AutorEdson Luiz NeriAtuando no setor de Educação, Tecnologia e Inovação, do SENAI do Distrito Federal nos últimos 20 anos. Graduado em Ciências e Pedagogia, Pós Graduado em Consultoria Empresarial e EaD, Elaboração de Planos de Negócios e Plano de Marketing pelo Ibemec, extensão em Marketing na ESPM, Desenvolvimento, Elaboração e Vendas de Serviços Técnicos e Tecnológicos, pelo SENAI SC, Gestão de Projetos, Elaboração de Projetos, adquiriu experiência em Coordenação de Proje-tos, realização de eventos de educação, e atua como palestrante e educador.

Rosylene dos Santos CarvalhoAtuando no setor de Educação e Tecnologia, do SENAI do Distrito Federal nos últimos 06 anos. Licenciada em Pedagogia, Pós Graduada em Psicopedagogia. Atua também como Técnica em Segurança do Trabalho, há mais de 15 anos, prestando Consultoria à empresas, elaborando laudos técnicos, elaboração de materiais didáticos e diagnósticos na área de Segu-rança, além da Instrutoria no SENAI e diversas outras empresas de educação.

Sthenyo Ribeiro de SouzaAtuando no setor de Educação, Tecnologia e Inovação, do SENAI do Distrito Federal nos últimos 03 anos. Graduado em Engenharia de Controle e Automação e Técnico Mecânico. Atuou no SENAI no suporte em estudos de viabilidade técnica e econômica, para na implantação de novos produtos e serviços. Prospecção de mercado para serviços de educação e tecnologia. Proposição de condições adequadas de infraestrutura, material didático, recursos para realização de cursos e serviços técnicos.

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Neri, Edson Luiz; Carvalho, Rosylene dos Santos; Souza, Sthenyo Ribeiro de.

Princípios Básicos de Operação de Caldeiras / Edson Luiz Neri; Rosylene dos Santos Carvalho; Sthenyo Ribeiro de Souza – 1. ed. – Brasília: NT Editora, 2014.

26 p. il. ; 21,0 X 29,7 cm.

ISBN 978-85-8416-114-0

1. Caldeira. 2. Operação.

I. Título

Design InstrucionalNT Editora

RevisãoGrupo NT

Editoração EletrônicaNT Editora

Projeto GráficoNT Editora

CapaNT Editora

IlustraçãoMárcio RochaJorge Olaff

NT Editora, uma empresa do Grupo NT SCS Quadra 2 – Bl. C – 4º andar – Ed. Cedro IICEP 70.302-914 – Brasília – DFFone: (61) 3421-9200sac@grupont.com.brwww.nteditora.com.br e www.grupont.com.br

LEGENDA

ÍCONES

Prezado(a) aluno(a),Ao longo dos seus estudos, você encontrará alguns ícones na coluna lateral do mate-rial didático. A presença desses ícones o(a) ajudará a compreender melhor o conteúdo abordado e também como fazer os exercícios propostos. Conheça os ícones logo abaixo:

Saiba MaisEsse ícone apontará para informações complementares sobre o assunto que você está estudando. Serão curiosidades, temas afins ou exemplos do cotidi-ano que o ajudarão a fixar o conteúdo estudado.

ImportanteO conteúdo indicado com esse ícone tem bastante importância para seus es-tudos. Leia com atenção e, tendo dúvida, pergunte ao seu tutor.

DicasEsse ícone apresenta dicas de estudo.

Exercícios Toda vez que você vir o ícone de exercícios, responda às questões propostas.

Exercícios Ao final das lições, você deverá responder aos exercícios no seu livro.

Bons estudos!

