UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS – UFAL
UNIDADE ACADÊMICA CENTRO DE TECNOLOGIA – CTEC
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
AUTOR: JOSÉ AUGUSTO DE MOURA NEVES
AMAURI BRUNO AMORIM DIAS
ANDRÉ DE ALBUQUERQUE DUARTE
CALDEIRAS
Histórico – Surgimento das Caldeiras
TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS
Haycock, 1720
Savery’s Engine, 1700
Quanto ao Fluido que Passa Pelos Tubos:
Caldeiras Flamotubulares
Caldeiras Aquotubulares
TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS
FLAMOTUBULARES
São utilizadas apenas para a produção de vapor saturado pois a troca de calor é feita sempre entre o tubo com gás quente na parte interna envolvido completamente com água na forma líquida.
Caldeiras de fornalha lisa.
Caldeiras de fornalha corrugada (tipo sanfonada). Aumenta de forma considerável a área de transferência
de calor
Caldeiras com um ou múltiplos passes para o percurso dos gases.
TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS
Flamotubulares
Caldeiras de parede traseira seca.
Caldeiras de parede traseira molhada.
TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS
AQUOTUBULARES
Água a ser vaporizada circula no interior dos tubos de troca térmica, o calor proveniente da queima do combustível circula na parte externa.
As caldeiras de grande porte que operam em altas e médias pressões.
Apresentam um importante inovação: a elevação de sua temperatura acima da de saturação, ou seja o seu superaquecimento.
TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS
AQUOTUBULARES
TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS
QUANTO À FONTE DE CALOR
Caldeiras Elétricas
Resistências elétricas aquecem o fluido
Caldeiras com Câmaras de Combustão
Com câmara de combustão que produz o calor para aquecer o fluido
Caldeiras de Recuperação
Usa gases quentes oriundos de outros processos para aquecer o fluido
Caldeiras de Fluido Térmico
Fluido aquecido e transportado para um sistema que utiliza energia para um outro processo térmico. O fluido retorna à caldeira para ser aquecido novamente em circuito fechado.
TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS
Caldeira Elétrica
Aplicabilidade bastante reduzida no setor industrial.
Em locais onde há pouca oferta de combustíveis e facilidade de obtenção de eletricidade.
Vaso de pressão não sujeito a chama com sistema de aquecimento elétrico e sistema de água de alimentação.
O rendimento é bastante elevado: troca de calor ocorre no interior da massa líquida.
TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS
Quanto à Movimentação da água nos Tubos
Caldeiras de Circulação Natural
Caldeiras de Circulação Forçada
Quanto à Pressão da Câmara de Combustão
Caldeiras de Pressão Positiva
Caldeiras de Pressão Negativa
TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS
QUANTO À TIRAGEM
Caldeiras de Tiragem ForçadaUso de Ventiladores para entrada de ar na fornalha Caldeiras de tiragem InduzidaUso de exaustor de gases na chaminé Caldeiras de tiragem BalanceadaCombina as anteriores
QUANTO À PRESSÃO DE OPERAÇÃO
Caldeiras SubcriticaMédia e Baixa Pressão Caldeiras SupercriticasVapor superaquecido
TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS
QUANTO AO TIPO DE COMBUSTÍVEL
Caldeiras a Combustíveis Líquidos Óleo combustível Óleo diesel Resíduo de vácuo
Caldeiras a Combustível Sólido Sólidos Naturais Sólidos Derivados
Caldeiras a gás Gás combustível (Refino) Gás Natural
TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS
As caldeiras são construídas de acordo com o tipo de combustível que irá utilizar.
Instalações adequadas para recebimento e manuseio do combustível, incluindo tanques para armazenamento com capacidades adequadas ao consumo e oferta do produto no mercado.
Instalações de aquecimento para elevar a temperatura do combustível previamente a sua entrada na caldeira, facilitando desta forma sua atomização e queima.
Possuir sistemas para aquecimento prévio do ar destinado a queima, conhecidos como pré - aquecedores de ar.
TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS
Os queimadores utilizados nestas caldeiras devem ser compatíveis com as características do óleo em uso.
As fornalhas para combustíveis líquidos devem possuir dimensões suficientes para que o processo de transformação para o estado gasoso ocorra, assim como toda a queima em seu interior sob qualquer condição de carga.
Nas caldeiras de combustível líquido as tubulações e equipamentos do sistema de manuseio devem ser isoladas termicamente.
CALDEIRA DE COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS
Combustíveis Sólidos Naturais Madeira Turfa Carvão mineral Bagaço de cana, etc.
Combustíveis sólidos Derivados Carvão vegetal Coque de carvão Coque de petróleo, etc.
CALDEIRA DE COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS
Gás Natural
O gás natural é encontrado em reservatórios subterrâneos naturais, associado ou não ao petróleo, de onde é extraído através da perfuração de poços.
Após ser produzido, antes de ser enviado para consumo como combustível, geralmente, passa por UPGNs que retiram deste gás as frações mais pesadas que podem ser incorporadas às correntes de GLP e NAFTA.
