CALDEIRAS DI CARLI.ppsx

• E um vaso de pressão onde mediante

aplicação de calor e gerado sob pressão

superior a pressão atmosférica vapor para uso

externo(norma NB55 da ABNT).

Finalidade das caldeiras

1-aquecimento direto através de fluido de

transferência de calor.

2-esterilização e limpeza.

3-acionamento de turbinas e outras maquinas a

vapor.

Tipos de caldeiras

 1-caldeiras a vapor:o vapor e o fluido de

transferência de calor mais versátil e de uso

mais difundido,acima de 100°c requer

pressurização e acima de 200°c a pressão

necessária sobe rapidamente se tornando

mais vantajoso porem,requer utilização de

equipamentos mais caros e equipamentos de

segurança.

Quanto a sua forma podem ser :

caldeiras flamotubulares:

são formados por um vaso

cilíndrico com chapas denominadas espelhos,onde são estão

mandrilhados os tubos.na parte

interna desse vaso ah um tubulão q serve de fornalha.a água circula no interior do vaso.são usadas para pressão de ate 21Kgf/cm² e

produção de valores ate valores de 20000Kg/h.

 caldeiras aquatubulares:

A água circula no interior dos tubos aquecidos por fora pelos gases da combustão .a circulação da água funciona pelo

principio da diferença da densidade,ou seja a água aquecida mais leve sobe e a água mais fria desce,destra forma fazendo um movimento continuo nos tubos ligados aos tubulões ate q a água entre em ebulição.São usados pressões de ate

200Kgf/cm²,temperatura de 200°c a produção de vapor vai ate valores de 750toneladas de vapor por hora.

Quanto a fonte de calor

Caldeiras elétricas:

Estas caldeiras têm aplicabilidade bastante reduzida, onde a oferta de combustíveis fósseis ainda é muito elevada e os preços comparativamente vantajosos.

Basicamente a caldeira elétrica é

constituída de um vaso de pressão não sujeito a chama, um sistema de

aquecimento elétrico e de um sistema de água de alimentação. O rendimento deste tipo de caldeira é bastante elevado já que por efeito joule a troca de calor ocorre no interior da massa líquida sem perda do calor gerado.

Caldeiras a combustíveis sólidos:

números são os combustíveis sólidos que podem ser aplicados para queima em caldeiras. Eles tanto podem ser combustíveis naturais como derivados, como apresentados a seguir:

•Combustíveis Sólidos Naturais oMadeira,Trufa,Carvão mineral oTurfa

oCarvão mineral

oBagaço de cana, etc.

•Combustíveis sólidos Derivados oCarvão vegetal

oCoque de carvão

Caldeiras a combustíveis

líquido:

Os principais combustíveis líquidos utilizados nas caldeiras são:

•Óleo combustível •Óleo diesel

 Combustíveis gasosos:

• Gás combustíveis de refinarias:

É um combustível gasoso, de baixo peso molecular médio, que não se liquefaz por

compressão, dificultando seu armazenamento. O gás combustível, geralmente, é uma corrente secundária do processamento em unidades de refinação e petroquímica (craqueamento catalítico, coqueamento retardado, reforma catalítica, pirólise) resultante do craqueamento térmico de frações mais pesadas. Antes de ser destinado como

combustível, esta corrente, geralmente, passa por unidades de tratamento, onde é retirado o H₂S, e por unidades de

fracionamento onde são retiradas frações utilizadas pela indústria petroquímica.

• Gás naturais:

O gás natural é encontrado em reservatórios subterrâneos naturais, associado ou não ao petróleo, donde é extraído através da perfuração de poços.

Após ser produzido, antes de ser enviado para consumo como combustível, geralmente, passa por unidades de

processamento (PGN) que retiram deste gás as frações mais pesadas. Estas frações podem ser incorporadas às correntes de gás liquefeito de petróleo e gasolina, ou servir como

matéria prima de unidades petroquímicas. As caldeiras projetadas para a queima de gás são em geral muito mais

simples que as utilizadas para os demais combustíveis. Isto se explica pelo fato do gás não requerer nenhum aquecimento prévio para ser queimado nas fornalhas, não necessitar de grandes reservatórios para sua estocagem, e por ser um

Principais componentes de uma caldeira

Paredes D’água

: As paredes d’água constam de vários tubos dispostos verticalmente, um ao lado do outro, circundando

lateralmente toda a fornalha e pelos quais a água absorvendo o calor da queima do combustível transforma-se em vapor,

resultando então uma mistura de água e vapor que, em caldeiras de circulação natural, faz com que o vapor, de menor densidade

que a coluna proveniente do(s) tubo(s) de descida, suba e alcance o tambor, o que, em caldeiras de circulação forçada, é conseguido

através de bombas de circulação, as quais promovem este mesmo deslocamento.

Em algumas caldeiras as paredes d’água são membranadas, nas quais os tubos são

aletados e/ou soldados uns aos outros, formando uma parede estanque. Os tubos aletados absorvem maior quantidade de calor e garantem a estanqueidade o que possibilita a operação em pressão positiva na região de queima. Esta é uma grande vantagem, pois evita a perda de calor e a passagem de gases tóxicos para o ambiente externo e a penetração de ar frio caso a

pressão interna fique menor que a atmosfera.

