Produ

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Produção de vapor Operação de caldeira

• O vapor no século XX

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No século XX, a máquina a vapor, como fornecedora
de energia foi sendo substituída por

• turbinas a vapor, para a geração de energia
  elétrica
• motores de combustão interna para transporte
• geradores para fontes portáteis de energia
• por motores elétricos, para uso industrial e
  doméstico.

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O vapor produzido em um gerador de vapor pode ser
usado de diversas formas

• em processos de fabricação e beneficiamento
• na geração de energia elétrica
• na geração de trabalho mecânico
• no aquecimento de linhas e reservatórios de
  óleo combustível
• na prestação de serviços.

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Nos processos de fabricação e de beneficiamento,
o vapor é empregado em

• bebidas e conexos nas lavadoras de garrafas,
  tanques de xarope, 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, prensas a
  vácuo.

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• Indústrias de laticínios na pasteurização, na
  esterilização de recipientes, na fabricação de
  creme de leite, no aquecimento de tanques de
  água, na produção de queijos, iogurtes e
  requeijões (fermentação).
• Frigoríficos nas estufas para cozimento, nos
  digestores, nas prensas para extração de óleo.
• Indústria de doces em geral no aquecimento do
  tanque de glicose, no cozimento de massa em
  panelas sob pressão, em mesas para o preparo de
  massa, em estufas.
• Indústria de vulcanização e recauchutagem na
  vulcanização, nas prensas.
• Indústrias químicas nas autoclaves, nos
  tanques de armazenamento, nos reatores, nos vasos
  de pressão, nos trocadores de calor.

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• Indústria têxtil utiliza vapor no aquecimento
  de grandes quantidades de água para alvejar e
  tingir tecidos, bem como para realizar a secagem
  em estufas.
• Indústria de petróleo e seus derivados nos
  refervedores, nos trocadores de calor, nas torres
  de fracionamento e destilação, nos fornos, nos
  vasos de pressão, nos reatores e turbinas.
• Indústria metalúrgica nos banhos químicos, na
  secagem e pintura.

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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.

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De acordo com as classes de pressão, as caldeiras
foram classificadas segundoa 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 anteriores.

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De acordo com o grau de automação, as caldeiras
podem se classificar em

• Manuais
• Semi-automática
• Automática.

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De acordo com o tipo de energia empregada, elas
podem ser do tipo

• Combustível Sólido, liquido, gasoso
• Caldeiras elétricas
• Caldeiras de recuperação.

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Tipos de caldeiras

• A classificação mais usual de caldeiras de
  combustão refere-se à localização de
• água/gases e divide-as em
• Flamotubulares
• Aquatubulares
• Mistas.

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• As caldeiras flamotubulares ou fogotubulares são
  aquelas em que os gases provenientes da combustão
  (gases quentes) circulam no interior dos tubos,
  ficando por fora a água a ser aquecida ou
  vaporizada.

representação esquemática da caldeira
flamotubular
As caldeiras mistas são caldeiras flamotubulares
que possuem uma ante-fornalha com parede dágua.
Normalmente são projetadas para a queima de
combustível sólido. A caldeira elétrica é um
equipamento cujo papel principal é transformar
energia elétrica em térmica, para transmiti-la a
um fluido apropriado, geralmente água.
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Tipos de caldeiras flamotubulares

• Caldeiras de tubos verticais
• Caldeiras de tubos horizontais
• Cornuália
• Lancaster
• Multitubular
• Multitubular locomóvel
• Escocesa

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Vantagens e desvantagens das caldeiras
flamotubulares

• As principais vantagens das caldeiras deste tipo
  são
• ? custo de aquisição mais baixo
• ? exigem pouca alvenaria
• ? atendem bem a aumentos instantâneos de demanda
  de vapor.
• Como desvantagens, apresentam
• ? baixo rendimento térmico
• ? partida lenta devido ao grande volume interno
  de água
• ? limitação de pressão de operação (máx. 15
  kgf/cm²)
• ? baixa taxa de vaporização (kg de vapor / m² .
  hora)
• ? capacidade de produção limitada
• ? dificuldades para instalação de economizador,
  superaquecedor e pré-aquecedor

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Partes das caldeiras flamotubulares

• As caldeiras flamotubulares apresentam as
  seguintes partes principais
• Corpo
• Espelhos
• Feixe tubular ou tubos de fogo e caixa de fumaça.

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Componentes de uma caldeira flamotubular típica.
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Caldeiras aquatubulares

• Tipos de caldeiras aquatubulares
• Caldeiras aquatubulares de tubos retos, com
  tubulão transversal ou longitudinal
• Caldeiras aquatubulares de tubos curvos, com
  diversos tubulões transversais ou longitudinais
  utilizados na geração (máximo 5)
• Caldeiras aquatubulares de circulação positiva
• Caldeiras aquatubulares compactas.

