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Caldeiras - Apostila

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Aula Caldeiras

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TTULO DA APOSTILA (1a PARTE)

ELETRONUCLEARGerncia de Treinamento - GTR.O

CALDEIRAS

NDICE

5

1. CONSIDERAES GERAIS

1.1. TERMOS LIGADOS AOS GERADORES DE VAPOR6

2. COMPONENTES CLSSICOS7

3. TIPOS DE CALDEIRA9

3.1 CALDEIRAS FLAMOTUBULARES11

3.1.1 CALDEIRAS HORIZONTAIS12

3.1.2 CALDEIRAS VERTICAIS16

3.2 CALDEIRAS AQUOTUBULARES18

3.2.1 CALDEIRAS AQUOTUBULARES DE TUBOS RETOS19

3.2.2 CALDEIRAS AQUOTUBULARES DE TUBOS CURVOS21

3.2.3 CIRCULAO DA GUA EM CALDEIRAS AQUOTUBULARES.24

3.2.4 CALDEIRAS DE CIRCULAO POSITIVA FORADA25

3.3 CALDEIRAS ELTRICAS27

3.3.1 TIPOS DE CALDEIRAS ELTRICAS28

4. FORNALHAS31

4.1 CLASSIFICAO DAS FORNALHAS31

4.2 FORNALHAS SOB SUPORTE32

4.2.1 FORNALHA DE SUPORTE ESTTICO32

4.2.2 FORNALHA DE SUPORTE MOVIMENTADO39

4.3 FORNALHA DE QUEIMA EM SUSPENSO43

4.3.1 QUEIMADORES DE COMBUSTVEIS LQUIDOS43

4.3.2 QUEIMADORES DE COMBUSTVEIS GASOSOS46

4.3.3 QUEIMADORES DE COMBUSTVEIS SLIDOS PULVERIZADOS48

5. ACESSRIOS E DISPOSITIVOS DE CALDEIRAS49

5.1 APARELHOS DE ALIMENTAO DE GUA49

5.1.1 INJETORES50

5.1.2 BOMBAS ALTERNATIVA50

5.1.3 BOMBAS CENTRFUGAS51

5.1.4 CONTROLE AUTOMTICO DE GUA DE ALIMENTAO52

5.1.4.1 APARELHO DE CONTROLE DE ALIMENTAO DE GUA LIGA- DESLIGA.52

5.1.4.2 APARELHOS DE CONTROLE DE ALIMENTAO DE GUA MODULANTE54

5.2 ALIMENTAO DE COMBUSTVEL58

5.2.1 CONTROLE AUTOMTICO DE COMBUSTO59

5.3 ALIMENTAO DE ENERGIA ELTRICA59

5.4 VISOR DE NVEL60

5.5 MANMETROS61

5.6 DISPOSITIVOS DE SEGURANA63

5.6.1 VLVULAS DE SEGURANA63

5.6.2 PROTEO E CONTROLE DE CHAMA66

5.7 DISPOSITIVOS DE CONTROLE67

5.7.1 PRESSOSTATOS67

5.7.2 CHAVE SEQNCIAL68

5.7.3 VLVULAS E TUBULAES68

5.7.4 OUTROS ACESSRIOS73

5.7.4.1 PREAQUECEDOR DE AR73

5.7.4.2 ECONOMIZADOR76

5.7.4.3 SUPERAQUECEDORES77

5.7.4.4 PURGADORES79

6. TIRAGEM80

6.1 TIRAGEM NATURAL80

6.2 TIRAGEM FORADA80

6.3 TIRAGEM MISTA OU BALANCEADA81

6.4 CONTROLE DE TIRAGEM82

6.5 CHAMIN82

7. COMBUSTO E COMBUSTVEL83

7.1 DEFINIES83

7.2 CLCULO DO AR NECESSRIO COMBUSTO - COMBUSTVEL LQUIDOS85

7.3 ESTEQUIOMETRIA DA COMBUSTO86

7.4 CONTROLE DE AR EM EXCESSO E EM FALTA87

8. GUA DE ALIMENTAO DAS CALDEIRAS88

8.1 UNIDADES ADOTADAS88

8.2 ANLISE DA GUA89

8.3 TRATAMENTOS E APARELHAGENS91

8.3.1 TRATAMENTOS EXTERNOS91

8.3.1.1 ABRANDAMENTO94

8.3.1.2 DESMINERALIZAO95

8.3.1.3 DESGASEIFICAO96

8.3.1.4 REMOO DA SLICA99

8.3.2 TRATAMENTO INTERNO99

8.4 CONSIDERAES FINAIS99

9. BIBLIOGRAFIA101

1.Consideraes Gerais

Atualmente, graas a todos os aperfeioamentos e a intensificao da produo industrial, a caldeira ocupa um lugar muito importante pois gera o vapor indispensvel a muitas atividades, no s para movimentar mquinas mas tambm para limpeza (esterilizao), aquecimento, e participao direta no processo produtivo, como matria-prima.

Alm da indstria, outras empresas, utilizam, cada vez mais vapor gerado pelas caldeiras, como por exemplo: restaurantes, hotis, hospitais, frigorficos.

Caldeira um trocador de calor que, trabalhando com presso superior presso atmosfrica, produz vapor, a partir da energia trmica fornecida por uma fonte qualquer. constituda por diversos equipamentos integrados, para permitir a obteno do maior rendimento trmico possvel e maior segurana.

Esta definio abrange todos os tipos de caldeiras, sejam as que vaporizam gua, mercrio ou outros fludos e que utilizam qualquer tipo de energia, inclusive a eltrica.

Quase sempre, a fonte produtiva de calor um combustvel especificamente utilizado com esta finalidade mas podem ser aproveitados, tambm, entre outros calores residuais de processos industriais, escape de motores Diesel ou turbinas a gs. Neste caso, o equipamento chamado "Caldeira de Recuperao".

Algumas vezes, o fludo permanece no estado lquido, apenas com temperatura elevada para ser aproveitado nos processos de aquecimento (calefao), formando, deste modo, a linha de caldeiras de gua quente.

A produo de vapor pode ser conseguida, tambm, pela absoro da energia trmica desprendida pela fisso do urnio.

O material contido neste trabalho, se refere, principalmente, s caldeiras que produzem vapor dgua, a partir de combustveis slidos ou lquidos.

Para produzir o vapor d'gua, necessrio que haja a combusto na caldeira.

Quanto mais alta a viscosidade do combustvel, mais difcil ser a sua nebulizao, ou seja, mais difcil ser a sua diviso em gotculas. O preaquecimento do leo combustvel fundamental para atingir os limites adequados de viscosidade necessrios para uma boa pulverizao.

Tendo em vista a variao de viscosidade do leo combustvel, a temperatura de aquecimento no fixa, devendo ser ajustada quando necessrio. importante salientar que esta temperatura no deve aproximar-se muito do ponto de fulgor do leo combustvel.

1.1.TERMOS LIGADOS AOS GERADORES DE VAPOR

CAPACIDADE DO GERADOR DE VAPOR

o quanto a caldeira produz de vapor, podendo ser representada por:

a) quilo de vapor ou tonelada de vapor por hora (kgv/h,.tv/h).

b) BHP - boiler horse-power, onde 1BHP ( 15,65 kg/h.

c) Quilo de vapor por metro quadrado (kgv/m2 )de superfcie de aquecimento.

SUPERFCIE DE AQUECIMENTO

a rea de tubulao (placa metlica) que recebe o calor dos gases quentes responsvel por vaporizar a gua (m2).

CALOR TIL

a parcela de calor produzida pelo combustvel que se transferiu para a gua formando vapor.

EFICINCIA TRMICA

a relao entre o calor til e o contedo trmico total do combustvel queimado.

(T

= vazo em massa de vapor fornecido, vazo em massa de combustvel (kg/h).

hvs, hve = entalpia do vapor de sada, entrada (kJ/kg)

PCI = poder calorfico inferior do combustvel queimado (kJ/kg).

2.COMPONENTES CLSSICOS

Atualmente os geradores de vapor de grande porte so constitudos de uma associao de componentes, de maneira a constiturem um aparelho complexo, principalmente quando destinados a queima de combustvel slidos que incluem superaquecedores, economizadores, praquecedores de ar, captadores de fuligem, extratores mecnicos de cinza, e outros. As unidades menores destinadas a gerar vapor de calefao em pequenas e mdias indstrias dispensam a quase totalidade dos componentes citados anteriormente. Assim sendo, os componentes clssicos das caldeiras so listados a seguir, com a ressalva que nem todos os componentes abaixo, necessariamente, fazem parte de todos os geradores de vapor.

A. CinzeiroLugar onde depositam as cinzas e ou eventualmente restos de combustveis que atravessam o suporte de queima sem completarem sua combusto.

B. FornalhaLocal onde se instala a incio do processo de queima, seja para a queima de combustveis slidos, lquidos ou gasosos.

C. Cmara de combusto

Volume onde se deve extinguir toda a matria combustvel antes dos produtos de combusto atingirem e penetrarem no feixe de absoro do calor por conveco. Esta cmara por vezes se confunde com a prpria fornalha dela fazendo parte, Outras vezes separa-se completamente. A cmara de combusto pode ser constituda pela prpria alvenaria refratria, ou revestida de tubos (parede de gua), ou integralmente irradiada.

D. Caldeira de vapor

Corresponde ao vaso fechado, presso, com tubos, contendo a gua no seu interior, que ao receber calor se transforma em vapor

E. Superaquecedor

Responsvel pela elevao da temperatura do vapor saturado gerado na caldeira. Todo o vapor ao passar por este aparelho se superaquece.

F. Economizador

Onde a temperatura da gua de alimentao sofre elevao, aproveitando o calor sensvel residual dos gases da combusto, antes de serem eliminados pela chamin.

G. Aquecedor de ar

Tambm conhecido como pr-aquecedor de ar, cuja funo aquecer o ar de combusto para a seguir introduzi-lo na fornalha, graas ao aproveitamento do calor sensvel dos gases da combusto.

H. Canais de gases

So trechos intermedirios ou finais de circulao dos gases de combusto at a chamin. Estes canais podem ser de alvenaria ou de chapas de ao conforme a temperatura dos gases que neles circulam.

I. Chamin

a parte que garante a circulao dos gases quentes da combusto atravs de todo o sistema pelo chamado efeito de tiragem. Quando a tiragem, porm, promovida por ventilador exaustor, sua funo se resume no dirigir os gases da combusto para a atmosfera. Neste caso se diz que a tiragem induzida. A circulao dos gases tambm poder ser assegurada por um ventilador soprador de ar de combusto com presso suficiente para vencer toda a perda de carga do circuito. Neste exemplo, a tiragem se diz forada.

Tomando por base a unidade mais complexa, a figura 2.1 permite identificar os componentes clssicos e o princpio de funcionamento da instalao.

Princpio de funcionamento de uma unidade complexa com fornalha para queima de lenhas em toras

Fig.2.1

3.TIPOS DE CALDEIRAS

Existem diversas formas para se classificar as caldeiras. Por exemplo, elas podem ser classificadas sob os seguintes aspectos:

Quanto Localizao gua-Gases:

A) Flamotubulares

Verticais

Horizontais

Fornalhas corrugadas

Traseira seca

Traseira molhada

Observao: Todos os tipos acima com 1,2 ou 3 passes.