A figura mostra um desenho típico de uma parede d’água selada. As paredes d’água são fabricadas em tubos de aço carbono, com baixo teor de carbono.

T

ambor

:A função do tambor é separar a água do vapor gerado nas

paredes da fornalha (tubos das paredes d’água) e controlar a quantidade de

sólidos dissolvidos na água da caldeira para um valor abaixo do limite

estabelecido para controle químico do processo. 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, antes do vapor entrar nas conexões dos tubos para o superaquecedor.

 Fornalha

:A fornalha é a região da caldeira em que se desenvolve a combustão e a maior parte do calor é

transferido. É, também, onde ocorrem as maiores taxas de absorção de calor e as maiores temperaturas. As fornalhas devem atender aos seguintes 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.

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.

•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.

•Fornalha de Queima Vertical - neste caso os queimadores são verticais, montados no teto da fornalha. A vantagem deste tipo é proporcionar um longo percurso da chama, o que facilita a queima de

 Circuito de Convecção da Água.

• Circulação Forçada:Em caldeiras de circulação forçada,

bombas de circulação são colocadas no circuito do tubo de descida do tambor para assegurar esta circulação da água

através das paredes d’água. Orifícios instalados na entrada de cada circuito de água, mantém um fluxo proporcional de água através do circuito. A bomba de circulação da caldeira

succiona de um coletor, o qual é suprido pelos tubos de

descida de água do tambor (em geral em número de quatro). Pela linha de descarga da bomba, a água entra no coletor

traseiro e frontal das paredes d’água. No coletor de entrada dos tubos da parede d’água, a água da caldeira passa através de filtros e em seguida através de orifícios suprindo os tubos das paredes da fornalha, a linha de recirculação do

• Circulação Natural:Em caldeiras de circulação natural, ou seja, por convecção, a água e o vapor fluem em um número

relativamente grande de circuitos tubulares ( tubos de descida e tubos da parede d’água), estes últimos são aquecidos

externamente. A circulação positiva é altamente importante no sucesso da operação da caldeira. A força que produz a circulação, é a diferença de peso entre a coluna d’água sem vapor e a coluna igual de mistura água-vapor. Essa força deve vencer a resistência ao fluxo. Esta, varia com a velocidade, ou seja, se a força disponível para fazer a mistura circular é maior que a resistência ao fluxo em uma dada velocidade, o fluxo irá aumentar até que a resistência equilibre a força disponível. Se a força disponível for menor que a resistência, o fluxo irá

 Superaquecedores de vapor

:Os superaquecedores são superfícies trocadoras de calor com a finalidade de elevar a

temperatura do vapor produzido no tambor a um valor superior ao valor de saturação.

O superaquecimento do vapor tem duas finalidades fundamentais: • Aumentar o ganho termodinâmico da turbina, na qual o vapor irá se

expandir.

• Tornar o vapor o mais isento de umidade possível, entretanto possíveis condensações no interior da turbina devido à queda de pressão e temperatura. Em condições normais, recomenda-se um superaquecimento mínimo de 55 ºC no vapor na entrada da turbina. O superaquecedor representa 9% da superfície total de aquecimento

mas é responsável por apenas 16% do total do calor absorvido.

Esta diferença em relação à fornalha deve-se ao fato de que a troca de calor é mais acentuadamente por convecção do que por radiação.

 Economizador:

O economizador é um trocador de calor tubular instalado na região de passagem dos gases de uma caldeira com a finalidade de propiciar o aproveitamento de energia térmica contida nesses gases, transferindo-a para a água de alimentação que está sendo introduzida no tambor. O aproveitamento desta energia constitui um aumento de

rendimento para a caldeira, sendo calculado que a cada 10 ºF de elevação na temperatura da água de alimentação

representa o acréscimo de 1% na sua eficiência.

Os economizadores são constituídos de feixes tubulares de aço que além de oferecer boa resistência mecânica, podem ser confeccionados com parede de espessura menor, reduzindo de forma acentuada o peso do equipamento e permitindo uma melhor transferência de calor.

 Sopradores de Fuligem

:Os sopradores de fuligem são equipamentos destinados a limpar as paredes externas dos tubos. Tais equipamentos utilizam como fluido de limpeza vapor ou ar que é direcionado diretamente sobre as

superfícies dos tubos.

A camada de depósitos reduz a transferência de calor,

estimando-se que uma camada de 3 mm de fuligem pode isolar tanto quanto uma de 15 mm de isolante térmico.por isso a necessidade de se retirar o carbono não queimado,que se deposita na forma de fuligem ou de negro de fumo.quando não retirados corretamente podem aumentar o consumo de combustíveis.

O esquemático a seguir mostra o posicionamento dos sopradores nas caldeiras

.

 Queimadores:

os queimadores utilizados em uma caldeira, tem por finalidade converter o combustível líquido a ser

queimado em gás, conversão esta que ocorre em alguns

casos, no momento que se segue à entrada do combustível na fornalha e em outros casos, ainda no próprio queimador.

