PLANO OTIMIZADO DE INSPEÇÃO DE ... - mecanica.ufes.brmecanica.ufes.br/sites/engenhariamecanica.ufes.br/files/field/... · PLANO OTIMIZADO DE INSPEÇÃO DE MEDIÇÃO DE ... de Caldeiras

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPRITO SANTO

CENTRO TECNOLGICO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA

PROJETO DE GRADUAO

PLANO OTIMIZADO DE INSPEO DE MEDIO DE

ESPESSURA COM BASE NA MATRIZ DE RISCO DAS

REGIES INTERNAS DE UMA CALDEIRA DE

RECUPERAO DE LCALIS - PROPOSTA

Elder Costa Soeiro e Fbio Alves Antoniolli

VITRIA ES

12/2005

ELDER COSTA SOEIRO

FBIO ALVES ANTONIOLLI





Parte manuscrita do Projeto de Graduao

dos alunos Elder Costa Soeiro e Fbio Alves

Antoniolli, apresentado ao Departamento de

Engenharia Mecnica do Centro Tecnolgico

da Universidade Federal do Esprito Santo,

para obteno do grau de Engenheiro

Mecnico.

VITRIA ES

12/2005

ELDER COSTA SOEIRO

FBIO ALVES ANTONIOLLI





COMISSO EXAMINADORA:

___________________________________ Prof. MsC Oswaldo Paiva Almeida Filho

Orientador

___________________________________ Prof. MsC Rogrio Silveira de Queiroz

Examinador

___________________________________ Prof. DsC Joo Luiz Marcon Donatelli

Examinador

Vitria - ES, 22/ 12/ 2005

i

DEDICATRIA

Dedicamos este trabalho aos nossos pais, familiares, amigos, namoradas, professores

e alunos do Curso de Engenharia Mecnica pelo apoio e compreenso que nos foi dispensado

durante estes anos de graduao.

ii

AGRADECIMENTOS

Agradecemos ao Tcnico de Inspeo Srgio Sthal por ter contribudo com sua

experincia profissional e motivao que foram de fundamental importncia para a realizao

deste trabalho.

Aos inspetores especializados em caldeiras de recuperao, aos membros do Comit

de Caldeiras de Recuperao do Brasil e aos coordenadores da Fbrica de Celulose em estudo.

E a Deus por ter nos proporcionado a oportunidade de ter realizado e concludo este

Estudo.

iii

LISTA DE FIGURAS

Figura 2-1 Caldeira Cornovaglia ................................................................................. 20

Figura 2-2 Caldeira Locomotivas e Locomveis......................................................... 22

Figura 2-3 Caldeira Escocesa ...................................................................................... 23

Figura 2-4 Exemplo de caldeira aquatubular de tubos retos ....................................... 24

Figura 2-5 Caldeira aquatubular de tubos retos ........................................................... 24

Figura 2-6 Caldeira de circulao forada com recirculao ...................................... 27

Figura 2-7 Caldeira de La Mont e W. Workauf de circulao natural, porm com

tubulo ligado tubos de grande dimetro que por sua vez se ligam ao feixe de troca

de calor de tubos com dimetros menores. .................................................................. 28

Figura 3-1 Caldeira de Recuperao com indicao das principais regies................ 30

Figura 3-2 Funcionamento esquemtico de um aparelho de ultra-som ....................... 32

Figura 3-3 Realizao do teste de ultra-som................................................................ 33

Figura 3-4 Aparelho medidor de espessura por ultra-som .......................................... 35

Figura 3-5 Caractersticas Tcnicas das Caldeiras de Recuperao ............................ 36

Figura 3-6 Dados tcnicos das Caldeiras de Recuperao .......................................... 37

Figura 4-1 Curva de tendncia do Painel 35 - Elevao 55.420 para o

Superaquecedor Tercirio - SF .................................................................................... 47









Figura 4-6 Curva de tendncia do Painel 5 - Elevao 55.420 B para o




iv







Figura 4-11 Curva de tendncia do Painel 32 Ponto A para o Superaquecedor

Tercirio - Curvas ........................................................................................................ 54

Figura 4-12 Curva de tendncia do Painel 32 Ponto B para o Superaquecedor

Tercirio - Curvas ........................................................................................................ 54

Figura 4-13 Curva de tendncia do Painel 31 Ponto C para o Superaquecedor

Tercirio - Curvas ........................................................................................................ 60

Figura 4-14 Curva de tendncia do Painel 16 Ponto D para o Superaquecedor

Tercirio - Curvas ........................................................................................................ 60

Figura 4-15 Curva de tendncia do Painel 31 Ponto E para o Superaquecedor

Tercirio - Curvas ........................................................................................................ 61

Figura 4-16 Curva de tendncia do Painel 6 Ponto F para o Superaquecedor

Tercirio - Curvas ........................................................................................................ 61

Figura 4-17 Curva de tendncia do Painel 25 Ponto G para o Superaquecedor

Tercirio - Curvas ........................................................................................................ 62

Figura 4-18 Curva de tendncia do Painel 5 Ponto H para o Superaquecedor

Tercirio - Curvas ........................................................................................................ 62

Figura 4-19 Curva de tendncia do Painel 25 Ponto I para o Superaquecedor

Tercirio - Curvas ........................................................................................................ 63

Figura 4-20 Curva de tendncia do Painel 14 Ponto J para o Superaquecedor

Tercirio - Curvas ........................................................................................................ 63

Figura 4-21 Curva de tendncia do Painel 20 Ponto K para o Superaquecedor

Tercirio - Curvas ........................................................................................................ 64

Figura 4-22 Curva de tendncia do Painel 21 Ponto L para o Superaquecedor

Tercirio - Curvas ........................................................................................................ 64

v

Figura 4-23 Curva de tendncia do Painel 29 Ponto M para o Superaquecedor

Tercirio - Curvas ........................................................................................................ 65

Figura 4-24 Curva de tendncia do Painel 29 Ponto N para o Superaquecedor

Tercirio - Curvas ........................................................................................................ 65

Figura 4-25 Curva de tendncia do Painel 21 Ponto O para o Superaquecedor

Tercirio - Curvas ........................................................................................................ 66

Figura 4-26 Curva de tendncia do Painel 30 Ponto P para o Superaquecedor

Tercirio - Curvas ........................................................................................................ 66

Figura 4-27 Curva de tendncia do Painel 33 Ponto Q para o Superaquecedor

Tercirio - Curvas ........................................................................................................ 67

Figura 4-28 Curva de tendncia do Painel 9 Ponto R para o Superaquecedor

Tercirio - Curvas ........................................................................................................ 67

Figura 4-29 Curva de tendncia do Painel 28 Ponto S para o Superaquecedor

Tercirio - Curvas ........................................................................................................ 68

Figura 4-30 Curva de tendncia do Painel 6 Ponto T para o Superaquecedor

Tercirio - Curvas ........................................................................................................ 68

Figura 4-31 Curva de tendncia do Painel 35 Ponto T para o Superaquecedor

Tercirio - Curvas ........................................................................................................ 69

Figura 4-32 Curva de tendncia do Ponto A1 Tubo 12 para o Nariz .................... 75


Figura 4-34 Curva de tendncia do Ponto A1 Tubo 110 para o Nariz .................. 76








Figura 4-42 Curva de tendncia do Ponto B1 Tubo 27 para o Nariz .................... 80


vi

Figura 4-44 Curva de tendncia do Ponto B1 Tubo 133 para o Nariz .................. 81





Figura 4-49 Curva de tendncia do PT Tubo 65 1000 mm acima do Teto de

Segurana ..................................................................................................................... 87

Figura 4-50 Curva de tendncia do PT Tubo 120 1000 mm acima do Teto de

Segurana ..................................................................................................................... 87

Figura 4-51 Curva de tendncia do PF Tubo 1 1000 mm acima do Teto de

Segurana ..................................................................................................................... 88

Figura 4-52 Curva de tendncia do PLE Tubo 20 1000 mm acima do Teto de

Segurana ..................................................................................................................... 88

Figura 4-53 Curva de tendncia do PLE Tubo 170 1000 mm acima do Teto de

Segurana ..................................................................................................................... 89

Figura 4-54 Curva de tendncia do PLD Tubo 25 1000 mm acima do Teto de

Segurana ..................................................................................................................... 89

Figura 4-55 Curva de tendncia do PLD Tubo 155 1000 mm acima do Teto de

Segurana ..................................................................................................................... 90

vii

LISTA DE TABELA

Tabela 4-1 Histrico de medio de espessura do Superaquecedor Tercirio SF

Elevao 55.420 ........................................................................................................... 43


Elevao 61.800 ........................................................................................................... 43


Elevao 58.890 ........................................................................................................... 43


Elevao 64.890 ........................................................................................................... 44


Elevao 67.890 ........................................................................................................... 44


Elevao 55.420 B ....................................................................................................... 44


