APRESENTAÇÃO
• OPERADOR DE PROCESSO
APRESENTAÇÃO
Renato Rosa Pinto
• Técnico Químico Industrial
• Tecnólogo em Processos Gerenciais
• Técnico em Mineração
APRESENTAÇÃO
• Experiência:
– Operação de Processo Químico:
planta e laboratório– Operação de Processo Físico – Análise de Riscos de Processos
– Ajustes de Processos – Análises de Resultados – Elaboração de Instruções Operacionais e
treinamento de operadores
OBJETIVOS
• Apresentar os conceitos de:
– Pressão, Calor e outras grandezas físicas usuais durante operação de processos industriais
– Trocadores de Calor /
Torres,– Tubulações, válvulas e acessórios – Bombas e compressores
– Vasos, Tanques e Reatores
– Noções básicas de eletricidade e instrumentação
– Operação de unidade padrão
INTRODUÇÃO
http://sites.google.com/site/renattocetep/home
amedec.ind@gmail.com
INTRODUÇÃO
• Qual a função de um operador de
processo?
INTRODUÇÃO
OPERAR PROCESSOS UTILIZANDO
TÉCNICAS E PADRÕES A FIM DE
MANTER O PRODUTO FINAL EM
CONFORMIDADE E GARANTIR A
MENOR PERDA POSSÍVEL, OU SEJA, O
LUCRO, NÃO DESCUIDANDO DA
SEGURANÇA INDIVUDUAL,
COLETIVA E PATRIMONIAL.
CALDEIRAS E COMPRESSORES
CALDEIRAS
CALDEIRAS
Na acepção ampla, caldeira é um trocador de calor que tem por finalidade a produção de vapor a partir de um fluido vaporizante e energia térmica. A energia térmica pode ser obtida através da queima de um combustível sólido, líquido ou gasoso ou por intermédio de resistências elétricas. As usinas termonucleares
utilizam a fissão do urânio 235.
O QUE SÃO?
CALDEIRAS
• Indústria de bebidas : nas lavadoras de garrafas, tanques de xarope e 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 e prensas a vácuo.
• Indústrias químicas: nos tanques de armazenamento, nos reatores,
QUAL A FINALIDADE DE PRODUZIR
VAPOR ?
CALDEIRAS
CLASSIFICAÇÃO DAS CALDEIRAS
As caldeiras podem ser classificadas de acordo com:
• Classes de pressão;
• Grau de automação;
• Tipo de energia empregada;
• Tipo de troca térmica.
CALDEIRAS
CLASSIFICAÇÃO DAS CALDEIRAS
De acordo com as classes de pressão, as caldeiras foram classificadas segundo a NR-13 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
CALDEIRAS
CLASSIFICAÇÃO DAS CALDEIRAS
• De acordo com o grau de automação, as caldeiras podem se classificar em: manuais, semi-automática e automática.
• De acordo com o tipo de energia empregada, elas
podem ser do tipo: combustível sólido, líquido, gasoso,
caldeiras elétricas e caldeiras de recuperação.
CALDEIRAS
TIPO DE CALDEIRAS
A classificação mais usual de caldeiras de combustão refere-se à localização de água/gás e divide-as em:
• Flamotubulares (tubos de fogo)
• Aquatubulares (tubos de água)
CALDEIRAS
TIPO FLAMOTUBULARES
Caldeiras flamotubulares ou fogotubulares são aquelas em que os gases provenientes da combustão (gases quentes) circulam no interior dos tubos e a água a ser aquecida ou vaporizada circula pelo lado de fora.
Este tipo de caldeira é o de construção mais simples, e pode ser classificado quanto à distribuição dos tubos, que podem ser tubos verticais ou horizontais.
CALDEIRAS
TIPO FLAMOTUBULARES
CALDEIRAS
TIPO FLAMOTUBULARES
CALDEIRAS
TIPO FLAMOTUBULARES
As caldeiras flamotubulares apresentam vantagens tais como:
– construção fácil, com relativamente poucos custos;
– são bastante robustas;
– não exigem tratamento de água muito cuidadoso;
– exigem pouca alvenaria.
