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INTRODUÇÃO ÀS MÁQUINAS TÉRMICAS Caldeiras

PARTE 1 – INTRODUÇÃO A GERADORES DE VAPOR6
DEFINIÇÕES INICIAIS:6
COMPONENTES1
Principais Componentes1
Outros Componentes12
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO15
DEFINIÇÕES15
BALANÇO TÉRMICO17
CALDEIRAS FLAMOTUBULARES23
Classificação23
Caldeira Cornovaglia24
Caldeira Lancashire24
Caldeiras Multitubulares24
Caldeiras Locomotivas & Locomóveis25
Caldeiras Escocesas26
CALDEIRAS AQUATUBULARES28
Caldeiras Aquatubulares28
Classificação28
Caldeiras de Tubos Retos28
Caldeiras de Tubos Curvos29
Caldeiras com Circulação Forçada31
BIBLIOGRAFIA - PARTE 134
PARTE 2 - RECEPÇÃO, ENSAIO E OPERAÇÃO36
RECEPÇÃO36
ENSAIO DE PERFORMANCE E EFICIÊNCIA TÉRMICA36
OPERAÇÃO DE GERADORES DE VAPOR38
INSPEÇÃO DA CALDEIRA A VAPOR38
MEDIDAS DE SEGURANÇA38
Caldeiras de Combustíveis Sólidos38
Caldeiras de Combustíveis Líquidos39
Cuidados Especiais40
Procedimentos a serem seguidos41
BIBLIOGRAFIA – PARTE 2:42
PARTE 3 - NR-13 CALDEIRAS E VASOS DE PRESSÃO43
13.1 CALDEIRAS A VAPOR - DISPOSIÇÕES GERAIS43
13.2 INSTALAÇÃO DE CALDEIRAS A VAPOR51
13.3 SEGURANÇA NA OPERAÇÃO DE CALDEIRAS5
13.4 SEGURANÇA NA MANUTENÇÃO DE CALDEIRAS59
13.5 INSPEÇÃO DE SEGURANÇA DE CALDEIRAS62
ANEXO I-A69
ANEXO IV73
Categorias de Vasos de Pressão75
Prazos para Enquadramento das Empresas a NR-1376
PARTE 4 - CARACTERÍSTICAS E TRATAMENTO DA ÁGUA78
INTRODUÇÃO80
SISTEMAS GERADORES DE VAPOR80
1. Definição e Finalidade80
2. Tipos80
3. Esquema genérico de um Gerador de Vapor81
I - ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO81
1. Fontes de Captação81
2. Características das Águas82
3. Tratamento Externo85
I. PROBLEMAS USUAIS EM GERADORES DE VAPOR86
1. Introdução86
2. Corrosão86
3. Depósitos91
4. Arraste92
5. Outros Problemas93
I - CORREÇÃO DE PROBLEMAS95
1. Introdução95
2. Objetivos96
3. Corrosão96
4. Depósitos98
5. Descargas9
6. Programas Apropriados para Tratamento Químico100
IV - CUIDADOS PARA GERADORES DE ALTA-PRESSÃO105
V - PRÉ-LIMPEZA E PRÉ-TRATAMENTO DE SISTEMAS106
1. Introdução106
2. Métodos107
VI - PROTEÇÃO DE CALDEIRAS TEMPORARIAMENTE OCIOSAS108
1. Introdução108
2. Desativação Temporária das Caldeiras108
3. Técnicas de Proteção108
4. Inativação a seco da Caldeira108
VII - CONTROLES ANALÍTICOS109
1. Importância109
2. Parâmetros Usuais Analisados109
3. Testes Usuais110
Conclusão1
PARTE 5 - COMBUSTÃO112
INTRODUÇÃO112
REAÇÕES DE COMBUSTÃO E ESTEQUIOMETRIA115
PODER CALORÍFICO116
MODELOS DE COMBUSTÃO128
Combustíveis líquidos128
Combustíveis gasosos131
Combustíveis sólidos135

Parte 1 – Introdução a Geradores de Vapor

Fornecendo calor à água, variamos a sua entalpia (quantidade de energia por kg de massa) e seu estado físico. Quanto mais aquecermos, mais aumentaremos sua temperatura e, conseqüentemente, sua densidade diminuirá, tornando-se mais “leve”. A medida que fornecermos calor ao líquido, suas moléculas vão adquirindo energia até conseguirem vencer às forças que as mantém ligadas (na forma líquida). A rapidez da formação do vapor será tal qual for a intensidade do calor fornecido.

A pureza da água e a pressão absoluta exercida sobre ela são os fatores que irão impor a temperatura na qual se produz a ebulição. Assim, quanto menor for a pressão, menor será a temperatura de ebulição da água.

kgf Tebulição (ºC)

Definições Iniciais:

Vapor Saturado

Denomina-se “Vapor Saturado” ao vapor produzido na temperatura de ebulição à sua pressão absoluta.

Têm-se: vapor saturado úmido: quando contém partículas de água em suspensão; vapor saturado seco: caso contrário.

Calor Sensível (hs)

A Adição de Entalpia do Líquido (calor sensível) é a quantidade de calorias necessárias para elevar 1 kg de água de 0 ºC até a sua temperatura de ebulição.

Calor Latente (hlat)

A Adição de Entalpia de Vaporização (calor latente) é a quantidade de calorias necessárias para converter 1 kg de água líquida em vapor seco à mesma temperatura e pressão (o calor latente decresce com o aumento da pressão absoluta do vapor).

Entalpia Total (hTOT)

Chama-se Entalpia Total do Vapor de Água, saturado, à soma do calor sensível e do calor latente:

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).

Geradores de Vapor

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).

Dentro das Caldeiras de Vapor temos as seguintes classificações [1]:

1) Quanto à posição dos gases quentes e da água: - Aquatubulares (Aquotubulares)

- Flamotubulares (Fogotubulares, Pirotubulares)

2) Quanto à posição dos tubos: - Verticais

- Horizontais

- Inclinados

3) Quanto à forma dos tubos: - Retos

- Curvos

4) Quanto à natureza da aplicação: - Fixas

- Portáteis

- Locomóveis (geração de força e energia)

- Marítimas

Como se pode observar, existem várias classificações de caldeiras de vapor, a escolha de um tipo se faz principalmente em função de:

• Tipo de serviço

• Tipo de combustível disponível

• Equipamento de combustão

• Capacidade de produção

• Pressão e temperatura do vapor

• Outros fatores de caráter econômico

Mas, de forma geral, as caldeiras possuem os seguintes elementos que a caracterizam:

Figura 1. Caldeira Aquotubular, Fixa, Vertical

1) Pressão de Regime: a máxima pressão de vapor, considerada como limite superior quando do projeto.

2) Pressão de Prova: pressão de ensaio hidrostático a que deve ser submetido a caldeira (NR-13, item 13.10 [2])

3) Capacidade de Evaporação: são as partes metálicas em contato, de um lado com a água e vapor da caldeira e, do outro, com os produtos da combustão. A medição desta área se faz pelo lado exposto às chamas.

4) Superfície de Grelhas ou Volume da Fornalha: juntamente com o item anterior, determina a potência da caldeira. Maior será a potência quanto maior for o volume da caldeira.

5) Outros: peso, superfície dos superaquecedores de vapor, economizadores de água de alimentação, aquecedores de ar, volume das câmaras de água e vapor, eficiência térmica desejável, variação da demanda, espaço necessário ou disponível, amortização do investimento.

As caldeiras devem possuir, ainda, algumas condições, a saber:

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