Elevao 58.700 ........................................................................................................... 45


Elevao 61.700 ........................................................................................................... 45


Elevao 64.700 ........................................................................................................... 45


Elevao 67.745 ........................................................................................................... 46

Tabela 4-11 Material e dimenses do Superaquecedor Tercirio - SF........................ 46

Tabela 4-12 Histrico de medio de espessura do Superaquecedor Tercirio

Curvas Ponto A ......................................................................................................... 53


Curvas Ponto B ......................................................................................................... 53

Tabela 4-14 Material e dimenses do Superaquecedor Tercirio - Curvas ................. 53


Curvas Ponto C ......................................................................................................... 55

viii

Tabela 4-16Histrico de medio de espessura do Superaquecedor Tercirio

Curvas Ponto D ......................................................................................................... 55


Curvas Ponto E ......................................................................................................... 55


Curvas Ponto F .......................................................................................................... 55


Curvas Ponto G ......................................................................................................... 56


Curvas Ponto H ......................................................................................................... 56


Curvas Ponto I .......................................................................................................... 56


Curvas Ponto J .......................................................................................................... 56


Curvas Ponto K ......................................................................................................... 57


Curvas Ponto K ......................................................................................................... 57


Curvas Ponto M ........................................................................................................ 57


Curvas Ponto N ......................................................................................................... 57


Curvas Ponto O ......................................................................................................... 58


Curvas Ponto P .......................................................................................................... 58


Curvas Ponto Q ......................................................................................................... 58


Curvas Ponto R ......................................................................................................... 58

ix


Curvas Ponto S .......................................................................................................... 59


Curvas Ponto T ......................................................................................................... 59

Tabela 4-33 Material e dimenses do Superaquecedor Tercirio - Curvas ................. 59

Tabela 4-34 Histrico de medio de espessura do Nariz Ponto A1........................ 71



Tabela 4-37 Histrico de medio de espessura do Nariz Ponto B1 ........................ 73



Tabela 4-40 Material e dimenses do Nariz ................................................................ 74

Tabela 4-41 Histrico de medio de espessura dos pontos 1000 mm acima do Teto

de Segurana PT ...................................................................................................... 85


de Segurana PF ....................................................................................................... 85


de Segurana PLE .................................................................................................... 85


de Segurana PLD ................................................................................................... 86

Tabela 4-45 Material e dimenses dos pontos localizados a 1000 mm acima do Teto

de Segurana ................................................................................................................ 86

Tabela 4-46 Rotinas da Inspeo de Espessura na Caldeira de Recuperao em

Estudo .......................................................................................................................... 92

Tabela 4-47 Plano Proposto para Rotinas de Inspeo de Medio de Espessura

(MEUS) ........................................................................................................................ 94

x

SUMRIO

DEDICATRIA........................................................................................................... I

AGRADECIMENTOS ...............................................................................................II

LISTA DE FIGURAS ............................................................................................... III

LISTA DE TABELA ............................................................................................... VII

SUMRIO ................................................................................................................... X

RESUMO ................................................................................................................ XIII

INTRODUO ...................................................................................................... XIV

1 PRODUO DE CELULOSE ..................................................................... 15

1.1 PTIO DE MADEIRA ..................................................................................... 15

1.1.1 PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS ........................................................... 15

1.2 LINHA DE PASTA .......................................................................................... 16

1.2.1 COZIMENTO E LAVAGEM ................................................................. 16

1.2.1.1 PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS .............................................. 16

1.2.2 DEPURAO ......................................................................................... 16

1.2.3 DESLIGNIFICAO COM O2 .............................................................. 17

1.2.3.1 PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS .............................................. 17

1.2.4 BRANQUEAMENTO............................................................................. 18

1.2.5 PLANTA QUMICA ............................................................................... 18

1.3 SECAGEM E ENFARDAMENTO .................................................................. 18

1.3.1 PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS ........................................................... 19

2 CALDEIRAS GERAL ................................................................................ 19

2.1 Caldeiras Flamotubulares .................................................................................. 19

2.1.1 Classificao ............................................................................................ 19

2.1.1.1 Caldeira Vertical ........................................................................ 20

2.1.1.2 Caldeira Horizontal .................................................................... 20

2.2 Caldeiras Aquatubulares ................................................................................... 23

2.2.1 Classificao ............................................................................................ 23

2.2.1.1 Caldeiras de Tubos Retos ........................................................... 24

2.2.1.2 Caldeiras de Tubos Curvos ........................................................ 25

xi

2.2.1.3 Caldeiras com Circulao Forada ............................................. 26

2.2.2 Aplicao e Utilizao das Caldeiras Aquotubulares ............................. 28

3 CALDEIRAS DE RECUPERAO ............................................................ 29

3.1 INTRODUO TERICA .............................................................................. 29

3.2 MTODO DE ENSAIO POR ULTRA-SOM .................................................. 32

3.2.1 PRINCPIOS BSICOS DO MTODO ................................................ 32

3.2.1.1 Introduo: ................................................................................. 32

3.2.1.2 Finalidade do Ensaio .................................................................. 33

3.2.1.3 Campo de Aplicao .................................................................. 33

3.2.2 Limitaes em Comparao com outros Ensaios .................................... 34

3.2.3 APARELHAGEM ................................................................................... 35

3.3 CARACTERSTICAS TCNICAS DA CALDEIRA DE RECUPERAO

DA EMPRESA DE CELULOSE EM ESTUDO E APLICAO DESTE

TRABALHO ........................................................................................................... 36

3.3.1 Breve histrico da Caldeira de Recuperao em Estudo ........................ 37

4 ESTUDO DE CASO ....................................................................................... 40

4.1 HISTRIO DE INSPEO DE MEDIO DE ESPESSURA E CURVAS

DE TENDNCIAS ................................................................................................. 40

4.1.1 SOBRE AS CURVAS (LINHAS) DE TENDNCIA ............................ 40

4.1.2 O que so linhas de tendncia?................................................................ 40

4.1.3 Segurana das linhas de tendncia .......................................................... 40

4.1.4 Tipos de Linhas de Tendncia ................................................................. 41

4.1.4.1 Linear ......................................................................................... 41

4.1.4.2 Logartimica ............................................................................... 41

4.1.4.3 Polinomial .................................................................................. 41

4.1.4.4 Potncia ...................................................................................... 41

4.1.4.5 Exponencial ................................................................................ 42

4.1.5 HISTRICO DOS PONTOS ANALISADOS DO

SUPERAQUECEDOR TERCIRIO NA LINHA DO SOPRADOR DE

FULIGEM ........................................................................................................ 43

xii

4.1.5.1 Exemplos de curvas de tendncia da regio do superaquecedor

tercirio na linha do soprador de fuligem utilizadas para a

determinao da Matriz de Risco ........................................................... 47

4.1.6 HISTRICO E CURVAS DE TENDNCIAS DOS PONTOS

ANALISADOS DO SUPERAQUECEDOR TERCIRIO CURVAS ......... 52

4.1.6.1 Exemplos de curvas de tendncia da regio das curvas do

superaquecedor utilizadas para a determinao da Matriz de Risco ...... 54



4.1.7 HISTRICO DOS PONTOS ANALISADOS DO NARIZ ................... 70

4.1.7.1 Exemplos de curvas de tendncia da regio do Nariz utilizadas

para a determinao da Matriz de Risco ................................................ 75

4.1.8 HISTRICO DOS PONTOS ANALISADOS ACIMA DO TETO DE

SEGURANA (1000 mm) ............................................................................... 84



4.2 Rotinas da Inspeo de Medio de Espessura (MEUS) X Tempo de Parada . 91

4.3 Anlise Crtica................................................................................................... 92

4.4 Proposta do novo plano de inspeo ................................................................. 93

5 CONCLUSO ................................................................................................ 95

6 SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS ........................................ 95

APNDICE A - GUIA PARA INSPEO PERIDICA DE CALDEIRAS DE

RECUPERAO (REVISO 2003/2004) .............................................................. 96

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS................................................................... 113

xiii

RESUMO

Este trabalho tem o objetivo de apresentar um novo plano de inspeo de medio de

espessura (MEUS) baseado em risco e adequao ao uso para gerenciar a integridade

estrutural das Caldeiras de Recuperao de lcalis de uma indstria de papel e celulose.

feita uma anlise quantitativa do risco para as diversas regies localizadas no

interior da caldeira de recuperao, atravs de anlises estatsticas de curvas de tendncias e

de recomendaes do Comit de Caldeira de Recuperao do Brasil, avaliando a

probabilidade de falha.