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Caldeiras aquatubulares de tubos retos
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Vantagens e desvantagens das caldeiras
aquatubulares de tubos retos

• As principais vantagens das caldeiras deste tipo
  são
• - Facilidade de substituição dos tubos
• Facilidade de inspeção e limpeza
• Não necessitam de chaminés elevadas ou tiragem
  forçada.
• Como desvantagens apresentam
• Necessidade de dupla tampa para cada tubo,
  (espelhos)
• Baixa taxa de vaporização específica
• Rigoroso processo de aquecimento e de elevação de
  carga (grande quantidade de material
  refratário).

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Caldeiras aquatubulares de tubos curvos
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Caldeiras aquatubulares de tubos curvos
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Caldeiras aquatubulares de tubos curvos
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Vantagens das caldeiras aquatubulares de tubos
curvos

• Redução do tamanho da caldeira
• Queda da temperatura de combustão
• Vaporização específica maior, variando na faixa
  de 30 kg de vapor/m² a 50 kg de vapor/m² para as
  caldeiras com tiragem forçada
• Fácil manutenção e limpeza
• Rápida entrada em regime
• Fácil inspeção nos componentes.

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Caldeiras compactas

• Dentro da categoria das caldeiras de tubos curvos
  surgiram as caldeiras compactas.
• Com capacidade média de produção de vapor em
  torno de 30 ton/h, elas são equipamentos
  apropriados para instalação em locais com espaço
  físico limitado
• Por se tratar de equipamento compacto, apresenta
  limitações quanto ao aumento de sua capacidade de
  produção.

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Caldeira de circulação positiva

• A circulação da água nas caldeiras ocorre por
  diferenças de densidade, provocada pelo
  aquecimento da água e vaporização, ou seja
  circulação natural. Se a circulação for
  deficiente, poderá ocorrer um superaquecimento
  localizado, com conseqüente ruptura dos tubos.

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As figuras a seguir apresentam alguns tipos de
circulação de água
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Vantagens e desvantagens

• As vantagens das caldeiras de circulação positiva
  são
• Tamanho reduzido
• Não necessitam de grandes tubulões
• Rápida geração de vapor
• Quase não há formação de incrustações, devido à
  circulação forçada.
• As desvantagens são
• Paradas constantes, com alto custo de manutenção
• Problemas constantes com a bomba de circulação,
  quando operando em altas pressões.

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Caldeiras elétricas

• A caldeira elétrica é um equipamento que
  transforma energia elétrica em energia térmica,
  transmitindo-a para um fluido apropriado
  (geralmente água) e transformando-o em vapor.

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Princípio de funcionamento da caldeira elétrica

• A produção do vapor em uma caldeira elétrica
  baseia-se em um princípio pelo qual a corrente
  elétrica, ao atravessar qualquer condutor,
  encontra resistência à sua livre circulação e
  desprende calor (efeito Joule).
• A água pura é considerada um mau condutor de
  corrente elétrica. Portanto, para que se possa
  obter a condutividade desejada devem ser
  adicionados a ela determinados sais. Alguns
  fabricantes recomendam a adição de produtos para
  o ajuste da condutividade (soda cáustica, fosfato
  trisódico, etc.) na água de alimentação. Essa
  adição deve ser calculada e colocada após o
  tratamento químico da água de alimentação, com
  acompanhamento por técnicos especializados de
  empresas químicas especialistas em tratamento de
  água para caldeiras.

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CaracterísticasAs principais características
das caldeiras elétricas são

• não necessita de área para estocagem de
  combustível
• ausência total de poluição (não há emissão de
  gases)
• baixo nível de ruído
• modulação da produção de vapor de forma rápida
  e precisa
• alto rendimento térmico (aproximadamente 98)
• melhora do Fator de Potência e Fator de Carga
• área reduzida para instalação da caldeira
• necessidade de aterramento da caldeira de forma
  rigorosa
• tratamento de água rigoroso.
• A quantidade de vapor gerada (kgf/h) depende
  diretamente dos seguintes parâmetros
• condutividade da água
• nível de água
• distância entre os eletrodos.

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Tipos de caldeiras elétricas

• Com resistência,
• Com eletrodo submerso
• jato de água.

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Caldeira elétrica com eletrodos submersos
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(No Transcript)
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• Caldeira elétrica tipo jato de água
• A caldeira elétrica tipo jato de água (cascata) é
  usada para aplicações de maior produção de vapor

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(No Transcript)
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• 1. corpo da caldeira 2. eletrodo
• 3. contra-eletrodo 4. corpo da cascata
• 5. bomba de circulação 6. bomba de alimentação
• 7. válvula de controle de produção 8. válvula de
  controle de alimentação
• 9. saída de vapor 10. válvula respiro (vent)
• 11. válvula de segurança 12. controle de nível
  de água
• 13. descarga de fundo