Existem vários tipos de maçaricos utilizados na operação de uma caldeira:

• Fixos

• Retráteis

• Retráteis com inclinação • Outros

Tratamento de água para caldeiras

 Um dos itens normalmente relacionados como responsáveis por acidentes ocorridos em caldeiras é a “qualidade da água usada”.

A água para uso industrial deve obedecer a certas especificações,de acordo com a finalidade a que é

destinada.assim a água que é destinada à produção de vapor deve ser isenta ou conter quantidades limitadas,de sais de cálcio,magnésio,ferro,manganês,alumínio bem como a sílica pois esse compostos provocam a formação de incrustações no interior dos tubos das caldeiras,provocando a queda do

rendimento térmico e constituindo ameaça para graves

acidentes. Por isso a necessidade de um rigoroso tratamento da água para caldeira.

Efeitos das substâncias solidas e gasosas dissolvidas na água: Os sais de cálcio,e magnésio são os principais causadores de

dureza da água que podem provocar incrustações,essas incrustações podem provocar o aumento considerável no consumo de combustíveis fazendo com que o custo seja elevado e o vapor gerado seja de má qualidade.

A amônia,por si só,não provocaria corrosão na caldeira seria até benéfica em pequenas quantidades,devido ao seu efeito de neutralizar o ácido carbônico e de elevar o PH da água no entanto,na presença de oxigênio, ela se torna altamente

corrosiva ao cobre e suas ligas.Desde que se possa ter certeza de que o oxigênio dissolvido é eliminado eficientemente, a amônia pode,inclusive,ser adicionada ao sistema como

Erosão De Parede Externa De Um Tubo Devido Ao Jateamento De Vapor Saturado

O oxigênio por si só é um elemento altamente corrosivo,na

presença de amônia como já foi dito torna mesma corrosiva ao cobre e suas ligas,e aumenta também o poder corrosivo do dióxido de carbono.

Outro elemento corrosivo seria o hidrogênio,gerando a

fragilização do metal das caldeiras.O hidrogênio penetra no aço-carbono reagindo com o carbono para formar o metano de acordo com a seguinte reação:

Fe3C + 2H2 -> 3Fe + CH4

Essa reação faz com que haja uma concentração dos

grãos,devido a uma diferença de densidade entre o carbeto de ferro (Fe3C) e o ferro formado.Em conseqüência disso o aço,perde sua resistência as deformações isto é se torna fragilizado,podendo sofrer.

Danos em Tubo por Corrosão Cáustica

•fendimento.Outro fenômeno que causa corrosão seria a

fragilização caustica do metal de tubos de caldeiras,se caracteriza pela reação do ferro com a soda caustica gerando o

hidrogênio,que seria uma das formas primaria de corrosão pois apartir dela o hidrogênio liberado gera a fragilização pelo hidrogênio.

Reação:

Purificação de águas naturais,para uso em caldeiras de pressão elevada.São dois os métodos utilizados:

• Destilação: Na destilação as matérias sólidas dissolvidas na água não há acompanham,quando esta passa para o estado de vapor portanto todas as substâncias solidas dissolvidas na água são eliminadas. No entanto os gases dissolvidos na água acompanham o vapor que está sendo produzido,esse

procedimento em algumas ocasiões pode ser falho ocasionando os possíveis processos:

arrastamento,carregamento e exumação.fazendo com que

• Desmineralização: Esse processo que tende a substituir a

destilação baseasse na capacidade que tem certas substâncias de reter ÍONS dissociados que entram em contatos com elas e ceder outros ÍONS diferentes daqueles retidos. Tais substâncias chamasse trocadores iônicos,que são resinas sintéticas e

constituem-se duas categorias:

Resina trocadoras de cátions são substancias que tem a

capacidade de reter cátions de sais dissolvidos substituindo-as por hidrogênio.

Resina trocadoras de anions são substâncias que tem a capacidade de reter anios de sais dissolvidos substituindo por uma hidroxila essa resina deve vir logo após a resina trocadora de cátions.

Eliminação: A maior parte do oxigênio dissolvido na água de

alimentação da caldeira é facilmente removível por processos físicos de desaeração. Se pequenos traços de oxigênio

permanecerem é indicado a adição de hidrasina que elimina o oxigênio segundo a reação: N2H4 + O2 -> 2H2O + N2 .

conclusão

 Com a chegada de novas empresas ao cenário industrial pernambucano e essencial ao engenheiro conhecer pelo menos um pouco sobre caldeiras pois muitas delas serão

implantadas nas indústrias que virão.Porem se o engenheiro não se qualificar esses postos de trabalho serão ocupados por pessoas vindas de outras localidades não havendo assim um absolvição da mão-de-obra local,desvalorizando assim o

funcionário local e dando mais prestigio a mão-de-obra importada.

Referencias bibliográficas

• DE CARLI,RICARDO ANTÔNIO.tratamento de água para caldeira.edições bagaço.1995,Recife.

• GENTIL,VICENTE.corrosão.editora Guanabara dois.3º

edição,LTC-Livros técnicos científicos editora S.A.1996,RJ. • http://m.albernaz.sites.uol.com.br/index.htm