So propostos planos de inspees, sempre respeitando os prazos mximos

estabelecidos pela NR-13, de modo a manter o risco abaixo de um nvel tolervel,

possibilitando assim um melhor aproveitamento dos recursos de inspeo.

xiv

INTRODUO

As atividades de inspeo em equipamentos e componentes durante a vida til de

uma planta industrial demonstraram, ao longo dos anos, que as intervenes de manuteno

so distribudas sob a orientao de diversas premissas, como atendimento a requisitos legais,

disponibilidade dos equipamentos e minimizao dos riscos de falhas em operao. No caso

brasileiro, o atendimento legal vigente refere-se Norma Regulamentadora do Ministrio do

Trabalho NR13 Regulamentao de Segurana para Caldeiras e Vasos de Presso.

Portanto, o planejamento focado em inspeo baseada em risco deve respeitar

primordialmente os prazos mximos de campanhas definidos por esta norma.

Diferente da NR-13 que estabelece os prazos mximos entre inspees de caldeiras

e vasos de presso na Inspeo Baseada em Risco a periodicidade de inspees torna-se um

fator decisivo para que se evite a ocorrncia e as conseqncias de um acidente.

A tendncia estatstica de concentrao do alto risco em uma Caldeira de

Recuperao de uma planta industrial fato observado na prtica. Com base nesta premissa,

para se reduzir o risco global, necessrio aplicar planos de inspeo diferenciados para cada

regio da caldeira. Verifica-se tambm que a efetividade destes planos pode aumentar com

um levantamento mais preciso dos riscos individuais das regies, criando inclusive

padronizaes para esta atividade. Com isto procura-se intensificar os gastos com manuteno

onde o risco alto e diminu-los onde o risco baixo.

Neste trabalho foi elaborado um plano otimizado de inspeo de medio de

espessura com base na matriz de risco das regies internas de uma caldeira de recuperao

(ex.: fornalha, superaquecedores,etc.), levando-se em considerao as recomendaes de

inspees observadas pelo Comit de Segurana em Caldeiras de Recuperao e a anlise de

tendncia baseada em histricos de inspeo para aplicao da inspeo baseada em risco

(IBR). Os resultados serviro para organizar e padronizar as definies de servios de

Inspeo da unidade.

15

1 PRODUO DE CELULOSE

O processo de produo de celulose envolve todas as reas diretamente ligadas

ao processamento da madeira para obteno da fibra. Essas reas so Ptio de Madeira,

Linha de Pasta e Secagem.

1.1 PTIO DE MADEIRA

O Ptio de Madeira a rea que recebe a madeira e comea a prepar-la para a

obteno da celulose. O abastecimento de madeira nas mesas receptoras

responsabilidade do Transporte e Movimentao de Madeira (PSM). A partir da, o

manuseio de madeira at a sua transformao em cavacos responsabilidade do Ptio

de Madeira.

Dentre as responsabilidades da equipe do Ptio de madeira, destacam-se:

Manuteno das pontes rolantes que descarregam as toras nas mesas

receptoras (a operao das pontes cabe equipe de Transporte e

Movimentao de Madeira PSM).

Operao e manuteno das mesas receptoras de madeira,

descascadores, picadores e peneiras, transformando as toras em cavacos

de dimenses apropriadas para a operao do Digestor.

Estocagem dos cavacos em pilhas para a alimentao do Digestor.

Processamento da casca proveniente do descascamento de toras em

dimenses apropriadas para queimar na Caldeira Auxiliar.

Processamento da madeira destinada gerao de energia e controle

das pilhas para alimentao das caldeiras auxiliares.

1.1.1 PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS

Os principais equipamentos do Ptio de Madeira so:

Descascador

Picador

16

1.2 LINHA DE PASTA

A linha de pasta engloba as etapas de Cozimento, Lavagem, Depurao da

Pasta Marrom, Deslignificao, Branqueamento e a Planta Qumica.

1.2.1 COZIMENTO E LAVAGEM

O cozimento tem a funo de transformar os cavacos de madeira em polpa,

atravs da dissoluo da lignina que compe a lamela mdia. Essa uma das etapas

mais importantes do processo, pois nela que sero definidas algumas das principais

caractersticas do produto final.

O cozimento feito por dois digestores contnuos.

A etapa de lavagem se resume na passagem da polpa cozida pelos difusores

atmosfricos, visando substituir o licor negro que foi transportado junto com a polpa por

um mais limpo.

1.2.1.1 PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS

Os principais equipamentos do processo de cozimento e lavagem so:

Alimentador de alta presso

Digestor

Difusor radial

1.2.2 DEPURAO

A depurao consiste basicamente na separao das impurezas da madeira e

dos pedaos de cavaco que no foram devidamente cozidos no digestor, tais como ns e

outros materiais (areia, pedras, etc). Os rejeitos da depurao, dependendo de sua

natureza, so removidos do processo ou retornam para serem reprocessados. Depois de

depurada, a polpa uma massa homognea e marrom, pronta para ser branqueada.

papel da depurao tambm remover o restante do licor preto da massa (que no saiu

nos difusores), deixando a massa sem os produtos qumicos do cozimento e j sem a

17

lignina dissolvida, ou seja, deixa na massa apenas os produtos que s o branqueamento

consegue remover.

1.2.3 DESLIGNIFICAO COM O2

A deslignificao com oxignio d continuidade ao processo de deslignificao

iniciado no cozimento, mantendo a resistncia da pasta (viscosidade). As principais

vantagens resultantes do processo de deslignificao so:

Reduo de consumo de produtos qumicos no branqueamento.

Reduo de carga de efluentes no branqueamento.

Possibilidade de uso de seqncias de branqueamento ECF e TCF.

O processo de deslignificao com oxignio depende de vrios fatores como

espcie de madeira utilizada, tipo de cozimento, nmero Kappa na entrada, requisitos do

produto final e custos operacionais. A seletividade da deslignificao com oxignio

depende da temperatura, da carga de lcali, da quantidade de substncias dissolvidas

transferidas ao estgio de deslignificao, da consistncia de pasta e da presso do

oxignio. O grau de deslignificao obtido avaliado atravs de anlises do nmero

Kappa em amostras de pasta coletadas antes e aps o reator.

1.2.3.1 PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS

Os principais equipamentos do processo de deslignificao com O2 so:

Bombas mc

Misturador

Reatores para oxidao

Prensa lavadora

18

1.2.4 BRANQUEAMENTO

A principal funo do branqueamento remover as impurezas que do cor

celulose.

Grande parte das caractersticas do produto final depende fortemente da

seqncia utilizada no branqueamento da pasta. Sendo assim, o branqueamento a

etapa mais importante no que diz respeito diferenciao dos produtos. Essa

diferenciao feita alterando-se os qumicos utilizados e algumas condies de

processo.

1.2.5 PLANTA QUMICA

A Planta Qumica produz o dixido de cloro (ClO2) e o dixido de enxofre

(SO2) que sero utilizados na etapa de branqueamento da celulose. A Planta possui 3

linhas de produo de dixido de cloro e uma de dixido de enxofre.

As linhas 1 e 3 de ClO2 utilizam o processo R10 (soluo de clorato de sdio)

para a produo, enquanto a linha 2 utiliza o R3 (soluo de clorato e cloreto de sdio).

As solues de clorato so fornecidas via tubulao pela Nexen.

A linha de produo de SO2 pode operar queimando o enxofre slido e depois

solubilizando o gs gerado, ou solubilizando o SO2 gasoso comprado. Hoje

preferencialmente o SO2 comprado.

1.3 SECAGEM E ENFARDAMENTO

A secagem compreende os processos de Depurao da Pasta Branqueada,

Formao da Folha, Secagem e Enfardamento da celulose.

A funo da Depurao remover as impurezas que possam ter sido

transportadas juntamente com a pasta branqueada. Depois de depurada a pasta seguir

para a mquina, onde ocorrer a formao e posterior secagem da folha.

Depois de secas as folhas de celulose so ento cortadas e agrupadas em fardos

de 250 kg que sero embalados e agrupados em uma unidade contendo 8 fardos (2

toneladas ao todo).

19

1.3.1 PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS

Os principais equipamentos do processo de secagem e enfardamento so:

Depuradores pressurizados

Peneira vibratria

Planta de canisters (ciclone)

Caixa de entrada

Mesa plana

Primeira prensa - rolo pick-up

Segunda prensa

Terceira prensa superior e inferior

Secador

Torre de quebras

2 CALDEIRAS GERAL

2.1 Caldeiras Flamotubulares

Tambm conhecidas como Pirotubulares, Fogotubulares ou, ainda, como

Tubos de Fumaa, so aquelas nas quais os gases da combusto (fumos) atravessam a

caldeira no interior de tubos que se encontram circundados por gua, cedendo calor

mesma.

2.1.1 Classificao

Existem vrios mtodos de classificao das caldeiras flamotubulares (segundo

o uso, a capacidade, a presso, a posio da fornalha, a posio dos tubos, os tamanhos,

etc.). Adotaremos aqui dividi-las em:

20

2.1.1.1 Caldeira Vertical

do tipo monobloco, constituda por um corpo cilndrico fechado nas

extremidades por placas planas chamadas espelhos. So vrias as suas aplicaes por

ser facilmente transportada e pelo pequeno espao que ocupa, exigindo pequenas

fundaes. Apresenta, porm, baixa capacidade e baixo rendimento trmico.

