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1
ANEXO I
GERADORES DE VAPOR (Caldeiras)
2
1. Introdução
1.1. Definição
Gerador de vapor é um trocador de calor complexo que produz vapor de água sob pressões
superiores a atmosférica a partir da energia térmica de um combustível e de um elemento comburente, ar,
estando constituído por diversos equipamentos associados e perfeitamente integrados para permitir a
obtenção do maior rendimento térmico possível, sendo que esta definição abrange todos os tipos de
geradores de vapor, sejam os que vaporizam água, mercúrio, vapor de óxido de difenil – vapor de água ou
fluidos de alta temperatura, bem como as unidades mais simples de geradores de vapor, comumente
denominadas de caldeiras de vapor (Torreira, 1995). Pêra (1990), apresenta definição similar, mas
comenta que nem sempre a fonte produtora de calor é um combustível, podendo ser aproveitados calores
residuais de processos industriais, escapes de motores Diesel ou de turbinas a gás, dando ao equipamento
a denominação de caldeira de recuperação. Dantas (1988), definiu um gerador de vapor como vasos de
pressão onde a água é alimentada, continuamente e pela aplicação de uma fonte de calor, ela se
transforma em vapor.
1.2. Breve histórico
1.2.1. História do Vapor (CHD Válvulas)
Não é de hoje que o homem percebeu que o vapor podia fazer as coisas se movimentarem.
No primeiro século da era cristã, portanto há mais de 1900 anos, um estudioso chamado Heron
de Alexandria, construiu uma espécie de turbina a vapor, chamada eolípila.
Nesse engenho, enchia-se uma esfera de metal com água que produzia vapor que se expandia e
fazia a esfera girar quando saía através de dois bicos, colocados em posições diametralmente opostas.
Todavia, embora isso movimentasse a esfera, nenhum trabalho útil era produzido por esse movimento e o
sábio não conseguiu ver nenhuma utilidade prática para seu invento.
Figura 1. Ilustração da turbina a vapor de Heron de Alexandria (eolípila)
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O vapor produzido em um gerador de vapor pode ser usado de diversas formas:
· em processos de fabricação e beneficiamento;
· na geração de energia elétrica;
· na geração de trabalho mecânico;
· no aquecimento de linhas e reservatórios de óleo combustível;
· na prestação de serviços.
Nos processos de fabricação e de beneficiamento, o vapor é empregado em:
* Indústria de bebidas e conexos: nas lavadoras de garrafas, tanques de xarope, pasteurizadoras.
* Indústrias madeireiras: no cozimento de toras, secagem de tábuas ou lâminas em estufas, em prensas
para compensados.
* Indústria de papel e celulose: no cozimento de madeira nos digestores, na secagem com cilindros
rotativos, na secagem de cola, na fabricação de papelão corrugado.
* Curtumes: no aquecimento de tanques de água, secagem de couros, estufas, prensas, prensas a vácuo.
* Indústrias de laticínios: na pasteurização, na esterilização de recipientes, na fabricação de creme de
leite, no aquecimento de tanques de água, na produção de queijos, iogurtes e requeijões (fermentação).
* Frigoríficos: nas estufas para cozimento, nos digestores, nas prensas para extração de óleo.
* Indústria de doces em geral: no aquecimento do tanque de glicose, no cozimento de massa em panelas
sob pressão, em mesas para o preparo de massa, em estufas.
* Indústria de vulcanização e recauchutagem: na vulcanização, nas prensas.
* Indústrias químicas: nas autoclaves, nos tanques de armazenamento, nos reatores, nos vasos de pressão,
nos trocadores de calor.
* Indústria têxtil: utiliza vapor no aquecimento de grandes quantidades de água para alvejar e tingir
tecidos, bem como para realizar a secagem em estufas.
* Indústria de petróleo e seus derivados: nos refervedores, nos trocadores de calor, nas torres de
fracionamento e destilação, nos fornos, nos vasos de pressão, nos reatores e turbinas.
* Indústria metalúrgica: nos banhos químicos, na secagem e pintura.
A geração de energia elétrica através de vapor é obtida nas usinas termoelétricas e outros pólos
industriais. Para isso, os equipamentos são compostos basicamente de um gerador de vapor
superaquecido, uma turbina, um gerador elétrico e um condensador.
O vapor é também utilizado para a movimentação de equipamentos rotativos, na geração de
trabalhos mecânicos.
Nas indústrias onde é usado “óleo combustível pesado”, é necessário o aquecimento das
tubulações e reservatórios de óleo, a fim de que ele possa fluir livremente e proporcionar uma boa
combustão. Isso é feito por meio dos geradores de vapor.
Além desses usos industriais, os hospitais, as indústrias de refeições, os hotéis e similares utilizam o
vapor em suas lavanderias e cozinhas e no aquecimento de ambientes.
6
2. Caldeiras
É um aparelho térmico que produz vapor a partir do aquecimento de um fluido vaporizante. Na
prática adotam-se alguns nomes, a saber:
- Caldeiras de vapor: são os geradores de vapor mais simples, queimam algum tipo de combustível como
fonte geradora de calor.
