira$em ;orçada? o ar sob pressão * ;orçado a circular seNa atra*s da camada de combustíeleistente sobre os carre$adores ou $rel@as? nos ,ueimadores de carão pulerizado ou nos ,ueimadores de8leo combustíel? sendo os $ases retirados da ;ornal@a atra*s da c@amin* ou por entiladores de tira$eminduzida.

)m cada um dos sistemas? a potncia necess(ria paraoperar os entiladores aria entre " e 6Q dacapacidade da caldeira? ecedendo raramente paratira$em ;orçada o alor de + KV por tonelada decarão. B entilador para tira$em induzida deer(

ser de maior capacidade 9na relação de 2 para 1: ,ueo usado em instalações de tira$em ;orçada? deidoao aumento de olume resultante dos $ases ,uenteseauridos. ma combinação de tira$em ;orçada einduzida? denominada comumente de tira$eme,uilibrada? * s ezes usada? sendo a pressão acimado ;o$o mantida li$eiramente abaio da pressãoatmos;*rica.

2.%. &ar!es de u"a caldeira

2.%.1. 5ornal9a

< ;ornal@a? tamb*m c@amada de c=mara de combustão? * o local onde se processa a ,ueima do combustíel.ê acordo com o tipo de combustíel a ser ,ueimado? a ;ornal@a pode ser diidida emA

a: Rornal@as para ,ueima de combustíel s8lidoA são as ,ue possuem suportes e $rel@asD podem ser planas?inclinadas ou dispostas em ;ormas de de$raus ,ue ainda podem ser ;ios ou m8eis. )stas ;ornal@asdestinam7se principalmente ,ueima deA len@a? carão? sobras de produtos? casca de cacau? ba$aço de cana?casca de castan@a? etc.



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< alimentação do combustíel pode ser ;eita de maneira manual ou automatizada.


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Bs aços carbono encontram7selimitados a operar at* %10LCdeido oidação causada pela

eleada temperatura do apor.Podem ser usadas at* 6%0LCal$umas li$as de cromo7molibdeno.

Bs supera,uecedores sãoclassi;icados nos tiposA por conecção? radiação oucombinados.

2.%.%. /cono"izadores

Bs $ases da combustão ,ue deiam a super;ície de conecção da caldeira possuem uma consider(el ener$iacalorí;ica? com uma temperatura maior ,ue a do apor saturado. Parte desta ener$ia pode ser recuperada por um economizador.

Bs $ases passando sobre a super;ície dos tubos de um economizador a,uecem a ($ua de alimentação dacaldeira ,ue ;lui pelo interior dos tubos? antes desta entrar no coletor da caldeira.

< Nusti;icatia de uso de um economizador depende do $an@o total na e;icincia. Isto necessariamentedepende das temperaturas dos $ases na saída da caldeira e da temperatura da ($ua de alimentação.

B m*todo mais anti$o usado para recuperar calor dos $ases da combustão? consistia na passa$em de $asesatra*s de um trocador de ;erro ;undido para pr*7a,uecer a ($ua de alimentação. Bs economizadores de ;erro;undido são usados ainda atualmente ,uando a temperatura dos $ases da combustão * baia podendoeentualmente eistir condensação (cida.

5os proNetos atuais são normalmente usados tubos de aço ,ue tem menor espessura? menor espaçamento?maior super;ície de a,uecimento por metro cbico? menor peso e maior economia. ^eido as relatiamente baias temperaturas de operação? * necess(ria uma $rande super;ície de eposição? motio pelo ,ual são sezes usadas super;ícies aletadas para aumentar o contato $(s7metal.

2.%.6. ,@uecedores de ar

< recuperação ;inal de calor dos $ases da combustão * realizada por um a,uecedor de ar. < temperatura dos$ases * diminuída pr8ima da temperatura do ponto de oral@o? temperatura ,ual a umidade começa acondensar. )ste ponto constitui a temperatura limite m(ima de operação. Temperaturas menores propiciarãocorrosão? a$raada esta pelo (cido sul;rico ;ormado a partir do eno;re contido nos $ases da combustão.

Bs a,uecedores de ar podem ser classi;icados em tubulares? re$eneratios ou rotatios e de placa.

B proNeto tubular * ;abricado em ;erro ;undido ou aço. Consiste de um ;eie tubular encerrado em umin8lucro de aço re;orçado. )ntre a super;ície eterna dos tubos e a interna do in8lucro circula o ar

destinado combustão? circulando os $ases ,uentes pelo interior dos tubos.

Todos os direitos reservados2%


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B a,uecedor de ar re$eneratio consiste de um rotor? $irando a 3 rpm? com uma s*ria de elementoscorru$ados de metal? ,ue permitem uma $rande super;ície de contato para a transmissão de calor e pe,uenaresistncia ao ;luo de ar ou $(s.

B a,uecedor de placas possui passa$ens estreitas e alternadas para $(s e ar? como tamb*m dia;ra$mas cuNa;unção * de diri$ir o ar para obter um mel@or aproeitamento da super;ície de transmissão de calor.

2.%.+. opradores de fulige"

Bs sopradores de ;uli$em são elementos instalados nas caldeiras? seNam a,uatubulares ou ;lamotubulares? emcar(ter permanente? para e;etuar a remoção? durante o ;uncionamento? dos resíduos da combustãodepositados sobre os tubos aporizadores? supera,uecedores e economizadores.

< presença de dep8sitos de ;uli$em? cinzas? etc sobre o metal? diminui a transmissão do calor do combustíel para a ($ua da caldeira e conse,uentemente sua e;icincia t*rmica.

Bs modernos sopradores podem se$uir? ,uanto ao seu ;uncionamento uma se,-ncia pr*7determinada ou pro$ramada con;orme as necessidades especí;icas dos (rios elementos do $erador de apor.



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< sopra$em autom(tica dos elementos da caldeira na maior parte das instalações? reduz a temperatura m*diados $ases da combustão. < sopra$em autom(tica deer( portanto começar ,uando a temperatura do $(seceder um determinado alor. Constantes mel@oras e;etuadas permitem estabelecer ,ue uma operação

pro$ramada atende e;icientemente as necessidades de cada unidade em particular. B controle autom(tico permite uma $rande economia do combustíel? apor e tempo.