So construdas de 2 at 30 m, com presso mxima de 10 kg/m, sendo sua

capacidade especfica de 15 a 16 kg de vapor por m de superfcie de aquecimento.

Apresenta a vantagem de possuir seu interior bastante acessvel para a limpeza,

fornecendo um maior rendimento no tipo de fornalha interna. So mais utilizadas para

combustveis de baixo poder calorfico.

2.1.1.2 Caldeira Horizontal

Podem possuir fornalha interna ou externa. Faz-se aqui uma descrio dos

diversos tipos de Caldeiras Horizontais.

CALDEIRA CORNOVAGLIA

Tem funcionamento simples, constituda por uma tubulao por onde

circulam os gases produtos da combusto, transmitindo calor para a gua, que o

circunda, por contato de sua superfcie externa. , em geral, de grandes dimenses

(maior do que 100 m), tem baixo rendimento trmico e, devido ao seu tamanho, tem

sua presso mxima limitada a 10 kg/m. Sua capacidade especfica varia de 12 a 14 kg

de vapor por m de superfcie.

Figura 2-1 Caldeira Cornovaglia

21

CALDEIRA LANCASHIRE

Tambm conhecida como Caldeira Lancaster, a evoluo da caldeira anterior,

possuindo 2 (s vezes 3 ou 4) tubules internos, alcanando superfcie de aquecimento

de 120 a 140 m. Alguns tipos atingem de 15 a 18 kg de vapor por m de superfcie de

aquecimento.

Tanto a Caldeira Cornovaglia, como a Lancashire, est caminhando para o

desuso devido s unidades modernas mais compactas.

CALDEIRAS MULTITUBULARES

A substituio dos tubules das caldeiras anteriores por vrios tubos de

pequeno dimetro deu origem caldeira flamotubular multibular. So encontradas com

duas ou trs voltas de chama, isto , os gases de combusto fazem duas ou trs voltas no

interior da caldeira.

Os dimetros dos tubos variam entre 2 a 4, de acordo com a aplicao.

No permitem o uso de fornalha interna, sendo completamente revestida de alvenaria.

Sua grande vantagem permitir a utilizao de qualquer combustvel, mas devido ao

alto custo do refratrio, despesas de manuteno e alto custo de instalao. Este tipo de

caldeira vem tendo sua aplicao industrial diminuda. Sua capacidade mxima de

600kg de vapor por hora com presso mxima de 16 kg/m.

CALDEIRAS LOCOMOTIVAS & LOCOMOVEIS

As caldeiras locomoveis so uma adaptao e modificao das caldeiras

locomotivas. Ainda que ideais por fcil mudana de local por serem portteis, elas tm

limitaes no servio estacionrio.

So multitubulares com a fornalha revestida completamente por dupla parede

metlica formando uma cmara onde circula gua, tendo um razovel custo de

construo. Possui vantagens de ser porttil, servio contnuo e excelente, com custo

mnimo em condies severas de trabalho, assim como uma grande capacidade de

produo de vapor em comparao com seu tamanho.

Tem como desvantagens a pequena velocidade de circulao de gua e grandes

superfcies metlicas. Suportam presses de 18 kg/m e chegam at 8000 kgVapor/h.

22

Tem aplicao em campos de petrleo, associados a mquinas de vapor na gerao de

energia, em serrarias, etc.

Figura 2-2 Caldeira Locomotivas e Locomveis

CALDEIRAS ESCOCESAS

o tipo mais moderno e evoludo de caldeiras flamotubulares,

No exige gastos com instalaes especiais ou custosas colunas de ao ou

alvenaria, bastando uma fundao simples e nivelada, as ligaes com a fonte de gua,

eletricidade e esgoto para entrar imediatamente em servio. Tm controle eletrnico de

segurana e funcionamento automtico arrancando to logo sejam ligados os

interruptores.

A caldeira consta de um corpo cilndrico que contm um tubulo sobre o qual

existe um conjunto de tubos de pequeno dimetro. Tem geralmente uma cmara de

combusto de tijolos refratrios na parte posterior, a que recebe os gases produtos da

combusto, e os conduz para o espelho traseiro.

Essas unidades operam com leo ou gs (banha derretida), sendo a circulao

garantida por ventiladores (tiragem mecnica). As unidades compactas alcanam

elevado rendimento trmico, garantindo 83%. So construdas at a mxima produo

de 10 tonV/h a uma presso mxima de 18 kg/m. Sua vaporizao especfica atinge

valores da ordem de 30 a 34 kgV/m, dependendo da perda de carga oferecida pelo

circuito.

23

Os gases circulam com grande velocidade, de 20 a 25 m/s, permitindo a

obteno de elevado ndice de transmisso de calor. A perda por radiao muito baixa,

no ultrapassando 1%.

Figura 2-3 Caldeira Escocesa

2.2 Caldeiras Aquatubulares

Tambm conhecidas como Caldeiras Tubos de gua ou Aquatubulares se

caracterizam pelo fato dos tubos situarem-se fora dos tubules da caldeira (tambor)

constituindo com estes um feixe tubular.

Diferenciam-se das Pirotubulares no fato da gua circular no interior dos tubos

e os gases quentes se acham em contato com sua superfcie externa.

So empregadas quando interessa obter presses e rendimentos elevados, pois

os esforos desenvolvidos nos tubos pelas altas presses so de trao ao invs de

compresso, como ocorre nas pirotubulares, e tambm pelo fato dos tubos estarem fora

do corpo da caldeira obtemos superfcies de aquecimento praticamente ilimitadas.

Os objetivos a que se prope uma caldeira aquotubular abrangem uma grande

faixa e em vista disto temos como resultado muitos tipos e modificaes, tais como

tubos retos, tubos curvos de um ou vrios corpos cilndricos, enfim a flexibilidade

permitida possibilita vrios arranjos.

2.2.1 Classificao

Como vimos as caldeiras aquotubulares poderiam ser classificadas de diversas

maneiras, mas iremos dividi-las em:

24

2.2.1.1 Caldeiras de Tubos Retos

Podendo possuir tambor transversal ou longitudinal, estas caldeiras so ainda

bastante utilizadas devido a possurem fcil acesso aos tubos para fins de limpeza ou

troca, causarem pequena perda de carga, exigir chamins pequenas, e porque tambm

todos os tubos principais so iguais necessitando de poucas formas especiais.

As Figuras 2-4 e 2-5 mostram dois exemplos de caldeiras aquatubulares com

tubos retos de tambor longitudinal e transversal respectivamente.

Os tubos de gua, normalmente de 4, so inclinados de aproximadamente 22,

sendo ligados nas extremidades aos coletores tambm chamados cmaras onduladas,

formando com o tubulo um circuito fechado por onde circula a gua que entra pela

parte inferior do tambor, desce pelo interior do coletor posterior e sobe pelos tubos

inclinados onde se forma o vapor. A mistura de vapor e gua ascende rapidamente pelo

coletor frontal retornando ao tambor onde tem lugar a separao entre o vapor e a gua.

Figura 2-4 Exemplo de caldeira aquatubular de tubos retos

Figura 2-5 Caldeira aquatubular de tubos retos

25

Estas caldeiras podem ser adaptadas produo de energia e possui um

aprecivel volume de gua, fator importante para vrias aplicaes. Sua superfcie de

aquecimento varia de 67 a 1.350 m, com presses de at 45 kg/m para capacidades

variando de 3 a 30 tVapor/h.

Seu inconveniente se restringe no fato de que os tubos terminam em coletores

cujas paredes devem estar em esquadro com a linha central dos tubos para que as juntas

de vapor possa se encaixar aos extremos dos tubos contra as paredes dos coletores, e por

possurem baixa vaporizao especfica, da ordem de 20 a 25 kg.Vapor/m.

2.2.1.2 Caldeiras de Tubos Curvos

A utilizao de vapor em centrais trmicas exigia geradores de grande

capacidade de produo e com isto as caldeiras de tubos curvos, devido sua ilimitada

capacidade de produzir vapor, tomaram uma posio de grande importncia para casos

desta natureza.

So compostas por tubos curvos ligados tambores e suas concepes iniciais

possuam quatro e at cinco tambores, sendo revestidos completamente por alvenaria.

Atualmente, por motivos de segurana, economia e para eliminar o uso de

peas de grande dimetro, o nmero de tambores foi reduzido a dois (2) e com um nico

tambor, sendo este ltimo aplicado a unidade de altas presses e capacidades. As

paredes de refratrio representavam um custo enorme das instalaes por isto

desenvolveram-se estudos quanto a um melhor aproveitamento do calor irradiado, e a

aplicao de paredes de gua veio eliminar o uso destes custosos refratrios.