4 NT Editora

Sumário

1. NOÇÕES DE GRANDEZAS FÍSICAS E UNIDADES ......................................... 91.1. Pressão ........................................................................................................................................91.2. Unidades de Pressão.............................................................................................................13

2. CALOR E TEMPERATURA .............................................................................. 18

BIBLIOGRAFIA ................................................................................................... 26

APRESENTAÇÃO

7Princípios Básicos de Operação de Caldeiras

O curso Princípios Básicos de Operação de Caldeiras foi organizado em 12 horas e está divi-dido em 2 etapas:

1. Pressão.

2. Calor e temperatura.

São objetivos deste curso transmitir conhecimentos sobre princípios básicos de Operação de Caldeiras, conhecer as unidades de Pressão e conceituar o que é Calor e Temperatura.

Com base nestes objetivos, você aprenderá os fundamentos teóricos sobre o que é Pressão e quais são suas unidades e cálculos. Conhecerá também os diversos aspectos ligados ao Calor e à Tem-peratura. Este livro lhe dará fundamentos para operar, de forma segura, as caldeiras em seu dia-a-dia.

O curso Princípios Básicos de Operação de Caldeiras é destinado aos profissionais que já trabalham nessa área, bem como, profissionais da área de manutenção, segurança e áreas afins, que estejam interessados em ingressar na função de operar caldeiras. Espera-se com isso, um melhor aten-dimento às expectativas do mercado.

Bom aprendizado!

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1.1. Pressão

Olá, eu me chamo Dreithe. Trabalho como operador de caldeira. A partir de agora, nós vamos aprender sobre a segurança na operação de caldeiras. Você pode estar se perguntando o que a física tem em comum com a

operação de caldeiras a vapor. Você encontrará a resposta no decorrer do curso, mas posso dizer que essa magnífica engenhosidade humana funciona graças a ela. Nesta lição

vamos recordar algumas grandezas, tais como, pressão, calor e temperatura e suas unidades representativas.

Conceito

Pressão é uma força exercida sobre uma determinada área. A força é a causa que pode modificar o estado de repouso ou movimen-to de um corpo. Para calcular qualquer tipo de pressão utiliza-se a fórmula:

Uma mesma força poderá produzir pressões diferentes, dependendo da área sobre a qual atua-rá. Assim, se a área for muito pequena, poderemos obter alta pressão, mesmo com pouca força.

Para verificar a pressão interna da caldeira, o operador usa o manômetro.

1. NOÇÕES DE GRANDEZAS FÍSICAS E UNIDADES

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Mas o que é um manômetro? É um instrumento utili-zado para medir a pressão de fluidos contidos em recipientes fechados. A figura ao lado apresenta a foto de um manômetro.

Exemplo de cálculo de pressão.

Ex.: 01 - Supondo que uma força de 30 kgf é aplicada sobre uma área de 2 cm², calcule a pressão resultante.

Resolução

Dados: F = 30 kgf Temos pela fórmula que:

A = 2 cm²

Então: P = 30 ÷ 2 » P = 15 kgf/cm²

Exercitando o conhecimento...

Calcule a pressão resultante, supondo que uma força de 90 kgf é aplicada sobre uma área de 4 cm².

Utilize a fórmula:

a) 22,5 b) 20 c) 30,5

Pressão atmosférica

Nosso planeta está envolto por uma camada de ar chamada atmosfera. O ar da atmosfera em torno de nós é tão leve que podemos nos mover através dele sem fazermos esforço. No entanto, esse ar tem peso. Como ele é atraído pela gravidade, faz força sobre nós em todas as direções, exercendo uma pressão de várias toneladas sobre nosso corpo. Não percebemos essa força porque a pressão do ar dentro dos nossos pulmões é igual a da atmosfera.

Essa pressão se chama pressão atmosférica. Ela pode ser comprovada por meio de uma experiência simples: mo-lha-se a borda de um desentupidor de pia que é comprimido contra uma superfície plana. Isso expulsa a maior parte do ar que havia dentro do desentupidor e será preciso fazer muita força para retirá-lo do lugar.

Isso acontece porque, sem ar no seu interior, o desentupidor sofre uma pressão externa muito maior do que a pressão interna.

A pressão atmosférica varia de acordo com a altitude, ou seja, ela é maior nos locais mais baixos e menor nos locais mais altos.

