aula_04_consideracoes_finais

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE
CURSO TÉCNICO DE ELETROMECÂNICA
DISCIPLINA DE MÁQUINAS TÉRMICAS
Considerações Finais
Produtos que entram nas caldeiras:
Água – Fluido vaporizante
Ar – Comburente, fonte de oxigênio.
Combustível – Fonte de calor
Produtos que saem da caldeira:
Vapor – Produto da caldeira com ampla utilização
Gases da combustão – oriundos da queima do combustível.
O FOGO
Denominamos triângulo do fogo a representação dos três elementos necessários para iniciar uma
combustão.
Combustível
Fornece energia
Para sustentar a
Queima.
→
Comburente
Reagente
→
Calor
Ignição
Sem qualquer um destes elementos não há fogo.
Classes de fogo:
Classe A: Quando ocorre em materiais de fácil combustão e que deixam resíduos (madeira, tecido, papel etc)
Casse B: Quando o fogo ocorre em produtos inflamáveis que não deixam resíduos (óleos, graxas, vernizes,
gasolina)
Casse C: Quando o fogo ocorre em equipamentos elétricos energizados (motores, transformadores, fios)
Classe D: Quando o fogo ocorre em elementos pirofólicos (metais combustíveis:magnésio, zircônio, titâneo)
Essa é uma classificação dos tipos de fogo fornecida pelo corpo de bombeiros, e para cada tipo de fogo
deve-se aplicar certa forma de extingui-lo, ou seja, para cada tipo de fogo existe um extintor específico.
http://www.bombeirosemergencia.com.br/incendio.htm
Produtos que entram nas caldeiras
O AR
O ar tem a finalidade de fornecer oxigênio para a combustão. O ar primário é soprado sob pressão
juntamente com o combustível ajudando na atomização, quando se tratar de combustível líquido.
O ar secundário é soprado na fornalha ou na câmara de combustão separado do combustível.
O Ar teórico é a quantidade de ar necessário para a combustão completa do combustível, sem que haja falta
ou sobra de combustível.
Sempre a queima deve ocorrer com um excesso de ar (cerca de 20% resultando CO2 e O2 nos gases da combustão.
Combustível: Os combustíveis usados nas caldeiras podem ser sólidos, líquidos ou gasosos.
Gasosos: Gás do alto-forno
Gás natural
Outros gases combustíveis (butano,propano)
Líquidos: Óleo combustível
Óleo diesel e outros derivados de petróleo.
Sólidos: Lenha (madeira)
Carvão vegetal ou mineral, casca de arroz, bagaço de cana e outros
Os combustíveis diferenciam-se pelo seu poder calorífico que nada mais é que a quantidade de calor
(energia) que o combustível por unidade de massa ou de volume ( Kcal/kg ou Kcal/m3).
Um bom combustível é aquele que tem em sua composição química: Hidrogênio (H) carbono (C) e enxofre,
sendo que quanto maior é o poder calorífico melhor é o combustível.
Combustível
Bagaço da cana
Casca de arroz
Madeira
Gás natural
Carvão Mineral
Carvão vegetal
Coque
Gás Óleo
Butano/Propano
Poder Calorífico
1820 Kcal/Kg
3300 Kcal/Kg
3500 Kcal/Kg
5000 Kcal/Kg
7000 Kcal/Kg
7200 Kcal/Kg
7500 Kcal/Kg
10000 Kcal/Kg
11000 Kcal/Kg
A Combustão:A combustão é a reação química do combustível com o oxigênio (ar) que produz calor, água
e gás carbônico.
Combustível + O2 → Co2 + H2 + calor.
Nas caldeiras a combustão ocorre na fornalha.
A água
A água que é utilizada nas caldeiras deve receber um tratamento que permita a remoção total ou parcial de
sais de Cálcio e magnésio, os quais produzem incrustações e levam ao entupimento e a ruptura dos tubos.
A formação de camadas de incrustações nas paredes dos tubos é como um isolamento térmico que dificulta
a troca térmica e diminui a eficiência térmica da caldeira.
A água para caldeiras flamotubulares depois de limpa (potável por exemplo) normalmente é tratada no
interior da caldeira através da adição de produtos químicos, fosfatos por exemplo, visam inibir a acidez,
aumentando o ph para cerca de 9. Portanto a água para caldeira é alcalina.
Para a caldeira aquatubular, que geram calor superaquecido para a geração de energia mecânica, a água
recebe tratamento externo e interno mais rigoroso. O tratamento externo da água visa a desmineralização, tornandoa mole.
A água com minerais (cálcio, magnésio e outros) é considerada água dura.
Quanto maior a pressão de operação da caldeira mais rigoroso deve ser o tratamento. Este rigor refere-se a
diminuição da concentração de partículas sólidas e minerais na água.
Atualmente a maioria da caldeiras tem sistemas automatizados para o controle de nível água, regulando o
abastecimento.
O contato da água com aço é fundamental para mante-lo refrigerado, a falta de água ou a má circulação em
alguma parte da caldeira ocasiona falha na troca térmica e por consequentemente um aumento na temperatura do
metal que perde suas propriedades mecânicas, aumentando assim os riscos de explosões.
Além de manter a troca térmica com os tubos a quantidade de água que entra na caldeira é também fator
determinante da pressão do vapor.
Tratamento da água para caldeiras:
O tratamento aplicado a água pode ser aplicado antes ou depois dela entrar na caldeira, isto é, pode ser
aplicado externamente ou internamente e tem por finalidade:
Evitar incrustações;
Evitar corrosão;
Evitar ou diminuir o arraste de água com o vapor.