Com o maior proveito do calor gerado, alem de reduzir o tamanho da caldeira,

promove-se uma vaporizao mais rpida e aumenta-se a vida do revestimento das

cmaras de combusto.

Este tipo de caldeira encontra uma barreira para sua aceitao comercial no que

se refere ao fato de exigirem um controle especial da gua de alimentao (tratamento

da gua), embora apresente inmeras vantagens, tais como, manuteno fcil para

limpeza ou reparos, rpida vaporizao, sendo o tipo que atinge maior vaporizao

especifica com valores de 28 a 30 kg.V/m nas instalaes normais, podendo atingir at

50kg.V/m nas caldeiras de tiragem forada.

26

2.2.1.3 Caldeiras com Circulao Forada

A diferena de pesos especficos da gua de alimentao fria, com a gua

aquecida e misturada com bolhas de vapor promove uma circulao natural da gua no

interior dos tubos. Fatores como incrustaes, variaes de carga, etc., acabam por

tornar-se obstculos a esta circulao, portanto, apesar de vrios cuidados tomados, no

se consegue uma circulao orientada, ou como chamada, uma circulao positiva.

Baseado nisto substituiu-se a circulao por gravidade pela circulao forada

por uma bomba de alimentao e com isto reduz-se o dimetro dos tubos, aumenta-se o

circuito de tubos e estes podem dispor-se em forma de uma serpentina contnua

formando o revestimento da fornalha, melhorando-se a transmisso de calor e

reduzindo-se o tamanho dos tambores, coletores e tornando mnimo o espao requerido.

Foi Mark Benson da Siemens alem o autor deste tipo de caldeira, que se

caracterizava pelo fato de no utilizarem bomba de recirculao ou tambor, trabalhando

com presses supercrticas, exigindo assim um controle rigoroso.

Aproveitando calor do superaquecedor (~4%) para a gua de alimentao, a

Sulzer apresentou seu modelo trabalhando com uma presso a 140 kgf/cm e com

sensveis aparelhos para controlar o superaquecimento desejado atravs do controle da

combusto e da circulao de gua.

Baseados no modelo da Sulzer, a La Mont e a Velox desenvolveram seus

modelos chamados de circulao favorecida por possurem uma bomba de

recirculao que trabalha no primeiro caso com presses superiores da caldeira de

40lb/pol em mdia, tendo aplicao satisfatria em caldeiras de recuperao

consumindo menos de 1% da energia produzida.

Na caldeira Velox, que alcana rendimento trmico de at 90% e por isto vem

adquirindo grande aceitao na Europa, os gases da cmara de combusto so

comprimidos de 1 a 2 kgf/cm por meio de um ventilador acionado por uma turbina a

gs que utiliza os gases de escape da caldeira. Devido a compresso, ha um aumento da

densidade dos gases e de sua velocidade at valores prximos a 200 m/s, melhorando-se

assim a transmisso de calor em alguns casos com coeficientes 15 vezes maiores que

nos casos comuns.

Por este motivo a caldeira requer aproximadamente l/4 do espao e pesa um

stimo (1/7) do valor de geradores convencionais de mesma capacidade de produo de

vapor. Outras vantagens atribudas a este tipo so uma resposta rpida aos controles e

27

rpida entrada em funcionamento (5 a 7 minutos), alcanando uma vaporizao

especifica de ate 500 kg.v/m.h.

A Figura 2-6 abaixo representa uma caldeira de circulao forada com

recirculao. O vapor produzido e a gua sem vaporizar entram em um cilindro vertical

no qual canais centrfugos dirigem a gua para o fundo e o vapor saturado sobe pelo

centro. A gua volta a entrar na bomba de circulao de onde injetada no gerador de

novo.

Figura 2-6 Caldeira de circulao forada com recirculao

Um gerador deste tipo produz aproximadamente 2.750 kg.v/h ocupando um

espao de 2,1 x 2,1m.

As caldeiras de circulao forada devido, entre outras coisas, a serem mais

leves, formarem vapor praticamente seco ou superaquecido e instantaneamente,

ocuparem menor espao e possurem grandes coeficientes de transmisso de calor,

pareciam tomar conta completamente do mercado, porm o seu uso apresentou certos

inconvenientes como super sensibilidade, paradas constantes por mnimos problemas,

etc., o que levou La Mont a elaborar juntamente com W. Vorkauf um outro tipo sem

bomba de alimentao (circulao natural), porm com tubulo ligado tubos de grande

dimetro que por sua vez se ligam ao feixe de troca de calor de tubos com dimetros

menores (Figura 2-7). Este tipo teve grande aceitao dos usurios, pois aproveitou as

vantagens das caldeiras de circulao forada e eliminou os defeitos das mesmas.

28

Figura 2-7 Caldeira de La Mont e W. Workauf de circulao natural, porm com tubulo ligado tubos

de grande dimetro que por sua vez se ligam ao feixe de troca de calor de tubos com dimetros menores.

2.2.2 Aplicao e Utilizao das Caldeiras Aquotubulares

As caldeiras tubos de gua perseguem os mesmos objetivos de uma caldeira

qualquer, isto , custo reduzido, compacta cidade, ser acessvel, tubos com forma

simples, boa circulao, coeficiente de transmisso de calor elevado e alta capacidade

de produo de vapor. Poderia se dizer que este tipo atinge todos ou quase todos dos

objetivos pretendidos, como por exemplo, a sua limpeza facilmente realizada pois as

incrustaes so retira das sem dificuldade utilizando um dispositivo limpa-tubo movido

com gua ou ar.

Possuem as mais variadas aplicaes industriais sendo tambm usadas para

caldeiras de recuperao e aplicaes martimas, tipo este estudado com maiores

detalhes por Engenheiros Navais. Porm, destacamos sua utilizao em centrais

trmicas onde trabalham com elevadas presses de ate 200 kg/m e capacidades

atingindo valores de aproximadamente 800 t.V/h.

Com respeito s grandes centrais trmicas, no e raro um alto consumo de

combustve1 e por isto qualquer aumento de rendimento, por menor que seja, torna-se

econmico mesmo se os investimentos aplicados forem grandes.

Em caldeiras de presses elevadas, devido aos grandes esforos aplicados, os

tambores resultam um custo muito elevado por isto conclui-se que seu nmero e

tamanho deva ser o menor possvel, e isto funo dos seguintes fatores:

29

Rendimento

Tipo de combustvel

Natureza da carga

Presso de trabalho

Ampliaes futuras

Espao disponvel e

Condies do clima

Em resumo, as caldeiras aquatubulares so empregadas quase exclusivamente

quando interessa obter elevadas presses grandes capacidades e altos rendimentos.

3 CALDEIRAS DE RECUPERAO

3.1 INTRODUO TERICA

As caldeiras de recuperao tm por funo a gerao de vapor a partir do licor

de negro e recuperar os qumicos utilizados no processo de cozimento.

As caldeiras de recuperao so caldeiras aquatubulares de fabricao especial,

desenvolvidas para a recuperao de produtos qumicos, queimando para isso o licor

rico em matria orgnica proveniente do processo de cozimento da madeira em um

ambiente redutor (pobre em oxignio). A fornalha destas caldeiras desenvolvida de

forma a facilitar a remoo e o resfriamento do smelt que composto de

aproximadamente 2/3 de Na2CO3 e 1/3 de Na2S, contendo tambm pequenas

quantidades de Na2SO4 e carbono.

O licor contendo cerca de 25% de gua pulverizado no interior da fornalha

por bicos que o transformam em gotculas. Essas gotculas devem ser grandes o

suficiente para prevenir seu arraste para as regies superiores da caldeira, e pequenas o

suficiente para que estejam secas antes de atingirem a camada de fundido evitando

assim o contato da gua com o smelt.

O licor negro queima em estgios sobrepostos, de maneira similar a outros

combustveis slidos e lquidos. Os quatro principais estgios so a secagem, a

devolatilizao (pirlise), a queima do carbono, e a coalescncia e reaes do smelt.

A parte orgnica do licor consiste de produtos degradados de lignina,

polissacardeos e alguns extrativos. Quando a temperatura das gotculas se aproxima de

30

200 C esses produtos comeam a sofrer degradao trmica, liberando CO2, CO, H2O,

H2S, NO, NH3, hidrocarbonetos leves, mercaptanas e outros compostos

organossulfurados. Esse processo chamado devolatilizao. O slido restante contm

material orgnico no voltil, principalmente carbono, juntamente com a maioria do

material inorgnico.

Ao final da etapa de devolatilizao cerca de 50% do carbono presente

inicialmente no licor se transforma em compostos volteis. O slido orgnico restante

na partcula passa ento a terceira etapa, juntamente com o material inorgnico, onde ir

reagir com oxignio, CO2 e vapor dgua e se transformar principalmente em CO

(monxido de carbono). No processo o sulfato reage com o carbono, o CO e hidrognio

e reduzido a sulfeto. A seguir so listadas as principais reaes que ocorrem na

camada de fundido e no smelt.

