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treinamento instrumentação spirax sarco
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Projeto de Sistemas de Vapor
Projeto de Sistemas de Vapor
Geração de Vapor
Projeto de Sistemas de Vapor
Caldeira Fogotubular
Projeto de Sistemas de Vapor
Caldeira Fogotubular
Projeto de Sistemas de Vapor
Burners
Pendant Superheater
Steam Drum
Convection Bank
Gas Baffles
Economiser
Caldeira Aquatubular
Projeto de Sistemas de Vapor
Caldeira Aquatubular
Projeto de Sistemas de Vapor
Caldeira Mista
Projeto de Sistemas de Vapor
Na água de alimentação
P1 - Ação de gases dissolvidos: 02, CO2 ... (corrosão)P2 - Ação da alimentação de água não modulada (queda de pressão)P3 - Choque térmico pela alimentação (ON/OFF)P4 - Sólidos suspensos na água de alimentaçãoP5 - Ação dos sólidos dissolvidos na água
Nas descargas
P6 - Perda de calor por descargas excessivasP7 - Perda de calor por descargas corretasP8 - Perdas de calor por descargas na limpeza do controle de nível P9 - Comprometimento da segurança da caldeira por descargas insuficientesP10 - Comprometimento do rendimento da caldeira por descargas insuficientes
Pela ação do combustível
P11 - Isolamento das tubulações pela ação da deposição de fuligemP12 - Pelo grande intervalo entre uma limpeza e outra da tubulação
Pela qualidade do vapor gerado
P13 - Título do vapor abaixo do desejado
Pelo descontrole da geração de vapor
P14 - Picos e vales na geração de vaporP15 - Pela ação de golpes de aríete ao alimentar as tubulações
Perdas Identificadas – Casa de Caldeira
Projeto de Sistemas de Vapor
Ela pode ser boa o suficente para beber, mas não boa o suficiente para a Caldeira?
Água
Projeto de Sistemas de Vapor
• Sólidos dissolvidos - formadores de incrustações. Os principais são os
carbonatos e sulfatos de cálcio e magnésio. Nem todos os sólidos
dissolvidos causam incrustações.
• Substâncias espumantes - Espumas minerais usualmente contém soda na
forma de carbonato, clorito ou sulfato.
• Gases dissolvidos - corrosivo. Oxigênio e dióxido de carbono.
• Sólidos em suspensão - A lama é formada geralmente de sólidos minerais
ou partículas orgânicas, em suspensão. Problemas comum na maioria das
águas.
Impurezas comuns na água
Projeto de Sistemas de Vapor
11. Minimizar a corrosão na caldeira, sistema de distribuição de vapor e retorno de condensado;
33. Minimizar a formação de espuma e arraste de água da caldeira junto com o vapor, garantindo assim um vapor limpo e seco.
22. Evitar a incrustação no interior da caldeira;
Por que tratar a água para a Caldeira?
Projeto de Sistemas de Vapor
11. Redução do nível de sólidos totais dissolvidos por desmineralização, osmose reversa ou alcalinização.
44. Dosagem química para manter as condições de alcalinidade, para manter os sólidos em suspensão ao invés de gerarem incrustação e prevenir corrosão.
33. Desaeração mecânica, térmica ou química da água de alimentação para remover oxigênio dissolvido.
22. Transformação de sais precipitados em sais solúveis.
Técnicas de Tratamento de Água
Projeto de Sistemas de Vapor
Projeto de Sistemas de Vapor
Cabeçote Desaerador
Projeto de Sistemas de Vapor
Assegurar a qualidade da água de caldeira através do controle
contínuo e automático da quantidade de sólidos
dissolvidos e em suspensão.
Controle de Sólidos Totais Dissolvidos
Projeto de Sistemas de Vapor
• Arraste de impurezas no vapor;
•Contaminação de produtos e processos;
• Bloqueio de sistemas de distribuição e drenagem;
•Baixa eficiência de troca térmica (vapor úmido e com impurezas);
•Golpes de Aríete;
• Formação de espuma afeta a leitura do nível de água da caldeira.
Efeitos do Alto Nível de STD na Caldeira
Projeto de Sistemas de Vapor
Queda de eficiência de troca térmica
Contaminação das válvulas e acessórios
Travamento dos purgadores
Caldeira
STD alto na caldeira.
Queda de eficiência de troca térmica
Contaminação das válvulas e acessórios
Travamento dos purgadores
Caldeira
STD alto na caldeira.