B) Aquotubulares

Tubos retos

Tubos curvos

Perfil A

Perfil D

Perfil O

Lmina, cortina ou parede de gua

C) Mistas

Quanto Energia Empregada para o Aquecimento:

A) Combustveis

Slidos

Lquidos

Gases

B) Eltricas

Jatos-de-gua

Eletrodos submersos

Resistores

C) Caldeiras de Recuperao

Gases de outros processos

Produo de soda ou licor negro

D) Nuclear

Quanto Montagem:

A) Caldeiras pr-montadas (compactas)

B) Caldeiras montadas em campo

Quanto Sustentao:

A) Caldeiras auto-sustentadas

B) Caldeiras suspensas

C) Sustentao mista

Quanto Circulao de gua:

A) Circulao natural

B) Circulao forada

C) Combinada

Quanto ao Sistema de Tiragem:

A) Tiragem natural

B) Tiragem forada

C) Tiragem balanceada ou induzida

Aguardaremos, neste trabalho, a classificao quanto localizao relativa gua-gases e, parte, as Caldeiras Eltricas:

3.1CALDEIRAS FLAMOTUBULARES

Este foi o primeiro tipo de caldeira construda. tambm chamada de tubo-de-fogo, tubo-de-fumaa ou pirotubular, por causa dos gases quentes provenientes da combusto que circulam no interior dos tubos em um ou mais passes, ficando a gua por fora dos mesmos. o tipo de caldeira mais simples. Muito usada em locomotivas e navios, mesmo com o aparecimento de caldeiras mais modernas, este tipo ainda continua em uso.Posteriormente, com alguns aperfeioamentos, passou a chamar-se caldeira escocesa.

Segundo o esquema, notamos que a caldeira tipo flamotubular no passa de um cilindro externo que contm a gua e um cilindro interno destinado fornalha. Sua tiragem ou sada de gases normal. A carcaa construda de chapas que variam de espessura de acordo com o porte da caldeira e a sua presso pode variar entre 5 a 10 quilogramas-fora por centmetro quadrado, sendo que as maiores unidades atingem a produo de 6 tv/h, saturado e presses no superiores a 17 kgf/cm2. Maiores produes e presses determinam a utilizao de caldeiras aquotubulares.

Sucessivos estudos visando ao aperfeioamento das caldeiras revelaram que a temperatura oscilava entre 316 a 4270 (graus Celsius), que era perdida na chamin. Resolveram aproveitar esta perda, a fim de reduzir o custo do combustvel que, na poca era o carvo mineral.

O problema foi resolvido, aumentando a superfcie de aquecimento da gua colocando tubos em quantidade suficiente e forando os gases quentes a passarem pelos tubos em passes, depois, pela tiragem na chamin. Com isso, o rendimento foi aumentado, embora esse tipo de caldeiras no tivesse eficincia superior a 60%.

Podemos, ainda classificar as caldeiras flamotubulares em: HORIZONTAIS E VERTICAIS.

Fig.3.1

3.1.1CALDEIRAS HORIZONTAIS

A) Caldeira Cornulia:Consta de um cilindro colocado inteiramente no sentido horizontal, ligando a fornalha at o local de sada dos gases. Seu funcionamento simples, apresenta baixo rendimento e sua presso no ultrapassa 10 Kg/cm2 (figura 3.1).

B) Caldeira Lancaster:

Sua construo idntica Conulia, podendo apresentar de dois a quatro tubos internos.(figura 3.2)

Caldeira Cornulia e tipos de caldeiras lancaster, corte transversal

Figura 3.2

Estes tipos de caldeiras so chamados de tubo-de-fogo-direto; porque os gases percorrem os tubos da caldeira uma nica vez.

Dentro ainda das caldeiras flamotubulares horizontais de fogo direto existem as multitubulares, que contam com vrios tubos internos conforme pode ser visto na figura 3.3.

H caldeiras que apresentam Tubos-de-fogo e de retorno; os gases desprendidos durante a combusto na fornalha, circulam por tubos que os fazem retornar ao lado da fornalha e em seguida para a chamin.

Caldeira flamotubular horizontal - multitubular

Fig.3.3

C) Caldeiras Multitubulares de Fornalha Externa:

O aquecimento feito diretamente na base do cilindro e os gases retornam pelos tubos-de-fogo. A fornalha pode ser construda em alvenaria e ocupa quase a extenso do cilindro (figura 3.4).

Fig.3.4

D) Caldeiras Locomotivas ou Locomveis:

Tambm do tipo multitubular. Sua caracterstica principal a fornalha que apresenta uma dupla parede em chapa, por onde circula a gua. Quando o combustvel lenha ou carvo, possui, na parte inferior um conjunto de grelhas que servem para manter a lenha em posio de queima e dar escoamento s cinzas. Estas so captadas em uma caixa colocada logo abaixo das grelhas, chamadas de cinzeiro.

Quando se trata de locomotivas, o cinzeiro, alm de ser um dispositivo de segurana, tambm, um regulador de tiragem, tanto na locomotiva parada como em marcha. (Fig.3.5)

O largo emprego deste tipo de caldeira se deve facilidade de transferncia de um local para outro, podendo ser acionada mecanicamente onde no houver energia eltrica.

Fig.3.5

E) Caldeiras Escocesas ou Compactas:

Este tipo de caldeira teve largo emprego na Marinha, por ser construda de forma que todos os equipamentos colocados formam uma nica pea. Seu dimetro bastante reduzido, sendo de fcil transporte e pode ser operada de imediato. Os gases produzidos na fornalha circulam vrias vezes pela tubulao, sendo impulsionados por ventiladores. O combustvel usado unicamente leo ou gs, podendo seu rendimento atingir a 83%. A figura 3.6 da um exemplo de caldeira escocesas com 3 voltas de chama.

As caldeiras escocesas apresentam diversas disposies construtivas (figura 3.7) contando com traseira molhada, traseira seca, dois e trs passes, fornalha corrugada, para aumentar a superfcie de troca trmica, podendo ter queima de leo, gs ou combustvel slido.

Fig.3.6

Fluxo de gs em caldeiras tipo escocesa

Fig. 3.7

3.1.2CALDEIRAS VERTICAIS

Este tipo de caldeira tem as mesmas caractersticas da caldeira horizontal multitubular.

Os tubos so colocados verticalmente dentro do cilindro e a fornalha interna fica no corpo do cilindro. Existem tipos cuja fornalha externa.

Esta caldeira usada em locais onde o espao reduzido e no requer grande quantidade de vapor, mas alta presso.

Os gases resultantes da queima na fornalha sobem pelos tubos e aquecem a gua que se encontra por fora dos mesmos.

Fig. 3.8

Podem ser de fornalha interna (figura 3.8) ou de fornalha externa. Geralmente as fornalhas internas so envolvidas por uma cmara de gua formada pelo prolongamento do corpo cilndrico, j as caldeiras verticais de fornalha externa so aplicadas principalmente quando usado combustvel de baixo pci (bagao de cana, casca de laranja, madeira, carvo, etc.)

Atualmente a grande maioria das caldeiras flamotubulares em operao so automticas ou semi-automticas embora se encontre ainda pequenas caldeiras pirotubulares operando normalmente. Os dispositivos automticos mais comumente encontrados so os alimentadores de gua e de leo..

3.2Caldeiras Aquotubulares

Somente foi possvel a obteno de maiores produes de vapor, a presses elevadas e altas temperaturas com o aparecimento das caldeiras aquotubulares (tubos de gua). O fato dos tubules estarem situados fora dos corpos das caldeiras, a eles se unindo para constiturem um feixe tubular de gua que compe a parte principal de absoro de calor, permite a obteno de grandes superfcies de aquecimento. A figura 3.9 representa uma seo transversal de feixe aquotubular unindo dois tambores, no interior dos tubos circula a gua e por fora os gases quentes atravs do caminho formado pela alvenaria e chicanas internas.

Circulao de gua em uma caldeira aquotubular

Fig.3.9

A gua vaporizada nos tubos que constituem a parede mais interna. Recebendo calor primeiro, vaporiza e sobe at o tambor superior, dando lugar nova quantidade de gua fria que ser vaporizada e assim sucessivamente. Esse tipo de circulao de gua, provocada apenas pela diferena de peso especfico entre a gua ascendente e descendente, caracterstica das chamadas caldeiras com circulao natural.

A medida que a caldeira aquotubular aumenta sua capacidade, aumenta tambm seu tamanho, quantidade de tubos e por conseqncia as perdas de cargas no circuito hidrulico tornando a circulao por meio de bombas necessria, so as chamadas caldeiras de circulao forada.

A produo de vapor nestes tipos de caldeiras pode atingir capacidades de 600 at 750 tv/h com presses de 150 a 200 kgt/cm2, temperaturas de 450 - 500 oC existindo unidades com presses crticas (226 atm) e supercrticas (350 kgf/cm2).

A flexibilidade permitida pelo arranjo dos tubos que constituem os feixes ou parede dgua possibilitam um vasta variedade de tipos construtivos conforme veremos na classificao a seguir:

- caldeiras aquotubulares de tubos retos, podendo, os tambores estarem colocados no sentido longitudinal ou transversal.

- caldeiras aquotubulares de tubos curvos, que podem apresentar de um a mais de quatro tambores, no sentido longitudinal ou transversal.

- Caldeiras aquotubulares de circulao positiva.

3.2.1CALDEIRAS AQUOTUBULARES DE TUBOS RETOS

Essas foram as primeiras caldeiras tubo-de-gua que surgiram e tinham uma capacidade de produo de 3 a 30 toneladas-vapor/hora com presses de at 45 Kg/cm2. Os projetos foram apresentados pelas firmas Babcok & Wilcox e a Steam Muller Corp.

Consiste em um feixe de tubos retos e paralelos que se interligam com o tambor de vapor, atravs de cmaras, sendo que atravs dos espaos existentes entre os tubos circulam os gases quentes. As figuras 3.10 e 3.11 so dois exemplos deste tipo de gerador de vapor com tambor longitudinal e transversal respectivamente

Caldeira de tubos retos e tambor longitudional

Fig.3.10

Caldeira aquotubular de tubos retos e tambor transversal

Fig.3.11

A figura 3.12 apresenta uma das formas de fixao dos tubos mais usadas na fabricao de caldeiras.

Feixe de tubos expandidos nas cmaras onduladas (coletores ondulados)

Fig.3.12

3.2.2CALDEIRAS AQUOTUBULARES DE TUBOS CURVOS

A principal caracterstica deste tipo, so os tubos curvos que se unem aos tambores por solda ou madrilamento, o que representa grande economia na fabricao e facilidade na manuteno. Alm de serem bastantes prticas para limpar, possibilitam a produo de grande quantidade de vapor.

As primeiras caldeiras deste tipo foram idealizadas por Stirling. Apresentavam um nmero de tambores variados, e um grande volume de gua. Na figura 3.13 apresentamos um esquema desse tipo de caldeira, com trs tambores superiores e um inferior, existindo modelos com dois tambores inferiores.

Partindo deste modelo, foram projetadas novas caldeiras. Com o objetivo de se aproveitar melhor o calor irradiado na fornalha, reduziu-se o nmero e o dimetro dos tubos, e acresceu-se uma parede de gua em volta da fornalha o que serviu como meio de proteo ao refratrio da mesma, diminuio da caldeira, eliminao total dos refratrios de alta qualidade e vaporizao mais rpida.

Fig.3.13

A figura 3.14 representa uma caldeira com dois tambores transversais e parede de gua, enquanto a figura 3.15 mostra uma caldeira com trs tambores transversais.

