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Máquinas térmicas de engenharia
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CALDEIRASCALDEIRASMÁQUINAS TÉRMICASMÁQUINAS TÉRMICAS
Curso: Técnico em Mecânica Instrutora: Luiza Siqueira Nunes
SENAI – Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial
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O que é uma Caldeira?
GERADOR DE VAPOR
Máquina ou dispositivo de engenharia onde a energia química, através da queima de um combustível, transforma-se em energia térmica.
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Vapor de água
Amplamente utilizado na indústria, tanto para aquecimento, quanto para acionamento mecânico, e geração de energia.
Preferido dentre outras substâncias em função de seu alto calor específico aliado a ampla disponibilidade da água no meio industrial.
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Relação Pressão X Temperatura
1 atm = 101 325 Pa = 1,01325 bar = 760 Torr ≈ 14,696 psi
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Aplicação na IndústriaTêxtil: tinturariaAlimentos: Processo de industrialização.Bebidas : lavação de garrafas; tanques de xaropes, pasteurizadores.Papel: Obtenção da celulose, fabricação e secagem do papel.Indústria Madeireira: cozimento de toras; secagem em estufas.Indústria de vulcanização e recauchutagem: estufas para secagem de pneus, vulcanização, prensas.Metalúrgica.Hospitais e hotéis: na lavanderia para esterilização de roupas, na cozinha.
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Combustíveis
Sólido: Madeira, cascas de árvores, carvão, bagaço de cana, etc.
Líquido: Óleo combustível (óleo grosso), óleo diesel, álcool, etc.
Gasoso: Gás Natural.
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CombustíveisPoder calorífico
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Queimador de óleo combustível
Bomba para pressurizar o combustível e um bico injetor para pulverizá-lo em altas pressão na câmara de combustão.
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Queimador de gásOcorre sem as etapas de nebulização e destilação das gotículas de combustível.
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Queimador de carvãoÉ comum a utilização de carvão em caldeiras de forma pulverizada.
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Queimador de grelhaDispositivos tipo grade, podendo ser fixas ou móveis, onde são queimados os seguintes combustíveis: Madeira em cavacos, em lenha ou tipo serragemCasca de ArrozBagaço de Cana
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CALDEIRAS AQUATUBOLARESA água circula por dentro de diversos tubos, posicionados lado a lado, formando uma parede do tipo feixe tubular. Os tubos são aquecidos pelo calor da fornalha, transformando a água dentro do tubo em vapor.
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CALDEIRAS FLAMOTUBOLARESOs gases de combustão circulam por dentro dos tubos, um ou mais passe de gases de combustão.
Uso limitado às instalações de pequeno porte, com pressões inferiores a 15 bar.
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CALDEIRAS ELÉTRICASResistências Tubulares de Imersão ligados a energia elétrica para aquecimento da água no interior das caldeiras. As resistências de imersão são fabricadas em tubos geralmente de cobre.
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CARGA TÉRMICA VOLUMÉTRICAPotência = J/s = WVolume = m3 = 1000 litros
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SEGURANÇA em CALDEIRASControle do nível de água automático ou manual (visor de nível).
Controle de pressão de trabalho pressostatos e manômetros.
Válvulas de segurança evitando aumento excessivo da pressão.
Sopradores de fuligem evitar que ocorra depósito de cinzas nas paredes externas dos tubos, reduzindo a troca de calor.
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Norma Regulamentadora 13
Por trabalhar com altas pressões de vapor, as caldeiras estão enquadradas na NR13, onde esta define parâmetros legais e técnicos para garantir a segurança das mesmas.
Pressão Máxima de Trabalho Permitida – PMTP
Pressão Máxima de Trabalho Admissível – PMTA
compatível com o código de projeto, a resistência dos materiais utilizados, as dimensões do equipamento e seus parâmetros operacionais.
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Ciclo Rankine
Processo fechado de operação de vapor das máquinas térmicas. Ex.: usinas de geração elétrica a combustão de combustíveis fóssil como o carvão, gás natural, e gasolina.
Ciclo termodinâmico reversível que converte CALOR TRABALHO.
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Ciclo Rankine1. O fluido é bombeado para uma
pressão alta utilizando-se uma bomba.
2. O fluido pressurizado é aquecido a pressão constante até se tornar vapor.
3. O vapor superaquecido expande através de uma turbina para gerar trabalho. Com esta expansão, tanto a pressão quanto a temperatura se reduzem.
4. O vapor então entra num condensador, onde ele é resfriado até a condição de líquido saturado.
Este líquido então retorna à bomba e o ciclo se repete.
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MOTORES A VAPOR
Vapor na Caldeira conduzido para realizar trabalho mover algum tipo de motor para que este, converta
CALOR E PRESSÃO ENERGIA MECÂNICA (movimento)
podendo movimentar máquinas ou geradores elétricos. Os mais utilizados são:
Turbinas Vapor e Motor tipo Pistão.
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TURBINA A VAPOR energia do vapor energia cinética.
O elemento básico é o rotor, que conta com paletas, hélices ou lâminas o fluido em movimento produz uma força tangencial que impulsiona o rotor, fazendo-o girar.
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MOTOR A VAPOR PISTÃO Movimentaram as primeiras locomotivas, barcos a vapor e fábricas, foram a base da Revolução Industrial.