- Caldeiras de recuperação: são aqueles geradores que não utilizam combustíveis como fonte geradora de
calor, aproveitando o calor residual de processos industriais (gás de escape de motores, gás de alto forno,
de turbinas, etc.).
- Caldeiras de água quente: são aqueles em que o fluido não vaporiza, sendo o mesmo aproveitado em
fase líquida (calefação, processos químicos).
- Geradores reatores nucleares: são aqueles que produzem vapor utilizando como fonte de calor a energia
liberada por combustíveis nucleares (urânio enriquecido).
2.1. Classificação das Caldeiras
A escolha do tipo de caldeira a ser utilizada se faz principalmente em função do tipo de serviço a
ser executado, do tipo de combustível disponível, da capacidade de produção e de fatores de caráter
econômico. As caldeiras possuem várias classificações dentre as que serão dadas a seguir:
• classes de pressão;
• grau de automação;
• tipo de energia empregada;
• tipo de troca térmica.
De acordo com as classes de pressão, as caldeiras foram classificadas segundo a NR-13
(Caldeiras e Vasos de Pressão – Norma NBR) em:
• Categoria A: caldeira cuja pressão de operação é superior a 1960 kPa (19,98kgf/cm2);
• Categoria C: caldeiras com pressão de operação igual ou inferior a 588 kPa (5,99kgf/cm2) e
volume interno igual ou inferior a 100 litros;
• Categoria B: caldeiras que não se enquadram nas categorias anteriores.
De acordo com o grau de automação, as caldeiras podem se classificar em: manuais, semi-
automáticas e automáticas.
De acordo com o tipo de energia empregada, elas podem ser do tipo: combustível sólido, liquido,
gasoso, caldeiras elétricas e caldeiras de recuperação.
Existem outras maneiras particulares de classificação, a saber: quanto ao tipo de montagem,
circulação de água, sistema de tiragem e tipo de sustentação.
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2.2.1.2. Vantagens e desvantagens
As principais vantagens das caldeiras deste tipo são:
• custo de aquisição mais baixo;
• exigem pouca alvenaria;
• atendem bem a aumentos instantâneos de demanda de vapor.
Como desvantagens, apresentam:
• baixo rendimento térmico;
• partida lenta devido ao grande volume interno de água;
• limitação de pressão de operação (máx. 15 kgf/cm²);
• baixa taxa de vaporização (kg de vapor / m² . hora);
• capacidade de produção limitada;
• dificuldades para instalação de economizador, superaquecedor e pré-aquecedor.
2.2.1.3. Partes das caldeiras flamotubulares
As caldeiras flamotubulares apresentam as seguintes partes principais: corpo, espelhos, feixe
tubular ou tubos de fogo e caixa de fumaça.
O corpo da caldeira, também chamado de casco ou carcaça, é construído a partir de chapas de
aço carbono calandradas e soldadas. Seu diâmetro e comprimento estão relacionados à capacidade de
produção de vapor. As pressões de trabalho são limitadas (normalmente máximo de 20 kgf/cm²) pelo
diâmetro do corpo destas caldeiras.
Os espelhos são chapas planas cortadas em forma circular, de modo que encaixem nas duas
extremidades do corpo da caldeira e são fixadas através de soldagem. Sofrem um processo de furação, por
onde os tubos de fumaça deverão passar. Os tubos são fixados por meio de mandrilamento ou soldagem.
O feixe tubular (ou tubos de fogo), é composto de tubos que são responsáveis pela absorção do
calor contido nos gases de exaustão usados para o aquecimento da água. Ligam o espelho frontal com o
posterior, podendo ser de um, dois ou três passes.
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2.2.2. Caldeiras aquatubulares
As caldeiras flamotubulares têm o inconveniente de apresentar uma superfície de aquecimento
muito pequena, mesmo se o número de tubos for aumentado.
A necessidade de caldeiras de maior rendimento, rapidez de geração de grandes quantidades de
vapor com níveis de pressão mais elevados levou ao surgimento da caldeira aquatubular, embora as
normas brasileiras (NR-13, NBR 12177 - Caldeiras estacionárias a vapor - Inspeção de segurança e NBR
11096 - Caldeiras estacionárias aquotubulares e flamotubulares a vapor) denominem esse tipo de caldeira
de “aquotubular”, por contaminação do nome da caldeira flamotubular, a palavra correta que identifica
esse tipo de caldeira é aquatubular.
Nesse tipo de caldeira, os tubos que, nas caldeiras flamotubulares, conduziam gases aquecidos,
passaram a conduzir a água, o que aumentou muito a superfície de aquecimento, aumentando bastante a
capacidade de produção de vapor.
Um desenho esquemático de uma caldeira aguatubular é apresentado na figura 14.
Figura 14. Caldeira aquatubular.