Fig.3.14

Fig.3.15

Dentro da categoria de tubos curvos cabe analizar em separado, uma verso que mantm grande projeo no mercado consumidor: a caldeira aquotubular compacta de operao totalmente automatizada, conforme esquema da figura 3.16.

Corte de uma caldeira aquotubular compacta

Fig.3.16

Com produes at 100 toneladas de vapor por hora e obteno de eficincia trmica elevada (at 80%), estas unidades so oferecidas para pronto funcionamento, dispensado a montagem no campo, fazendo apenas as interligaes e instalaes eltricas-eletrnicas e hidrulicas.

Unidades no transportveis num nico pacote so fornecidas ou em blocos semi-compactos ou em componentes unitrios desmontados, de tal maneira que no local de instalao estes componentes so unidos para completar a unidade.

3.2.3CIRCULAO DA GUA EM CALDEIRAS AQUOTUBULARES.

Os aos aplicados na construo das caldeiras expostas aos gases quentes precisam ser continuamente resfriados por gua ou mistura gua-vapor para conservarem suas qualidades de resistncia, pois at a temperatura limite de 450C para os aos carbonos comuns, 590C para os aos martensticos e 650C para outras ligas martensticas, estes materiais conservam suas propriedades mecnicas. Ultrapassando estes limites as propriedades destes materiais utilizados na construo de caldeiras comeam a diminuir sua resistncia mecnica.

Assim sendo o resfriamento da superfcie metlica que submetida a tais temperaturas vital para a segurana do equipamento. Cabe, portanto, a gua este papel, seja no estado lquido, seja vapor, mediante uma circulao permanente, controlada e orientada.

Numa unidade convencional a circulao da gua se processa livremente, graas a tendncia natural provocada pela diferena de pesos especficos existentes entre a gua situada nas partes mais frias da caldeira e aquela contida nas zonas de alta temperatura dos gases. A figura 3.17 apresenta quatro diferentes esquemas, cada um esclarecendo como se processa a circulao natural da gua no interior dos tubos.

Sabe-se que a circulao natural da gua fica mais comprometida a medida que a presso se eleva. Constata-se que o vapor a presso de 35 kgf/cm2 pesa por unidade de volume 45 vezes menos que a gua; 140 kgf/cm2 7,5 vezes menos e a 210 kgf/cm2 apenas 2,5 vezes. Dai conclu-se que a circulao controlada por meios forados fundamental nas caldeiras e altssimas presses, normalmente acima de 160 kgf/cm2.

Circulao Natural de gua no interior dos tubos, diferentes concepes.

Fig.3.17

3.2.4CALDEIRAS DE CIRCULAO POSITIVA FORADA

H dois tipos de concepes que se destinguem pelo sistema de circulao, todas utilizando como meio de circulao uma bomba centrfuga de construo especial, para resistir s altas presses de operao das unidades.

No 1 tipo, toda gua introduzida na caldeira circula uma s vez, atravs do economizador, caldeira e superaquecedor, transformando-se diretamente em vapor. A bomba de alimentao injeta na caldeira exatamente a quantidade de vapor a produzir.

No 2 tipo, alm da bomba de alimentao existe outra destinada a recirculao da gua na caldeira.

As caldeiras de circulao positiva apresentam inmeras vantagens como a ausncia de limite de presso, e de capacidade, conhecendo-se exemplos com presses supercrticas. Alm disso apresentam dimenses menores, aplicam tubos de pequeno dimetro (da ordem de 25 a 28mm), ausncia de formao de depsitos internos, geram vapor instantaneamente, exibem rendimentos altos e dispensam grandes tambores. Em contrapartida exigem apurado controle da gua de alimentao e manuteno cuidadosa na bomba de circulao associado a aperfeioados e sensveis instrumentos de controle.

A primeira concepo de caldeira de circulao forada foi dada por Benson, a qual se caracteriza pela construo monotubular, atravs da qual circula a gua unidirecionalmente, desde a entrada at a sada, j no estado de vapor, conforme esquema da figura 3.18

Fig.3.18

Existe tambm a caldeira Belser ou Sulzer, que a mesma caldeira Benson acrescida de um tambor separador intermedirio entre a seo geradora de vapor e o super aquecedor conforme figura 3.19. Este coleta cerca de 4% da gua evaporada para aquecimento da gua de alimentao.

A caldeira Le Mont aproveitou a idia do tambor separador com bomba de recirculao (figura 3.20). A bomba de circulao opera com presso superior a da caldeira consumindo de 0,5 a 0,6% da energia produzida pela prpria caldeira.

Principio Sulzer

Princpio Le Mont

Fig.3.19

Fig.3.20

3.3CALDEIRAS ELTRICAS

So basicamente constitudas pelo casco ou tambor, contendo uma cuba interna e os eletrodos, um por fase. O casco um vaso de presso, cilndrico-vertical, isolado termicamente e convenientemente aterrado. A cuba isolada eltricamente por meio de porcelanas adequadas.

A alimentao de energia eltrica feita atravs de trs eletrodos-suportes, sendo um por fase, dispostos a 1200 e fixados com isoladores na parte superior do tambor. Na extremidade inferior das eletrodos suporte esto montados os eletrodos de contato, os quais ficam dentro da cuba imersos em gua.

A corrente eltrica, passando atravs da gua, no interior da cuba, provoca seu aquecimento e vaporizao.

A gua pura considerada um mau condutor de CORRENTE ELTRICA, portanto devem-se adicionar determinados sais mesma para que se possa obter uma determinada CONDUTIVIDADE.

Alguns fabricantes recomendam a adio custica ou fosfato trisdico na gua de alimentao (observe que esta deve ser calculada e colocada aps o tratamento qumico da gua de alimentao).

A quantidade se vapor gerada (Kg/h) depende diretamente dos seguintes parmetros:

- condutividade da gua;

- nvel da gua;

- distncia entre os eletrodos.

3.3.1TIPOS DE CALDEIRAS ELTRICAS

a) Tipo Eletrodo Submerso: geralmente destinado a trabalhar com presses de vapor no muito elevadas (aproximadamente 15 Kgf/cm2.). A figura 3.21 mostra um dos possveis esquemas, utilizando o sistema de eletrodos submersos a baixa tenso (220 a 440 V), existe tambm nessa modalidade a alta tenso (3800 a 13800 V).

b) Tipo Jato de gua (cascata): destinada a presses de vapor elevadas e grandes quantidades de vapor. Observe um dos possveis esquemas na figura 3.22, disponveis apenas para alta tenso (3,8 a 13,8 kV).

c) Tipo Resistncia: destinada, geralmente, a pequenas produes de vapor. Na maioria das vezes so do tipo horizontal, utilizando resistncias de imerso.

PRINCIPAIS CARACTERSTICAS DAS CALDEIRAS ELTRICAS

- no necessita de rea para estocagem de combustvel;

- ausncia total de poluio (no h emisso de gases);

- baixo nvel de rudo;

- modulao da produo de vapor de forma rpida e precisa;

- alto rendimento trmico (aproximadamente 98,0%);

- melhora do Fator de Potncia e Fator de Carga;

- rea reduzida para instalao da caldeira;

- necessidade de aterramento da caldeira de forma rigorosa;

- tratamento de gua rigoroso.

Caldeira eltrica tipo eletrodo submerso (baixa tenso)

Fig.3.21

1 - Corpo da Caldeira

2 - Eletrodo

3 - Cmara de Vapor

4 - Bomba de Circulao

5 - Bomba de Alimentao de gua

6 - Eliminador de gua

7 - Vlvula de Segurana

Caldeira Eltrica tipo eletrodo jateado

Fig.3.22

Legenda:

1- Vlvula de Descarga de Fundo

8 - Eletrodo

2 - Bomba de Circulao

9 - Cilindro com Injetores

3 - Vlvula Controle de Vazo

10- Injetores

4 -Vlvula de Segurana

11- Contra eletrodos

5 - Haste do Condutor

12- Aquecedor de Partida

6 - Isoladores

13- Entrada de gua de Alimentao

7 - Vlvula de Sada de vapor

4.FORNALHAS

Fornalha a denominao genrica que se d para o local onde se queima o combustvel e donde partem os produtos desta combusto. formada por duas partes distintas:

1-O aparelho de combusto

2-A cmara de combusto

O aparelho de combusto compreende um conjunto de componentes que oferecem as condies necessrias para a queima de combustvel. Exemplos de aparelhos de combusto so as grelhas rotativas, as grelhas basculante, o queimador a leo, a gs, etc.

A cmara de combusto representada por um volume adequadamente dimensionado onde se desenvolve a chama e se completa a combusto, alm de propiciar a proteo e os suportes necessrios para o aparelho de combusto.

A fornalha deve evaporar toda a umidade do combustvel e destilar suas substncias volteis, elevar a temperatura do combustvel at a combusto espontnea proporcionando uma combusto completa, criar turbulncia para misturar o ar e o combustvel e finalmente impedir a troca de calor entre os gases quentes produzidos e o ambiente.

No interior da fornalha as paredes devem ser revestidas com uma camada de tijolos refratrios responsveis por reter o calor no interior da fornalha, por isso devem ter refratariedade e alto ponto de fuso, resistncia ao choque trmico e dilatao quase nula.

A fixao desses tijolos feita com argamassa refratria. Os principais componentes dos materiais refratrios so o xido de slica, xido de magnsio, grafite e silcio. Recomenda-se, quando da utilizao de tijolos refratrios novos, que se aplique pouco calor nos primeiros momentos e se v aumentando gradativamente, at atingirem suas caractersticas de operao.

4.1CLASSIFICAO DAS FORNALHAS

Vrias so as maneiras de se classificar este componente importante dos geradores de vapor, sendo assim optou-se pela classificao que engloba todas as fornalhas em apenas duas categorias:

1-Fornalhas que queimam sobre suporte

2-Fornalhas de queima em suspenso

A primeira categoria engloba todas as fornalhas que queimam combustveis slidos granel, grosseiramente divididos, picados e britados.

A segunda se preocupa com a queima de combustveis lquidos, gasosos ou slidos finamente pulverizados que podem ser queimados em suspenso.

4.2Fornalhas sob SuporteAs fornalhas sob suporte congregam uma srie de concepes construtivas especificamente projetadas para a obteno das melhores condies necessrias aos variados combustveis disponveis para a queima.

Segundo a quantidade de combustvel manipulado, seu grau de diviso e mecanizao da alimentao, as fornalhas sobre suporte so subdividas em dois grupos:

fornalhas de suporte esttico

fornalhas de suporte movimentado

4.2.1Fornalha de Suporte EstticoNeste grupo inclumos todas as fornalhas onde o combustvel introduzido, permanece praticamente em repouso sob o suporte at sua completa extino. Se enquadram nesse grupo, as seguintes fornalhas:

Fornalha de Grelhas PlanasSo adequadas para a queima de lenha em toras de um metro. A figura 4.1 mostra a instalao de uma grelha plana em caldeira flamotubular.

O suporte todo costuma possuir ligeira inclinao para a parte posterior de 10 a 15 graus para facilitar o manuseio do combustvel durante os perodos de movimentao das toras a que so submetidos.

A aplicao deste tipo de grelha limitado caldeiras com capacidade de gerar at 15 tv/h. A partir desta capacidade o suprimento manual do combustvel se complica o ponto de inviabiliz-lo. Projetos maiores, jamais deveriam adotar este sistema de queima sob pena de contribuir para o desperdcio de reversas florestais comprometidas com outros programas mais coerentes com a economia da Nao.