Efeitos do Alto Nível de STD na Caldeira
Projeto de Sistemas de Vapor
O nível de STD em ppm é aproximadamente:
STD = (Condutividade em mS.cm) x 0.7
OBS1: Relação válida para amostra neutra à 25 oC
OBS2: A água da caldeira é normalmente mantida alcalina
(tipicamente pH 9 - 11) Com o intuito de prevenir a corrosão da
caldeira e como efeito disto, existe o aumento da condutividade
desta água.
Medindo o nível de STD através da condutividade elétrica da água
Projeto de Sistemas de Vapor
• Valores somente estimativos• O fabricante da caldeira deve ser consultado para obtenção de valores
específicos.
Lancashire
2-Passes
3-Passes
Aquatubular baixa pressão
Aquatubular média pressão
Geradores de vapor
10,000
4,500
3,000-3,500
2000-3000
1,500
2,000
STD máximo (ppm)Nível máximo de STD tolerado
para cada tipo de caldeira
Medindo o nível de STD através da condutividade elétrica da água
Projeto de Sistemas de Vapor
Vazão de descarga = F x SB - F
Cálculo da Vazão de Descarga
Sendo:
F = STD da água de alimentação (ppm)
B = STD requerido na caldeira (ppm)
S = Capacidade de demanda de vapor (kg/h)
Projeto de Sistemas de Vapor
STD máximo permitido = 2,500 ppm
Pressão de operação = 10 bar
Temperatura de saturação = 184 oC
Alimentação com 250 ppm
Demanda de 10,000 kg/h
Exemplo:
Cálculo da Vazão de Descarga
Projeto de Sistemas de Vapor
Dados de entrada
F = STD da alimentação (ppm) = 250 ppm
B = STD requerido (ppm) = 2.500 ppm
S = Demanda de vapor (kg/h) = 10.000 kg/h
Vazão de descarga = F x SB - F
= 250 x 10.000 2.500 - 250
= 1.111,11 kg/h
Cálculo da Vazão de Descarga
Exemplo:
Projeto de Sistemas de Vapor
• Qualidade do vapor gerado;
• Economia de água tratada quimicamente;
• Economia de combustível para aquecimento;
• Paradas de manutenção menos freqüentes;
• Dispensa supervisão do operador;
• Controle remoto do nível de STD.
Vantagens do Controle Automático
Projeto de Sistemas de Vapor
Válvula de bloqueio de
amostra
saída de refrigeração
Entrada de água de
refrigeração
coleta de amostra
Sistema Resfriador de Amostras
Projeto de Sistemas de Vapor
tanque descarga
Caldeira
Descarga de fundo
Vent head
tanque descarga
Caldeira
Descarga de fundo
Vent head
Descarga de Fundo
Projeto de Sistemas de Vapor
Remoção periódica dos sólidos decantados, através de uma válvula instalada no fundo da caldeira
Descarga de Fundo
Projeto de Sistemas de Vapor
• Informações Necessárias:
1 - Dados referentes à água de alimentação ou make-up:
Teores de: Cloreto, Sílica, Sólidos totais dissolvidos, sólidos em suspensão e Ferro (ppm);
Vazão de água de Make-up (kg/h).
2 - Dados referentes à Caldeira:
Pressão de Trabalho (Kgf/cm2);
Vazão de Vapor (Kg/h);
Porcentagem de retorno de condensado em relação ao vapor gerado.
Cálculo da Descarga de Fundo
Projeto de Sistemas de Vapor
• EXEMPLO:
Dados da Caldeira:
- Pressão de Trabalho: 10,5 Kgf/cm2
- Vazão de Vapor: 3.000 Kg/h
- Percentual de retorno de condensado: 45% em relação ao vapor produzido
Dados Físico-Químicos da Água de Alimentação:
- Cloretos: 12,4 ppm;
- Sílica: 8,0 ppm;
- STD: 79,2 ppm;
- Sólidos em Suspensão: 11,1 ppm;
- Ferro Total: 0,45 ppm.