As Caldeiras de Recuperao tm duas funes principais, que so:

recuperao dos materiais inorgnicos presentes no licor negro e a combusto dos

constituintes orgnicos, de modo a gerar vapor para energia e para o processo.

Figura 3-1 Caldeira de Recuperao com indicao das principais regies

31

Caldeiras de Recuperao possuem duas diferentes sees principais: a seo

da fornalha e a seo de transferncia de calor. Toda mistura e combusto do

combustvel e do ar realizada na seo da fornalha, onde por volta de 40% da

transferncia de calor dos gases de combusto podem ser realizadas. A transferncia de

calor para a gua da caldeira para gerar vapor de alta presso ento finalizada na seo

transferncia de calor convectiva.

Seo da fornalha: a seo da caldeira onde so admitidos os sistemas de ar

primrio, secundrio e tercirio, em diferentes nveis, bem como o licor negro a ser

queimado. Suas paredes so construdas com tubulaes alinhadas verticalmente e

interligadas em suas extremidades, sendo que na extremidade superior ligam-se aos

coletores de vapor (que por sua vez se ligam ao balo de vapor) e na extremidade

inferior ao coletor de gua (que se ligam aos downcomers). As paredes da fornalha

possuem aberturas (atravs dos desvios de tubulaes) para portas de visita, sistemas de

alimentao de ar (primrio, secundrio e tercirio), para os bicos de asperso de licor e

para os queimadores de carga e partida.

O limite entre a seo da fornalha e a seo de transferncia de calor no existe

fisicamente, mas pode-se considerar na altura do nariz da fornalha (bullnose), cujos

objetivos principais so desviar os gases de sada, induzindo-os a passar pelo sistema de

superaquecedores e tambm proteger os superaquecedores da radiao intensa

proveniente da fornalha.

Seo de transferncia de calor: nessa seo, situada acima da fornalha, esto

os sistemas de superaquecedores, convectores (boiler bank) e de economizadores.

Os superaquecedores consistem em sistemas de tubulaes pela qual passa

vapor saturado proveniente do balo de vapor e, devido ao contato desta tubulao com

os gases quentes de sada, tero sua temperatura e presso elevado. Localizam-se a

frente dos convectores e acima do nariz da fornalha, possuindo quantidade de feixes de

tubulaes e arranjo distintos, dependendo do fabricante e da tecnologia adotada.

Os convectores encontram-se aps os superaquecedores e antes dos

economizadores. So compostos por feixes de tubulaes interligadas aos bales da

caldeira (dependendo da tecnologia utilizada tm-se 1 ou 2 bales) que recebem a gua

aquecida nos economizadores e trocam calor com os gases de combusto vindos dos

superaquecedores, atravs de um processo de circulao natural (conveco).

Os economizadores tambm so feixes de tubulaes que tm como objetivo

aquecer a gua de alimentao da caldeira em contracorrente com os gases quentes que

32

passaram pelos convectores, aproveitando ainda mais sua energia. Existem em nmero

de dois ou trs feixes, dependendo do fabricante e da tecnologia adotada.

3.2 MTODO DE ENSAIO POR ULTRA-SOM

3.2.1 PRINCPIOS BSICOS DO MTODO

3.2.1.1 Introduo:

Sons extremamente graves ou agudos podem passar despercebidos pelo

aparelho auditivo humano, no por deficincia deste, mas por caracterizarem vibraes

com freqncias muito baixas, at 20Hz (infra-som) ou com freqncias muito altas

acima de 20 kHz (ultra-som), ambas inaudveis.

Como sabemos, os sons produzidos em um ambiente qualquer, refletem-se ou

reverberam nas paredes que consistem o mesmo, podendo ainda ser transmitidos a

outros ambientes.

Fenmenos como este apesar de simples e serem freqentes em nossa vida

cotidiana, constituem os fundamentos do ensaio ultra-snico de materiais.

No passado, testes de eixos ferrovirios, ou mesmos sinos, eram executados

atravs de testes com martelo, em que o som produzido pela pea, denunciava a

presena de rachaduras ou trincas grosseiras pelo som caracterstico.

Assim como uma onda sonora, reflete ao incidir num anteparo qualquer, a

vibrao ou onda ultra-snica ao percorrer um meio elstico, refletir da mesma forma,

ao incidir num anteparo qualquer, a vibrao ou onda ultra-snica ao percorrer um meio

elstico, refletir da mesma forma, ao incidir numa descontinuidade ou falha interna a

este meio considerado. Atravs de aparelhos especiais, detectamos as reflexes

provenientes do interior da pea examinada, localizando e interpretando as

descontinuidades.

Figura 3-2 Funcionamento esquemtico de um aparelho de ultra-som

33

3.2.1.2 Finalidade do Ensaio

O ensaio por ultra-som caracteriza-se num mtodo no destrutivo que tem por

objetivo a deteco de defeitos ou descontinuidades internas, presentes nos mais

variados tipos ou forma de materiais ferrosos ou no ferrosos e medies de espessura

em tubulaes.

Tais defeitos so caracterizados pelo prprio processo de fabricao da pea ou

componentes a ser examinada, como por exemplo, bolha de gs fundido, dupla

laminao em laminados, micro-trincas em forjados, escoria em unies soldadas e

muitos outros.

Portanto, o exame ultra-snico, assim como todo exame no destrutivo, visa

diminuir o grau de incerteza na utilizao de materiais ou peas de responsabilidades.

Figura 3-3 Realizao do teste de ultra-som

3.2.1.3 Campo de Aplicao

Em 1929 o cientista Sokolov fazia as primeiras aplicaes da energia snica

para atravessar materiais metlicos, enquanto que 1942 Firestone utilizou o princpio da

ecosonda ou ecobatmetro, para exames de materiais. Somente em l945 o ensaio ultra-

snico iniciou sua caminhada em escala industrial, impulsionado pelas necessidades e

responsabilidades cada vez maiores. Hoje, na moderna indstria, principalmente nas

reas de caldeiraria e estruturas martimas, o exame ultra-snico, constitui uma

ferramenta indispensvel para garantia da qualidade de peas de grandes espessuras,

geometria complexa de juntas soldadas, chapas.

Na maioria dos casos, os ensaios so aplicados em aos-carbonos e em menor

porcentagem em aos inoxidveis. Materiais no ferrosos so difceis de serem

examinados e requerem procedimentos especiais.

34

3.2.2 Limitaes em Comparao com outros Ensaios

Vantagens em relao a outros ensaios:

O mtodo ultra-snico possui alta sensibilidade na detectabilidade de pequenas

descontinuidades internas, por exemplo:

Trincas devido a tratamento trmico, fissuras e outros de difcil

deteco por ensaio de radiaes penetrantes (radiografia ou

gamagrafia).

Para interpretao das indicaes, dispensa processos intermedirios,

agilizando a inspeo.

No caso de radiografia ou gamagrafia, existe a necessidade do processo

de revelao do filme, que via de regra demanda tempo do informe de

resultados.

Ao contrrio dos ensaios por radiaes penetrantes, o ensaio ultra-

snico no requer planos especiais de segurana ou quaisquer

acessrios para sua aplicao.

A localizao, avaliao do tamanho e interpretao das

descontinuidades encontradas so fatores intrnsecos ao exame ultra-

snico, enquanto que outros exames no definem tais fatores. Por

exemplo, um defeito mostrado num filme radiogrfico define o

tamanho, mas no sua profundidade e em muitos casos este um fator

importante para proceder a um reparo.

Limitaes em relao a outros ensaios:

Requer grande conhecimento terico e experincia por parte do

inspetor.

35

O registro permanente do teste no facilmente obtido.

Faixas de espessuras muito finas constituem uma dificuldade para

aplicao do mtodo.

Requer o preparo da superfcie para sua aplicao. Em alguns casos de

inspeo de solda, existe a necessidade da remoo total do reforo da

solda, que demanda tempo de fbrica.

3.2.3 APARELHAGEM

Descrio dos Aparelhos Medidores de Espessura por ultra-som.

Os medidores de espessura por ultra-som podem se apresentar com circuitos

digitais ou analgicos, e so aparelhos simples que medem o tempo do percurso snico

no interior do material, atravs da espessura, registrando no display o espao percorrido,

ou seja, a prpria espessura. Operam com transdutores duplocristal, e possuem exatido

de dcimos ou at centsimos dependendo do modelo.

Figura 3-4 Aparelho medidor de espessura por ultra-som

So aparelhos bastante teis para medio de espessuras de chapas, tubos,

taxas de corroso em equipamentos industriais, porm para a obteno de bons

resultados, necessria sua calibrao antes do uso, usando blocos com espessuras

calibradas e de mesmo material a ser medido, com o ajuste correto da velocidade de

propagao do som do aparelho.