CALDEIRAS
TIPO FLAMOTUBULARES
Desvantagens das caldeiras flamotubulares:
– pressão limitada: máximo até 19,98 Kgf/cm², devido à espessura da chapa dos corpos cilíndricos crescer com o diâmetro;
– partida lenta, em função do grande volume de água;
– pequena taxa de vaporização (produção de vapor por unidade de superfície de aquecimento);
CALDEIRAS
TIPO FLAMOTUBULARES - COMPONENTES 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 constituído 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 19,98 kgf/cm²) pelo diâmetro do corpo destas caldeiras.
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 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.
TIPO FLAMOTUBULARES - COMPONENTES
CALDEIRAS
TIPO FLAMOTUBULARES - COMPONENTES
A caixa de fumaça é o local por onde os gases da combustão fazem a reversão do seu trajeto, passando novamente pelo interior da caldeira (pelos tubos de fogo).
CALDEIRAS
TIPO FLAMOTUBULARES - COMPONENTES
CALDEIRAS
TIPO FLAMOTUBULARES - FUNCIONAMENTO
CALDEIRAS
TIPO AQUATUBULARES
Nesse tipo de caldeira, os tubos que, nas caldeiras flamotubulares, conduziam gases aquecidos, passaram a conduzir a água, o que aumenta à superfície de aquecimento, aumentando bastante a capacidade de produção de vapor.
Em resumo, as caldeiras aquotubulares são empregadas
quase exclusivamente quando interessa obter elevadas
pressões grandes capacidades e altos rendimentos, pois
podem produzir vapor com pressões até 200 kgf/cm² e
CALDEIRAS
TIPO AQUATUBULARES
Podem ser classificadas em:
1 Caldeiras de tubos retos 2 Caldeiras de tubos curvos
3 Caldeiras de circulação forçada
CALDEIRAS
TIPO AQUATUBULARES
Podendo possuir tambor transversal ou longitudinal, estas caldeiras são ainda bastante utilizadas devido, entre outras coisas, a de possuírem fácil acesso aos tubos para fins de limpeza ou troca, causarem pequena perda de carga, exigirem chaminés pequenas, também porque todos os tubos principais são iguais necessitando de poucas formas especiais.
Sua superfície de aquecimento varia de 67 a 1.350 m², com pressões
Caldeiras de tubos retos
CALDEIRAS
TIPO AQUATUBULARES
CALDEIRAS
TIPO AQUATUBULARES
As caldeiras aquatubulares de tubos curvos não apresentam limites de capacidade de produção de vapor. A forma construtiva foi idealizada por Stirling, interligando os tubos curvos ao tubulões por meio de solda ou mandrilagem. A figura a seguir apresenta um esquema de caldeira com quatro tubulões, embora possa ter de três a cinco, o que confere a este tipo de gerador de vapor maior capacidade de produção.
Caldeiras de tubos curvos
CALDEIRAS
TIPO AQUATUBULARES
CALDEIRAS
TIPO AQUATUBULARES
A diferença de pesos específicos da água de alimentação fria, com a água aquecida e misturada com bolhas de vapor promove uma
circulação natural da água no interior dos tubos. Fatores como
incrustações, variações de carga, etc., acabam por tornar-se obstáculos a esta circulação, portanto, apesar de vários cuidados tomados, não se consegue uma circulação orientada, ou como é chamada, uma
circulação positiva.
Caldeiras de circulação forçada
CALDEIRAS
TIPO AQUATUBULARES
Baseado nisto substituiu-se a circulação por gravidade pela circulação forçada por uma bomba de alimentação e com isto reduz-se o diâmetro dos tubos, aumenta-se o circuito de tubos e estes podem dispor-se em forma de uma serpentina contínua formando o revestimento da fornalha, melhorando-se a transmissão de calor e reduzindo-se o tamanho dos tambores, coletores e tornando mínimo o espaço requerido.
Caldeiras de circulação forçada
CALDEIRAS
TIPO AQUATUBULARES
COMPRESSORES
COMPRESSORES
Nas indústrias, entre outras utilizações, o ar comprimido é empregado em máquinas-ferramenta pneumáticas, tais como marteletes e perfuratrizes, em pistolas de ar para pintura, em limpeza com jato de ar, em elevadores pneumáticos, em bombeamento de água por elevação pneumática (“air lift”), em instrumentação, etc.