< ;re,-ncia da limpeza depende do tipo de operação e do combustíel utilizado. _ importante manter o$erador produzindo apor a uma taa razo(el durante a operação dos sopradores. Isso eitar( a possibilidade de i$nição espont=nea ou eplosão em al$umas partes onde uma circulação não e;iciente permita a acumulação de combustíel não ,ueimado ou $(s rico. Tamb*m dee ser aumentada leemente atira$em durante a operação de sopra$em.

< sopra$em pode ser e;etuada com apor ou ar? sendo o apor o sistema mais popular? com cerca de 60Qcontra "0Q das e;etuadas por ar. )m $randes instalações * usado o ar para eitar o custo deido a perda da($ua tratada.

#ão utilizados (rio tipos de sopradores entre os ,uais citaremos os do tipo estacion(rio? ,ue empre$adi;usores retos para e;etuar a inNeção de aporD outro tipo * o retr(til? ,ue opera automaticamente e mediantecontrole remoto? usado para etração do acmulo de incrustações nos tubos da caldeira? parede da ;ornal@aou do supera,uecedor e economizador? ou seNa na parte de alta temperatura dos $ases. Pode s ezes ser obtida uma economia de 2%Q em tempo e meio de sopra$em usando motores el*tricos como elemento deacionamento a sopradores deste tipo. Pode ser do tipo combinado? isto *? retr(til e rotatio? acionado por doismotores? atraessando a caldeira a uma determinada elocidade e retirando7se ao dobro da mesma? ousimplesmente do tipo rotatio? usado normalmente para as super;ícies de conecção nas zonas de baiatemperatura do $(s? abaio de /00LC.

#oprador do tipo estacion(rio #oprador do tipo retr(til

#oprador do tipo combinado #oprador do tipo rotatio

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< ($ua pode ser outro elemento usado para a sopra$em de tubos? deendo neste caso o sistema ser usado,uando o $erador se encontra ;ora de seriço ou operando sob car$as muito baias? resultando num meio pr(tico para as partes de baia temperatura da caldeira ou para a totalidade da (rea eposta ao ;o$o. Fanças

operadas manualmente podem tamb*m ser usadas para este seriço. f$ua ,uente com um alor eleado do p em ,uantidades cuidadosamente calculadas pode ser um meio $eralmente se$uro.

#upera,uecedores construídos em aço li$a não deem ser soprados com ($ua? para eitar a possibilidade dec@o,ue t*rmico.

2.6. ns!ru"en!os e disposi!i'os de con!role de caldeira

2.6.1. K#l'ulas e uBulações

2.6.1.1. K#l'ulas


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Bperação autom(ticaA Pelo pr8prio ;luído 9por di;erença de pressões $erada pelo escoamento:? por meio demolas ou contra7pesos.

)iste uma $rande ariedade de tipos de (lulas? al$umas para uso $eral e outras destinadas a ;inalidadesespecí;icas. Podemos entre os tipos mais importantes? e;etuar a se$uinte classi;icaçãoA

\(lulas não direcionais de controle de ;luoA Podem ser diididas em dois $ruposA

\(lulas de blo,ueio ou de ;ec@amentoD \(lulas de re$ula$em.

\(lulas unidirecionaisA Podem ser diididas em trs $ruposA

\(lulas de retenção @orizontaisD

\(lula de es;eraD \(lula de portin@ola.

\(lula de se$urança e alíioA ^eido a sua import=ncia no sistema de se$urança da caldeira? estudaremosesse tipo de (lula mais detal@adamente adiante.

2.6.1.2. uBulações

Parte importante e ;undamental de todo o sistema de $eração de apor? são os tubos os respons(eis pelotr=nsito de todos os ;luidos? $ases e apor dentro do sistema.

Para temperaturas eleadas usa7se aço7li$a como material constituinte dos tubos e para seriços em altas

temperaturas são usuais os aços de baia li$a com molibdnio 9para aumentar a resistncia: e cromo 9paramel@orar a resistncia oidação:.

Bs diersos meios usados para conectar tubos serem não s8 para li$ar estes entre si? como tamb*m parali$ar os tubos s (lulas? aos diersos acess8rios e a outros e,uipamentos. Bs acess8rios de tubulação são;abricados na mesma s*ria de di=metros nominais ,ue os tubos padronizados pela


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Fi$ação de uniãoA )ste tipo de coneão * composto de trs peças? sendo duas de edação a serem ;iadas naetremidade do tubo por meio de solda ou rosca e a terceira c@amada Oporca de aperto? ,ue sere paracomprimir as duas partes da união acima citadas.

Fi$ações de compressão internaA < coneão de compressão? como o nome indica? asse$ura a edação por meio de um anel de material male(el? tal como latão? ,ue * comprimido na super;ície do tubo ,uando doaperto da coneão.

Fi$ações biseladasA )ste tipo de coneão * muito utilizado na indstria em $eral. B ;uncionamento consisteem obter a edação da etremidade do tubo preiamente aberto em ;orma de ;unil e apertado por meio deuma porca sobre a super;ície tronco7c>nica eistente na etremidade do corpo da coneão.

^eterminados cuidados deerão ser obserados ,uando da monta$em de tubulações em $eral e?;undamentalmente? nas de apor? para eliminar problemas relatios contração e dilatação dos materiais?ancora$em? absorção de moimentos aiais e outras tensões.

4otios outros como se$urança? >nus deido manutenção e ocorrncia de paradas na produção? deem ser cuidadosamente considerados no proNeto de monta$em de tubulações em $eral.

2.6.2. isposi!i'o de ali"en!ação

Como dispositio de alimentação? ou seNa? a,uele ,ue permite a entrada de ($ua de alimentação na caldeira?temos a (lula de alimentação de caldeiras.