Cálculo da Descarga de Fundo
Projeto de Sistemas de Vapor
1º Passo:
Cálculo dos ciclos de concentração com relação a cada componente. Consultar a tabela abaixo, de acordo com a pressão de operação da Caldeira:
C.C. = Concentração Máxima permitida (tabela)
Concentração da água da Caldeira (fornecida)
Pressão da Caldeira
(Kgf/cm2)STD (ppm)
S.S. (ppm)
Sílica (ppm SiO2)
Ferro (ppm Fe)
Cloreto (ppm CL)
0 - 10 3500 - 3000 350 - 300 180 - 140 10 até 13 Kgf/cm2
< 500
10 - 20 3000 - 2500 300 - 250 140 - 100 10 - 05 13 a 20 Kgf/cm2
< 400
20 - 30 2500 - 2000 250 - 200 100 - 50 05 - 04 20 a 30 Kgf/cm2
< 300
50 - 42 2000 - 1500 200 - 150 50 - 40 04 - 03 acima de 30 Kgf/cm2
< 150
Cálculo da Descarga de Fundo
Projeto de Sistemas de Vapor
Cálculo da Descarga de Fundo
C.C. Cloreto = 500 = 40,32
12,4
C.C. Sílica = 100 = 12,50
8
C.C. STD = 2500 = 31,57
79,2
C.C. S.S. = 250 = 22,52
11,1
C.C. Ferro = 5 = 11,1
0,45
Portanto, o Ferro é o componente crítico, ou seja, atingirá sua concentração máxima permissível no interior da Caldeira antes dos demais.
Projeto de Sistemas de Vapor
2º Passo:
Cálculo da quantidade de água a ser descarregada:
C.C.Ferro = C.C.Crítico = 11,1
B = Vazão da Caldeira
C.C.Crítico - 1
B = 3.000 = 297,03 Kg/h de água a serem
11,1 - 1 descarregados
Cálculo de Descarga de Fundo
Projeto de Sistemas de Vapor
3º Passo:
Cálculo do tempo de abertura total da válvula de descarga de fundo instalada, consultando a tabela abaixo:
PRESSÃO (BAR) 1/2" 1" 1.1/2" 2" 2.1/2" 3"7 1,3 2,7 6,0 8,0 11,8 20,8
10,5 2,0 3,6 7,4 10,0 13,8 24,814 2,1 3,8 8,1 11,2 17,0 27,5
17,5 2,2 4,0 8,8 12,3 19,0 30,021 2,3 4,1 9,0 13,2 21,2 31,8
24,5 2,4 4,2 9,2 14,0 22,7 33,228 2,5 4,3 9,4 15,0 24,2 34,0
Considerando que a válvula instalada é DN 1.1/2”, podemos ver na tabela que ela descarrega 7,4 Kg/segundo, para a pressão da Caldeira de 10 bar.
Cálculo de Descarga de Fundo
Projeto de Sistemas de Vapor
Assim, temos:
Em 1 segundo – 7,4 Kg
Em X segundos – 297,03 Kg
X = 40,1 segundos
Como o tempo máximo de descarga remendado é de 5 seg., deveremos abrir totalmente as válvulas de descarga de fundo por 5 segundos, 8 vezes por hora.
40,1 seg. / 5 seg. = 8 descargas
Cálculo de Descarga de Fundo
Projeto de Sistemas de Vapor
• Necessita de supervisão do operador;
• Desperdício de água tratada e aquecida;
• Risco de incrustação;
• Queda de eficiência da caldeira;
• Risco de enviar água aquecida para o esgoto.
Descarga de Fundo Manual
Projeto de Sistemas de Vapor
VálvulaSolenóide
Injeção de ArComprimido
Atuador Pneumático
Caldeira
Válvula de Descargade Fundo Manual
Válvula de Descargade Fundo Automática
Fornecimento de Energia
Timer
Instalação do Sistema Automático de Descarga
Projeto de Sistemas de Vapor
• Dispensa supervisão do operador;
• Minimiza desperdício de água tratada e aquecida;
• Minimiza risco de incrustação;
• Elimina o risco de envio de água aquecida para o esgosto.
Vantagens do Sistema Automático
Projeto de Sistemas de Vapor
Pressão da Caldeira = 10,5 barg
Tempo de descarga teórico = 5 seg. p/ hora
Diâmetro da válvula = 2”
Tempo de descarga real = aprox. 12 seg.
Combustível = óleo BPF(poder calorífico inferior = 9.700 kcal/kg)
Exemplo de Viabilidade Econômica para Controle Automático de Descarga de Fundo
Projeto de Sistemas de Vapor
Descarga da válvula 2” = 100 kg/segundoTempo de descarga a mais = 7 segundos p/ horaVazão a mais p/ hora = 700 kg/ horaCalor Sensível a 10barg = 185,6 kcal/kgEnergia contida no excedente = 185,6 * 700
= 129.920 kcal/horaQuantidade de óleo BPF = 129.920 / 9.700
= 13,4 kg de óleo p/ horaCusto do óleo BPF = R$ 0,70 p/ kgCusto c/ combustível p/ hora = 13,4 kg * R$ 0,70
= R$ 9,38 p/ hora
Custo c/ combustível p/ mês = R$ 9,38 * 720 horas= R$ 6.753,00
Exemplo de Viabilidade Econômica para Controle Automático de Descarga de Fundo
Projeto de Sistemas de Vapor
Casos Reais - Incrustação
Projeto de Sistemas de Vapor
Casos Reais - Incrustação
Projeto de Sistemas de Vapor
Casos Reais - Incrustação
Projeto de Sistemas de Vapor
1,5 mm 15%3,1 mm 20%6,3 mm 39%9,5 mm 55%
12,7 mm 70%Incrustações de Sílica (SiO2) podem pelo menos dobrar os
índices acima mencionados.