COMPRESSORES
Neste fascículo estudaremos o equipamento responsável pela produção de ar comprimido e pela movimentação do fluido compressível ao longo de equipamentos e tubulações: o compressor.
COMPRESSORES
Principio de funcionamento
O funcionamento de um compressor baseia-se em uma das propriedades da matéria chamada compressibilidade. Ela diz que a matéria tem a propriedade de ter volume reduzido quando submetida a certas pressões.
Essa propriedade pode ser observada, se empurrarmos o êmbolo de uma seringa de injeção cujo orifício de saída foi tapado. Se a seringa contiver apenas ar, será possível perceber que o êmbolo
COMPRESSORES
Na ilustração, pode-se notar que houve um deslocamento do êmbolo no interior da seringa de a para b, provocando, desta forma, uma diminuição de volume.
COMPRESSORES
O ar é altamente compressível, porém, a água comprimi-se muito pouco. Assim, se repetirmos a mesma experiência com uma seringa cheia de água o resultado será o mostrado na ilustração a seguir.
Uma utilização prática dessa propriedade é representada pela bomba de compressão destinada a comprimir os gases dentro de recipientes. É o mesmo tipo de bomba usado para encher pneus de bicicleta ou bolas de futebol.
Nela, o ar é comprimido dentro do cilindro. Não tendo por onde escapar, ele é forçado a entrar na câmara de ar do pneu ou na bola. As válvulas do pneu e da bola impedem que o ar retorne para o interior da bomba.
COMPRESSORES
COMPRESSORES
COMPRESSORES
Dá-se o nome de compressor à máquina que tem por finalidade principal aumentar a pressão de um fluido compressível (gás ou vapor) acima da pressão atmosférica até atingir a pressão necessária para uso industrial.
Em geral, um equipamento que aumenta a pressão de um fluido compressível de mais de 2,5 kgf/cm² é considerado compressor. Para pressões menores que este valor, é utilizados sopradores ou ventiladores.
Para funcionar, o compressor exige trabalho, que é fornecido por um motor elétrico ou por uma turbina a vapor.
COMPRESSORES
Classificação dos compressores
Os compressores trabalham segundo dois princípios diferentes:
Deslocamento positivo, no qual o ar é admitido em uma câmara de compressão isolada do exterior. Para obter a compressão, reduz-se o volume de ar contido na câmara de modo que a pressão desse ar aumenta proporcionalmente.
Deslocamento dinâmico, no qual o ar é acelerado por meio de um rotor girando a alta velocidade. Por meio da descarga de ar por um
COMPRESSORES
Os compressores volumétricos que funcionam sob o princípio do deslocamento positivo abrangem os seguintes tipos:
• Compressores alternativos ou de êmbolo linear;
• Compressores rotativos ou de êmbolo rotativo.
Os compressores dinâmicos que funcionam sob o princípio do deslocamento dinâmico compreendem os seguintes tipos:
• Turbocompressor Axial;
• Turbocompressor Radial.
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO
Compressor alternativo
O compressor alternativo, também chamado de compressor de êmbolo está representado esquematicamente na ilustração a seguir.
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO
POSITIVO
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO
POSITIVO
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO
O compressor de êmbolo de movimento linear é o mais usado porque é adequado para todos os tipos de pressão. Ele classifica-se em:
Compressor de simples efeito tem apenas uma câmara de compressão por cilindro e opera somente em uma direção. O gás é comprimido apenas uma vez, pois o pistão só tem uma face ativa.
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO
Compressor de duplo efeito tem duas câmaras de compressão, uma de cada lado do êmbolo e opera nos dois sentidos de movimento. O movimento linear do pistão comprime o gás na ida e na volta do pistão.
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO
Compressor de membrana (diafragma): mediante uma membrana, o êmbolo fica separado da câmara de sucção e compressão, ou seja, o gás não tem contato com as partes deslizantes. Esse tipo de compressor tem emprego na indústria alimentícia, química e farmacêutica.