Con;orme as normas eistentes? deem ser instaladas duas (lulas por caldeira? uma denominada de (lula principal? conectada tubulação de descar$a das bombas principais de alimentação e outra auiliar? ,ue

recebe ($ua proeniente das bombas auiliares. 5ão obstante constituir dois circuitos independentes? as tubulações mencionadas comunicam7se atra*s detubulações e (lulas apropriadas? ,ue permitem combin(7las para? em eentual caso de aaria? proceder indistintamente alimentação do $erador.


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Acess,rios de se&urana dos !isores de ní!el

êido a ;acilidade com ,ue podem ,uebrar e estil@açar os níeis comuns? são prote$idos com l=minas de

cristal resistente ou tela met(lica? para eitar ;erimentos nos operadores de caldeiras.

Juando empre$ado protetores de cristal endurecido? estes deerão ter uma espessura de no mínimo 10 mm?com suportes de bronze? unidos por aretas erticais. )m al$uns casos o protetor * ;ormado de uma nica peça de cristal de ;orma semi7circular.

Juando usados protetores ;eitos com telas met(licas? as mal@as serão de " mm de lar$ura? não podendo ser admitidos protetores ;abricados unicamente com aretas.

Para manobrar a dist=ncia as (lulas dos isores de níel? são instalados atuadores de olante? cremal@eiraou alaanca. Isto torna7se necess(rio na eentualidade de ruptura do níel? cuNo ;ec@amento pode constituir?se atuados de perto? uma manobra peri$osa. Juando pelo tubo descarre$a somente apor? as (lulas sãomais acessíeis ,ue ,uando sai ($ua? condição ,ue torna impossíel ,ual,uer aproimação. Por esse motio?nas caldeiras modernas * usado um dispositio ,ue ;ec@a automaticamente a passa$em de ($ua no caso deeentual ruptura do cristal.

2.6.4. is!e"a de con!role de ní'el

B sistema de níel padrão indiidual de caldeira? como controle proporcional? ;ornece ecelente controle namaioria das instalações de caldeira. 5o entanto? ,uando @( processos com car$a sbita pode ser antaNosoinstalar um medidor de azão em cada caldeira? e utilizar o sinal do medidor de azão como uma entradaadicional para o sistema de controle de níel? onde o primeiro componente * o sinal de níel e o se$undo * osinal de azão de apor.

Com um nico componente de controle promocional? en,uanto o níel de ($ua cai? a (lula de alimentaçãose abre. êsse modo? o níel da ($ua pode ser superior para azões de apor menores? e cai para ;luos deapores maiores? isso * uma característica da ,ueda do controle de níel. In;elizmente a ($ua da caldeiracont*m muito mais bol@as de apor azões de apor maiores? então? a ,uantidade de ($ua dentro da mesma* seriamente reduzida na car$a alta? sempre abaio das condições de estado constante. Juando car$as sbitasacontecem? o e;eito * sempre mais pronunciadoD uma ez ,ue a inc@ação 9sVell: da ($ua? deido a eleaçãor(pida da ;erura? aumenta o níel de ($ua? e todaia? tende a ;ec@ar a (lula de controle da ($ua dealimentação o oposto do ,ue * re,uerido.

ôis elementos de controle reertem essacaracterística de ,ueda no controle de níel?

daí o níel de ($ua * aumentado para azõesde apor altas. Isso asse$ura ,ue a ,uantidadede ($ua na caldeira permaneça constante emtodas as car$as? e durante demandas sbitasde apor a (lula de controle de ($ua dealimentação se abra. B sistema trabal@asubtraindo o sinal da proporção de azão deapor a partir do sinal de níel de ($ua eutiliza o resultado como uma entrada para ocontrolador de níel. êssa maneira ocontrolador uma ,ueda na entrada azõesde apor altas? e abre a (lula de controle de

($ua de alimentação para o aumento do níelde ($ua.



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2.6.%. ndicadores de pressão

ê;ine7se como Oman>metro o instrumento ,ue sere para medir e indicar pressão maior do ,ue a ambiente.

m indicador de pressão sere tamb*m para medir a pressão in;erior ambiente? neste caso? o mesmoinstrumento passa a ser c@amado de Oacu>metro.Bs man>metros são os instrumentos para medir a pressão?dos ;luídos t*rmicos em caldeiras? tubulações? acumuladores? compressores? ;iltros? etc.

îstin$uem7se di;erentes tipos de man>metros? con;orme sua aplicação. Bs principais sãoA

4an>metro simples ou OstandardA dotado de um elemento el(stico 9tubo deEourdon: com uma coneão e meios para medir e indicar uma nica pressão. Bmesmo pode ser construído para interalos de 1 bar at* 1.000 bar.

4an>metro duploA dotado de dois Eourdons independentes? com duas coneões emeios para indicar duas pressões.

4an>metro di;erencialA dotado de duas coneões e meios para medir e indicar adi;erença entre duas pressões.

4an>metro de coluna de ($uaA ade,uado para medir baiíssimas pressões. ôtadode um dia;ra$ma como elemento el(stico? aplicado sempre para pressões menores,ue %00 milibar at* 10 milibar. Para acu>metros? sere a mesma ;aia de alores.

4an>metro de aplicação especí;icaA destinado ao uso com ;luidos especiais? taiscomoA am>nia? oi$nio? acetileno e outros.

4an>metro de testeA pr8prio para eri;icar? por comparação? o desio de indicação eatuação de outros instrumentos? ;uncionando com pressão.

4an>metro com ;luido amortecedorA trata7se de um man>metro? neste casocarre$ado com $licerina ou silicone com o obNetio de amortecer ibrações e pulsações no instrumento? ,uando o mesmo est( suNeito a condições seeras de usoem campo.

4an>metro petro,uímicoA construído inteiramente com materiais inoid(eis?apropriado para resistir a um ambiente a$ressio en,uanto em uso. Para este tipo deman>metro usam7se tamb*m caias de nZlon ou ;enol.

4an>metro com selo dia;ra$maA tamb*m denominado no campo de Oman>metrocom membrana. #ere para eitar a entrada de ;luido muito iscoso ou corrosiono interior do Eourdon.

4an>metro re$istradorA dotado de um sistema re$istrador da pressão? * usado paraleitura e recon@ecimento da mesma durante 2" @oras.