Os aparelhos medidores modernos de espessura digital so dotados de circuitos

de memria que podem armazenar centenas de dados referentes a espessuras medidas e

36

aps, conectando na impressora, pode-se obter um relatrio completo das medidas

efetuadas e as condies usadas.

3.3 CARACTERSTICAS TCNICAS DA CALDEIRA DE RECUPERAO DA

EMPRESA DE CELULOSE EM ESTUDO E APLICAO DESTE

TRABALHO

O estudo de otimizao de inspeo de medio de espessura est sendo

embasado na Caldeira de Recuperao de lcalis A de uma Planta Industrial de Papel e

Celulose.

Os parmetros de processo e dados tcnicos da caldeira de recuperao

supracitada encontram-se nas Figuras 3-5 e 3-6.

Figura 3-5 Caractersticas Tcnicas das Caldeiras de Recuperao

37

Figura 3-6 Dados tcnicos das Caldeiras de Recuperao

3.3.1 Breve histrico da Caldeira de Recuperao em Estudo

A caldeira de recuperao de lcalis da fbrica A foi fornecida em 1978 pela

GOTAVERKEN da Sucia, no ano de 2001 passou por uma grande reforma (Retrofit),

visando o aumento de sua capacidade de produo. Naquela reforma toda a fornalha e

sistemas de superaquecedores e economizadores foram trocados (Kvaerner) e foi

instalado um novo precipitador eletrosttico. O investimento total da reforma foi da

ordem de US$ 80 milhes.

Encontram-se nas pginas seguintes, Figura 3-7 e 3-8, as configuraes da

CRA antes e aps o Retrofit.

38

249

250

251

252

E

C

O

N

O

M

I

Z

A

D

O

R

III

253

254

256

255

M

264

263

261

262

R

II

260

259

A

O

D

Z

I

O

O

N

C

E

257

258

M

R

I

A

D

O

I

Z

269

270

267

268

O

N

O

E

C

265

266

243

244

A

K

N

B

288

287

248

247

242

241

286

285

238

237

R

E

S

C

E

N

P

R

I

M

A

R

I

O

I

C

D

N

U

E

S

A

R

I

O

I

III

R

O

I

A

M

R

P

I

III

R

O

I

A

M

R

P 223

224

211

212201

202

205

206

284

283215

216

207

208

214

213

230

229

232

231

227

228209

210 234

233

218

217

219

220

221

222

EL. 70380

EL. 68900

6 1/2 Andar

EL. 34525

EL. 32325

EL. 29025

EL. 28025

EL. 26345

EL. 25367,6

EL. 23700

PISO

FOR 2

FOR 1

FOR 3

EL. 23100

EL. 21500

EL. 24400

PRIMARIO IENTRADA DE AR

PRIMARIO IIENTRADA DE AR

SECUNDARIO IENTRADA DE AR

FOR 4

50

ZONA PINADATERMINO DA

ENTRADA DE ARSECUNDARIO II/TERCIARIO

1000FOR 6

EL. 48100

TETO DESEGURANCA

EL. 51120,8

NARIZBV BV

A DB C

BV

1000

A DB C

FOR 5

225

226

239

240

245

246

ECONOMIZADOR I

ECONOMIZADOR II

ECONOMIZADOR III

BANK

SH PRIMARIO II

SH PRIMARIO III

SH SECUNDARIO

SCREEN (PRIMARIO I)

PAREDE FRONTALBICAS DE SMELT PORTA DE VISITA

1 91

1 90

1 111

1 54

127

FORNALHA

1112

PAREDE TRASEIRA(SUL)

1081

PLE(LESTE)PATIO

PLD

1110

(OESTE)

SH PRIMARIO III

B

D

A

F

c

E

SH PRIMARIO II

SCREEN (PRIMARIO I)

BD

AF

c E

B

B

A

A

cD

SH SECUNDARIO

BF

DH

A E

c KL

JI

G

A

B

C

Bocais de Ar/Queimador de Partida e Sopradores de Fuligem

LEGENDA

ASTM-T12

ST-35.8 II

ASTM-T22

Figura 3-7 Configurao da Caldeira de Recuperao A antes do Retrofit

39

CR"A"

ELEV. 36893

ELEV. 31225

ELEV. 26017

ELEV. 23842

ELEV. 35393

CARBONO

COMPOSTO

AR TERCIRIO

QUEIMADORES DE LICORB.V

AR SECUNDRIO E QUEIMADORES DE PARTIDA

ELEV. 22680BICAS DE SMELT

AR PRIMRIO

P.F

BIC

AS

P.FP.T

A 1

B 1

A 2A 3

B 2B 3

MEDIDAS EFETUADAS

CURVAS SUP. e INF. DO NARIZ

1

12

2

12 1

7

8

1

7

5

1

7

6

3 4 5 1

7

5

1

7

8

1

7

7

1

7

6

1

7

7

1

543

146

2

4

33

4

143

143144

142

145 144

145

P.L.E

P.L.D

P.T FORNALHA

ATENO: O (1), prime iro tubo da P.F. o 2 tubo do piso e o tubo 145

da P.F. o penltim o tubo do piso

PF

- Bic

as

SH

PRIM.

I

SH

SEC.

II

SH

SEC.

IISH

TERC.

SH

PRIM.

I

WATER SCREEN

NARIZ

BANK I

BA

NK

II

BA

NK

IIIECO

IECO

II

ECO

III

TETO DE SEGURANA

ELEV. 67600

ELEV. 64700

ELEV. 61700

ELEV. 58700

ELEV. 55420

ELEV. 47000

ELEV. 49287

ELEV. 51250

ELEV. 47525

A

B

C

A

BC

A B

A

BC

A

BC

SA213T12+ COMPOSTO

SA210A1

304L/SA210A

SA209T1

SA213T12

Legenda -Cores- Materiais

SOPRADORES

PORTAS DE INSPEO

SANICRO 38 + 210A1

Figura 3-8 Configurao da Caldeira de Recuperao A aps o Retrofit

40

4 ESTUDO DE CASO

4.1 HISTRIO DE INSPEO DE MEDIO DE ESPESSURA E CURVAS DE

TENDNCIAS

Para a confeco do Novo Plano de Rotinas de Medio de Espessura foram

analisados e plotadas Curvas de Tendncia para todos os pontos localizados em cada

regio onde so realizadas as Inspees de Medio de Espessura.

Com base nas recomendaes do Comit de Segurana em Caldeiras de

Recuperao do Brasil e na experincia dos Especialistas em inspeo de Caldeiras de

Recuperao, foram pr-selecionados os pontos mais crticos pertencentes a cada regio

da caldeira Tabela 4- 79.

Traadas as curvas de tendncia, com base nas recomendaes do Comit de

Segurana em Caldeiras de Recuperao do Brasil e na Metodologia de Inspeo

Baseada em Risco, foi elaborado o Novo Plano de Inspeo de Medio de Espessura

em Caldeiras de Recuperao.

Foi realizada uma amostragem das curvas de tendncia de algumas regies da

caldeira para serem includas neste trabalho objetivando exemplificar a metodologia

empregada na elaborao do Novo Plano de Inspeo.

4.1.1 SOBRE AS CURVAS (LINHAS) DE TENDNCIA

4.1.2 O que so linhas de tendncia?

As linhas de tendncia so usadas para exibir graficamente tendncias nos

dados e analisar problemas de previso. Esta anlise tambm chamada de anlise de

regresso. Usando a anlise de regresso, voc pode estender uma linha de tendncia em

um grfico alm dos dados reais para prever valores futuros.

4.1.3 Segurana das linhas de tendncia

Os tipos de dados existentes determinam o tipo de linha de tendncia que deve

ser usado.

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41

Uma linha de tendncia mais segura quando seu valor de R-quadrado (valor

de R-quadrado: um indicador de 0 a 1 que revela o grau de correspondncia entre os

valores estimados para a linha de tendncia e os dados reais. A linha de tendncia

mais confivel quando o valor de R-quadrado 1 ou prximo de 1. Conhecido tambm

como coeficiente de determinao.) ou aproxima-se de 1.

4.1.4 Tipos de Linhas de Tendncia

4.1.4.1 Linear

Uma linha de tendncia linear uma linha reta de melhor ajuste usada com

conjuntos de dados lineares simples. Seus dados sero lineares se o padro nos pontos

de dados se parece com uma linha. Uma linha de tendncia linear geralmente mostra

que algo est aumentando ou diminuindo com uma taxa fixa.

4.1.4.2 Logartimica

Uma linha de tendncia logartmica uma linha curva de melhor ajuste usada

quando a taxa de alterao nos dados aumenta ou diminui rapidamente e depois se

nivela. Uma linha de tendncia logartmica pode usar valores negativos e/ou positivos.