2.2.2.1. Tipos de caldeiras aquatubulares
Para fins didáticos, divide-se as caldeiras aquatubulares em quatro grandes grupos:
• Caldeiras aquatubulares de tubos retos, com tubulão transversal ou longitudinal;
• Caldeiras aquatubulares de tubos curvos, com diversos tubulões transversais ou longitudinais
utilizados na geração (máximo 5);
• Caldeiras aquatubulares de circulação positiva;
• Caldeiras aquatubulares compactas.
bomba
água
P1P2
vapor superaquecidogases de
combustão
superaquecedor
vapor saturado
tubo de vaporização
tubo de alimentação
P1 > P2
tubulão de água
tubulão de vapor
queimador
comustível bomba
água
P1P2
vapor superaquecidogases de
combustão
superaquecedor
vapor saturado
tubo de vaporização
tubo de alimentação
P1 > P2
tubulão de água
tubulão de vapor
queimador
comustível
com u
se com
ilustra
media
prime
tonela
Babco
•
•
•
a. Caldeir
As caldeir
uma série de t
m os tubulõe
ações das figu
ante três passe
Esse tipo
eiras concepçõ
adas-vapor/ho
ok & Wilcox e
Vantagens
a.1. Princ
Facilidade
Facilidade
Não neces
ras aquatubu
ras aquatubula
tubos retos e p
es de vapor (s
uras 15 e 16 m
es.
F
Figura
de caldeira, i
ões industriai
ora, com press
e a Steam Mu
s e desvantage
ipais vantage
e de substituiç
e de inspeção
ssitam de cham
ulares de tubo
ares de tubos r
paralelos, inte
superiores), fo
mostram o sen
Figura 15. Sen
a 16. Sentido
incluindo as d
is, que suprir
sões de até 45
uller Corp.
ens das caldeir
ens:
ção dos tubos;
e limpeza;
minés elevada
os retos
retos consistem
rligados a um
ormando um
ntido de circul
ntido da circu
da circulação
de tubulão tra
ram uma gam
5 kgf/cm². Os
ras aquatubula
as ou tiragem f
m de um feixe
ma câmara cole
circuito fecha
lação da água
ulação de águ
o dos gases q
ansversal, con
ma de capaci
s projetos for
ares de tubos r
forçada.
e tubular de tr
etora. Essas câ
ado por onde
a e a circulaçã
ua.
quentes.
nforme as figu
idade de pro
ram apresenta
retos.
ransmissão de
âmaras comun
circula a águ
ão dos gases q
uras 15 e 16
dução de 3
ados pelas em
15
e calor,
nicam-
ua. As
quentes
são as
até 30
mpresas
•
•
•
vapor
de sol
possa
calor
água e
o qual
a.2. Desva
Necessida
Baixa taxa
Rigoroso p
refratário)
b. Caldeir
As caldeir
r. A forma con
lda ou mandr
ter de três a c
Partindo d
irradiado na f
em volta da fo
l a parede da f
antagens:
ade de dupla ta
a de vaporizaç
processo de aq
.
ras aquatubu
ras aquatubula
nstrutiva foi id
rilagem. A fig
cinco, o que co
Figura
deste modelo,
fornalha, redu
ornalha (figura
fornalha é con
Figura 18
ampa para cad
ção específica
quecimento e
ulares de tubo
ares de tubos c
dealizada por
gura 17 aprese
onfere a este t
17. Caldeira
foram projeta
uziu-se o núm
as 18 e 19). Is
nstruída, além
8. Caldeiras a
da tubo, (espel
a;
de elevação d
os curvos
curvos não apr
Stirling, inter
enta um esqu
tipo de gerado
as aquatubula
adas novas cal
ero e o diâme
sso serviu com
m de aumentar
aquatubulare
lhos);
de carga (gran
resentam limi
rligando os tub
ema de calde
or de vapor ma
ares de tubos
ldeiras. Com o
etro dos tubos
mo meio de pr
a capacidade
es com pared
nde quantidade
ites de capacid
bos curvos ao
ira com quatr
aior capacidad
curvos.
o objetivo de
, e acrescento
roteção do ma
de produção d
es d’água.
e de material
dade de produ
os tubulões po
ro tubulões, e
de de produçã
aproveitar me
ou-se uma par
aterial refratári
de vapor.
16
ução de
r meio
embora
ão.
elhor o
rede de
io com
• • •
• • •
• • •
ilustra
equip
capac
b.1. PrincRedução dQueda da Vaporizaças caldeiraFácil manuRápida enFácil inspe
b.2. DesvaControle dControle dAltura das
c. Caldeir
Dentro da
ado na figura
amentos aprop
Por se tra
cidade de prod
Fi
cipais vantagedo tamanho datemperatura d
ção específica as com tiragemutenção e limp
ntrada em regimeção nos comp
antagens: da vazão de coda pressão; s Chaminés.
ras compacta
a categoria d
a 20. Com ca
priados para i
atar de equip
dução.
Figura
igura 19. Sent
ens: a caldeira; de combustão;
maior, varianm forçada; peza; me; ponentes.
ombustível;
s
das caldeiras
apacidade méd
instalação em
pamento com
20. Desenho
tido da circu
; ndo na faixa d
de tubos cur
dia de produç
locais com es
mpacto, apres
geral de uma
lação dos gas
de 30 kg de va
rvos surgiram
ção de vapor
spaço físico lim
senta limitaçõ
a caldeira com
ses.
apor/m² a 50 k
m as caldeiras
em torno de
mitado.