4an>metro com contato el*tricoA dotado de contato el*trico simples ou duplo? como obNetio de permitir ao instrumento a indicação paralela de um alarme isual ousonoro ,uando a pressão atin$ir alores indeseN(eis? ;ora da ;aia operacional.

4an>metro simplesou Ostandard

4an>metro de teste

4an>metro petro,uímico

4an>metro com selodia;ra$ma

4an>metro com contatoel*trico



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Partes de um manômetro

1 ^isco de ruptura traseiroD2 ^a$rama de e,uilíbrio 9borrac@a:D3 Tubo de bourdon 9ino 30" ou 316:D" Plu$ue para enc@imento 9borrac@a:D% CaiaD6 Rrente inte$ral 9s8lida:? contra eplosãoD+ 4ostradorD

/ Ponteiro microm*tricoD! \edação do isorD10 \isorD11


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Protetor de man>metroA )ste e,uipamento tem a ;inalidade de prote$er man>metros de pressões ,ueeentualmente ultrapassam as normais de operação. ecomenda7se sua utilização como se$urança contra aruptura do elemento de pressão. ^eem ser a;eridos ,uando ocorrer uma ariação de pressão acima do

normal do sistema.

)ste protetor aplica7se em sistemas de 8leo de m(,uinas. Para lin@a de lí,uido não lubri;icantes ou $ases em$eral? dee ser instalado conNuntamente com o selo de dia;ra$ma e enc@imento de silicone? respeitando7sesempre as propriedades do sistema? como a$ressiidade ,uímica? limites de temperatura e pressão e tipo deconeão.

2.6.6. isposi!i'os de segurança

Pressostato

Bs pressostatos são dispositios proNetados para comandar de ;orma autom(tica operações de controle de altae baia pressão em uma caldeira e podemos encontrar dois tiposA

a: acionados por baia pressãoD

b: acionados por alta pressão.

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Bs controles de baia pressão são li$ados a parte de baia pressão de um determinado sistema? sendo os dealta li$ados a parte de alta pressão.


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-otoresistor ou -otocélula

_ um sensor de luz baseado no e;eito de ;otocondutiidade dos materiais semicondutores. _ um dispositio

cuNa resistncia el*trica * inersamente proporcional intensidade da luz incidente.

)ste dispositio * utilizado para controlar a (lula solen8ide deabastecimento de combustíel da caldeira.

#endo assim? se por ,ual,uer motio deiar de @aer c@ama na ;ornal@a? osensor da ;otoc*lula acusar( a ausncia de luz da c@ama? acionando a(lula solen8ide e cortando? imediatamente? o combustíel.

Tal dispositio eita? portanto? ,ue combustíel seNa inNetado na ;ornal@asem ,ue @aNa c@amas? o ,ue poder( ocasionar $randes eplosões.

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3. O&/,-VO / C,)/,

3.1. Wleo co"Bus!í'el

B ;ornecimento de 8leo para os ,ueimadores da caldeira deer( ser realizado a uma taa constante? de ;orma,ue a i$nição seNa mantida ininterrupta e o ar necess(rio combustão re$ulada de acordo com a ,uantidadede combustíel inNetado.


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3.4. Co"Bus!ão

< composição dos combustíeis * muito ariada. B elemento mais importante * o carbono e a se$uir o

@idro$nio. Teores crescentes desses componentes aumentam o poder calorí;ico do combustíel.

B @idro$nio e o carbono são ;acilmente in;lam(eis e ,ueimam com o oi$nio do ar? ;ormando anidridocarb>nico 9CB2: e ($ua? respectiamente apor de ($ua.

Para se obter uma combustão completa * necess(rio? ates de mais nada? ;ornecer su;iciente ,uantidade de ar?isto *? oi$nio. 5a pr(tica? dee7se ;ornecer mais ar do ,ue a ,uantidade teoricamente re,uerida?;uncionamento portanto a ;ornal@a com ecesso de ar.

)ntretanto um ecesso de ar muito $rande * des;aor(el pois diminui a temperatura de combustãoD ora,uanto mais eleada ;or esta temperatura? tanto mais r(pida ser( a $asi;icação do combustíel e menor orisco ,ue uma parte não c@e$ue a se in;lamar.


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4. ,,/NO / X7, / ,N7/N-VO / C,)/,

4.1. "purezas da #gua e suas conse@YAncias


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9; o(igAnio dissol'ido Z o oi$nio dissolido * um a$ente altamente corrosio s partes met(licas dacaldeira. )st( presente na ($ua sob a ;orma de B2 e sua concentração pode atin$ir at* 10 ppm. < remoção deB2 se d( pelo processo de deaeraçãoD

i; a"oníaco Z o amoníaco apresenta7se dissolido nas ($uas brutas numa concentração ,ue pode atin$ir 20 ppm. Pode ser encontrado na ;orma de compostos or$=nicos. 5a presença de oi$nio dissolido atua comoum a$ente de corrosão. )m altas concentrações ataca o cobre e suas li$as mesmo sem a presença de B 2. Bamoníaco * retirado das ($uas por cloração? desmineralização ou deaeração. #ua presença numa ($ua brutaindica poluição ambientalD

[; "anganAs Z a presença de man$ans na ($ua bruta pode acarretar os mesmos problemas re;erenciados para o ;erro. #ua presença ocorre na ;orma de bicarbonatos numa concentração de at* % ppm. Pode ser remoido por precipitação durante o processo cal sodada? desmineralização ou eaporaçãoD

l; "a!8ria e" suspensão e coloidal Z as ,uantidades de mat*ria em suspensão e coloidal são aaliadas pelaturbidez e cor. )ncontram7se em $randes ,uantidades nas ($uas de super;ície e em pe,uenas concentraçõesnas ($uas subterr=neas. < mat*ria em suspensão e a coloidal são constituídas de ar$ila? lama? areia? 8leos?mat*ria or$=nica? sílica? (cidos @micos e ;licos? bact*rias e esporos. Turbidez de uma ($ua * o termoaplicado a mat*ria suspensa? proeniente de ,ual,uer natureza. Certos rios apresentam alores de turbidez,ue podem c@e$ar a 2.000 ppm como #iB2. B desenolimento de cor nas ($uas * proeniente da mat*riaor$=nica. f$uas de super;ície $eralmente apresentam coloração en,uanto ,ue as subterr=neas são incolores.< presença de cor em ($ua * indeseN(el? pois a mat*ria or$=nica pode se carbonizar proocandoincrustações nas caldeiras.