Grelha Plana : a- caixa de fogo; b- suporte da grelha; c- barras de grelha; d- ponte de fornalha

Figura 4.1

Fornalha de Grelha em EscadaComo o nome sugere, esta grelha construda por placas de FOFO, formando degraus, apoiados em travesses inclinados. O combustvel arrastado ou projetado no incio do plano inclinado, desce at formar um monte equilibrado, preenchendo todo o suporte. A figura 4.2 apresenta quatro exemplos de grelha tipo escada. Em seguida na figura 4.3, apresenta-se algumas disposies construtivas dos travesses inclinados que servem de apoio s placas que compem os degraus.

Estas grelhas, quando alimentadas mecanicamente se prestam para caldeiras de at 20 tv/h. Acima deste valor, h outros processos mais adequados e de mais fcil manuteno.

Quatro exemplos de grelhas em escada

Fig. 4.2

Componentes da grelha de escada

Fig. 4.3

Grelha Resfriada Inclinada uma variante da grelha anterior e consta de um plano inclinado constitudo pelos prprios tubos de circulao de gua da caldeira. Esses tubos, afastados um do outro, cerca de 60 a 120 mm so soldados em dois coletores, um alimenta o feixe inclinado e o outro que recebe a gua em circulao conectado com o resto da caldeira (figura 4.4).

Aplicam-se em unidades geradoras de at 100 tv/h para a queima de qualquer biomassa, mesmo aquelas contendo teores de umidade superiores a 50%. Se prestam pois, para queimar cavacos de lenhas, resduos florestais, resduos industriais, cascas de cereais e outras bio-massas.

Gerador de Vapor com Grelhas Inclinadas

Fig. 4.4

Fornalhas CelularesExtremamente simples, versteis e satisfatria quanto a performance, so verdadeiras cmaras de alvenaria refratria, sobre cujo piso, o combustvel despejado, formando um monte que recebe ar insuflado em todos os planos, proporcionando a secagem parcial e queima. So utilizados para queima de diferentes bio-combustveis, como: cavacos, casca de madeira, serragem, cascas de cereais e de lenha, porm a aplicao mais generalizada tem sido na queima de bagao de cana. A figura 4.5 mostra como opera uma fornalha deste tipo, identificando os tubeiros sopradores de ar, geralmente introduzidos com uma velocidade entre 8 a 15 m/s.

Fornalha celular

Fig. 4.5

Fornalhas com Grelhas BasculantesA figura 4.6 apresenta um projeto de caldeira com grelhas basculantes para queima de casca de arroz. As fornalhas desta categoria se aplicam para caldeiras de at 150 tv/h

Como se observa no desenho, a grelha formada por piso plano constitudo por placas perfuradas, observe que o ar ingressa por baixo do piso basculante. As placas se apoiam em travesses lisos que giram em torno de mancais laterais mediante a ao de um pisto pneumtico, que tambm pode ser visto pela figura 4.7. A cada ao do pisto corresponde um basculante, durante o qual as cinzas caem no cinzeiro. Esta concepo construtiva possui alimentao de combustvel sempre por projeo. H dois tipos de distribuidores, um denominado aspegidor pneumtico e outro mecnico (figura 4.7).

Caldeira Aquotubular com Grelha Basculante

Fig.4.6

Aspegidor de Combustvel Slido Tipo Mecnico

Fig. 4.7

4.2.2Fornalha de Suporte MovimentadoGrande nmero de concepes construtivas se enquadram nesta segunda sub-diviso de fornalhas de suporte. As principais caractersticas que se distinguem das anteriores, reside no seguinte:

- alimentao contnua e mecanizada do combustvel

- suportes constitudos por componentes que percorrem toda extenso do plano inferior da fornalha com movimento contnuo assegurado por acionamento mecnico.

De acordo com o mecanismo aplicado para provocar o deslocamento do combustvel, distingui-se os seguintes tipos:

- grelha caminhante por arraste;

- grelha com alimentao por baixo;

- grelha oscilante;

- grelha com esteira contnua.

Grelha Caminhante por ArrasteTrata-se de uma grelha inclinada constituda de elementos articulados que promovem um movimento alternativo das placas de suporte. H placas mveis e fixas, todas apoiadas por estruturas de ferro fundido. As placas mveis, mediante ao de um mecanismo correm guiadas sobre as fibras, deslocando o leito do combustvel no sentido do plano inclinado no movimento de vai e vem. O movimento lento, de forma a provocar um deslocamento com velocidade de queima necessria caldeira, esta grelha tambm conhecida pelo nome de grelha vai e vem.

A figura 4.8 ilustra este tipo de grelha com inclinao aproximada de 20o em que a rosca sem fim (a) fora o carvo sobre as barras de suporte (b) apoiadas nas vigas de acionamento (c) movimentadas por uma engrenagem regulvel (d) que lhe confere o movimento de vai e vem. O cilindro (e) responsvel por projetar a escria mais leve ao reservatrio de escria (i) que recebe tambm detritos da grelha pela sada (k). O ventilador (f) introduz o ar de combusto que penetra na grelha pelas cmaras de corrente de ar inferior (g); regulado por dampers atravs do controle da corrente de ar inferior (h). Bocais de ar (l), localizados acima da grelha, auxiliam na queima do p de carvo em suspenso e do coque voltil.

Fig. 4.8

Grelha de Alimentao por BaixoO combustvel admitido por meio de uma rosca (a), acionada por motor eltrico (h) com transmisso por engrenagens (g), que continuamente projeta o combustvel na parte inferior da grelha. A grelha (c) propriamente dita inclinada e transversalmente apresenta dupla inclinao de ambos os lados do, canal central (b), de forma que o combustvel caminhe do centro para os lados, onde totalmente queimado sobre a grelha de combusto (d), conforme representao na figura 4.9 (seo A-B).

O carvo, a medida que forado a subir para as partes superiores do leito, vai se aquecendo eliminando os volteis e incandescendo-se. Atingindo o topo do leito, o carvo rola sobre si mesmo lateralmente at sua extino total na grelha de combusto. As laterais recebem as cinzas que so basculadas por meio de alavancas (e), caindo em seguida nos cinzeiros. A escria direcionada para a sada f da figura 4.9.

Fig. 4.9

Grelha OscilanteSo grelhas que provocam o caminhamento do combustvel sob o suporte, graas a impulsos produzidos por mecanismo oscilante (figura 4.10).

Grelha com Movimento Oscilatrio

Fig. 4.10

O suporte constitudo por placas perfuradas, uma ao lado da outra, formando um piso ligeiramente inclinado para o fundo. Estas placas so fixadas em barras, as quais, por sua vez, se renem a lminas flexveis.

Estas lminas flexveis, no lado oposto s barras, so rigidamente fixadas a uma estrutura solidamente chumbada no concreto da fundao. A grelha adaptvel para a queima de qualquer combustvel de biomassa e do carvo com mdio e baixo teor de cinzas. Carvo com alto poder calorfico, fundem as placas e inutilizam a fornalha, fato este que tem limitado sua aplicao.

Modelo mais avanado a grelha oscilante resfriada que queima carvo com alto poder calorfico pois contm, junto ao piso da grelha tubos resfriados pela prpria gua da caldeira alm de apresentar na sua parte inferior compartimentos por onde passa o ar de combusto.

Grelha com Esteira ContnuaTambm conhecidas como grelha rotativa, lembra um transportador, onde os leos das correntes recebem as placas perfuradas que formam o piso do leito. Foram concebidos com a finalidade de desempenhar automaticamente boas condies de carregamento, distribuio do combustvel e extrao de cinzas (figura 4.11).

Fig. 4.11

Entre todas a de montagem mais complexa porque envolve uma mecanizao mais elaborada, so utilizadas para aplicao em caldeiras de produo superiores a 39 t/h at 150 t/h.

4.3Fornalha de Queima em SuspensoSo as fornalhas usadas quando se queima leos , gases ou combustveis slidos pulverizados, utilizando para tal, equipamento especial chamado maarico ou combustor, responsvel pela disperso do combustvel na fornalha de forma homognea. Cada classe de fornalha emprega queimadores especiais para proporcionar as condies de queima adequada. Conforme o tipo de combustvel empregado, podemos ter:

- queimadores de combustveis lquidos;

- queimadores de combustveis gasosos;

- queimadores de combustveis slidos pulverizados.

4.3.1Queimadores de Combustveis LquidosOs combustveis lquidos so queimados nas cmaras de combusto, sempre em suspenso, na forma pulverizada por meio de vrios processos.

a) Pulverizao a ar - O leo escoa por gravidade ou por impulso de uma bomba de baixa presso, o ar insuflado por ventilador, sendo o veculo responsvel pela pulverizao do leo em gotculas (figura 4.12)

Maarico a leo Com Pulverizao a Ar

Fig. 4.12

Conforme a presso do ar, os queimadores so denominados de baixa presso (at 500 mmca) ou de mdia presso (da ordem de 100 mmca). So indicados para unidades de pequeno porte, queimando uma quantidade mxima de 50 kg leo/h. O ar de pulverizao, denominado ar primrio, representa 20% do ar total necessrio combusto. Opera com 30 a 40% de excesso de ar e apresentam uma pulverizao no uniforme, dificultando a regulagem da queima. Uma concepo mais moderna deste tipo, procura dar uma rotao aos dois fluxos, o que tem permitido uma melhora na sua performance (figura 4.13).

Queimador de Ar Comprimido com Rotao do Fluido Auxiliar Primrio

Fig. 4.13

b) Pulverizao a vapor - Substituem o ar pelo vapor produzido na prpria caldeira, promovendo uma pulverizao mais fina e fortemente acentuada pelo aquecimento. Tem o inconveniente de parte do calor produzido na combusto ser consumido pelo vapor, quando este for saturado (figura 4.14).

Maarico a leo com Atomizao a Vapor

Fig. 4.14

Queimador de Copo Rotativo

Fig. 4.15

Uma verso melhorada do princpio acima exposto o queimador de copo rotativo, largamente aplicado nos geradores de vapor limitados capacidade de queima de 500 kg leo/h, embora alguns tipos especiais com alta rotao (10000 rpm) chegam a capacidade de 3000 kg leo/h. O funcionamento baseia-se na formao de um filme de leo no interior de um copo tronco cnico girando a alta rotao (3600 rpm), que projeta o combustvel na forma de um anel cnico de encontro a um fluxo de ar rotativo de alta presso. A coliso de ambos fluidos provocam simultaneamente a pulverizao e a mistura do combustvel com o comburente (figura 4.15).

c) Pulverizao mecnica: Caracterizados pela ausncia completa de peas rotativas, garantindo a pulverizao do leo por escoamento estrangulado em alta velocidade atravs de orifcios de pequenas dimenses (figura 4.16). A energia necessria para o lquido atravessar o orifcio em alta velocidade mantida por uma bomba de engrenagens.

Fig.4.16

4.3.2QUEIMADORES DE COMBUSTVEIS GASOSOS

Graas ao estado gasosos, o gs o combustvel mais simples de ser queimado pois a mistura com o comburente se processa de forma muito mais fcil do que com qualquer outro combustvel, podendo ter sua velocidade de ignio consideravelmente aumentada mediante pr aquecimento do suprimento do comburente. Basicamente distinguem-se dois tipos:

queimadores de mistura

queimadores de difuso.