Estes índices foram comprovados pela Escola Politécnica Federal de Zurich-Suíça, e publicados em 25/04/1984.
Relação entre Incrustação de CaCO3 e Perda de 3 e Perda de Transmissão TérmicaTransmissão Térmica
Projeto de Sistemas de Vapor
ESPESSURA DA FULIGEM
PERDA TÉRMICA
0,78 mm 9,5%1,50 mm 26,0%3,10 mm 45,3%4,60 mm 69,0%
Perda de Eficiência em Caldeiras pela Deposição de Fuligem nos Tubos
Projeto de Sistemas de VaporCabeçote dedesaeradorRetorno de
condensadoVaporflash
Tanque Tanque flashflash
Descargaresidual
DESAERADOR
Água dereposição
Trocador Trocador de calorde calor
Derector decontaminaçãode condensado
QueimadorCALDEIRA
Des
carg
a p
/ ta
nq
ue
flas
h
Vapor
Válvula de partida
Descargade fundo
temporizada
Chaminé
Detector dearraste
Separador
Chaminé
MedidoMedidor r
de vazãode vazãoVapor p/ fábrica
Vapor flashp/ atmosfera
Vaso de descarga
Descargap/ canaleta
Descarga de fundo Retorno de condensado
Armazena/o e condiciona/o de água Alimentação e controle de nível de caldeira Controle de STD na água da caldeira
Recuperação de calorVálvula de descarga de fundo do tanqueSistema de partida
2
2
3
3
1
1
4
4
5
6
5
6
Casa de Caldeira Spirax Sarco
Projeto de Sistemas de Vapor
Film
e de Ar
PRODUTOF
ILME
DE
ÁG
UA
Superfície de M
etal A
quecido
Film
e de Condensado
Film
e de Condensado
Temperatura do VAPOR
Temperatura do PRODUTO
Perda de Eficiência de Troca Térmica
Projeto de Sistemas de Vapor
Projeto de Sistemas de Vapor
Combustor Principal
Projeto de Sistemas de Vapor
Triângulo de
Combustão
Fonte de Ignição
OxigênioCombustível
Projeto de Sistemas de Vapor
COMBUSTÃO ESTEQUIOMÉTRICA
2 C + O2 = 2 CO + 2 200 Kcal / Kg C + O2 = CO2 + 7 830 Kcal / Kg 2 H2 + O2 = 2 H2 Ox + 28 890 Kcal / Kg 2 S + 3O2 = 2 SO3
CASO A TEMPERATURA CAIR ABAIXO DO PONTO DE ORVALHO DO SO3 ( T < 200
ºC ), HAVERÁ FORMAÇÃO DE ÁCIDO SULFÚRICO
Reações Químicas da Combustão
Projeto de Sistemas de Vapor
OHCOOCH
OHCOOHC
omeopara
OHn
mCOOnm
CmHn
2224
22241
222
22
2
41
4
414
tan
24
4
Equação Geral da Combustão
Projeto de Sistemas de Vapor
CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO TEÓRICO
Kg ar / Kg combustível = 11 , 5 C + 34 , 7 H2 + 4 , 3 S onde C = % de Carbono no Combustível H2 = % de Hidrogênio no Combustível S = % de Enxofre no Combustível
EXEMPLO : Composição do combustível : C = 84 % H2 = 11 % S = 4 %
Kg ar / Kg combustível = 11 , 5 x 0, 84 + 34 , 7 x 0 , 11 + 4 , 3 x 0 , 04 = 13 , 65
Quantidade de ar estequiométrico necessário à combustão 13 , 65 Kg de ar / Kg de combustível.