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4.2. ra!a"en!o de #gua

ma ($ua per;eita para alimentar sistemas $eradores de apor * a,uela ,ue não apresenta subst=ncias

incrustantes? não corr8i o metal do e,uipamento e de seus acess8rios e ,ue não ocasiona arraste e nemespumação.

)ncontrar uma ($ua com estas características * etremamente di;ícil? portanto toda a ($ua ,ue ser( utilizadana caldeira dee so;rer uma puri;icação arti;icial? onde as impurezas presentes serão eliminadas ou trocadas por produtos menos preNudiciais.

Considera7se como impurezas toda e ,ual,uer subst=ncia presente na ($ua ,ue não possua a ;8rmula 2B.Bs di;erentes tipos de impurezas presentes na ($ua causam uma s*rie de problemas no sistema $erador deapor.

< pressão em ,ue ai operar a caldeira * de suma import=ncia? pois * ela ,ue ai determinar m*todos parareduzir as impurezas contidas na ($ua. < tabela abaio mostra a se,-ncia de tratamento ,ue iabiliza o usoda ($ua como ;onte de alimentação em caldeiras? de acordo com a pressão de operação.

&ressão :Mgf?c"; 8!odos de e"oção de "purezas

nica e possielmente desmineralização.


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de íons? trocar esses íons por outros de sua pr8pria estrutura sem ,ue @aNa alterações de suas característicasestruturais. )istem dois tipos de trocadoresA de c(tions e de =nions.^es$asei;icaçãoA #ão empre$ados e,uipamentos especiais ,ue a,uecem a ($ua e desta ;orma? são eliminados

os $ases dissolidos. Pode ser utilizado apor direto para o a,uecimento da ($ua a ser des$asei;icada.

emoção de sílicaA < sílica produz uma incrustação muito dura e muito peri$osa. Bs tratamentosnormalmente empre$ados no interior da caldeira não eliminam a sílica. B m*todo mais usado para a remoçãoda sílica são a troca i>nica e o tratamento com 8idos de ma$n*sio calcinado.

Métodos internos

Bs tratamentos internos se baseiam na eliminação da dureza? ao controle do p e da sua alcalinidade? naeliminação do oi$nio dissolido e no controle dos cloretos e do teor total de s8lidos.

)liminação da durezaA Bs sais de c(lcio e de ma$n*sio precipitam como carbonatos e sul;atos? ;ormando osdep8sitos duros e isolantes do calor ,ue são as incrustações. )istem dois m*todos di;erentes de eliminar adurezaA

a: Precipitação com ;ostatoA )sses rea$em com os sais de c(lcio e de ma$n*sio ;ormando um produto insolel ,ue não adere as partes met(licas da caldeira. B precipitado ;orma um lodo ,uese acumula no ;undo da caldeira? sendo eliminado re$ularmente por meio de pur$as.

b: Tratamento com ,uelatosA 5esse tratamento não @( precipitação de c(lcio? nem do ma$n*sio.Rorma? por*m? produtos soleis não em ;orma de lama. Bs ,uelantes mais utilizados são o )^T<e o 5T


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%. &/K/N-VO CON, /]&)O/ / O7O CO

%.1. iscos gerais de aciden!e e riscos ^ saDde

5o trabal@o rotineiro com caldeiras? os operadores são obri$ados a eecutar uma s*ria de tare;as ,ue possuem riscos de acidente inerentes? ,ue podem? ainda? ser a$raados por condições de inse$urança peculiares a cada situação.

)ntre esses riscos? * necess(rio ressaltarA

/ C0oques elétricos

Bs entiladores? os ,ueimadores e as bombas de ($ua são os principais elementos de uma caldeira ,ue;uncionam com ener$ia el*trica 9 eceção? obiamente? das caldeiras el*tricas e resistores? eletrodos

submersos ou Nato de ($ua? ,ue produzem apor por e;eito Noule:. B manuseio desses e,uipamentos? bemcomo da instalação el*trica da casa da caldeira re,uer cuidados para ,ue o corpo @umano ou parte dele nãose torne parte de um circuito. Juando pelo menos dois pontos de uma pessoa tm contato com potenciaisel*tricos di;erentes? @( possibilidade de a passa$em de corrente el*trica? cuNa conse,-ncias ocorrem em;unção da di;erença de potencial? da intensidade da corrente? do tempo de duração? da re$ião do corpoatin$indo? etc? podendo? portanto? ariar desde uma simples contração muscular localizada at* uma paradacardíaca por eletrocussão? ou mesmo a morte instant=nea.

/ 1ueimaduras

< produção de apor sob pressão ocorre em temperaturas superiores a 100LC 9temperatura de aporização da($ua a pressão atmos;*rica:. Contatos com o apor? portanto? produzem s*rias ,ueimaduras? uma ez ,ue

estarão em No$o altas temperaturas e a possibilidade de lesionar $randes super;ícies do corpo.


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simult=nea de instrumentos de indicação instalados dist=ncia? re$ula$em de c@amas ,ue ei$em operaçõesiteratias etc.

< presença de ruído de baia ;re,-ncia dos ,ueimadores e de alta ;re,-ncia de azamentos de apor 9acidentais ou propositalmente promoidos pelas (lulas de se$urança: constitui um espectro sonoro peculiar e ari(el ao lon$o da Nornada de trabal@o. )istem? disponíeis no mercado? silenciadores para os,ueimadores e para (lulas de se$urança? por*m? suas dimensões e as condições de instalação ,ue ei$em?tm di;icultado sua aceitação e seu empre$o ainda não * $eneralizado.

êscon;orto t*rmico nas operações de caldeiras * muito ;re,-ente e de ;(cil constatação? por*m a sobrecar$at*rmica para ser identi;icada? ei$e a an(lise de cada caso em particular? sendo necess(rio para tanto? não s8aaliações com term>metros de $lobo e de bulbo mido? como tamb*m eames m*dicos e acompan@amentosindiiduais.