Os primeiros promovem a mistura do ar com o gs antes de injet-los na cmara de combusto (figura 4.17), j os queimadores de difuso tem por princpio injetar ambos os fluidos separadamente, proporcionando a mistura de ambos no interior da cmara de combusto, tendo concepes que insuflam cada fluido em correntes paralelas (figura 4.18.a), cruzadas (figura 4.18.b) ou ainda turbulentas (figura 4.18.c).

Queimador de Mistura, Esquemtico

Fig.4.17

(a) (b) (c)

Esquema dos tres tipos de Queimadores de difuso: a) em correntes paralelas, b) cruzadas e c) turbulentas.

Fig.4.18

Existem tambm queimadores de difuso para queimar a combinao de gs e leo at carvo pulverizado, encontrados nas grandes unidades geradoras de vapor.

4.3.3QUEIMADORES DE COMBUSTVEIS SLIDOS PULVERIZADOS

A utilizao dos combustveis slidos apresentam como exemplo mais importante o carvo mineral utilizado nas grandes unidades geradoras de vapor das centrais Termo Eltricas. H contudo, outras matrias orgnicas pulverizadas e resduos de processos industriais que servem a queima, como o caso do bagao de cana, o bagacilho, a borra de caf, a serragem e resduos florestais macerados, que so reduzidos a tamanhos de alguns milmetros e queimados em suspenso, quando insuflados na cmara de combusto.

A figura 4.19 mostra, de forma esquemtica um queimador a carvo pulverizado tipo ciclone que associa a injeo pneumtica com a formao de forte movimento vorticoso no interior da cmara de combusto, existindo concepes mais modernas que distribui os queimadores (geralmente em nmero de quatro) tangencialmente cmara de combusto.

O processo possibilita a queima de combustveis slidos finos de carvo com alto teor de cinzas, aproveita os finos resultantes da preparao do prprio carvo e admite a queima de grandes quantidades, assegurando sua aplicao nas grandes caldeiras, possibilitando uma larga faixa de controle de combusto.

Fig.4.19

Em contrapartida apresenta algumas desvantagens, a principal representada pela maior facilidade das partculas escaparem para o meio ambiente, acompanhada da complexidade da aparelhagem de preparao do combustvel, do consumo de energia para acionamento das mquinas e do calor dispendido na secagem do carvo.

A reduo parcial do tamanho das pedras de carvo para 10 a 20mm de dimetro se processa com britadores de martelo. Aps a britagem segue-se a secagem do carvo pelos mais variados aparelhos cilindrcos rotativos. Para a pulverizao definitiva usam-se moinhos de rolos, de bolas ou cnicos e o transporte do p de carvo efetua-se normalmente por via pneumtica geralmente a alta presso.

5.ACESSRIOS E DISPOSITIVOS DE CALDEIRAS

5.1APARELHOS DE ALIMENTAO DE GUA

A cada quilograma de vapor extrado da caldeira, deve corresponder equivalente quantidade de gua injetada. No se verificando a reposio, o nvel de gua, no interior da caldeira, comea a baixar. Enquanto, as superfcies metlicas, expostas ao contato dos gases quentes, estiverem banhados pela gua, nenhum dano ocorre ao equipamento.

No momento porm, que o nvel ultrapassar o limite mnimo ao estabelecido, compromete-se a segurana da unidade. Criam-se condies de ruptura das paredes metlicas ou mesmo de exploses devido o superaquecimento da placa metlica.Por essa razo, cabe ao operador, embora auxiliado pela automao do processo de alimentao, vigiar permanentemente o nvel exibido pelo visor transparente existente na caldeira.

A introduo da gua, nos Geradores de Vapor, se faz com os aparelhos de Alimentao.

Sob o ponto de vista termodinmico, o aparelho de alimentao, realiza um trabalho representado pelo deslocamento de uma massa de gua associada a uma presso capaz de vencer as resistncias oferecidas pelo circuito.A figura 5.1, apresenta um esquema tpico de instalao de alimentao de gua, com bomba centrfuga, controlada automaticamente por uma vlvula.

Esquema de uma Linha de Alimentao de gua de Caldeira

Fig 5.1

5.1.1INJETORES

So equipamentos para alimentao de gua usados em pequenas caldeiras de comando manual e tambm foram muito empregados em locomotivas a vapor. Seu princpio, simples, baseia-se no uso do prprio vapor de caldeira ou de ar comprimido que injetado dentro do aparelho, onde existem os cnicos divergentes e as vlvulas de reteno, de controle, e de sobrecarga, conforme figura 5.2.

Quando o ar ou vapor passa pelos cnicos divergentes, forma vcuo, faz com que a vlvula de admisso seja aberta e arrasta por suco a gua do reservatrio para dentro da caldeira. Se a gua entra em excesso, sai atravs de uma vlvula de sobrecarga.

Injetor de gua

Fig.5.2

5.1.2BOMBAS ALTERNATIVA

Tambm conhecidas como bombas de pistes, de ao direta ou de deslocamento positivo, podem ser acionadas por motores eltricos ou a vapor.

A bomba acionada eletricamente tem sido aplicada em pequenas caldeiras que operam em presses elevadas, pois as bombas centrfugas para altas presses dificilmente atingem pequenas capacidades.

Sua constituio esquemtica, representada na figura 5.3, conta com uma cmara, duas vlvulas de reteno e um mbolo.

Bomba Alternativa ou de mbolo

Fig.5.3

As bombas acionadas a vapor mais difundidas so as denominadas Bombas duplex a vapor ou tambm conhecidas por Burrinhos, disponveis no mercado para atender geradores com produes de vapor at 50 t/hora e presses at 21 kgf/cn2. Nestas o vapor aciona o par de pistes de maior dimetro movimentando assim os pistes menores de injeo de gua.

Estes tipos de bombas, devido a presena de lubrificao contnua dos cilindros, apresentam o inconveniente de arrastarem leo para o interior da caldeira, por isso, geralmente, cumprem o papel de bomba de reserva.

5.1.3BOMBAS CENTRFUGAS

So bombas que tm dado os melhores resultados, pela simplicidade de seus componentes, facilidade de manuteno, pela grande vazo que nos oferece, atingindo at 500.000 litros de gua por hora, e por operar em regime contnuo, ao contrrio das bombas alternativas onde a alimentao se processa em golpes contnuos.

Seu funcionamento consiste em um disco com um jogo de palhetas que giram em alta velocidade e fazem a suco da gua. Cada disco forma um estgio, cuja quantidade pode variar de acordo com a capacidade da bomba. Nas caldeiras de baixa presso empregam-se bombas com apenas um estgio e nas de alta presso so usados multiestgios.

As bombas centrfugas so passveis de serem acionadas por motores eltricos ou por turbinas a vapor, estas ltimas aplicveis apenas em geradores de maiores capacidades e presses. Podem, ainda, ter carcaa cilndrica e bipartida.

5.1.4CONTROLE AUTOMTICO DE GUA DE ALIMENTAO

Os aparelhos de controle automtico de alimentao dividem-se em dois grupos, identificados pelo critrio de funcionamento (liga-desliga) ou modulante.

5.1.4.1APARELHO DE CONTROLE DE ALIMENTAO DE GUA LIGA-DESLIGA.

H dois aparelhos bsicos que respondem por esta caracterstica; um denominado Regulador de Nvel com Eletrodo e o outro Regulador de Nvel com Bia.

Regulador De Nvel Com EletrodosEste sistema consiste em aproveitar a condutividade eltrica da gua, atravs de trs eletrodos que podem ser de ao inoxidvel e tamanhos diferentes, correspondendo, cada tamanho, a um nvel de gua: o central, o mximo e o mnimo. Este dispositivo montado na parte superior do tambor de vapor, e os eletrodos esto ligados a um rel de nvel de gua que, atravs de seus contatos, comandar a bomba de alimentao de gua.

A bomba entrar em funcionamento quando a gua atingir a ponta de eletrodo central e dever parar quando a gua atingir o eletrodo de nvel mximo ( o menor eletrodo). Se o nvel da gua atingir a ponta do eletrodo maior o rel desligar o queimador ou em alguns sistemas poder fazer funcionar um alarme que dar ao operador a indicao do defeito (figura 5.4).

Regulador De Nvel Com BiaPodero ser construdos de vrias formas mas os principais constam de uma garrafa que ligada ao tambor de vapor e uma bia que flutua no seu interior. Qualquer flutuao do nvel interno transmitidos a esta bia, presa na parte superior por uma haste (3), conforme fig. 5.5.

A haste movimenta-se dentro do recipiente (5), e ao passar pelo campo magntico (2) produzido pelo im permanente (1) faz movimentar a clula de mercrio (4) pelo pino pivotado (A). A bomba assim fica dependendo do sistema liga-desliga, das chaves de mercrio, alimentando ou no a caldeira.

Indicador De Nvel Com Eletrodo, onde: E = Eletrodo; VVN -1 e 2 = Vlvula do visor de nvel superior e inferior; VDN = Vlvula do dreno de nvel; VDRN = Vlvula de dreno reguladora de nvel; CN = Coluna de nvel e TP-1 e 2= Torneiras de prova 1 e 2.

Fig.5.4

Demonstrao Esquemtica de um Regulador de Nvel com Bia usando Chaves de Mercrio

Fig.5.5

5.1.4.2APARELHOS DE CONTROLE DE ALIMENTAO DE GUA MODULANTE

Elemento Termosttico Para Controle De NvelTem a finalidade de controlar o fluxo da gua na caldeira. Seu funcionamento baseia-se no principio da dilatao dos corpos pelo calor (figura 5.6).

Sua construo bastante simples. formado por dois tubos concntricos, sendo que o tubo externo o tubo de expanso e o interno serve para fazer a ligao com o tambor de vapor pela sua parte superior, onde recebe uma quantidade de vapor. Faz tambm a ligao com o tambor de vapor em um ponto correspondente ao nvel mnimo, recebendo, portanto, pela parte de baixo, gua do tambor de vapor.

O tubo termosttico abrange quase toda a extenso da fornalha, sendo que em uma das extremidades rigidamente ligado a serpentina de aquecimento e a outra extremidade permanece livre, a fim de poder dilatar-se e mover a vlvula de admisso da gua.

Quando a caldeira est com uma queima total, a extremidade livre do tubo termosttico mantm a vlvula de admisso em posio que passe, apenas, a gua para repor a quantidade que est sendo evaporada.

Se houver uma baixa no nvel de gua, aumentar a temperatura do elemento termosttico, devido ao aumento da quantidade do vapor dentro do tubo. Com isso, o tubo se dilata movimentando o conjunto de comando da vlvula de admisso da gua, fazendo com que a mesma se abra dando passagem gua de alimentao.

medida que a gua vai entrando no tambor, a quantidade de vapor dentro do tubo termosttico tambm vai diminuindo, dando lugar gua que bem mais fria que o vapor, fazendo, desta forma, com que o tubo, que se havia expandido pelo calor, agora se contraia em virtude da mudana de temperatura: medida que a temperatura diminui no interior do tubo, este se contrai, fazendo com que o conjunto de comando faa a reduo da entrada de gua at que o nvel seja equilibrado.

O nvel normal de gua na caldeira poder ser elevado ou baixado vontade, dentro de limites razoveis. Uma porca de regulagem, localizada na extremidade do tubo, pode ser girada para proporcionar o nvel desejado mesmo com a caldeira em funcionamento.