Métodos Externos:
●Clarificação;
●Abrandamento;
●Desmineralização ou troca iônica;
●Desgaseificação;
●Remoção de sílica;
Métodos internos
Os tratamentos internos se baseiam na eliminação da dureza, ao controle do pH e da sua alcalinidade, na
eliminação do oxigênio dissolvido e no controle dos cloretos e do teor de sólidos.
●Eliminação da dureza;
●Precipitação com fosfatos;
●Tratamento com quelatos;
●Controle de pH e da alcalinidade;
●Eliminação do oxigênio dissolvido;
●Controle de teor de cloretos e sólidos totais.
Incrustações
Esse é um problema clássico relacionado à segurança de caldeiras. As incrustações são deposições de
sólidos sobre as superfícies de aquecimento, no lado da água, devido a presença de impurezas: sulfatos, carbonatos
de cálcio e/ou magnésio, silicatos complexos e sólidos em suspensão. Aparecem ainda devido a presença de
precipitados que resultam de tratamentos inadequados da água da caldeira (borras de fosfato de cálcio ou magnésio)
e de óxidos de ferro não protetores. A incrustação se comportando como isolante térmico (a condutividade térmica
é cerca de 45 vezes menor que a do aço), não permite que a água mantenha refrigerada as superfícies de
aquecimento. Isso reduz a transferência de calor do aço para a água, fazendo com que o aço absorva mais calor
sensível e aumentando a sua temperatura de forma proporcional a quantidade de calor recebida. Nos casos de
incrustações generalizadas há um agravamento da situação para manter-se a água na temperatura de ebulição, pois
é necessário o aumento do fortalecimento de calor no lado dos gases.
Produtos que saem das caldeiras
→ Subprodutos da combustão: Cinzas, fuligem e gases da combustão);
→ Vapor: é o veículo de transporte da energia (calor, energia mecânica);
Gases da combustão:
Os gases da combustão ao saírem pela chaminé devem apresentar cor cinza e não devem ser:
●Abundantes e escuros : representam excesso de combustível ou insuficiência de ar.
●Abundantes e claros: representam excesso de ar ou falta de combustível.
A temperatura de saída dos gases também deve ser controlada para que não haja a formação de ácido
sulfúrico que corroem a chaminé.
Antes de serem jogados na atmosfera os gases passam por um precipitador eletrostático, que é um
equipamento que gera um campo elétrico onde as partículas sólidas (cinzas ou fuligem) ficarão retidas, permitindo
desta forma a saída pela chaminé apenas dos gases.
Vapor: É o produto final neste processo de produção das caldeiras, porém existem 2 diferentes tipos de vapor:
Saturado: → Seco
→ Úmido
ou
Superaquecido
O vapor saturado é obtido a temperatura e pressão constantes em que ocorre a vaporização da água.
E um vapor com grande calor latente, por isso é capaz de ceder grande quantidade de calor numa
temperatura constante na qual se realiza o processo.
As caldeiras flamotubulares geram somente vapor saturado. Este vapor é utilizado para conduzir e transferir
calor em processos industriais.
O título seco ou úmido definido pelo percentual de gotículas d’água em suspensão:
● úmido: (80 a 90%);
● seco: abaixo de 80%.
Vapor superaquecido
Se depois de completa a vaporização (vapor saturado seco) da água a temperatura e pressão constantes, for cedido
mais calor para o vapor, este terá a temperatura aumentada e é chamado de vapor superaquecido. Ai não possui
mais água em suspensão, característica essencial para a turbina, pois se existissem partículas liquidas no vapor de
acionamento da turbina.
O vapor superaquecido é obtido nos superaquecedores das caldeiras aquatubulares.
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 esterilização de equipamentos;
No cozimento de produtos alimentícios;
Considerações finais


A norma que regula a instalação, operação e manutenção de caldeiras é a NR13;
As Caldeiras serão obrigatoriamente submetidas a inspeção interna e externa, pelo profissional habilitado
(inspetor de caldeira), periodicamente, pelo menos uma vez por ano, Este período torna-se menor quanto
maior for o tempo em que caldeira estiver em operação;
 As caldeiras de qualquer estabelecimento devem ser instaladas em “Casa de Caldeiras” ou em local
específico para tal fim, denominado “Área de Caldeiras”.
 Toda caldeira deve possuir no estabelecimento onde estiver instalada a seguinte documentação,
devidamente atualizada:
a) Prontuário da Caldeira, contendo as seguintes informações:
- código de projeto a ano de edição;
- especificação dos materiais;
- procedimentos utilizados na fabricação, montagem, inspeção final e determinação da PMTA;
- conjunto de desenhos e demais dados necessários para o monitoramento da vida útil da caldeira;
- características funcionais;
- dados dos dispositivos de segurança;
- ano de fabricação;
- categoria da caldeira.
b) “Registro de Segurança”;
c) “Projeto de Instalação”;
d) “Projetos de Alteração ou Reparo”;
e) “Relatórios de Inspeção”.
*Toda caldeira deve possuir “Manual de Operação” atualizado, em língua portuguesa, em local de fácil
acesso aos operadores, contendo no mínimo:
a) procedimentos de partidas a paradas;
b) procedimentos e parâmetros operacionais de rotina;
c) procedimentos para situações de emergência;
d) procedimentos gerais de segurança, saúde e de preservação do meio ambiente.
*O Corpo da caldeira (carcaça) recebe o nome de casco.
*Mesmo com o tratamento químico da água não é possível eliminar incrustações por isso se faz necessário a
limpeza dos tubos, que pode se dar através de produtos químicos (ácido clorídrico) ou através de limpeza
mecânica (com escovas);