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09/09/2012 1Agosto/2012
Caldeiras
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Caldeiras
� 1698 - O inglês Thomas Savery patenteou um sistema de bombeamento de águautilizando vapor como força motriz.
� 1711 – Newcomen desenvolveu outro equipamento com a mesma finalidade.Sua caldeira era apenas um reservatório esférico, com aquecimento direto nofundo, também conhecida como caldeira de Haycock.
� 1769 - James Watt modificou o projeto, alterando o formato , desenhando a
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� 1769 - James Watt modificou o projeto, alterando o formato , desenhando acaldeira Vagão, a precursora das caldeiras utilizadas em locomotivas a vapor.
� 1856 - Stephen Wilcox, projetou um gerador de vapor com tubos inclinados, e daassociação com George Babcock tais caldeiras passaram a ser produzidas, comgrande sucesso comercial.
� 1880 - Alan Stirling desenvolveu uma caldeira de tubos curvados, cuja concepçãobásica é ainda hoje utilizada nas grandes caldeiras de tubos de água.
DefiniçãoDefinição segundosegundo osos conceitoconceito técnicostécnicos::
“Caldeira é todo e qualquer recipiente metálico cuja função é, entremuitas, a produção de vapor através do aquecimento da água. Ascaldeiras produzem vapor para alimentar máquinas térmicas, sistemase instalações, e outras aplicações do calor utilizando-se o vapor”.
CALDEIRASCALDEIRAS –– ConceitoConceito FundamentalFundamental
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e instalações, e outras aplicações do calor utilizando-se o vapor”.
DefiniçãoDefinição segundosegundo aa NRNR--1313::
“Caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir eacumular vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizandoqualquer fonte de energia, excetuando-se os refervedores eequipamentos similares utilizados em unidades de processo”.
Um vapor é uma substância na fase de gás à uma temperatura inferior à suatemperatura crítica. Isto significa que o vapor pode ser condensado para um líquidoou para um sólido pelo aumento de sua pressão, sem ser necessário reduzir atemperatura.Dentro dos Limites do conhecimento moderno, o vapor é o veículo de transferênciade calor mais econômico e conveniente, tanto para a produção de energia quantopara a transferência de calor.
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Em uma caldeira, a pressão aumenta a medida que o vapor vai se formando e sendoacumulado, sendo limitado pelas condições de projeto.
Três conceitos caloríficos são aplicados, sendo:
� Calor sensível;
� Calor latente;
� Entalpia total.
Calor Sensível (hs)
A Adição de Entalpia do Líquido (também chamado de calor sensível) é aquantidade de calorias necessárias para elevar 1 kg de água de 0 ºC até asua temperatura de ebulição.
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Calor Latente (hlat)
A Adição de Entalpia de Vaporização (também chamado de calor latente) éa quantidade de calorias necessárias para converter 1 kg de água líquidaem vapor seco à mesma temperatura e pressão (o calor latente decrescecom o aumento da pressão absoluta do vapor).
Entalpia Total (hTOT)
Chama-se Entalpia Total do Vapor de Água, saturado, a relação de somado calor sensível e do calor latente:
hTOT = hs + hlat
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hTOT = hs + hlat
Quando não se consegue o vapor seco, têm-se:
hTOT = hs+ x.hlat
→ onde x é o título (variando de 0,0 a 1,0).
Existem inúmeros tipos de caldeiras a vapor, sendo que muitos delas sãode aplicações restritas (pesquisa e desenvolvimento, ou modelos parafundamentação de pesquisa). Na indústria porém, como um todo,destacam-se 5 (cinco) grupos de caldeiras, e das quais se farão nossoestudo. São elas:
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� Caldeiras Flamotubulares;
� Caldeiras Aquatubulares (ou Aquotubulares);
� Caldeiras Mistas;
� Caldeiras Elétricas;
� Caldeiras de Recuperação.
Nas caldeiras flamotubulares, os gasesquentes passam por dentro de tubos, aoredor dos quais está a água a seraquecida e evaporada. Os tubos sãomontados à maneira dos feixes depermutadores de calor, com um ou maispassos dos gases quentes através do
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passos dos gases quentes através domesmo. As caldeiras flamotubulares sãoempregadas apenas para pequenascapacidades e quando se quer apenasvapor saturado de baixa pressão.
Há 2 (dois) tipos de caldeirasflamotubulares – verticais e horizontais.Os tipos mais comumente encontradosnas indústrias são as horizontais.