ões quanto a
mpacta.
kg de vapor/m
s compactas,
e 30 ton/h, el
ao aumento d
17
m2 para
como
las são
de sua
aquec
poder
vazão
indep
•
•
•
•
•
•
tubulã
supera
d. Caldeir
A circula
cimento da águ
rá ocorrer um
Fig
Algumas c
o exigida, ou
endentemente
d.1. Princ
As vantage
Tamanho
Não neces
Rápida ge
Quase não
d.2. Desva
paradas co
problemas
2.2.2.2. Pa
As partes
ão inferior (
aquecedor.
ra de circulaç
ção da água
ua e vaporizaç
superaquecim
gura 21. Tipo
caldeiras com
u seja, da
e da circulação
cipais Vantag
ens das caldei
reduzido;
ssitam de gran
ração de vapo
o há formação
antagens
onstantes, com
s constantes co
artes das cald
principais de
(ou tambor d
ção positiva
a nas caldeira
ção, ou seja, c
mento localizad
s de circulaçã
m circulação p
demanda de
o natural, isto
gens
iras de circula
ndes tubulões;
or;
de incrustaçõ
m alto custo de
om a bomba d
deiras aquatu
e uma caldeir
de lama ou
as ocorre po
circulação natu
do, com conse
ão numa cald
positiva podem
vapor para
é, por diferen
ação positiva s
ões, devido à c
e manutenção
de circulação,
ubulares
a aquatubular
de água),
or diferenças
ural (Figura 2
eqüente ruptur
deira com cir
m apresentar b
a forçar a c
nça de densida
são:
circulação for
;
quando opera
r são: tubulão
feixe tubular
de densidad
21). Se a circu
ra dos tubos.
culação posit
bombas extern
circulação de
ade.
çada.
ando em altas
o superior (ou
r, parede de
de, provocada
ulação for defi
tiva.
nas, dependen
e água ou
pressões.
u tambor de v
e água, forna
18
a pelo
ciente,
ndo da
vapor,
vapor),
alha e
alimen
mostr
1. Áre
2. Áre
forma
água c
3. Áre
4. Filt
5. Tub
6. Tub
7. Tub
8. Chi
C, AS
ASME
geraçã
caixa
do nív
a. Tubulã
O tubulão
ntação e de on
ra a figura 22.
ea dos tubos d
ea de tubos va
a uma caixa fe
contra a chica
ea dos tubos d
tro de tela ou
bo de drenage
bo distribuido
bo coletor de
icana
O tubulão
STM A516-60
E SECTION I
Os tubos
ão de vapor, q
Na descarg
fechada no fu
vel de água, o
ão superior ou
o superior, ou
nde é retirado
de descida da á
aporizantes (ri
fechada no fun
ana 8.
do superaquec
chevron.
em da água ret
or da água de a
amostras de á
de vapor é co
0 ou A516-70)
I e depende do
são mandrilad
que descarrega
ga dos tubos d
undo e nos lad
corridas no tu
u Tambor de
u tambor de v
o o vapor. No
Figura 2
água do feixe
iser), que desc
ndo e dos lad
edor, mandril
tirada no filtro
alimentação; o
água e da desc
onstruído com
). O dimensio
o material usa
dos nos tubul
am a mistura á
de geração de
dos, destinada
ubulão de vapo
Vapor
vapor é o ele
interior dele
22. Tubulão d
tubular (down
carregam a m
dos, com abert
ados no tamb
o.
observa-se a p
arga contínua
m chapa de aço
onamento da e
ado na fabricaç
lões e se divi
água/vapor no
e vapor é insta
a separar a ág
or.
mento da cal
estão disposto
de vapor.
ncomers).
mistura de vapo
tura na parte
or.
posição dos fu
a.
o carbono de a
espessura do t
ção.
idem em tubo
o tubulão.
alada uma chi
gua contida no
ldeira onde é
os vários com
or e água cont
superior, que
uros.
alta qualidade
tubulão é feito
os de descida
cana (chapa d
o tubulão e am
injetada a ág
mponentes, con
tra a chicana 6
projeta o vap
e (ASTM A28
o baseado no c
a d’água e tub
defletora) que
menizar as var
19
gua de
nforme
6. Esta
por e a
85 grau
código
bos de
é uma
riações
água a
chevr
arrast
posici
de alim
drena
de alim
no tub
estão
que so
remov
e supe
proce
Existem e
ainda contidas
Existe ain
on ou filtro,
adas pelo vap
O tubo de
ionada de mo
mentação este
O tubo de
gem que elim
mentação.
Em algum
bulão superior
b. Tubulã
O tubulão
mandrilados t
obem para o tu
No tubulã
ver parte da la
eraquecimento
A qualida
sso determina
m alguns cas
s no vapor.
Figur
nda no tubulão
cuja finalidad
por, antes de o
alimentação d
do a que o jat
eja sempre bem
e descarga co
mina sólidos em
mas caldeiras p
r.