( tamb*m o risco de os operadores terem os ol@os epostos radiação in;raermel@a em operações dere$ula$em de c@ama e em obserações prolon$adas de super;ícies incandescentes.

Rumaças? $ases e apores epelidos pela c@amin* representam? em certas condições? riscos não s8 aosoperadores? como tamb*m comunidade. ( re$istros de um caso ocorrido em um @ospital de #ão Paulo? em,ue os $ases de caldeira tieram acesso s (reas de internação de pacientes colocando7os em risco deintoicação por mon8ido de carbono.

Caldeiras moidas a carão? len@a? ba$aço de cana? leito ;luidizado? biomassa e outras o;erecem? ainda?riscos inerentes ao manuseio? armazena$em e processamento do combustíel.

%.2. iscos de e(plosão

< utilização de caldeiras implica a eistncia de riscos de natureza diersi;icada? tais comoA de eplosões?incndios? c@o,ues el*tricos? intoicações? ,uedas? ;erimentos diersos etc.

êe7se? no entanto? destacar a import=ncia do risco de eplosões? por ,uatro motios principaisA

Por ser encontrar presente durante todo o tempo de operação? sendo necess(rio o seu controlecontínuo? sem interrupçãoD

)m razão da iolncia com ,ue as eplosões se mani;estam na maioria dos casos suasconse,-ncias são catastr8;icas? em ;ace da $rande ,uantidade de ener$ia liberada instantaneamenteD

Por enoler não s8 o pessoal de operação? como tamb*m os ,ue trabal@am nas proimidades? podendo atin$ir at* mesmo a comunidade 9izin@os e ias pblicas: e a clientela? ,uando se trata deempresas de seriços 9@ospitais e @ot*is? principalmente:D

Por,ue sua preenção dee ser considerada em todas as ;asesA proNeto? ;abricação? operação?manutenção? inspeção e outras.

B risco de eplosão do lado ($ua est( presente em todas as caldeiras? uma ez ,ue a pressão nesse lado *sempre superior atmos;*rica. Jual,uer ,uantidade de um ;luido compressíel? não importa ,ual? ,uandocomprimida a uma pressão de 10 atmos;eras 9por eemplo:? estar( ocupando um espaço 10 ezes menor do,ue ocuparia se estiesse submetida pressão atmos;*rica. )ssa massa OdeseNa? portanto? ocupar um espaço

10 ezes maior? Oprocurando7o? atra*s das ;endas e rupturas? e Oconse$uindo7o com a eplosão? ,uando? por um motio ou outro? a resistncia do aso * superada. âí a necessidade do empre$o de espessurascalculadas em ;unção da resistncia do material e das características de operação.

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Roto da ;(brica de sapatos ErocKton 94assac@usetts: antes e ap8s aeplosão de uma caldeira.

5o caso de caldeiras? outro ;ator importante a ser considerado para aaliarem7se as conse,-ncias de umaeplosão * a $rande ,uantidade de calor encerrada no processo de aporização de ($ua. ^e ;ato? entendendo7se ,ue a entalpia 9: de um sistema * o contedo $lobal de sua ener$ia e ,ue GMP\? onde * a ener$iainterna? P a pressão e \ o olume? nota7se ,ueA

a: #e comparada a um reserat8rio comum de ar comprimido mesma pressão e mesmo olume? umacaldeira operar( com entalpia 9c: maior do ,ue o do reserat8rio 9r:? pois nesses casosA

c G c M P\r G r M P\c r G c r M P\ P\c G r M 9c r:

e sendo c hh r 9a ener$ia interna no sistema caldeira * muito superior do reserat8rio de ar? dada a$rande ,uantidade de calor latente e de calor sensíel absorida elo apor: tem7se ,ue c hh r.

b: Bs danos proocados pela eplosão de uma caldeira serão muito maiores? não s8 por,ue são diretamente proporcionais entalpia do sistema? como tamb*m por,ue parte da ener$ia ser( liberada na ;orma de calor? o,ue ir( proocar a,uecimento do ambiente ,ue contier a eplosão.

Todos os direitos reservados"/


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Com a ;inalidade nica de analisar o comportamento das curas de c(lculo de espessuras? * (lidosimpli;icar a epressão aplic(el e e,uipamentos submetidos a pressões internas? eliminando7se os termos,ue eercem pe,uena in;luncia? obtendo7seA

7

P/t ≈

BndeA t G espessuraP G Pressão do proNeto G raio interno# G tensão admissíel

isco de eplosão pode ser ori$inado pela combinação de trs causasA

diminuição de resistncia? ,ue pode ser decorrente do supera,uecimento ou da modi;icação daestrutura do materialD

diminuição da espessura? ,ue pode adir da corrosão da erosãoD

aumento da pressão? ,ue pode ser decorrente de ;al@as diersas? operacionais ou não.

2uperaquecimento como causa de explos3es

#upera,uecimento * a eposição do aço? material com ,ue * construída a caldeira? a temperaturas superioress admissíeis? o ,ue causa a diminuição da resistncia do material e cria o risco de eplosões. Pode causar danos intermedi(rios antes da ocorrncia de eplosões? tais como o empenamento? o ener$amento? o

abaulamento de tubos e outros.

5as caldeiras a,uatubulares * muito ;re,-ente a ocorrncia do abaulamento 9de;eito usualmente denominadoOlaranNa ou ONoel@o? dada sua ;orma es;er8idica? com a super;ície conea oltada para o lado dos $ases:?decorrente da de;ormação pl(stica do aço em temperatura da ordem de "00 a %"0L C? sob a ação prolon$adada pressão interna do apor.

B supera,uecimento contribui tamb*m para a oidação das super;ícies epostas? se o meio ;or oidante? ou para a carbonetação 9;ormação de carbonetos ou carbetos de ;erro:? se o meio ;or redutor.