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Caldeira do tipo Caldeira do tipo
FlamotubuarFlamotubuar VerticalVertical
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Caldeira do tipo Caldeira do tipo
FlamotubuarFlamotubuar VerticalVertical
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Caldeira do tipo Caldeira do tipo
FlamotubuarFlamotubuar Horizontal (em corte) Horizontal (em corte)
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Caldeira do tipo Caldeira do tipo
FlamotubuarFlamotubuar Horizontal (em corte) Horizontal (em corte)
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Caldeira do tipo Caldeira do tipo
FlamotubuarFlamotubuar Horizontal Horizontal àà GNGN
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Compartimento de Queima de uma Caldeira Compartimento de Queima de uma Caldeira
FlamotubuarFlamotubuar HorizontalHorizontal
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As caldeiras flamotubulares geram somente vapor saturado, uma vez que este saide um vaso com água líquida, até pelo menos a sua metade, sem receber qualqueraquecimento posterior. As pressões não são elevadas (da ordem de até 25,00kgf/cm²) e estão limitadas pela espessura da parede externa (chapa cilíndrica) docostado, pois quanto maior a espessura, mais elevada será a pressão.
Por serem de operação mais simples, lideram as estatísticas de acidentes. Dessa
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Por serem de operação mais simples, lideram as estatísticas de acidentes. Dessaforma, as principais características deste tipo de caldeira podem ser resumidasconforme segue:
1. A transferência de calor ocorre em toda a área circunferencial dos tubos.
2. Verticais ou horizontais.
3. Fornalha cilíndrica lisa ou corrugada.
4. Número de passes de gases (1, 2, 3 ou 4).
5. Traseira seca ou molhada.
6. Geram somente vapor saturado, pois não tem aquecimento posterior
(superaquecedor).
7. Capacidade de geração de vapor e pressão limitadas.
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8. Até aprox. 20 ton/h de vapor possuem menor custo de geração em relação
às caldeiras aquotubulares.
9. Melhor eficiência de transferência de calor por área de troca térmica.
10. Utilizam o vapor geralmente para aquecimento (maior aproveitamento do
calor latente em relação ao calor sensível)
11. Operação mais simples.
As caldeiras do tipo aquatubulares (ouaquotubulares), como o próprio nomeindica, tem circulação de água pordentro dos tubos e os gases quentesenvolvendo-os.
CALDEIRASCALDEIRAS AQUOTUBULARESAQUOTUBULARES
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Estas caldeiras são usadas parainstalações de maior porte e naobtenção de vapor superaquecido.
Normalmente encontradas em usinastermoelétricas, siderúrgicas, refinarias,e ou em plantas industriais comnecessidade de geração de grandevolume de vapor.
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09/09/2012 21InfogramaInfograma do funcionamento da combustão de do funcionamento da combustão de
uma Caldeira do tipo Aquotubularuma Caldeira do tipo Aquotubular
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Caldeira Caldeira do tipo do tipo AquotubularAquotubular
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Caldeira Caldeira do tipo do tipo AquotubularAquotubular
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Caldeira Caldeira do tipo do tipo AquotubularAquotubular
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Caldeira Caldeira do tipo do tipo AquotubularAquotubular
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Câmara de uma Caldeira Câmara de uma Caldeira do do tipo Aquotubulartipo Aquotubular
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Caldeira Caldeira do do tipotipo
AquotubularAquotubular
As principais características deste tipo de caldeira podem ser resumidas conforme segue:
1. Formada por tubos de troca térmica e tubulões de vapor e lama.
2. A geração de vapor se processa nos tubos da parede d’água;
3. Projetadas para operar em médias e altas pressões;
4. Possuem maior capacidade de geração de vapor;
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4. Possuem maior capacidade de geração de vapor;
5. Projeto térmico mais elaborado;
6. Trabalham com vapor saturado ou superaquecido;
7. Utilizam vapor tanto para aquecimento quanto para geração de trabalho mecânico;
8. Circulação de Água;
8.1. Circulação natural (diferença de densidade da água);
8.2. Circulação forçada (pequenas diferenças de densidade entre água e vapor inviabilizam a circulação).
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Caldeira Caldeira do tipo do tipo
AquotubularAquotubular
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Câmara de uma Caldeira Câmara de uma Caldeira do do tipo Aquotubulartipo Aquotubular
Estas caldeiras sãoconsideradas como caldeirashíbridas, pois possuem umaparte aquotubular e outraflamotubular.
São caldeiras de alta eficiência,
CALDEIRASCALDEIRAS MISTASMISTAS
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São caldeiras de alta eficiência,já que possuem um misto dasvantagens de ambos os tipos decaldeiras (aquotubulares eflamotubulares). No geral, sãoempregadas em sistemas ondeo apelo de economia decombustível e muito difundido, equando necessita-se de maioreficiência energética, nummenor espaço.