ão inferior ou
inferior, ou t
tanto os tubos
ubulão superi
ão inferior est
ama e resíduo
o.
de do tratame
am a periodici
sos uma segun
ra 23. Tubulã
o superior um
de é reter a m
vapor sair pa
de água é por
to d’água não
m fixado para
ontínua ou co
m suspensão p
podemos ter, t
u de Água
tambor de lam
s de água que
or (Figura 24)
tão instaladas
s sólidos orig
ento de água
idade das desc
nda chapa def
ão de vapor –
m conjunto co
maior quantid
ara o superaqu
onde a água
o se dirija con
a não causar vi
oletor é o resp
prejudiciais à
também, um t
ma, também é
descem do tu
).
tomadas para
inários do pro
de alimentaç
cargas a serem
fletora, cuja f
– chapas defle
onstituído de
ade possível
uecedor.
entra no tubul
ntra a chapa do
ibração e nem
ponsável pela
caldeira, norm
tubo de injeçã
é construído e
ubulão superio
a purga ou de
ocesso e que p
ção da caldeir
m efetuadas.
finalidade é s
etoras.
chapas corru
de partículas
lão; a furação
o tubulão. É e
m se soltar den
a captação co
malmente 1%
ão de produtos
em chapas de
or quanto os tu
escarga de fun
podem causar
ra e os tratam
eparar partícu
ugadas, denom
sólidas ou lí
o deste tubo de
essencial que
ntro do tubulão
onstante de ág
do volume d
s químicos ins
aço carbono.
ubos de vapor
ndo, utilizada
corrosão, obs
mentos e análi
20
ulas de
minado
íquidas
eve ser
o tubo
o.
gua de
da água
stalado
. Nele,
rização
as para
strução
ises do
sucçã
sucçã
princi
tubulõ
c. Canton
No interio
o ao longo do
o arrasta a lam
A cantone
Em calde
ipalmente a la
d. Feixe tu
O feixe tu
ões da caldeir
neira
r do tubulão r
o tambor; devi
ma de toda ext
ira deve ser in
eiras que não
ama das regiõe
ubular
ubular (Boiler
a. Pelo interio
Figura 2
recomenda-se
ido à diferenç
tensão do tam
nstalada confo
Figu
o possuem e
es próximas ao
rs Convection
or destes tubos
24. Tubulão d
instalar uma
ça de pressão n
mbor.
orme figura a
ra 25. Canton
esse tipo de
o furo da tubu
n Bank) é um
s circulam águ
de Água.
cantoneira qu
no tambor e n
seguir.
neira.
e cantoneira,
ulação de dren
conjunto de
ua e vapor. O
ue tem a funçã
na descarga pa
a descarga
nagem.
tubos que faz
s tubos que se
ão de promove
ara a atmosfer
de fundo r
z a ligação en
ervem para co
21
er uma
ra, esta
emove
ntre os
onduzir
água d
fazem
•
•
do tubulão sup
m o sentido inv
Os feixes t
Feixe tubu
através de
Feixe tubu
perior para o i
verso (mistura
tubulares pod
ular reto: mu
caixas ligada
ular curvado (
inferior são ch
a de água e vap
em ser:
uito usado em
as ao tubulão
Figura 2
figura 27)
Figura 27
hamados “dow
por) são conh
m caldeiras m
o de vapor (Fig
26. Feixe tubu
7. Feixe tubu
wncomers”, ou
hecidos por “ri
mais antigas, n
gura 26).
ular reto.
lar curvo.
u tubos de des
isers” ou tubo
nas quais os
scida, e os tub
s vaporizantes
tubos eram l
22
bos que
s.
ligados
•
•
ASTM
as cha
Feixe tubu
Feixe tubu
Materiais
M-A-210 (tubo
e. Parede
Nas caldei
amas e os gase
Os tipos m
ular com fluxo
Fig
ular com fluxo
F
mais comum
os sem costur
d’água
iras a fornalha
es, permitindo
mais comuns d
o cruzado
gura 28. Feixe
o axial (utiliza
igura 29. Fei
mente utilizado
a).
a, a parede d’
o maior taxa d
de construção
e Tubular com
ado em caldeir
xe Tubular c
os: ASTM-A
’água é forma
de absorção de
de parede d’á
m fluxo cruza
ras a carvão c
com fluxo axi
A-178 (tubos
ada por tubos
e calor por rad
água são:
ado.
com alto teor d
al.
com costura)
que estão em
diação.
de cinzas).
e ASTM-A-
m contato diret
23
-192 e
to com
•
(com
•
as par
combu
•
planas
fornal
bagaç
entrad
capac
Parede d’á
Os materia
costura) e tub
Paredes de
É possível
redes d’água,
f. Fornalh
A fornalha
ustível. De ac
• Fornalhas
s, inclinadas
lhas destinam
ço de cana, cas
A alimenta
Apresentam
da de combus
cidade.