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO
Classificam-se também quanto ao número de estágios:
• Compressor de êmbolo de um só estágio;
• Compresso de êmbolo multiestágio com refrigeração intermediária
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO
POSITIVO
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO
Compressor de multiestágio com refrigeração intermediária.
Utilizado para a compressão a pressões mais elevadas.
O gás aspirado é comprimido pelo primeiro êmbolo (pistão) e refrigerado logo em seguida, antes de entrar no segundo pistão. No segundo pistão é novamente comprimido e mais uma vez é refrigerado, e assim sucessivamente. A refrigeração é necessária, pois se sabe que todo fluido, ao ser comprimido libera grande quantidade de energia térmica (calor).
Os compressores podem ser refrigerados a água ou a ar.
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO
A determinação do número de estágios desse compressor depende do nível de compressão exigido para o trabalho. Assim pressões:
Até 4 kgf/cm² pedem compressores de um estágio.
Até 15 kgf/cm² exigem
compressores de dois estágios.
Acima de 15 kgf/cm² necessitam de compressores de três estágios ou mais.
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO
PARTES COMPONENTES
Componentes importantes de um compressor são:
Válvulas;
Anéis;
Cilindro;
Pistão / Haste.
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO
PARTES COMPONENTES
As válvulas são componentes do compressor que têm a função de permitir a movimentação do fluido dentro da câmara de compressão.
As válvulas operam tipicamente sob o princípio da diferença de pressão. Geralmente, elas só abrem quando uma pressão pouco abaixo da pressão ambiente é atingida.
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO
PARTES COMPONENTES
Os anéis, geralmente em duas peças, montados nos cilindros, selam a passagem do gás do compartimento em que ele está sendo comprimido.
Para compressores com lubrificação, os anéis são fabricados de ferro fundido, bronze, alumínio, carvão, etc.
Nos compressores sem lubrificação são usados geralmente os
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO
PARTES COMPONENTES
O cilindro é a carcaça dentro da qual o pistão se movimenta. Por esse motivo, sua superfície interna deve ser lisa e polida, a fim de diminuir as áreas de atrito.
Os cilindros podem ser fabricados de alumínio, ferro fundido, aço inoxidável ou outro material adequado à ação corrosiva do gás.
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO
PARTES COMPONENTES
O pistão e a haste formam um conjunto solidário que é responsável pela compressão do fluido. Essa compressão é obtida por meio de sua movimentação dentro do cilindro. Eles devem ser resistentes à corrosão, pois estão sempre em contato com a atmosfera e o interior do cilindro.
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO
Compressores rotativos
No compressor rotativo, os compartimentos se estreitam e comprimem o ar, ou gás, neles contido. Eles são de vários tipos, a saber:
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO
Compressores rotativos
Compressor rotativo multicelular (palheta) que consiste de um compartimento cilíndrico (cárter), com abertura de entrada e saída e no qual gira um rotor montado excentricamente, ou seja, fora de centro. O rotor tem palhetas que, em conjunto com as paredes do cilindro formam pequenos compartimentos (células). As palhetas se movem radialmente nas ranhuras do rotor e são forçadas contra as paredes do cárter pela força centrífuga. Devido à excentricidade de localização do rotor, as células diminuem e aumentam de tamanho, transportando o ar da entrada para a saída. Seu funcionamento contínuo e uniforme garante vazão uniforme de gás
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO
Compressores rotativos
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO
Compressores rotativos
Compressor helicoidal de dois eixos (duplo parafuso) que consiste em um cárter dentro do qual giram dois rotores em sentidos opostos. Um dos rotores possui lóbulos convexos e o outro, lóbulos côncavos, denominados, respectivamente, rotor macho e rotor fêmea. Não há contato entre os rotores nem entre eles e o cárter, dentro da câmara de compressão.
Consequentemente, estas partes não necessitam de lubrificação e, por isso, o gás comprimido estará completamente isento de óleo.