Um amortecedor protege o regulador contra esforos bruscos quando a vlvula est fechada e o tubo de expanso est contrado

Controle De Nvel Proporcional A Um Elemento De Ao Mecnica Por Efeito Termosttico

Fig.5.6

Elemento Termohidrulico Para Controle De Nvel

Uma outra concepo, conforme figura 5.7, denomina-se controle de nvel termohidrulico, que opera agora graas dilatao e contrao da gua contida numa cmara cilndrica anelar fechada.

Controle de Nvel Proporcional a um Elemento com Princpio de Atuador Termo-Hidrulico

Fig.5.7

O sistema compreende um duplo cilindro concntrico, instalado com uma inclinao pr definida em relao ao nvel interno da caldeira. O primeiro, aletado em toda extenso, forma uma camisa fechada, enquanto o interno une-se ao tambor de forma a receber as oscilaes do nvel de gua.

O tubo externo, por sua vez, liga-se pela parte inferior ao diafragma de uma vlvula de controle. Pela conexo superior desta camisa introduz-se gua limpa at o fluido transbordar.

A caldeira entrando em operao, apenas uma parcela desta cmara entra em contato com o vapor o qual promove o aquecimento e conseqente dilatao da parte correspondente de gua. O aumento de volume reflete sobre o diafragma da vlvula de controle, portanto sobre o orifcio de passagem de gua de alimentao.

medida que o nvel oscila, a gua contida na cmara recebe contato com maior ou menor superfcie de aquecimento, respondendo com variaes nas dilataes e contraes do fluido de maneira a transmitir vlvula de controle, posies diferentes de ingresso ou interrupo da passagem da gua.

Controle de Nvel Pneumtico

A figura 5.8 exibe uma verso mais moderna de controle de nvel em caldeiras, introduzindo o ar comprimido como fluido auxiliar.

Fig.5.8

5.2ALIMENTAO DE COMBUSTVEL

No caso de combustvel lquido o fornecimento no deve ser feito diretamente do tanque principal para o consumo e sim passar por um reservatrio intermedirio, evitando-se problemas de flutuao de carga e baixa temperatura do combustvel no bombeamento. Esse reservatrio deve ser instalado no circuito mais prximo da bomba de leo tendo antes um filtro da bomba, uma vlvula de gaveta e a linha de retorno do excedente ao depsito, sendo sua principal finalidade o aquecimento de leo (figura 5.9).

Devido quantidade do Fuel oil fornecido com alto teor de parafina o sistema de aquecimento deve ser misto (eletricidade e vapor), a fim de elevar e manter a temperatura do leo acima do ponto de fluidez (ponto de baixa viscosidade).

Caso o leo combustvel seja muito viscoso, ele deve ser recirculado no sistema de preaquecimento at atingir a temperatura ideal, antes de ser admitido na caldeira para no entupir o pulverizador, em razo da viscosidade imprpria.

No incio de funcionamento, quando o leo no est ainda a uma temperatura tima de pulverizao, deve-se usar querosene.

Bomba de leo combustvel

Fig.5.9

No caso dos combustvel slidos a alimentao pode ser manual ou mecanizada No caso de alimentao manual de combustvel slido deve ser armazenada na casa da caldeira uma quantidade suficiente para at duas horas, evitando-se o acmulo de combustvel que retira a liberdade de ampla circulao que o operador deve ter..

5.2.1CONTROLE AUTOMTICO DE COMBUSTO

Trs so as grandezas relacionadas com o problema de malha aberta que responde pela regulagem automtica da combusto:

o consumo de combustvel

o consumo de ar para a combusto

a extrao dos gases formados

O controle destas trs grandezas visam:

manter o suprimento de calor da fonte supridora, de acordo com a demanda do processo.

assegurar um mnimo de consumo de combustvel para atingir as condies propostas, ou seja, alcanar a mxima eficincia;

manter as condies de operao da fornalha dentro de parmetros satisfatrios.

No fundo os objetivo so os mesmos. A quantidade de combustvel se ajusta com a presso da caldeira, de modo que uma queda na presso significa falta de combustvel, e excesso, significa combustvel a mais. Portanto a regulagem da presso de forma a mant-la dentro dos limites fixados na operao, implica necessariamente na modificao do suprimente de combustvel.

A interveno nesta fonte de calor determina a modificao do volume de ar necessrio sua queima, dentro dos parmetros compatveis com uma combusto perfeita. Esta variao provocada na formao de volumes de gases de combusto, deve ser vigiada por uma ao paralela, que garanta a sua (gases) extrao completa de forma a assegurar uma presso definida na cmara de combusto da caldeira.

5.3ALIMENTAO DE ENERGIA ELTRICA

feita atravs do quadro de comando que o componente da caldeira onde esto os dispositivos eltricos que permitem a operao da caldeira. Para o caso das caldeiras com alimentao a combustvel lquido eles so mais complexos pois comandam o acendimento automtico e o controle da chama, alm de outros comandos como o de nvel de gua que controla as bombas de alimentao e os rels de alta presso.

No caso de caldeiras de alimentao por combustvel slido (lenha) os quadros de comando so mais simples pois basicamente possuem apenas o comando de nvel automtico que controla o funcionamento das bombas de alimentao de gua e o aumento de presso.

Os comandos so colocados em um armrio que os abrigam da poeira e umidade, tais comandos so basicamente:

seleo do comando manual ou automtico;

chave de ligar e desligar a bomba dgua;

chave de liga e desliga o ventilador de exausto;

alarme sonoro de advertncia;

lmpada piloto;

chaves magnticas de ligao do nvel automtico.

5.4VISOR DE NVEL

Consiste em um tubo de vidro colocado no tambor de vapor (figura 5.10) e que tem a finalidade de dar ao operador a noo exata da altura onde se encontra a gua da caldeira. Na maioria das caldeiras o nvel de gua exatamente no centro do tubo de vidro, o que corresponde ao centro do tambor de vapor. Existem, porm, caldeiras que no seguem esta regra cabendo ao operador certificar-se do quanto corresponde a marca de nvel dos indicadores.

Visor de nvel

Fig.5.10

Manter o nvel de gua da caldeira um importante papel do operador que ter que dispensar-lhe uma especial ateno.

Antes de se iniciar a operao da caldeira, deve ser feita uma drenagem no nvel, a fim de que se eliminem algumas impurezas que por ventura tenha-se localizado no nvel ou nas conexes do mesmo. Nas caldeiras manuais, o nvel importantssimo porque dar ao operador uma noo exata de quanto a gua dever ser introduzida na caldeira.

5.5MANMETROS

Aparelho com o qual se mede a presso de gases, de vapores e de outros fludos. muito utilizado na indstria, entre outros fins, para verificar a presso de caldeiras e de vasos sob presso.

O conhecimento desta presso obrigatrio, no s sob o ponto de vista de segurana, como tambm, para a operao econmica e segura da caldeira.

A figura 5.11 mostra as partes Internas, de forma esquemtica, de um manmetro de Bourdon padro cujo funcionamento baseia-se na tendncia de flexo, que experimenta um tubo de bronze curvado, de seo elptica, quando aplicada, em seu interior, uma presso superior atmosfera. Geralmente o tubo se curva em arco de circunferncia. Ao atuar a presso no interior do tubo, sua extremidade livre descreve um pequeno movimento, que ampliado mediante um sistema de alavancas que atuam sobre o setor dentado, fazendo girar a agulha indicadora.

Existem vrios tipos de manmetros: manmetro tubular, manmetro com lquido amortecedor (glicerina ou silicone), manmetro diferencial, e outros tipos que so abordados em instrumentao e controle no constitundo objetivo principal do presente curso.

A escala de uma manmetro pode ser graduada em quilograma, fora por centmetro quadrado (Kgf/cm2), em atmosferas (atm), em libras-fora por polegada quadrada (lbf/pol2 ou psi), ou em qualquer outra unidade de presso. A tabela abaixo d a correspondncia entre estas unidades.

atmKgf/cm2psi

11,03314,22

0,96114,7

0,0650,0681

Partes internas de um manmetro de Bourdon

Fig.5.11

A indicao em psi usual no sistema ingls e no Brasil utiliza-se mais correntemente indicaes em kgf/cm2.

Os manmetros, de um modo geral, indicam a presso relativa (tambm denominada presso manomtrica) e no a presso absoluta. Isso quer dizer que, para se obter a presso dita absoluta, tem-se que somar presso indicada no manmetro, a presso atmosfrica local (presso absoluta = presso manomtrica + presso atmosfrica).

Cada caldeira tem uma capacidade de presso determinada. Sendo assim, os manmetros utilizados em cada caldeira devem ter a escala apropriada. A presso mxima de funcionamento da caldeira dever estar sempre marcada sobre a escala do manmetro, com um trao feito a tinta vermelha, para servir de alerta ao operador no controle da presso.

5.6DISPOSITIVOS DE SEGURANA

5.6.1VLVULAS DE SEGURANA

Sua funo de promover o escape de excesso do vapor, caso a presso mxima do trabalho permitida da caldeira venha a ser ultrapassada, e os outros dispositivos de segurana venha a falhar.

Quando uma caldeira possui duas vlvulas de segurana, uma delas dever abrir com 5% acima da presso mxima de trabalho permitida e a outra com 10% acima da presso mxima permitida.

Para garantir um perfeito funcionamento da vlvula de segurana, deve-se observar o seguinte:

Todas as vlvulas de segurana devero ser experimentadas uma vez ao dia, acionando-se a alavanca de teste manual.

Promover a inspeo das sedes das vlvulas pelo menos uma vez por ano.

Fazer periodicamente um teste de funcionamento da vlvula. Isto se faz colocando uma manmetro aferido na caldeira e, em seguida, fechando todas as sadas de vapor at que a vlvula comece a funcionar. Para a aferio da vlvula devem ser observadas as porcentagens acima indicadas, e tambm deve-se observar que durante o teste a presso mxima da caldeira no deve ultrapassar 10% da presso mxima permitida.

As vlvulas de contrapeso so as mais simples, porm no atendem os requisitos atrs anunciados. Sua vedao nem sempre impede vazamentos contnuos.

As vlvulas de mola predominam nos dias de hoje. H dois tipos de vlvulas de mola:

de baixo curso;

de alto curso.

No primeiro tipo, a presso do vapor atuando sobre a rea do disco de vedao, abre totalmente a vlvula.

No segundo tipo, a ao de presso abre parcialmente a vlvula. O vapor escapando, projeta-se sobre um disco provido de anel de regulagem que provoca a mudana de direo do fluido. A fora de reao completa a abertura da vlvula.

Estas vlvulas so muito mais perfeitas, abrindo e fechando instantaneamente.

Os fabricantes fornecem estas vlvulas nas dimenses adequadas, desde que se forneam a vazo e presso do vapor.

As vlvulas de segurana exigem cuidados especiais desde a sua instalao.

Na instalao deve-se:

evitar choques;

acertar o prumo (velocidade da vlvula)

evitar alterar a regulagem original do fabricante.

Na operao:

no permitir acrscimo de peso na vlvula;

testar diariamente seu funcionamento;

eliminar vazamentos contnuos.

As vlvulas de segurana evitam, portanto, a contnua elevao da presso no gerador de vapor. Vlvulas de segurana corretamente dimensionadas devem:

1. Abrir totalmente a um presso definida, evitando o desprendimento de vapor antecipadamente.

2. Permanecer aberta enquanto no houver queda de presso ou seja, retorno da presso para as condies de trabalho do gerador.

3. Fechar instantaneamente e com perfeita vedao logo aps a queda de presso.

4. Permanecer perfeitamente vedada para presses inferiores sua regulagem.

Para assegurar esta performance, as vlvulas de segurana devem ser fabricadas, sob controle de qualidade, instaladas corretamente e ser submetidas a sistemticas inspees e mantidas em condies de funcionamento perfeito.