água com tubo
Figur
ais mais com
bo ASTM A-1
e água com tu
Figu
l encontrar tam
o calor ganho
ha
a, também ch
cordo com o ti
para queima
ou dispostas
m-se principalm
sca de castanh
ação do comb
m como desv
stível, grande
os tangentes
ra 30. Parede
muns usados n
92 (sem costu
ubos aletados
ura 31. Pared
mbém paredes
o por convecçã
amada de câm
ipo de combus
de combustív
em formas
mente à queim
ha, etc.
bustível pode s
vantagem o a
e geração de
e d’Água com
na construção
ura).
e d’Água com
s d’água mont
ão é relativam
mara de comb
stível a ser qu
el sólido: são
de degraus q
ma de: lenha,
ser feita de ma
abaixamento
resíduos e te
m Tubos Tang
das paredes d
m Tubos Alet
tadas com dist
mente pequeno
bustão, é o loc
eimado, a forn
as que possu
que ainda pod
, carvão, sobr
aneira manual
de temperatu
er seu uso lim
gentes.
de água são:
tados.
tâncias menor
.
cal onde se pr
nalha pode ser
em suportes e
dem ser fixos
ras de produt
l ou automatiz
ura que pode
mitado em ca
tubo ASTM
res entre tubos
rocessa a quei
r dividida em
e grelhas; pod
s ou móveis.
tos, casca de
zada.
ocorrer próx
aldeiras de pe
24
A-178
s. Com
ima de
:
em ser
Estas
cacau,
ximo à
equena
25
Normalmente, elas trabalham com grande excesso de ar, para melhorar as condições de fumaça
da chaminé.
• Fornalha com grelhas basculantes: é um tipo de fornalha muito usada para a queima de bagaço
como combustível sólido e é dividida em vários setores.
Cada setor possui elementos de grelha denominados barrotes. Estes barrotes se inclinam sob a
ação de um acionamento externo, que pode ser de ar comprimido ou de vapor. Com a inclinação dos
barrotes, a cinza escoa-se para baixo da grelha, limpando-a. A redução de ar da combustão e a melhor
distribuição do bagaço sobre a grelha aumentam consideravelmente o rendimento da caldeira.
• Fornalha com grelha rotativa: é um outro tipo de fornalha para a queima de combustível sólido
na qual a queima e a alimentação se processam da mesma maneira que na grelha basculante, mas a
limpeza é feita continuamente; não há basculamento dos barrotes. A grelha é acionada por um conjunto
motor-redutor, o que lhe dá pequena velocidade, suficiente para retirar da fornalha as cinzas formadas
num determinado período. O ar de combustão entra por baixo da grelha e serve para refrigeração, da
mesma forma que na grelha basculante.
• Fornalhas para queima de combustível em suspensão: são aquelas usadas quando se queimam
óleo, gás ou combustíveis sólidos pulverizados. Para caldeiras que queimam óleo ou gás, a introdução do
combustível na fornalha é feita através do queimador.
Figura 32. Fornalha.
26
g. Queimadores
Os queimadores são peças destinadas a promover, de forma adequada e eficiente, a queima dos
combustíveis em suspensão. Em volta do queimador, existe um refratário de formato cônico que tem
grande importância para uma queima adequada do combustível lançado pelo queimador. Esse refratário
tem as seguintes finalidades:
• Auxiliar na homogeneização da mistura ar/combustível, graças ao seu formato;
• Aumentar a eficiência da queima, graças a sua característica de irradiar o calor absorvido;
• Dar forma ao corpo da chama.
Ao contrário dos combustíveis gasosos, que já se encontram em condições de reagir com o
oxigênio, os óleos combustíveis devem ser aquecidos e atomizados antes da queima. A preparação
consiste em:
• Dosar as quantidades adequadas de ar e combustível;
• Atomizar o combustível líquido, ou seja, transformá-lo em pequenas gotículas (semelhante a
uma névoa);
• Gaseificar as gotículas através da absorção do calor ambiente (câmara de combustão);
• Misturar o combustível com o oxigênio do ar;
• Direcionar a mistura nebulizada na câmara de combustão.
Para combustíveis sólidos pulverizados, a introdução de combustível na fornalha pode ser feita
através de dispositivos de atomização que garantem a granulometria e a dispersão para queima dentro da
fornalha.
Figura 33. Queimador convencional.
h. Superaquecedor
No interior dos tambores das caldeiras o vapor formado permanece em equilíbrio com a fase
líquida à temperatura de vaporização constituindo o chamado vapor saturado. Este vapor é extraído na
27
caldeira, geralmente úmido, contendo cerca 0,1 a 5% de água arrastada, dependendo da eficiência de
separação dos dispositivos internos do tambor.
Se a este vapor adiciona-se mais calor, mantendo-o à mesma pressão, elevamos a sua
temperatura acima da temperatura de vaporização, tornando-o superaquecido.
Os aparelhos que permitem a elevação da temperatura são denominados Superaquecedores, e
Ressuperaquecedores.
Os primeiros operam sempre a mesma pressão da caldeira, respondendo pela elevação da
temperatura do vapor saturado. A figura 34 é um exemplo de caldeira tipo aquatubular, com
superaquecedor vertical, colocado logo após a primeira passagem dos gases.
