Apostila - Tipos de Caldeiras e as Vari-Veis de Controle

5/10/2018 Apostila - Tipos de Caldeiras e as Vari-Veis de Controle - slidepdf.com

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CONTROLE DE GERADORES DE VAPOR

INTRODUÇÃO: A instrumentação e o controle são partesessenciais de toda instalação geradora de vapor. Eles permitemgarantir uma operação segura, econômica e confiável doequipamento. Os sistemas de controle empregados vão desde umsimples controle manual até o sofisticado controle das caldeiras degrande porte, onde são envolvidas dezenas ou, às vezes centenas deinstrumentos.

O sistema de controle de uma caldeira deve ser estruturado deforma a mantê-la operando com:

• segurança;

• bom rendimento;

• e de forma estável.Por isso, a escolha e projeto das malhas de controle e do

sistema de segurança a ser utilizado, deverá ser feita mediante umestudo cuidadoso do sistema.

TIPOS DE CALDEIRAS E AS VARIÁVEIS DE CONTROLE:todos os tipos de caldeira podem ser controladas, mas dependendo desuas características, as variáveis de controle serão diferentes.

• Caldeiras a combustão Fogotubulares Aquatubulares

• Caldeiras Elétricas a resistores a eletrodos§ eletrodos jateados§ eletrodos submersos

Em todas as caldeiras existe a necessidade de controle dapressão interna de vapor, ou seja a quantidade de vapor que estásendo produzido; o nível de água no interior da caldeira; e de umsistema de segurança confiável. Existe também a necessidade decontrole da combustão nas caldeiras com aquecimento químico, e daeletricidade e condutividade da água nas caldeiras elétricas.



CONTROLE DE CALDEIRAS ELÉTRICAS: A utilização decaldeiras elétricas é importante para o usuário que pode utilizar

excedentes de energia elétrica a preços subsidiados e ainda, o maisimportante é para o país, já que o Brasil possui recursos hídricos parageração de energia elétrica e tem escassez de derivados de petróleo.

§ Caldeiras a resistores: As caldeiras elétricas sãoconstituídas de um vaso de pressão não sujeito a chama e de umconjunto de resistências elétricas blindadas. Na Fig.1, está mostrado oesquema básico de uma caldeira elétrica a resistores. Neste tipo decaldeira utiliza-se um controlador liga-desliga com zona diferencial

(PRC – Pressão com função de registrar e controlar), que controla apressão do vapor ligando ou desligando os resistores da caldeira.

Figura 1: Sistema de controle básico de uma caldeira elétrica a resistores

O controle de nível é feito de forma semelhante, uma vez queneste tipo de equipamento o nível não precisa ser controlado numafaixa muito estreita. Este tipo de sistema de controle de nível funcionacom dois eletrodos imersos na água e um controlador (LC – Controlador de Nível), o LC irá abrir ou fechar a válvula de admissãode água à medida que o nível ultrapassar a zona diferencialespecificada, ou seja, em função da posição dos eletrodos.

§ Caldeiras a eletrodos jateados: Neste tipo de caldeira, apressão de vapor é geralmente controlada por um controlador depressão(PRC) , um transmissor de pressão (PT) e umservomecanismo (PZ) que, por sua vez, movimenta verticalmente o



defletor de jatos de água. O movimento do defletor libera ou oculta os jatos de água que fluem contra os eletrodos. Quanto maior o númerode jatos de água liberados, maior será a circulação de corrente e,

consequentemente, maior a geração de vapor; quanto menor, menor acirculação de corrente, menor a geração de vapor.

Figura 2:Sistema de controle básico de uma caldeira elétrica a eletrodos jateados

Para limitar o consumo de energia, utiliza-se um limitador depotência (JY), Este instrumento, recebe o sinal do medidor de corrente(IT) e compara o valor com o setpoint. Caso o sinal recebido sejamaior que o setpoint, o limitador de potência bloqueia o sinal que ocontrolador da pressão (PRC) envia para o servomecanismo ou, senecessário, reposiciona o servomecanismo de forma a manter apotência dissipada dentro do limite. Caso o sinal enviado pelo medidorde corrente (IT) seja menor que o limite, o limitador(JY) não interfereno sinal do controlador.