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO
POSITIVO
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO
Compressores rotativos
Compressor tipo “Roots” (lóbulos) que consiste de um cárter, dentro do qual giram dois rotores em sentido contrário. Não há contato entre os rotores e o cárter, portanto, não necessita de lubrificação. Nele, o ar é transportado de um lado para o outro sem alteração de volume. A compressão ocorre cada vez que a extremidade de um dos êmbolos coincide com a concavidade do outro êmbolo. Só pode ser empregado para baixas pressões de trabalho, isto é, até 1,0 kgf/cm². Além disso, seu nível de ruído é muito alto.
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO
POSITIVO
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO
Compressores rotativos
No compressor de anel líquido, a admissão e descarga do gás se efetuam através de duas ou quatro aberturas existentes no distribuidor central, ligadas às tubulações de aspiração e descarga.
A compressão é obtida pelo giro do rotor em torno do distribuidor central, que está parcialmente cheio de líquido. A força centrífuga agindo sobre este líquido provoca a formação de um selo líquido, que evita fuga de gases para a descarga. Essa máquina pode ser usada para comprimir um gás ou aspira-lo (bomba de vácuo) e só pode ser usada quando o líquido do anel não reage e não contamina o gás que está sendo comprimido. Neste caso particular, quase todo o calor de compressão fica no líquido, e isto exige a circulação e a
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO
POSITIVO
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO DINÂMICO
Nos compressores de deslocamento dinâmico, o aumento de pressão é devido à aceleração e posterior transformação da energia cinética em energia de pressão. Nessa categoria se enquadram os turbocompressores que trabalham segundo o princípio de aceleração de massa e são adequados para o funcionamento de grandes vazões. Nos turbocompressores, que podem ser de um ou vários estágios, o gás é colocado em movimento por um ou mais rotores, que transformam a energia do movimento em energia de pressão.
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO DINÂMICO
Turbocompressor axial, que emprega conjuntos móveis de palhetas (no rotor) e conjuntos estacionários, fixados à carcaça, para converter a energia cinética do fluido em energia de pressão, em um difusor na extremidade da descarga.
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO DINÂMICO
Turbo compressor radial, ou centrífugo, no qual a compressão se processa pela aceleração do ar aspirado de câmara para câmara, em direção à saída. O ar é impelido axialmente para as paredes da câmara e, posteriormente, em direção ao eixo. Daí, no sentido radial, para a próxima câmara, e assim sucessivamente.
O gás comprimido fornecido por esse compressor é isento de óleo. Para capacidades acima de 500 m³ a uma de 7,0 kgf/cm², esse tipo de compressor é bastante econômico.
COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO
DINÂMICO
OUTRAS CLASSIFICAÇÕES
COMPRESSORES
CLASSIFICAÇÃO
Quanto às aplicações:
Compressores de ar para serviços ordinários: produzidos em série para baixos custos, destinam-se a serviços de jateamento,
limpeza, pintura, acionamento de pequenas máquinas pneumáticas, etc.
Compressores de ar para serviço industriais: destinam-se às centrais encarregadas do suprimento de ar em unidades industriais. As
condições de operação de dessas máquinas costumam variar pouco de
Compressores de gás ou de processo: são requeridos para as mais variadas condições de operação. Incluem nessa categoria certos
sistemas de compressão de ar com características anormais. Como exemplo, citamos o soprador de ar do forno de craqueamento
catalítico das refinarias de petróleo. Trata-se de uma máquina de enorme vazão e potência, que exige uma concepção análoga à de um compressor de gás.
CLASSIFICAÇÃO
Compressores de refrigeração: são desenvolvidas para esta aplicação. Operam com fluídos bastante específicos e em condições de sucção e descarga pouco variáveis, possibilitando a fabricação em
CLASSIFICAÇÃO
Compressores para serviço de vácuo (ou bombas de vácuo): são máquinas que trabalham em condições bem peculiares. A pressão
de sucção é subatmosférica, a pressão de descarga é quase sempre atmosférica e o fluído de trabalho normalmente é o ar. Face à anormalidade dessas condições de serviço, foi desenvolvida uma tecnologia toda própria, fazendo com que as máquinas pertencentes a essa categoria apresentem características bastante próprias.
CLASSIFICAÇÃO
Resumo ao Princípio de Concepção:
Bibliografia Consultada
• Correia, Josué – Segurança na Operação de Unidades de Processo.