Figura 34. Vista em corte de superaquecedor pendurado na passagem dos gases entre
câmara e feixe.
Os ressuperaquecedores só aparecem nas instalações dos ciclos de ressuperaquecimento. Operam
sempre com pressões menores do que a do gerador de vapor, pois recebem o vapor já expandido em
alguns estágios da turbina.
Ambos equipamentos aproveitam o calor sensível dos gases de combustão. A figura 35
apresenta uma disposição dos dois aparelhos. Um deles recebe o vapor do tambor da caldeira. O segundo
jogo de serpentinas recebe o vapor, já com pressão reduzida, de uma das secções das turbinas.
Figura 35. Superaquecedor e Ressuperaquecedor instalados em uma única caldeira
28
Quanto ao aspecto construtivo, os superaquecedores são aparelhos relativamente simples,
constando de um feixe de serpentinas lisas ou aletadas de aço resistente a altas temperaturas, cujos tubos
tem diâmetros variando entre 32 e 51 mm, soldado a coletores, um de entrada e outro de saída do vapor.
Essas serpentinas, externamente são atravessadas pela corrente de gases quentes gerados na fornalha.
Enquadram-se nessa concepção principalmente os superaquecedores que operam a troca de calor
pelo processo convectivo. A figura 36 exibe um projeto completo de superaquecedor de serpentinas
verticais de dois estágios, pendurados nas partes superiores de uma caldeira no local onde os gases de
combustão atravessam da fornalha para o feixe de convecção.
Figura 36. Superaquecedores de serpentinas verticais – dois estágios
Quando instalados dentro das caldeiras, podem estar localizados, dependendo da concepção de
projeto da caldeira:
• atrás do último feixe de tubos;
• entre dois feixes;
• sobre os feixes;
• na fornalha.
Existem alguns tipos de caldeiras nas quais o superaquecedor é instalado separadamente da
caldeira. Em virtude disso, ele depende de outra fonte de calor para o aquecimento.
A transmissão de calor para os superaquecedores pode ocorrer por convecção, radiação ou de
forma mista, em função de sua configuração na construção da caldeira.
Os superaquecedores correm o risco de ter seus tubos danificados, se não forem tomados alguns
cuidados relativos à garantia de circulação de água/vapor na superfície interna, nas partidas e paradas da
caldeira.
A regulagem da temperatura do vapor superaquecido normalmente é feita atuando-se nos
queimadores, no sentido da chama ou no controle dos gases de combustão, por meio da abertura ou
fechamento de uma válvula “by-pass”, ou seja, de derivação, instalada no circuito dos gases.
29
Figura 37. Foto de um superaquecedor
i. Economizador
Economizadores são aparelhos destinados a elevar a temperatura da água de alimentação, antes
de introduzi-la no interior da caldeira, aproveitando o calor sensível ainda disponível nos gases de
combustão, após sua passagem pelas ultimas partes da própria caldeira.
O aumento da água de alimentação é benefício ao processo e oferece algumas vantagens. A
introdução de água fria, em torno de 25ºC, tende a provocar uma queda de pressão interna da caldeira
principalmente quando o processo de recuperação do nível se faz internamente.
A água ingressando na caldeira com temperaturas próximas a da vaporização, atenua-se o regime de
pressão de trabalho permanece mais estável. Além das vantagens anteriores, registra-se um aumento da
eficiência térmica do equipamento.
O economizador pouco comparece nas caldeiras de modesta capacidade e baixas pressões,
mesmo porque a temperatura de saída dos gases nos modernos geradores de vapor, atingem já valores
baixos, que não justificam sua instalação.
O projeto da caldeira pode fixar como temperatura de saída dos gases, temperaturas na ordem de
260 a 280 ºC, representando um rendimento de 87 a 88%. A inclusão de um economizador poderia levar
este rendimento de 90 a 91%.
Existem vários tipos de economizadores e na sua construção podem ser empregados tubos de aço
maleável ou tubos de aço fundido com aletas. A Figura 35 mostra um desenho esquemático de um
economizador e a Figura 36 a foto de um economizador de tubos lisos.
água e
requer
retirad
pelo l
extern
tratam
contam
Os econom
O econom
É construí
e por fora circ
O econom
rer mais cuida
dos da água d
ado interno do
A corrosã
na. Intername
mento. Extern
minantes prov
Figura 36
mizadores pod
mizador separa
ído geralment
culam os gases
mizador integra
ados que o ec
de alimentaçã
os tubos.