B supera,uecimento pode ser causado porA

a; /scol9a inade@uada de "a!eriais no pro[e!o da caldeira

Con;orme a localização de um tubo no interior da caldeira? ele receber( calor de uma ;orma ,ualitatia e,uantitatiamente peculiarD em caldeiras a,uatubulares? por eemplo? tubos de ;ornal@a poderão estar epostos a calor radiante e? portanto? a condições mais seeras ,ue os tubos do ;eie $erador? deendo? dessa;orma? ser constituídos de materiais ,ue possuam características condizentes com a solicitação. 5as caldeiras;lamotubulares? o calor * distribuído de ;orma não @omo$nea? caracterizando uma car$a t*rmica maior nasre$iões pr8imas ao ,ueimador? con;orme a ;i$ura abaio.

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îstribuição de calor e de temperatura ao lon$o de ;ornal@a de caldeira ;lamotubular.

#e no proNeto da caldeira essas condições de escol@a de materiais não ;orem conenientemente consideradas?@aer( o risco de ;luncia eHou ruptura de partes submetidas a pressão? em razão do empre$o de materiaisnão resistentes s solicitações impostas.

B; /"prego de "a!erial defei!uoso

ôs processos utilizados para a produção de c@apas e de tubos? a laminação * destac(el pela possibilidadede inclusão de de;eitos. _ ;re,-ente ocorrer em c@apas o de;eito denominado Odupla laminação? ,ueconsiste em azios no interior do material? ,ue? ap8s sucessias passa$ens em laminadores? ad,uirem o;ormato lon$itudinal ao lon$o da c@apa? ;azendo com ,ue esta se comporte como se ;osse um par de c@apassobrepostas.

ê;eitos dessa natureza ;azem com ,ue as c@apas não resistam s car$as t*rmicas eHou mec=nicas preistasno proNeto.

c; i"ensiona"en!os incorre!os.


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Prolon$amento de tubos em espel@os de caldeiras ;lamotubulares.

Rissuras entre ;uros em espel@os de caldeiras ;lamotubulares.

d; Uuei"adores "al posicionados

Bs materiais com ,ue são ;abricados os tubos e as c@apas admitem

a,uecimentos a at* al$umas centenas de $raus Celsius? sem perderemsuas propriedades mec=nicas.


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e; ncrus!ações

m problema cl(ssico da se$urança nas caldeiras * o da incrustação. Consiste na deposição e a$re$ação de

s8lidos Nunto ao aço de ,ue se constitui a caldeira? no lado da ($ua? em razão da presença de impurezas taiscomo sul;ato? carbonatos 9de c(lcio eHou de ma$n*sio:? silicatos compleos? contendo? ;erro? alumínio? c(lcioe s8dio? s8lidos em suspensão e? ainda? em irtude da presença dos precipitados resultantes de tratamentoinade,uados da ($ua da caldeira 9borras de ;os;ato de c(lcio ou ma$n*sio: e de 8idos de ;erro não protetores.

)leação da temperatura no lado dos $ases em razão da presença de incrustações.

ma ez ,ue a incrustação se comporta como isolante t*rmico 9a condutiidade t*rmica dos dep8sitosminerais * muito baiaA aproimadamente "% ezes in;erior do aço:? ela não permite ,ue a ($ua? Ore;ri$ereo aço? ou seNa? @( menor trans;erncia de calor do aço para a ($ua? e? com isso? o aço absore calor sensíel?isto *? sua temperatura se elea proporcionalmente ,uantidade de calor recebida.

)m casos de incrustações $eneralizadas? essa situação a$raa7se ainda mais? com o aumento operacional do;ornecimento de calor no lado dos $ases? para manter7se a ($ua na temperatura de ebulição con;orme ilustraa ima$em ao lado.

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Com esse aumento de temperatura? al*m das perdas de ener$ia? do ponto de ista da se$urança? podemocorrer as se$uintes conse,-ncias indeseN(eisA

o aço preisto para trabal@ar em temperatura da ordem de 300LC ;ica eposto a temperaturas daordem de %00LC? ;ora dos limites de resistncia e? portanto? em condições de riscos de eplosãoacentuados.

sendo ,uebradiça? uma parte da camada incrustante pode soltar7se? ;azendo a ($ua entrar em contatodireto com as paredes do tubo em alta temperatura? o ,ue prooca a epansão repentina da ($ua e?conse,-entemente? a eplosão.

Contato da ($ua com paredes em alta temperatura.

;orma7se (reas propícias a corrosão? dadas a porosidade da incrustação e a possibilidade da mi$raçãode a$entes corrosios para a sua inter;ace com o aço.

5as caldeiras ;lamotubulares? camadas de lama depositam7se e impre$nam a parte superior da ;ornal@a? principalmente nas paradas da caldeira. Com oacmulo? escorre$am em olta da ;ornal@a e blo,ueiam o espaço entre a partein;erior da ;ornal@a e os tubos izin@os? trazendo para essa re$ião os riscosdecorrentes do isolamento t*rmico.

B tratamento interno da ($ua? sem puri;icação pr*ia? * desaconsel@ado? uma ez

,ue ;aorece a incrustação? a concentração de produtos or$=nicos e?conse,-entemente? a m( condição de calor? no caso de as numerosas pur$as eetrações necess(rias não serem e;etuadas.

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5as caldeiras? a,uatubulares? os tubos epostos a calor radiante so;rem? particularmente? conse,-ncias mais$raes nos casos de incrustações? uma ez ,ue recebem maior car$a calorí;ica.


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Circulação de;iciente da ($ua

< circulação de ($ua nas caldeiras *? na $rande maioria dos casos? Onatural? isto *? a di;erença de densidade

entre a ($ua na parte mais ,uente e a ($ua nas partes menos ,uentes * ,ue coloca a ($ua em circulação.


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5as caldeiras ;lamotubulares estabelece7se em re$imenormal uma circulação de ($ua como mostra a ;i$uraao lado.

)m particular? nos pontos < e E? correspondentes s$eratrizes in;erior e superior da ;ornal@a? a elocidadeda ($ua * pe,uena? ou at* mesmo nula? possibilitando?assim? o aumento de temperatura nessas re$iões.