CALDEIRASCALDEIRAS MISTASMISTAS
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Caldeira Caldeira do do tipotipo
MistaMista
CALDEIRASCALDEIRAS MISTASMISTAS
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Caldeira Caldeira do do tipotipo
MistaMista
Nas caldeiras elétricas, oaquecimento da água, comresultante geração do vapor, é feitapor meio de aquecimento (direto ouindireto) de uma resistência elétricasobre esta.
CALDEIRASCALDEIRAS ELÉTRICASELÉTRICAS
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Mais utilizadas em menoresinstalações, principalmente quandorisco para com o armazenamentode combustíveis é um problema.
São consideradas caldeiras debaixa eficiência e alto custo, já queo consumo de energia elétrica ealto, e a obtenção de vapor acaba-se tornando cara (relação custo xbeneficio duvidosa).
CALDEIRASCALDEIRAS ELÉTRICASELÉTRICAS
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Caldeira Caldeira do do tipotipo
ElétricaElétrica
CALDEIRASCALDEIRAS ELÉTRICASELÉTRICAS
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Caldeira Caldeira do do tipotipo
Elétrica, com sistema Jet Elétrica, com sistema Jet FlowFlow
Aplicação residencial de uma Caldeira Aplicação residencial de uma Caldeira do tipo Elétricado tipo Elétrica
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São caldeiras que aproveitam o poder calorífico de um processo ou da combustãode um material (combustível sólido ou gasoso), proveniente de um resíduo ousub-produto,. Em alguns destes casos a caldeira pode ser tanto aquotubular,como flamotubular, ou ainda mistas, valendo ainda a escolha pela capacidade deprodução de vapor.
As unidades de recuperação ocupam hoje uma posição importante na tecnologiado aproveitamento e racionalização da energia.
CALDEIRASCALDEIRAS DEDE RECUPERAÇÃORECUPERAÇÃO (APROVEITAMENTO)(APROVEITAMENTO)
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do aproveitamento e racionalização da energia.
Estas unidades podem ser divididas em:
� Caldeiras de Recuperação de Calor Sensível;� Caldeiras de recuperação de Gases Combustíveis Residuais de Processos
Industriais;� Caldeiras de Recuperação de Calor e de Produtos Químicos em Fábricas de
Celulose;� Caldeiras de Recuperação de Calor nos Ciclos Combinados;� Caldeiras para aproveitamento do Lixo Urbano.
CALDEIRASCALDEIRAS DEDE RECUPERAÇÃORECUPERAÇÃO (APROVEITAMENTO)(APROVEITAMENTO)
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Caldeira Caldeira do do tipotipo
RecuperaçãoRecuperação
CALDEIRASCALDEIRAS DEDE RECUPERAÇÃORECUPERAÇÃO (APROVEITAMENTO)(APROVEITAMENTO)
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Caldeira Caldeira do do tipotipo
Recuperação Recuperação
(utiliza gás de (utiliza gás de coqueriacoqueria))
� PRESSÃO DE PROJETO (PP);
� PRESSÃO DE OPERAÇÃO (PO);
� PRESSÃO MÁXIMA DE TRABALHO ADMISSÍVEL (PMTA);
CALDEIRASCALDEIRAS –– ParâmetrosParâmetros ImportantesImportantes
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� PRESSÃO DE AJUSTE DO DISPOSITIVO DE ALÍVIO DE PRESSÃO;
� PRESSÃO DE TESTE HIDROSTÁTICO;
� PRESSÃO DE TESTE DE ACUMULAÇÃO.
PRESSÃO DE MÁXIMA DE TRABALHO ADMISSÍVEL (PMTA);
PMTA = S . F . tR + 0,6 t
Onde:
CALDEIRASCALDEIRAS –– ParâmetrosParâmetros ImportantesImportantes
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Onde:� PMTA = pressão máxima de trabalho admissível, referente à tensão
primária de membrana;� S = tensão admissível do material;� F = eficiência de junta;� t = espessura real;� R = raio interno do cilindro (caso a geometria seja cilíndrica).
PRESSÃO DISPOSITIVO DE ALIVIO DE PRESSÃO (Ppsv);
Ppsv = PMTA
PRESSÃO DE TESTE HIDROSTÁTICO (Pth);
CALDEIRASCALDEIRAS –– ParâmetrosParâmetros ImportantesImportantes
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Pth = 1,5 . PMTA (Samb/Sproj)
Onde:
� Pteste = pressão de teste a uma dada temperatura;
� PMTA = pressão máxima de trabalho admissível;
� Samb = tensão admissível do material na temperatura de teste;
� Sproj = tensão admissível do material na temperatura de projeto.
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Fim!!!