ão nos tubos
nte a corrosã
namente, a
venientes do p
6. Economizad
Figura
dem ser de doi
do é usado na
te de tubos de
s de combustã
al é empregad
conomizador e
ão, porque qu
de economiza
ão pode ser ca
corrosão pod
processo de co
dor tipo tubo
a 35. Econom
is tipos: em se
as caldeiras de
e aço ou ferro
ão.
do nas caldeira
em separado.
uando estes el
adores pode o
ausada por im
de ser caus
ombustão.
os lisos com cu
mizador.
eparado ou int
e baixa pressão
o fundido com
as de maior ca
Todo o gás ca
lementos são
ocorrer tanto
mpurezas cont
ada pelos g
urva fora do
tegral.
o (25 kgf/cm²)
m aletas. No s
apacidade de p
arbônico e o o
aquecidos au
na superfície
tidas na água
gases que ca
fluxo dos gas
).
eu interior cir
produção, ape
oxigênio, dev
umentam a co
e interna quan
a por deficiên
arregam elem
ses
30
rcula a
esar de
em ser
orrosão
nto na
ncia no
mentos
que e
caldei
aumen
aquec
j. Pré-aqu
O pré-aqu
este entre na
ira (Figura 37
A instalaç
nto da temper
cedor.
uecedor de ar
ecedor de ar é
fornalha. O c
).
ão desses equ
ratura de equil
Figura 3
r
é um equipam
calor é cedid
Figura 37
uipamentos of
líbrio na câma
38. Gerador d
mento (trocado
o pelos gases
7. Pré-aquece
ferece a vanta
ara de combus
de vapor com
or de calor) qu
s residuais qu
edor de ar.
agem de melh
stão. A figura
m pré-aqueced
ue eleva a tem
uentes ou pel
horar a eficiên
38 mostra um
dor de ar
mperatura do ar
lo vapor da p
ncia da caldeir
ma caldeira co
31
r antes
própria
ra pelo
m pré-
fabric
perda
ventil
pré-aq
para
altern
aquec
de pla
Pelo aum
cados com ma
de carga no c
ladores.
De acordo
quecedor rege
Nos pré-aq
o ar, através
nadamente.
Construtiv
cedores tubula
aca (ver figura
ento de temp
ateriais de me
circuito ar/gás
o com o princí
enerativo e pré
quecedores re
de um elem
vamente, os a
ares de larga a
a 41).
F
Figur
peratura dos
elhor qualidad
s de combustã
ípio de funcio
é-aquecedor ti
egenerativos, o
mento de arm
aquecedores r
aplicação em g
igura 39. Pré
ra 40. Pré-aq
gases, a mo
de. A existênc
ão, exigindo m
namento, os p
ipo colméia.
o calor dos ga
mazenagem, p
ecuperativos
geradores de v
é-aquecedor d
quecedor de a
ontagem da f
cia de pré-aqu
maior consum
pré-aquecedor
ases de comb
por onde pass
admitem dua
vapor (ver figu
de ar com um
ar com múltip
fornalha exige
uecedores cau
mo de energia n
res de ar pode
bustão é transf
sa o ar e o
as concepções
ura 39 e 40) e
m passe
plos passes
e tijolos refr
usa um aume
no acionamen
em se classific
ferido indireta
gás de comb
s, os chamado
e os pré-aquec
32
atários
ento na
nto dos
car em:
amente
bustão,
os pré-
cedores
placas
resfria
lenta e
calor
Figura 41
Um pré-aq
s de aço fina
adas quando d
e uniformeme
No pré-aq
com o ar frio
1. Corte do pr
quecedor de a
as e corrugad
da passagem d
ente.
Figura 42. P
quecedor tipo
que vai para a
ré-aquecedor
ar regenerativ
das que são a
do ar (Figura
Pré-aquecedo
colméia, os g
a combustão (
r de ar de pla
vo clássico é
aquecidas qua
42). Seu form
or de ar regen
gases quentes,
(Figura 43).
cas, com indi
denominado
ando da passa
mato assemelh
nerativo tipo
ao passarem
icação do sen
tipo Ljungstr
agem dos gas
ha-se a uma ro
Ljungstron.
pela colméia
ntido dos gase
ron é constitu
ses de combu
oda gigante, g
refratária, tro
33
es.
uído de
ustão e
girando
ocam o
Este e
no in
superf
modo
da zon
Alguns tip
equipamento é
k. Soprad
Os soprad
nterior da cald
fície externa d
A figura 4
Os tubos
o a garantir jat
Um outro
na de convecç
Figu
pos de caldeira
é denominado
dores de fulige
ores de fulige
deira e tem
da zona de con
44 mostra com
sopradores sã
eamento na m
tipo de ramon
ção, sendo aci
ura 43. Pré-A
as fazem o pré
pré-aquecedo
em
em (ramonado
por finalidad
nvecção das c
mo é feita esta
Figura 44
ão providos d
maior área de a
nador consiste
onado manua
Aquecedor de
é-aquecimento
or de ar a vapo
ores) permitem
de, fazer a re
caldeiras.
sopragem.
4. Soprador d
de orifícios e
aquecimento p
e de um dispo
l ou automatic
Ar tipo Colm
o do ar, utiliz
or.
m uma distribu
emoção da fu
de fuligem.
e são distribuí
possível.
ositivo que int
camente.
méia.
ando-se do pr
uição rotativa
uligem e depó
ídos em pont
troduz o tubo
róprio vapor g
de um jato de
ósitos formad
tos convenien
soprador no in
34
gerado.
e vapor
dos na
ntes de
nterior
• AMB
• BABCeition
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• DANTJaneir
• MARSérie http://
• PERA
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