Podemos encontrar, basicamente, dois tipos de vlvulas de segurana:

a) de contrapeso (figura 5.12)

b) de mola (figura 5.13)

Fig.5.12

Fig.5.13

5.6.2PROTEO E CONTROLE DE CHAMA

Caldeiras que usam queimadores de slidos pulverizados (carvo), lquidos (BPF, diesel,...) ou gasosos (gs de gasognio, GLP,...) necessitam de um sistema de proteo e controle de chama para supervisionar principalmente:

procedimento incorreto de ligao;

falta de chama por qualquer motivo.

Ocorrendo uma destas falhas, a fornalha da caldeira ficaria sujeita a uma exploso, caso no houvesse a interrupo imediata do fornecimento do combustvel.

Conforme a concentrao da mistura (ar/combustvel), a magnitude de exploso poder se tornar perigosa, causando danos ao equipamento e provocando risco de vida ao seu operador.

A maior parte dos casos de exploso, ocorrem durante o acendimento da chama.

Os dispositivos usualmente empregados nestes sistemas de proteo so dos seguintes tipos:

POR TERMOELTRICOS

So formados por lminas bimetlicas (lminas de metais diferentes) e de uma chave eltrica. As lminas bimetlicas ficam instaladas no caminho dos gases e tambm esto ligadas ao circuito, de tal modo, que no possvel acender o queimador com a chave aberta. Acendendo a caldeira, o calor dos gases desprendidos dilata as lminas, queimando-se a caldeira as lminas e se contraem abrindo e interrompendo o circuito eltrico do queimador.

POR CLULAS FOTOELTRICAS

Trata-se de um sistema bem aperfeioado que trabalha com uma clula fotoeltrica, um amplificador e um rel. O seu funcionamento baseado na colorao das chamas. Se estas se apagarem a luminosidade no interior da fornalha ser diminuda, a clula fotoeltrica comandar o amplificador e o rel que abrir seus contatos, interrompendo o circuito dos queimadores.

Os sistemas fotocondutivos para segurana de chama tem quase o mesmo funcionamento dos fotoeltricos, sendo modificado o tipo de clula. Utiliza-se das irradiaes infravemelhas das chamas e faz uso de amplificadores especial.

Os amplificadores conseguem estabelecer diferenas entre o calor das chamas e o calor dos refratrios da fornalha.

Estes controladores funcionam como equipamentos de segurana, fazendo com que a caldeira seja parada e religada automaticamente, controlando perfeitamente a gua de alimentao e os limites de presso.

Tambm efetua a parada de emergncia comandada pelo circuito de segurana.

5.7DISPOSITIVOS DE CONTROLE

Estes dispositivos so projetados para garantir que a caldeira funcione em perfeita segurana.

5.7.1PRESSOSTATOS

PRESSOSTATO DE CONTROLE DE MXIMA PRESSO DA CALDEIRA

Tem a finalidade de controlar a presso interna da caldeira por meio de um comando para os queimadores (figura 5.14).

constitudo de um fole metlico (ou de um diafragma) que comanda uma chave eltrica por meio de um dispositivo de regulagem da presso. medida que diminui a presso dentro da caldeira o fole (ou diafragma) se contrai, fechando o circuito eltrico, dando partida ao queimador. Quando a presso for restabelecida o fole (ou diafragma) se dilata e far a abertura dos contatos, interrompendo o funcionamento dos queimadores. Nas caldeiras semi-automtica e chave interrompe o circuito do queimador, quando atingida a presso de corte e mantm o circuito travado, impedindo que seja reacendido manualmente, at que seja atingida a presso de operao.

Fig.5.14

Pressostato Modular

De construo quase idntica ao pressostato de mxima presso, faz a regulagem do leo e do ar para os queimadores. A sua diferena para o pressostato acima, que este no faz a simples partida ou parada de motor da bomba de combustvel e regulador de ar nos pontos preestabelecido de presso.

Ele regula a velocidade do motor nas presses intermedirias s prefixadas, dando um perfeito equilbrio ao regulador de ar-combustvel.

Todo este trabalho conseguido atravs do motor modulador que consiste (alm dos enrolamentos do motor) de um rel de equilbrio e de um reostato de balanceamento. Portanto o motor trabalha junto com o reostato da chave moduladora.

5.7.2CHAVE SEQNCIAL

Tem a finalidade de promover na caldeira um ciclo completo de operaes ou seja:

a) modulao automtica

b) ignio eltrica

c) apagar a caldeira por motivo de segurana

d) limitar a presso

e) promover a ignio automaticamente.

Seu funcionamento parecido com o do pressostato modulador, s que ao invs de apresentar o reostato para regulagem de velocidade do motor, apresenta um conjunto de contatos, sendo destinados um para cada operao a ser feita. Portanto quando termina um ciclo de operao, imediatamente, comea outro.

5.7.3VLVULAS E TUBULAES

Vlvula Solenide

So comandados eletricamente, abrindo e fechando, dando passagem ao leo, e vapor.

Um bom lubrificante para a haste mvel da vlvula solenide o grafite em p.

Nas cadeiras flamotubulares com queima a leo ou a gs, o leo diesel, ou gs, para a chama piloto controlada por uma vlvula solenide, dotada de uma bobina, que, quando energizada, atrai o obturador pelo campo eletromagntico formado, abrindo a passagem do combustvel.

Vlvula Principal De Sada De Vapor

Permite a vazo de todo o vapor produzido pela caldeira. Na maior parte das aplicaes so vlvulas do tipo globo, por assegurarem controle mais perfeito da vazo.

A vlvula conhecida como gaveta, aplica-se em grandes unidades, sem responsabilidade sobre o controle da vazo.

Vlvula De Alimentao

Destinam-se a permitir ou interromper o suprimento de gua no gerador de vapor. So do tipo globo com passagem reta (figura 5.15).

Fig.5.15

Vlvulas de Escape de Ar

Outra vlvula do tipo globo que controla a sada ou entrada de ar na caldeira, nos incios e fins de operao. Apresenta dimenses de a 1.

Vlvula de Reteno

Geralmente, vlvula de alimentao permanece totalmente aberta. As vlvulas de reteno, colocadas logo aps a anterior, impedem o retorno da gua sob presso do interior da caldeira (figura 5.16).

figura 5.16

Vlvulas de Descarga

Tambm conhecidas como vlvulas de dreno, permitem a purga da caldeira.

Esto sempre ligadas s partes mais inferiores das caldeiras. O lodo do material slido em suspenso, geralmente acumulado no fundo dos coletores ou tambm inferiores das caldeiras projetado violentamente para fora da unidade, quando se abrem estas vlvulas.

H dois tipos de vlvulas de descarga que se instalam em srie:

1 Vlvula de descarga lenta, cuja funo principal assegurar a perfeita vedao do sistema. uma vlvula de passagem reta do tipo globo.

2 Vlvula de descarga rpida, que abre a seco plena instantaneamente, assegurando a vazo da gua com violncia capaz de arrastar os depsitos internos.

Alm da descarga de fundo, caldeira de certo porte, recebem outro sistema de descarga para assegurar uma dessalinizao contnua da gua, feita por meio de vlvula globo agulha.

Vlvula de Vapor de Servio

uma vlvula do tipo globo , cuja seco corresponde a 10% da vlvula principal. Sua funo assegurar o suprimento de vapor para acionamento de rgos da prpria caldeira, como:

bombas de alimentao

aquecimento de leo

injetores

Vlvulas de Introduo de Produtos Qumicos e de Descarga Contnua

So ambas do tipo globo agulha de fina regulagem.

A primeira emprega-se quando se procede o tratamento interno de gua da caldeira, permitindo a vazo regulada de produtos qumicos.

A segunda assegura a descarga contnuo da caldeira, a fim de manter a concentrao de slidos totais em soluo na gua, aqum dos limites mximos permitidos para evitar incrustaes.

Vlvulas de Alvio

uma vlvula instalada na parte superior do praquecedor de leo, para evitar que o leo combustvel atinja presses superiores aos nveis adequados no mesmo.

Tubulaes

Rede geral de alimentao de gua.

Esta rede se inicia no fornecedor de gua para a caldeira.

A rede de gua no deve ter vazamentos.

recomendvel que a gua sofra um tratamento qumico antes de ser bombeada para dentro da caldeira.

Considerando que foi feito o tratamento, a gua bombeada para o interior da caldeira, passando antes pelo preaquecedor (se a caldeira assim estiver equipada).

Nesse trecho, dependendo da caldeira, h todo um jogo de dispositivos automticos que controlam o momento em que deve ser a gua adicionada e o momento que ela j suficiente, ativando e desativando a bomba.

Se a gua for lanada na parte onde tem vapor, estando ela bem mais fria, provocar um choque trmico, que poder causar srias conseqncias. Portanto, a admisso feita abaixo do nvel de gua e o mais distante possvel da fornalha.

No se deve injetar gua fria em caldeira quente quando o nvel dgua estiver baixo. Deve-se diminuir o fogo a at apag-lo, esfriando a caldeira. Caso isto no seja observado, corre-se o risco do choque trmico e da provvel imploso da caldeira.

Rede Geral de leo Combustvel

Esta rede comea no reservatrio principal de combustvel, conduzindo o mesmo at a bomba e da ao combustor. Os esquemas de distribuio do combustvel variam, pois dependem do projeto do fabricante.

De maneira geral, dispositivos eltricos controlam a bomba e dosam o fluxo de combustvel para a mistura correta com o ar.

Se a rede de gua no deve ter vazamentos, esta menos ainda. Os combustveis so inflamveis, portanto podem provocar acidentes. Alm disso, criam ainda outra condio insegura no trabalho, pois eliminam o atrito e o operador pode acidentar-se por quedas, etc.

Rede de Drenagem

Esta a rede que sai da parte mais baixa da caldeira e vai terminar fora da caldeira. Prximo da caldeira ela tem uma vlvula comum. A rede conduz uma mistura de gua e vapor para um local protegido, onde no possa atingir algumas pessoas. O objetivo drenar a caldeira, isto , eliminar os detritos, sujeiras e composto de corroso que se acumulam dentro dela.

Esta rede, normalmente, acionada manualmente e convm estar protegida.

Rede de Vapor

O vapor um fluido pouco corrosivo, para o qual os diversos materiais podem ser empregados, at a sua temperatura limite de resistncia mecnica aceitvel.

Os limites de temperatura esto fixados, principalmente em funo da resistncia fluncia dos diversos materiais. Os tubos do ao (de qualquer tipo), so ligados com solda de encaixe para dimetro at 1 - 2, e com solda de topo para dimetro maiores.

Em quaisquer tubulaes para vapor, muito importante a perfeita e completa drenagem do condensado formado, por meio de purgadores. Para auxiliar a drenagem, feita, algumas vezes, a instalao dos tubos com um pequeno caimento constante na direo do fluxo, principalmente em linhas de vapor saturado, onde maior a formao de condensado. Alguns projetista tm por norma colocar, tambm , eliminadores de ar nos pontos altos das tubulaes.

Todas as tubulaes de vapor devem ter isolamento trmico.

- Registro de sada de vapor - estabelece demanda de vapor para os utilizadores.

- Rede de vapor para preaquecimento leo combustvel no preaquecedor

- Estabelece demanda de vapor preaquecimento de leo combustvel no preaquecedor.