4.1.4.3 Polinomial

Uma linha de tendncia polinomial uma linha curva usada quando os dados

flutuam. til, por exemplo, para analisar ganhos e perdas em um conjunto de dados

amplo. A ordem da polinomial pode ser determinada pelo nmero de flutuaes nos

dados ou por quantas dobras (picos e vales) aparecem na curva. Uma linha de tendncia

polinomial de ordem 2 geralmente s possui um pico ou vale. A ordem 3 geralmente

possui um ou dois picos ou vales. A ordem 4 geralmente possui at trs.

4.1.4.4 Potncia

Uma linha de tendncia de potncia uma linha curva usada com conjuntos de

dados que comparam medidas que aumentam as taxas especficas por exemplo, a

mk:@MSITStore:C:/Arquivos%20de%20programas/Microsoft%20Office/Office10/1046/xlmain10.chm::/html/xldecAddModifyAndDeleteTrendlinesInAChart.htm##mk:@MSITStore:C:/Arquivos%20de%20programas/Microsoft%20Office/Office10/1046/xlmain10.chm::/html/xldecAddModifyAndDeleteTrendlinesInAChart.htm##mk:@MSITStore:C:/Arquivos%20de%20programas/Microsoft%20Office/Office10/1046/xlmain10.chm::/html/xldecAddModifyAndDeleteTrendlinesInAChart.htm##mk:@MSITStore:C:/Arquivos%20de%20programas/Microsoft%20Office/Office10/1046/xlmain10.chm::/html/xldecAddModifyAndDeleteTrendlinesInAChart.htm##mk:@MSITStore:C:/Arquivos%20de%20programas/Microsoft%20Office/Office10/1046/xlmain10.chm::/html/xldecAddModifyAndDeleteTrendlinesInAChart.htm##

42

acelerao de um carro de corrida em intervalos de 1 segundo. No poder ser criar uma

linha de tendncia de potncia se seus dados contiverem valores zero ou negativos.

4.1.4.5 Exponencial

Uma linha de tendncia exponencial uma linha curva usada quando os

valores de dados estiverem crescendo ou caindo com taxas cada vez mais altas. No

poder ser criar uma linha de tendncia exponencial se seus dados contiverem valores

zero ou negativos.

43

4.1.5 HISTRICO DOS PONTOS ANALISADOS DO SUPERAQUECEDOR

TERCIRIO NA LINHA DO SOPRADOR DE FULIGEM

ELEVAO 55.420

Painel Nov01 Out02 Nov03 Out04

1 6,2 6,2 6,2 6,0

9 6,4 6,2 6,1 5,9

15 6,3 6,2 6,0 5,9

25 6,3 6,3 6,1 5,9

35 6,2 6,2 6,0 5,7

Tabela 4-1 Histrico de medio de espessura do Superaquecedor Tercirio SF Elevao 55.420

ELEVAO 61.890


2 6,1 6,1 5,9 5,8

6 6,2 6,0 5,9 5,8

15 6,3 6,2 6,0 5,9

19 6,4 6,2 6,0 5,9

33 6,4 6,3 6,1 6,0


ELEVAO 58.890


1 6,3 6,2 5,9 5,9

6 6,2 6,2 6,1 6,0

11 6,6 6,4 6,3 5,9

17 6,3 6,2 6,0 5,9

35 6,2 6,2 6,0 5,9


44

ELEVAO 64.890


2 6,1 6,0 5,9 5,9

4 6,3 6,2 5,2 5,2

18 6,1 6,0 5,9 5,8

29 6,4 6,2 6,1 6,0

33 6,5 6,3 6,2 6,1


ELEVAO 67.890


1 6,3 6,1 6,0 5,8

20 6,3 6,2 6,1 6,0

23 6,3 6,1 5,9 5,8

33 6,4 6,1 6,0 5,9

35 6,2 6,2 6,2 6,2


ELEVAO 55.420 B


1 6,2 6,1 6,1 5,9

5 6,2 6,2 6,0 5,8

13 6,2 6,2 6,1 5,9

20 6,2 6,2 6,2 6,0

30 6,3 6,2 5,9 5,9

Tabela 4-6 Histrico de medio de espessura do Superaquecedor Tercirio SF Elevao 55.420 B

45

ELEVAO 58.700


3 6,3 6,3 6,1 6,0

11 6,5 6,4 6,3 6,1

21 6,4 6,2 6,2 6,2

26 6,4 6,2 6,2 6,1

35 6,2 6,2 6,2 6,2


ELEVAO 61.700


2 6,3 6,1 5,9 5,8

14 6,6 6,3 6,3 6,0

15 6,5 6,4 6,3 6,1

18 6,3 6,2 6,1 5,9

33 6,2 6,2 6,2 6,0


ELEVAO 64.700


6 6,0 6,0 6,0 6,0

13 6,4 6,3 6,2 6,0

16 6,3 6,2 6,1 5,9

21 6,2 6,0 5,9 5,8

31 6,3 6,2 6,0 5,9


46

ELEVAO 67.745

Painel 2001 2002 2003 2004

7 6,2 6,2 6,2 6,2

11 6,5 6,2 6,0 6,0

20 6,0 6,0 5,7 5,7

27 6,4 6,2 6,1 6,0

35 6,1 6,1 6,0 5,9


Mat.: A - 213 T 12

Dimetro. (mm) 63,50

Espessura .

Nominal(mm) 5,60

Esp. Rec. (mm) 4,30

Esp. Mn. (mm) 4,00

Tabela 4-11 Material e dimenses do Superaquecedor Tercirio - SF

47

4.1.5.1 Exemplos de curvas de tendncia da regio do superaquecedor tercirio na

linha do soprador de fuligem utilizadas para a determinao da Matriz de Risco

Painel 35 - El. 55.420

y = -0,075x2 + 300,2x - 300404

R2 = 0,997

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Tempo [ano]

Es

pess

ura

[m

m]

Medies Espessura Mnima

Espessura Recomendada Polinmio (Medies)

Figura 4-1 Curva de tendncia do Painel 35 - Elevao 55.420 para o Superaquecedor Tercirio - SF

Instante em que ser atingida a Espessura Mnima 2006

Instante em que ser atingida a Espessura Recomendada 2006

Painel 2 - El. 61.890

y = -0,025x2 + 100,01x - 100024

R2 = 0,9333

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Tempo [ano]

Es

pess

ura

[m

m]






48

Painel 11 - El. 58.890

y = -0,05x2 + 200,03x - 200053

R2 = 0,9692

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Tempo [ano]

Es

pess

ura

[m

m]






Painel 4 - El. 64.890

y = 0,025x2 - 100,56x + 101117

R2 = 0,837

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Tempo [ano]

Es

pess

ura

[m

m]






49

Painel 23 - El. 67.890

y = 7E+186x-56,354

R2 = 0,9821

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Tempo [ano]

Es

pess

ura

[m

m]


Espessura Recomendada Potncia (Medies)




Painel 5 - El. 55.420b

y = -0,05x2 + 200,11x - 200214

R2 = 0,9818

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Tempo [ano]

Es

pess

ura

[m

m]



Figura 4-6 Curva de tendncia do Painel 5 - Elevao 55.420 B para o Superaquecedor Tercirio - SF



50

Painel 11 - El. 58.700

y = -0,025x2 + 99,995x - 99983

R2 = 0,9943

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Tempo [ano]

Esp

essu

ra [

mm

]






Painel 33 - El. 61.700

y = -0,05x2 + 200,19x - 200374

R2 = 0,9333

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Tempo [ano]

Esp

essu

ra [

mm

]






51

Painel 16 - El. 64.700

y = -0,025x2 + 99,995x - 99984

R2 = 0,9943

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Tempo [ano]

Es

pess

ura

[m

m]



Figura 4-9 Curva de tendncia do Painel 16 - Elevao 64.700 para o Superaquecedor

Tercirio - SF



Painel 35 - El. 67.745

y = -0,025x2 + 100,05x - 100104

R2 = 0,9818

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Tempo [ano]

Es

pess

ura

[m

m]




Superaquecedor Tercirio - SF



52

4.1.6 HISTRICO E CURVAS DE TENDNCIAS DOS PONTOS ANALISADOS

DO SUPERAQUECEDOR TERCIRIO CURVAS

A B C D

E F G H

I J

K

L M N O

P

Q R

S

T

1 1

0

1

7

2

4

SH. SECUNDRIO I e SH.TERCIRIO

53

PONTO A


5 6,0 6,0 6,0 6,0

19 6,0 5,8 5,7 5,7

32 6,2 6,2 6,2 5,9

Tabela 4-12 Histrico de medio de espessura do Superaquecedor Tercirio Curvas Ponto A

PONTO B

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PLANO OTIMIZADO DE INSPEÇÃO DE ... - mecanica.ufes.brmecanica.ufes.br/sites/engenhariamecanica.ufes.br/files/field/... · PLANO OTIMIZADO DE INSPEÇÃO DE MEDIÇÃO DE ... de Caldeiras