Envolto: Envol-vido, coberto.

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Quem comprovou isso pela primeira vez foi um físico italiano chamado Evangelista Torricelli. Em-borcando em uma cuba cheia de mercúrio um tubo de vidro de 1 m de comprimento, fechado em uma das extremidades, e também cheio de mercúrio, ele observou que, ao nível do mar, a coluna de mercúrio contida dentro do tubo descia até atingir 760 mm de altura (0,76 m).

O que Torricelli criou para fazer essa experiência chama-se barômetro. Quando a experiência foi repetida, com o

auxílio do barômetro em locais de altitudes variadas, ficou comprovado que a altura da coluna de mercúrio também

variava. Com isso, concluiu-se que a pressão atmosférica varia em função da altitude. Isso pode ser demonstrado nos

exemplos do quadro a seguir:

Exercitando o conhecimento...

Por meio do experimento, o que Torricelli comprovou?

( ) Ele comprovou que a pressão atmosférica, agindo sobre a superfície livre do mer-cúrio que estava dentro da cuba, equilibrou a pressão exercida pela coluna de mercúrio contra o fundo da cuba. Para esse valor de 76 cm (760 mm) de altura de mercúrio (Hg), ele deu o nome de atmosfera (atm).

( ) Ele comprovou que um fluido (líquido ou vapor), dentro de um vaso ou tubo, exerce uma pressão sobre suas paredes, em direção perpendicular à superfície.

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Pressão interna de um vaso

Um fluido (líquido ou vapor), dentro de um vaso ou tubo, exerce uma pressão sobre suas pare-des, em direção perpendicular à superfície. Veja a figura abaixo.

A pressão dentro do tubo é medida por um manômetro, acoplado à tubulação.

Pressão manométrica

A caldeira é um equipamento destinado a produzir e acumular vapor a uma pressão maior do que a pressão atmosférica. A essa característica damos o nome de pressão relativa, pois ela descarta a pressão do ambiente que, por convenção, ao nível do mar vale 1 (uma) atmosfera (atm).

Como esse fator é crítico para a operação do equipamento, seria interessante estudar o que acontece com o vapor encerrado em um recipiente fechado.

Para o operador de caldeira, há dois fatores muito importantes a serem observados:

• gases encerrados em recipientes, mesmo sem aquecimento, exercem pressão igual em todos os sentidos sobre as paredes do vaso que os contêm. Um exemplo disso é o pneu do automóvel.

Perpendicu-lar: Em ângulo reto.

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• essa pressão se eleva sempre que a temperatura aumenta. Isso significa que, se uma dona de casa descuidada e distraída colocar ao fogo uma panela de pressão com as válvulas entupidas, o au-mento da temperatura levará a um aumento constante da pressão interna da panela, até ela explodir.

É isso que acontece com a caldeira, se essa pressão interna não for controlada.

Essa pressão, medida dentro de um recipiente fechado (caldeira, por exemplo) que tem como referência a pressão atmosférica do local onde o recipiente está, é chamada de

pressão relativa ou manométrica.

A pressão relativa pode ser positiva ou negativa.

Se a pressão relativa é positiva, ou seja, se ela for maior que zero, ela é medida por meio de um instrumento chamado de manômetro. É com o manômetro que o operador verifica os níveis de

pressão dentro da caldeira e os mantém dentro de faixas seguras de operação.

Se a pressão relativa for negativa, isto é, se ela for menor que zero, o vacuômetro, veja a ima-gem ao lado, é usado na medição.

Se no local onde é feita a medição a pressão relativa (ou manométrica) for somada com a pres-são atmosférica, obteremos a pressão absoluta.

1.2. Unidades de PressãoAs unidades de medidas de pressão, peso, força e área, muito utilizadas para o funcionamento

de qualquer tipo de caldeira, variam de acordo com as normas de cada país. As normas brasileiras, es-tabelecidas pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) recomendam a utilização das unida-des do Sistema Internacional (SI). A tabela a seguir apresenta a correspondência entre várias unidades de medida de pressão.