- Rede de vapor para preaquecimento do leo combustvel no tanque de armazenamento

- Estabelece demanda de vapor para preaquecimento do leo combustvel no tanque de armazenamento.

5.7.4OUTROS ACESSRIOS

5.7.4.1PREAQUECEDOR DE AR

O preaquecedor de ar um equipamento que tem a finalidade de aproveitar o calor dos gases no aquecimento do ar necessrio combusto (figura 5.17). O preaquecedor transfere o calor dos gases quentes para o ar que est entrando para a combusto.

Fig.5.17

Classificao

Os preaquecedores podem ser classificados de acordo com o princpio de operao, em:

a) Preaquecedor regenerativo

Nos preaquecedores regenerativos, o calor dos gases de combusto transferido indiretamente para o ar, atravs de um elemento de armazenagem, por onde passa o ar e o gs de combusto, alternadamente, conforme desenho esquemtico da figura 5.18.

Preaquecedor de ar regenerativo

Fig.5.18

b) Preaquecedor com colmeia metlica

Esse preaquecedor constitudo de placas de ao finas e corrugadas que so aquecidas quando da passagem dos gases de combusto e resfriadas quando da passagem do ar. Seu formato assemelha-se a uma roda gigante, girando lenta e uniformemente (figura 5.19).

Fig.5.19

c) Preaquecedor com colmeia refratria

Os gases quentes, ao passarem pela colmeia refratria trocam o calor com o frio para a combusto (figura 5.20).

Fig.5.20

5.7.4.2ECONOMIZADOR

Sua finalidade aquecer a gua de alimentao da caldeira (ver esquema da figura 5.21). Est localizado na parte alta da caldeira entre o tambor de vapor e os tubos geradores de vapor sendo que os gases so obrigados a circular atravs dele, antes de sarem pela chamin.

Fig.5.21

Existem vrios tipos de economizadores e na sua construo podem ser empregados tubos de ao malevel ou tubo de ao fundido com aletas. Os economizadores podem ser:

SEPARADO

Usados nas caldeiras de baixa presso (25 kg/cm2) e construdo geralmente de tubos de ao ou ferro fundido com aletas; no seu interior circula a gua e por fora os gases de combusto.

INTEGRAL

Empregado na maioria dos geradores de vapor, apesar de requerer mais cuidados que o economizador em separado. Dever ser retirado da gua de alimentao todo o gs carbnico e o oxignio, isto porque, quando estes elementos so aquecidos aumentam a corroso dos tubos. Este economizador tem grande capacidade de vaporizao e constitudo por uma serpentina e tubos de ao malevel.

A corroso nos tubos dos economizadores pode ser tanto de dentro para fora como de fora para dentro. Os furos de fora para dentro so causados pelos gases que aquecem e arrastam enxofre contido no leo. Ao se juntarem com o oxignio e com outros elementos contidos nos gases, formam um poderoso agente corrosivo (cido sulfrico, por exemplo). Os furos de dentro para fora so causados pela circulao da gua no tratada que contm oxignio e gs carbnico, principais agentes da corroso interna dos tubos.

5.7.4.3SUPERAQUECEDORES

a) Consideraes sobre o vapor saturado superaquecido.

Se aquecermos gua em um recipiente fechado, quando a gua atingir uma certa temperatura esta se transforma em vapor (temperatura de 100C aproximadamente, ao nvel do mar). Enquanto existir gua dentro do recipiente, o vapor ser saturado e a temperatura no aumentar.

Mantendo-se o aquecimento at que toda a gua se evapore teremos o vapor superaquecido, com o conseqente aumento de temperatura.

Este processo de superaquecimento do vapor seria impraticvel nas caldeiras, pois quando a gua evaporasse, os tubos se queimariam e tambm no haveria uma demanda suficiente na rede de vapor. Assim sendo, empregamos aparelhos destinados a elevar a temperatura do vapor sem prejuzo para a caldeira.

O vapor saturado mais indicado para uso em aquecimento, pois devido mudana de fase permite a troca de calor a temperatura constante, apresentando como inconveniente a grande formao de condensado.

O vapor superaquecido utilizado em turbinas a vapor, devido a ausncia de umidade exigida para operar nessas turbomquinas por questes de deteriorizao das ps, vibrao e queda de rendimento. Contudo existem situaes de utilizao do vapor superaquecido para aquecimento e processo, o caso em que se tem extensas tubulaes de vapor, isto , a parcela de calor de superaquecimento serve para vencer as perdas trmicas da linha, chegando ao processo como vapor saturado com um mnimo de umidade (~2%), necessrio a determinados processos industriais.

b) Processo de superaquecimento de vapor

Para superaquecer o vapor empregam-se aparelhos denominados superaquecedores. Estes aparelhos normalmente aproveitam os gases da combusto para dar o devido aquecimento ao vapor saturado, transformando-o em vapor superaquecido.

Os superaquecedores so construdos de tubos de ao em forma de serpentina cujo dimetro varia de acordo com a capacidade da caldeira. Estes tubos podem ser lisos ou aletados.

Quando instalados dentro das caldeiras esto localizados atrs do ltimo feixe de tubos, entre dois feixes de tubos, sobre os feixes de tubo ou ainda sobre a fornalha (figura 5.22). A caldeira pode, apresentar o superaquecedor em separado (figura 5.23). Neste caso, ele depender de uma fonte de calor para o aquecimento; normalmente, instalada uma outra fornalha.

Figura 5.22

Fig.5.23

5.7.4.4PURGADORES

So dispositivos automticos que servem para eliminar o condensado formado nas linhas de vapor e nos aparelhos de aquecimento, sem deixar escapar vapor.

Os bons purgadores, alm de remover o condensado, eliminam, tambm, o ar e outros gases incondensveis, (CO2, por exemplo), que possam estar presentes.

6.TIRAGEM

o processo de retirada da caldeira para a atmosfera, dos gases provenientes da combusto. A tiragem pode ser efetuada de vrias maneiras: natural, forada e mista.

6.1TIRAGEM NATURAL

Quando normalmente sem a ajuda de equipamentos especiais o ar entra na fornalha, alimenta a chama e sai pela chamin, graas a diferena de temperaturas existentes na sua base e no seu topo.

6.2TIRAGEM FORADA E INDUZIDA

No caso em que os gases so eliminados com a ajuda de ventiladores sopradores, a tiragem chama-se forada (figura 6.1), podendo apresentar vrias disposies construtivas. Suas dimenses porm, dependem da capacidade da caldeira para um suficiente suprimento de ar de combusto e para que os gases sejam totalmente eliminados).

Nas caldeiras em que os gases so eliminados atravs de exaustores, aspirando os gases e projetando-os para a atmosfera, a tiragem chamada induzida (figura 6.2).

Tiragem Forada

Fig.6.1

As caldeiras que possuem este tipo de tiragem so chamadas de caldeiras despressurizadas e precisam ter muito boa vedao para evitar a entrada de ar falso, atravs de suas paredes ou duplos invlucros.

Tiragem Induzida

Fig.6.2

6.3TIRAGEM MISTA OU BALANCEADA

Neste sistema, so empregados dois ventiladores sendo que um deles tem a finalidade de introduzir o ar dentro da caldeira (ventilador soprador) e o outro tem a finalidade de retirar o ar da caldeira (ventilador exaustor), conforme esquema da figura 6.3.

Tiragem mista

Fig.6.3

6.4CONTROLE DE TIRAGEM

Para que uma caldeira possa ter um bom funcionamento, a tiragem tem que ser muito bem controlada. Este controle feito por registros colocados no circuito dos gases. Estes registros constam de uma ou mais palhetas que podem ser comandada manual ou automaticamente, chamados de dampers.

6.5CHAMIN

Ajudam a tiragem devido diferena entra a sua base e o seu topo, provocada pela diferena de temperatura dos gases da combusto.

As chamins podem ser construdas de chapas de ao ou de alvenaria, empregando-se tijolos comuns. Em qualquer dos casos, sua construo deve ser muito rigorosa, levando-se em conta a quantidade e a velocidade dos gases da base, do tipo de material empregado e a presso atmosfrica no local. Em nenhuma hiptese podero existir fendas que possibilitem a entrada falsa de ar.

Pela chamin devero sair o gs carbnico (CO2), vapor dgua (H2O) e outros compostos. Isso, porm, na maioria das vezes no ocorre e junto com o gs carbnico h um grande desprendimento de fuligem que contribui para a poluo da atmosfera.

A fumaa que sai pela chamin, quando apresentar uma colorao clara, pode indicar um pequeno excesso de ar e quando sua colorao for escura, indica a presena de combustvel no queimado pela deficincia na alimentao de ar, de forma a atingir uma relao ar-combustvel adequado.

A maneira mais segura de determinar as quantidades de gs carbnico que se desprendam pela chamin fazer uma anlise com aparelhos indicadores.

7.COMBUSTO E COMBUSTVEL

7.1DEFINIES

COMBUSTO

A combusto produzida pela reao qumica de duas substncias: combustvel e comburente.

COMBUSTVEL

a substncia que queima e contm em sua composio, principalmente, carbono e hidrognio, alm de outros que o compe.

CLASSIFICAO DOS COMBUSTVEIS

Os combustveis podem ser classificados em:

a) SLIDOS

madeira, turfa, linhito, lulha, carvo vegetal, coque de carvo, coque de petrleo, etc.

b) LQUIDOS

petrleo, leo de xisto, alcatro, lcool e leos vegetais.

c) GASOSO

metano, hidrognio, GLP (butano e propanol), gs de coqueira (siderurgica), gasognio, biogs, etc.

COMBURENTE

o elemento que entra na reao de combusto como fonte de oxignio.

REAES DA COMBUSTO

Na combusto, a reao que ocorre denominada, basicamente, de oxidao. A fonte usual o oxignio do ar atmosfrico. O oxignio est contido no ar atmosfrico na proporo de 23% em percentagem por peso atmico ou 21% em percentagem volumtrica.

C + O2

(CO2 + 8.100 Kcal/kg C

C + O2(CO + 2.400 Kcal/kg C

2H2 + O2(2H2O (L) + 34100 Kcal/kg H2S + O2

(SO2 + 2.200 Kcal/kgS

Observa-se pelas reaes anteriores, que se deve, sempre, orientar a queima no sentido de se obter o CO2 pois assim se tem uma maior liberao de calor.

Na prtica, queima-se combustveis que no se compem, apenas, de carbono (C), mas tambm de hidrognio (H2) e enxofre (S), conforme visto nas reaes acima.

A combusto completa quando todos elementos combustveis contidos no combustvel em questo (C, H2 S, etc.), se combinam com o oxignio do ar, fornecendo os produtos finais correspondentes. A seguir exposto as principais exigncias de um eficinte processo de combusto:

a) o comburente deve formar com o combustvel uma mistura homognea. O uso de queimadores apropriados, bem como a temperatura correta do leo so fatores essenciais para uma queima ideal. Estes fatores propiciam a gaseificao do combustvel.

b) o comburente deve estar em quantidade suficiente em relao ao combustvel para que a reao qumica da combusto seja completa. Deve-se trabalhar com o mnimo de excesso de ar.

c) quanto maior a viscosidade do combustvel, mais difcil ser a sua pulverizao, ou seja, mais difcil ser a sua diviso em gotculas. O preaquecimento do leo combustvel fundamental para se atingirem os limites adequados de viscosidade necessrios para uma boa pulverizao.

Tendo em vista a variao de viscosidade do leo combustvel, a temperatura de aquec