Quantidade de Ar necessária à Combustão
Projeto de Sistemas de Vapor
Constantes de Combustão
Projeto de Sistemas de Vapor
Constantes de Combustão - Gases
Projeto de Sistemas de Vapor
Análises elementares típicas dos Combustíveis de Petróleo
Projeto de Sistemas de Vapor
CO2 nos gases de Excesso Perda de Perda de com-
combustão (%) de ar (%) calor (Kcal) bustível (%)
16 0 0 015 5 19 0,414 10 47 113 18 80 1,712 28 113 2,411 40 160 3,410 54 216 4,6
9 70 282 68 93 362 7,87 120 479 10,26 152 620 13,25 198 808 17,24 273 1104 23,53 396 1598 342 635 2558 54,5
Combustão
Projeto de Sistemas de Vapor
Rendimento da Combustão
Projeto de Sistemas de Vapor
1) Medir a temperatura dos gases na saída da câmara de combustão;
2) Medir a temperatura ambiente na tomada de ar de combustão;
3) Medir a % de CO2 nos gases de queima na saída da câmara de combustão;
4) Calcular o T = ITEM 1 - ITEM 2
5) Verificar no gráfico a % de perda através dos gases de combustão (coluna vertical direita) e o rendimento da combustão (coluna vertical esquerda);
6) Efetuar as correções necessárias e que na maioria das vezes relacionam-se com a temperatura de pré-aquecimento do óleo e excesso de ar na combustão;
7) As medições devem ser efetuadas com cerca de 20 a 30 minutos de intervalo.
Rendimento da Combustão
Projeto de Sistemas de Vapor
EXEMPLO : 1º MEDIÇÃO 2º MEDIÇÃO
1) Temperatura dos gases na chaminé ( Tg = ºC) 310 250
2) Temperatura ambiente ( Ta = ºC ) 25 26
3) T = ( Tg - Ta ) 285 224
4) % CO2 nos gases 11 12, 5
5) % Perda de calor 14, 5 10, 5
6) % Rendimento da combustão 85, 5 89, 5
Rendimento da Combustão
Projeto de Sistemas de Vapor
Rendimento e Temperatura dos Gases x Pressão
Projeto de Sistemas de Vapor
Emissões de Carbono
Projeto de Sistemas de Vapor
Geração de CO2
Projeto de Sistemas de Vapor
A unidade de massa atômica (u) foi medida experimentalmente em espectrógrafos de massa, com valor encontrado de 1U = 1,6605402(10) x 10-27 Kg que é a massa de um átomo de Hidrogênio, e ela indica quantas vezes a massa de um átomo é maior que 1/12 da massa do isótopo do carbono 12.
International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)
Unidade de Massa Atômica
Projeto de Sistemas de Vapor
Projeto de Sistemas de Vapor
SINTOMAS CAUSAS PROVÁVEIS
BAIXO TEOR DE CO2 OU AR EM EXCESSO , ATOMIZAÇÃO IMPERFEITA , ALTO TEOR DE O2 TIRAGEM EXCESSIVA , ENTRADA FALSA DE AR
TEMPERATURA ALTA DOS GASES TIRAGEM EXCESSIVA , QUEIMADOR COM DE COMBUATÃO (180ºC À 200ºC ) CAPACIDADE ELEVADA , SUPERFÍCIE DE TROCA DE CALOR SUJAS OU SUBDIMENCIONADA , FORNALHA INADEQUADA
QUANTIDADE DE FULIGEM TIRAGEM INSUFICIENTE, ATOMIZAÇÃO IMPERFEITA, COMBUSTÍVEL EM EXCESSIVA VENTOINHA INADEQUADA , FORNALHA DEFEITUOSA
TIRAGEM EXCESSIVA AUMENTO NA TEMPERATURA DOS GASES NA CHAMINÉ, REDUÇÃO DO PERCENTUAL DE CO2
TIRAGEM INSUFICIENTE COMBUSTÃO DEFICIENTE, EXCESSO DE FULÍGEM, FUMAÇA PARA A ÁREA EXTERNA
Sintomas e Causas da Combustão Imperfeita
Projeto de Sistemas de Vapor
EXCESSO ASPECTO DA CHAMA DE AR
ÓLEO GÁSMuito alto Muito brilhante, vendo-se toda a Azulada e transparente
fornalhaAlto Final da chama com cor amarelo Azul
claroIdeal Final de chama dourado Vermelho-azulada
levemente rosadaBaixo Amarelo escura com a fornalha Avermelhada semelhante
também escura à do óleo
Projeto de Sistemas de Vapor
- PERCENTUAL DE CO2 NOS GASES DA CHAMINÉ - PERCENTUAL DE CO NOS GASES DA CHAMINÉ - PERCENTUAL DE O2 NOS GASES DA CHAMIÉ - TEMPERATURA DOS GASES NA CHAMINÉ - QUANTIDADE DE FULIGEM - TIRAGEM
APERELHO DE ORSAT, FYRITE (BACHARACH), E DWYER
Controle da Combustão
Projeto de Sistemas de Vapor