Por outro lado? se @ouer a ;ormação de uma bol@a de apor na parte baia da ;ornal@a? ela isolar(termicamente a parede da ;ornal@a da ($ua de caldeira? ocasionando supera,uecimentos e eentuaisde;ormações da ;ornal@a nesse ponto. )sses ;en>menos se mant*m e se a$raam com a continuidade de sua

ocorrncia? potencializando o risco de eplosão.)ssa ;alta de Ore;ri$eração da ;ornal@a tem maior probabilidade de ocorrer no momento de recolocação dacaldeira em marc@a? ,uando a caldeira estier ;ria e sua potncia de partida ;or ecessia. _ necess(rio? portanto? tempo su;iciente para ,ue a circulação natural interna se estabeleça.

Ral@a operacional


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F8$ica do automatismo das caldeiras.

^esta,ue especial dee ser dado aos dispositios de se$urança? ,ue são indispens(eis s caldeiras. <atuação desses elementos rompe abruptamente o ciclo normal de ;uncionamento da caldeira? seNa por meiodo desli$amento total dos ,ueimadores obtidos pelas (lulas solen8ide ,ue blo,ueiam o suprimento decombustíel? seNa em ;unção da descar$a de apor obtida com a abertura das (lulas de se$urança.

5a maioria dos casos? a posição Omanual * necess(ria para o acendimento e para o desli$amento dacaldeira? pois se para acend7la ;osse utilizada a posição Oautom(tico? os controles admitiriam o m(imo;ornecimento de ener$ia? uma ez ,ue usualmente são comandados pela pressão de apor? leando aconse,-ncias desastrosas. 5essa posição o risco de ;alta de ($ua est( associado a procedimentos

inade,uados do operador? ou seNa? especi;icamente? não aumentar a azão de ;ornecimento de ($ua ,uando oníel tende a descer. Ral@as dessa natureza $eralmente decorrem de ;alsas indicações de níel ou deimperícia na condição do e,uipamento.

Juando a limpeza ou a manutenção preentia ou o tratamento da ($ua não são conenientemente praticados? @( o risco de obstrução? ou de acmulo de lama na coluna de níel? o ,ue ;ornecer( indicaçõesincorretas para o operador ou para os instrumentos respons(eis pelo suprimento de ($ua. ^e modosemel@ante? obstruções em tubulações de suprimento de ($ua podem lear a acidentes de $raesconse,-ncias uma ez ,ue a azão de entrada de ($ua ser( menor ,ue a azão de saída de apor.

< instrumentação pode ainda ser Orespons(el por ;alta de ($ua ,uando? em casos de ariações no consumo?ocorrer um aumento muito brusco na azão de apor. 5esses casos? em razão da ,ueda brusca da pressão?

bol@as de apor ,ue se ;ormam sob a super;ície da ($ua se epandem? dando a ori$em de uma ;alsaindicação de níel alto? ,ue? como conse,-ncia? diminui a azão de entrada de ($ua. 5ote7se ,ue? como a

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pressão encontra7se baia? o sinal ,ue o pressostato enia aos dispositios de combustão ir( solicitar aumento do ;ornecimento de ener$ia? a$raando7se ainda mais a situação.

_ eidente ,ue nesses casos não se atribui a responsabilidade aos instrumentos? mas sim ao ser @umano? ,ue;al@ou ao proNetar ou especi;icar o e,uipamento.

C0oques térmicos

( re$istros de eplosões de caldeiras e de incidentes menos si$ni;icantes? causados por c@o,ues t*rmicosmuito ;re,-entes ,ue proocam a ;adi$a 9tendncia ruptura sob car$a consider(el in;erior ao limite deresistncia a tração: e o enel@ecimento do metal nas etremidades de tubos.

Bs c@o,ues t*rmicos ocorrem em razão de ;re,-entes paradas e recolocações em marc@a de ,ueimadores.#ão suscetíeis a essas condições as caldeiras ,ue possuem ,ueimadores OB57BRR? ,ue não modulam ac@ama ou ,ueimadores com potncias ecessia.


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4efeitos de mandrila&em

< níel internacional? denomina7se mandrila$em a operação de epansão de tubos utilizada na ;abricação de

caldeiras. ma ez? por*m? ,ue essa denominação pode causar con;usões com as operações de ;uros? al$uns;abricantes de caldeiras pre;erem empre$ar o termo epansão de tubos.

)ssa operação consiste na introdução do tubo no ;uro deidamente dimensionado para receb7lo e? emse$uida? na epansão da etremidade do tubo por meio de um mandril 9dispositio c>nico ,ue $ira em tornode um eio aial:. Tem a ;inalidade de ancorar o tubo no espel@o 9caldeiras ;lamotubulares: ou no tubulão9caldeiras a,uatubulares:? com a deida estan,ueidade.

ma ez ,ue a edação na inter;ace tubo7;uro * $arantida pelas descontinuidades microsc8picas do aço? @( orisco de azamentos? se @ouer acabamento ecessio ou insu;iciente no ;uro ou na super;ície eterna dotubo.

Butro risco decorrente da epansão * o de trincar as c@apas ou os tubos se a operação não ;or deidamentecontrolada. 5esses casos? os roletes do mandril entram ecessiamente e Oestouram as c@apas nas re$iõesentre ;uros ou rompem as etremidades dos tubos.

m recurso empre$ado para aumentar a se$urança ,uanto estan,ueidade * a ancora$em em c@apa deespessura superior a de pole$adas * o desenolimento de O$roes 7 sulcos circulares dispostos na parteinterna dos ;uros ,ue são inteiramente ocupados pelos tubos ap8s a epansão. 9)m tubulões de espessurassuperiores a 2 pole$adas? @( ;abricantes ,ue empre$am dois O$roes em cada ;uro:. B O$roe? no entanto? pode criar um risco adicionalA se não ;or ade,uadamente eecutado? possuir( arestas cortantes ,ue cizal@amas super;ícies dos tubos.

< ;i$ura abaio cont*m a ilustração das situações de um tubo no processo de epansão.


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-al0as em 5untas soldadas

Bperações de solda$em são numerosas na ;abricação de caldeirasA solda$em de irolas para a con;ecção de

tubulõ

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Apostila Completa Caldeiras[1]