Neste tipo de caldeira utiliza-se o controle de nível a um, dois outrês elementos. A Fig1 mostra o controle de nível a dois elementos,

Nesta malha, os sinais do controlador de nível (LRC) e do

transmissor de vazão do vapor (FT) são enviados ao somador (FY). Osomador recebe os sinais e envia a resultante para a válvula decontrole de nível. Nas condições de equilíbrio, a saída do somadorserá função do sinal recebido do transmissor de vazão de vapor (FT),uma vez que a saída do controlador de nível será zero, enquanto onível estiver no valor de setpoint. Caso o nível saia do ponto de ajuste,a saída do LRC variará e, consequentemente, a saída do somadorpassará a ser função dos sinais recebidos do FT e do LCR. Istoocorrerá até que o nível volte às condições desejadas.

Nas caldeiras a eletrodos jateados também se utiliza uma malhade controle de condutividade (inverso da resistividade), pois aresistividade de água influi no rendimento da caldeira. Neste tipo deaplicação, a condutividade da água geralmente é controlada de formadescontínua (controle liga-desliga com zona diferencial). O controladorde condutividade (CRC) liga a bomba de injeção química quando acondutividade atinge o limite mínimo ou abre a válvula de drenoquando a condutividade atinge o limite máximo, de acordo com oscalores ajustados manualmente pelo operador de acordo com o sinal

enviado pelo medidor de condutividade (célula CE e conversor CY).

§ Caldeiras a eletrodos submersos: Nas caldeiras aeletrodos submersos, a pressão do vapor também será controlada porum controlador de pressão (PRC), um transmissor (PT) e umservomecanismo(PZ) montado na parte superior da caldeira. Ocontrolador recebe os sinal do transmissor, compara este sinal com osetpoint e atua no servomecanismo (PZ). O servo mecanismo por suavez movimenta verticalmente o tubo isolador de porcelana. O

movimento do tubo isolador delimita a quantidade de água na qualcircula corrente elétrica e, consequentemente, regula a quantidade devapor gerado, uma vez que o tubo isolador se interpõe entre o eletrodoe o contra-eletrodo.

Neste tipo de caldeira também se utiliza o limitador de potência(JY), com funções e modo de operação idênticos descritosanteriormente.

Na malha de controle de nível utiliza-se o controle a umelemento, utilizando uma malha comum com realimentação negativa,que opera com um transmissor (LT) e um controlador (LRC). O



transmissor envia o sinal de nível ao controlador, o controladorcompara este com o ponto de ajuste e envia o sinal de correção para aválvula de controle que aumenta ou diminui a vazão de água

adicionada à caldeira. Como neste caso está se utilizando uma malhacomum com realimentação negativa, o controlador de nível só corrigiráa vazão de água de alimentação depois que o nível tiver variado.

Figura 3:Sistema de controle básico de uma caldeira elétrica a eletrodos submersos

§ Caldeiras a combustão: Nestas caldeiras, existe o controleda combustão a partir da vazão de combustível e da vazão do ar decombustão.

As malhas de controle de combustão de combustível mantêm apressão do vapor, variando a vazão de combustível e de ar decombustão injetados no queimador. Quanto maior a vazão decombustível e de ar de combustão, maior a troca de calor, maior aprodução de vapor. Estas malhas também procuram manter a relaçãoar/combustível na faixa mais estreita possível, pois o excesso de arinfluencia grandemente no rendimento da caldeira. O valor do excessode ar a ser utilizado depende do tipo de combustível, tipo de



queimador, características e preparação do combustão, tipo decâmara de combustão, carga, ...

§ Sistemas de segurança: O sistema de segurança de umacaldeira tem como finalidade proteger o equipamento de possíveisfalhas operacionais ou de seu sistema de controle. Visa, também, aproteção de tudo aquilo que se situa ao redor da caldeira, pois estesequipamentos podem causar danos enormes em caso de explosão,este problema se torna mais crítico nas caldeiras de grande porte eque operam com altas pressões.

O sistema de segurança deve ser projetado de forma a somentepermitir a partida da caldeira somente depois que todas as variáveis e

condições consideras críticas estejam dentro dos limites estabelecidose, caso ocorra qualquer anormalidade nestas variáveis, a caldeira sejadesligada automaticamente.

A escolha das variáveis e condições a serem consideradascríticas, bem como a maneira com que são arranjados os dispositivosdetetores em um sistema de segurança específico, dependem dapressão de operação, tipo e capacidade da caldeira, número e tipo decombustível utilizado, tipo de vapor gerado, etc.

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