CALDEIRA DE COMBUSTÍVEIS GASOSOS
PARTES DE UMA CALDEIRA
Saída de vapor saturado
Saída de vapor Superaquecido
Gases Exautos
Superaquecedor
Tubos de água do Bank
Água
Tubulão de Lama
Válvula de Segurança
Vapor saturado
Tubulão de Vapor
Água em ebulição
Tubos da Parede d’ água
Queimador
Combustível
QUEIMADORES
PARTES DE UMA CALDEIRA
Turbulador
Lança de gás
Entrada de gás
Entrada de Ar
Ignitor Lança
de óleo
Regulagem do Damper
Tubos da Parede D'água
Tubos dispostos verticalmente, um ao lado do outro, circundando toda a fornalha.
Pode ser membranada: tubos são aletados e/ou soldados uns aos outros, formando uma parede estanque.
PARTES DE UMA CALDEIRA
Tubulão de vapor
Separa a água do vapor gerado nas paredes da fornalha (tubos das paredes d’água) e controla a quantidade de sólidos dissolvidos na água da caldeira.
A separação da água do vapor em estágios, ou através de turbo separadores ou através de chapas corrugadas, ou por meio de conjunto de telas.
Estes separadores são instalados na parte superior do tambor.
PARTES DE UMA CALDEIRA
Tubulão de lama
PARTES DE UMA CALDEIRA
Fornalha
A fornalha é a região da caldeira em que se desenvolve a combustão e a maior parte do calor é transferido.
Requisitos:Ter um volume capaz de garantir que toda a queima se efetuará no seu interior.
O posicionamento dos queimadores e das superfícies de transferência de calor deve tal que não haja contato entre a chama e os tubos.
A superfície dos tubos para absorção do calor gerado deve suficiente para que não ocorra vaporização nos tubos de subida.
PARTES DE UMA CALDEIRA
Fornalha
As fornalhas podem ser classificadas em três tipos principais:
Fornalha de Queima Frontal - Os queimadores são horizontais, montados paralelamente em uma das paredes da fornalha.
PARTES DE UMA CALDEIRA
Fornalha de Queima Tangencial - Os queimadores são horizontais, montados nas arestas verticais da fornalha, com suas linhas de centro tangenciando um circulo no meio da fornalha.
PARTES DE UMA CALDEIRA
Fornalha de Queima Vertical - neste caso os queimadores são verticais, montados no teto da fornalha.
PARTES DE UMA CALDEIRA
Bank
Feixe de tubos que ligam os dois tubulões.
Trocam calor por convexão com os gases da fornalha.
PARTES DE UMA CALDEIRA
Indicadores de pressão
Analógicos de leitura direta
Transmissor de leitura remota
PARTES DE UMA CALDEIRA
Dispositivos de segurança
PARTES DE UMA CALDEIRA
PSV
Visores de nível;
PARTES DE UMA CALDEIRA
Imagens retiradas de m.albernaz.sites.uol.com.br/caldeiras.htm www.tutorgig.com/ed/Boiler
Sistema do controle de nível;
PARTES DE UMA CALDEIRA
As mudanças bruscas de demanda de vapor provocam alterações no nível.
Estas alterações na demanda de vapor causam no nível de água no tubulão a expansão e a contração.
O controle de nível deve responder rapidamente a essa mudança amenizando os distúrbios no controle de combustão.
Imagens retiradas de m.albernaz.sites.uol.com.br/caldeiras.htm www.tutorgig.com/ed/Boiler
Superaquecedores de vapor
Superfícies trocadoras de calor com a finalidade de elevar a temperatura do vapor produzido no tambor a um valor superior ao valor de saturação.
Podem ser classificados como de convecção ou de radiação.
PARTES DE UMA CALDEIRA
Imagens retiradas de m.albernaz.sites.uol.com.br/caldeiras.htm www.tutorgig.com/ed/Boiler
Economizador
Trocador de calor tubular instalado na região de passagem dos gases de uma caldeira.
Propicia o aproveitamento de energia térmica contida nesses gases, transferindo-a para a água de alimentação que está sendo introduzida no tambor.
PARTES DE UMA CALDEIRA
OBJETIVOS DO TRATAMENTO DE ÁGUA DAS CALDEIRAS
O tratamento químico interno de água das caldeiras e também as operações de tratamento preliminar visam atender os seguintes objetivos: • Evitar a formação de incrustações• Evitar os processos corrosivos• Eliminar as ocorrências de arrastes de água
CLARIFICAÇÃO/ FILTRAÇÃO
Operação realizada normalmente em uma estação de tratamento de água (ETA), responsável pela eliminação de material suspenso na água.
PROCESSOS DE TROCA IÔNICA
É um tratamento complementar que visa a remoção dos íons dissolvidos na água causadores de problemas, tais como cálcio, magnésio, sílica, etc. Este processo faz uso das chamadas resinas de troca iônica, que são pequenas esferas porosas de material plástico em cuja superfície estão ligados os íons que serão usados na troca.
ABRANDAMENTO
Consiste na remoção de cálcio e magnésio da água. Faz uso de resinas que trocam íons sódio (Na+) ou hidrogênio (H+).
PROCESSO DE OSMOSE REVERSA
Consiste em fazer a água previamente filtrada passar por dispositivo normalmente cilíndrico denominado “permeador”, onde os sais presentes na água são retidos por membranas seletivas especialmente fabricadas. A água pura é eliminada radialmente pelo permeador, enquanto que a parcela de água não permeada é descartada a uma concentração mais elevada de sais.