Produção de vapor
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Produção de vapor
Operação de caldeira
O vapor no século XX
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.
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.
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.
· 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.
· 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.
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.
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 anteriores.
De acordo com o grau de
automação, as caldeiras podem se
classificar em:
Manuais
Semi-automática
Automática.
De acordo com o tipo de energia
empregada, elas podem ser do tipo:
Combustível – Sólido, liquido, gasoso
Caldeiras elétricas
Caldeiras de recuperação.
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.
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 d’água.
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.
Tipos de caldeiras flamotubulares
-
Caldeiras de tubos verticais
Caldeiras de tubos horizontais:
Cornuália
Lancaster
Multitubular
Multitubular locomóvel
Escocesa
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
Partes das caldeiras flamotubulares
As caldeiras flamotubulares apresentam
as seguintes partes principais:
Corpo
- Espelhos
- Feixe tubular ou tubos de fogo e caixa de fumaça.
Componentes de uma caldeira flamotubular típica.
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.
Caldeiras aquatubulares de tubos
retos
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).
Caldeiras aquatubulares de tubos
curvos
Caldeiras aquatubulares de tubos
curvos
Caldeiras aquatubulares de
tubos curvos
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.
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.
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.
As figuras a seguir apresentam
alguns tipos de circulação de água
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.
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.
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.
Características
As 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.
Tipos de caldeiras elétricas
Com resistência,
Com eletrodo submerso
jato de água.
Caldeira elétrica com eletrodos submersos
Caldeira elétrica tipo jato de água
A caldeira elétrica tipo jato de água (cascata) é usada para
aplicações de maior produção de vapor
1. corpo da caldeira
3. contra-eletrodo
5. bomba de circulação
7. válvula de controle de produção
alimentação
9. saída de vapor
(vent)
11. válvula de segurança
de água
13. descarga de fundo
2. eletrodo
4. corpo da cascata
6. bomba de alimentação
8. válvula de controle de
10. válvula respiro
12. controle de nível