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Agora vamos conhecer melhor cada uma destas unidades.

Não esqueça que Pressão é a Força distribuída em uma determinada área.

• bar

- Equivale exatamente a 100.000 Pa (105 Pa).

• kgf/cm²

- Equivale a 1 quilograma força (kgf) aplicada uniformemente sobre uma área de 1 cm².

• psi [ibf/pol2]

- Unidade de medida inglesa. Significa Libra Força por Polegada Quadrada, utilizada na indústria americana e inglesa. No Brasil, comum para calibrar pneus.

• atm

- É pressão exercida pelo ar atmosférico ao nível do mar.

• mmHg [torr]

- Mesmo princípio de mmH20, porém o líquido em questão é o mercúrio (Hg).

• mH2O [metro de coluna d’água - mca]

- É pressão equivalente a uma coluna (altura) de água (H2O), dada em metros, sobre uma superfície qualquer.

• kPa [kN/m²]

- [k] representa 1000 unidades, independe da grandeza.

- [Pa] equivale à força de 1 Newton (N) aplicada uniformemente sobre uma área de 1 m².

A seguir você verá a forma correta de consultar a pressão na tabela e converter suas unidades.

A regra de três simples é a base de cálculo.

Ao lado, a fórmula utilizada para conversão de pressão.

Onde, P1 (unidade dada) e P3 (unidade desejada): são en-contrados na mesma linha na tabela. Sempre coloque P1 com o valor igual a 1 (um) e na mesma linha encontre seu equivalente na unidade desejada.

P2: Valor de pressão que será convertido.

Px: Valor procurado na unidade desejada.

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15Princípios Básicos de Operação de Caldeiras

Exemplo de conversão de pressão com auxílio da tabela.

Ex. 01 - Converter 4,0 bar para atm.

Resolução

Dados: P1 = 1,0 bar P3 = 0,9869 [da tabela]

P2 = 4,0 bar Px = ?

Fórmula:

Resolução passo a passo.

Multiplique cruzado, lembra?

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Ex. 02 - Converter 15,0 psi para bar.

Resolução

Dados: P1 = 1,0 psi P3 = 0,9869 [da tabela]

P2 = 15,0 psi Px = ?

Fórmula:

Resolução passo a passo.

Você acabou de aprender como converter unidades de pressão. Provavelmente ainda ficaram algumas dúvidas e

a melhor forma de eliminá-las é exercitando mais. Brinque com as tabelas apresentadas, simule conversões, afinal foi

assim que fizemos com estes dois exemplos. Chegou ao final da primeira lição. Por meio desta, você

pôde verificar o conceito, os tipos e as unidades de pressão.

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17Princípios Básicos de Operação de Caldeiras

Exercícios

Questão 1 - Pressão pode ser definida por:

a) força distribuída por volume;

b) força distribuída por área;

c) força distribuída por comprimento;

d) força pela distância.

Questão 2 - É um exemplo de unidades de pressão:

a) kg/m²;

b) lbf/in;

c) kgf/cm²;

d) g/cm³.

Questão 3 - Pressão manométrica pode ser considerada como:

a) pressão ao nível do mar;

b) pressão do meio ambiente;

c) pressão no interior de um vaso, medida pelo manômetro, também chamada de pres-são relativa;

d) diferença entre a pressão externa e externa de um vaso.

Questão 4 - Para verificar a pressão interna da caldeira o operador usa o:

a) manômetro;

b) termômetro;

c) pressostato;

d) dinamômetro.

Questão 5 - Pressão absoluta é a:

a) pressão do meio ambiente;

b) pressão no interior de um vaso, medida pelo manômetro;

c) diferença entre a pressão externa e externa de um vaso;

d) é a medição que soma a pressão relativa (ou manométrica) com a pressão atmosférica.

Parabéns, você fina-lizou esta lição!

Agora responda às questões ao lado.

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