Maquinas Termicas II MECANICA

MQUINAS TRMICAS II

CURSO TCNICO EM MECNICA MDULO III PROF: ANDERSON JUSTINO GILSON

AGOSTO 2012 CARIACICA ES

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NDICE: CAPTULO 1 NOES DE GRANDEZAS FSICAS E UNIDADES 04 1.1 Presso 04 1.1.1 Presso Atmosfrica 05 1.1.2 Presso Interna de um Vaso 05 1.1.3 Presso Manomtrica, Presso Relativa e Presso Absoluta 06 1.1.4 Unidades de Presso 07 1.2 Calor e Temperatura 09 1.2.1 O Que Calor? O Que Temperatura? 09 1.2.2 Modos de Transferncia de Calor 09 1.2.3 Calor Especfico e Calor Sensvel 11 1.2.4 Transferncia de Calor a Temperatura Constante 11 1.2.5 Vapor Saturado e Vapor Superaquecido 13 1.2.6 Tabela de Vapor Saturado 14 CAPTULO 2 CALDEIRAS 15 2.1 Consideraes Gerais 15 2.2 Tipos de Caldeiras e suas Utilizaes 17 2.3 Partes de uma Caldeira 22 2.3.1 Caldeiras Flamotubulares 22 2.3.2 Caldeiras Aquotubulares 23 2.4 Instrumentos e Dispositivos de Controle de Caldeiras 23 2.4.1 Dispositivo de Alimentao 31 2.4.2 Visor de Nvel 32 2.4.3 Sistema de Controle de Nvel 32 2.4.4 Indicadores de Presso 33 2.4.5 Dispositivos de Segurana 33 2.4.6 Dispositivos Auxiliares 34 2.4.7 Vlvulas e Tubulaes 34 2.4.8 Tiragem de Fumaa 36 2.5 Tratamento de gua e Manuteno de Caldeiras 36 2.5.1 Impurezas da gua e suas Conseqncias 36 2.5.2 Tratamento de gua 38 2.5.3 Manuteno de Caldeiras 39 2.6 Preveno Contra Exploses e Outros Riscos 41 2.6.1 Riscos Gerais de Acidentes e Riscos Sade 41 2.6.2 - Riscos de Exploso 41 2.7 - Legislao e Normalizao 51 CAPTULO 3 TURBINAS VAPOR 52 3.1 Introduo 52 3.2 Elementos de Construo de Turbinas Vapor 54

3.3 Classificao das Turbinas Vapor 59 3.3.1 Turbinas Vapor Elementar de Ao e de um S Estgio 59 3.3.2 Turbinas Vapor de Ao com Um S Estgio de Presso e Vrios Estgios de Velocidade 60 3.3.3 Turbinas Vapor de Reao com Um S Estgio de Velocidade e Vrios Estgios de Presso 61 3.3.4 Turbinas Vapor de Fluxo Axial 61 3.3.5 Turbinas Vapor de Fluxo Radial

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CAPTULO 4 TURBINAS GS 4.1 Histrico 63 4.2 Classificao das Turbinas Gs Industriais 63 4.3 Princpio de Funcionamento 64 4.3.1 Fatores que Influenciam a Performance 64 4.4 Aplicaes 65 4.5 Componentes Principais 66 4.5.1 Compressor de Ar 66 4.5.2 Combustor(Cmara de Combusto) 66 4.5.3 Turbina Gs Propriamente Dita 67 4.5.4 Filtro de Ar 70 4.5.5 Duto de Exausto 70 4.5.6 Sistema de Partida 71 4.5.7 Sistema de Combustvel 71 4.5.8 Sistema de Ignio 71 4.5.9 Sistema de Lubrificao 71 4.6 Materiais 72 4.6.1 Revestimentos 72 4.7 Danos Mais Comuns em uma Turbina a Gs 73 4.7.1 Mecanismos de Deteriorao 74 4.7.2 Outros Fatores de Degradao 76

ANEXO I NORMA REGULAMENTADORA N 13 (NR 13) 77

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CAPTULO 1 NOES DE GRANDEZAS FSICAS E UNIDADES 1.1 Presso: diretamente proporcional a fora e inversamente proporcional a rea. Presso mdia o quociente entre a intensidade da fora normal atuando sobre uma superfcie e a rea da superfcie onde ela aplicada; ou seja:

P = FN/A onde: Fn = Fora Normal Aplicada Perpendicularmente Superfcie; A = rea da Superfcie P = Presso Mdia

FORA

Se as foras no forem perpendiculares superfcie, calcula-se a presso mdia pela expresso:

P = F.cos/A

REA

F

A

F.cos

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Pt

Pf

Pt =Pf gs

Pt

Pt < Pf

h Pliq = h

Pgas = Pt gs

lquido

Pf = Pgas + h = Pt

+ h

1.1.1 Presso Atmosfrica: a presso que a atmosfera exerce sobre a superfcie da Terra. Ao nvel do mar, equivale presso exercida por uma coluna de mercrio de 760 mm ou 76 cm de altura. Presso Atmosfrica (Patm) = 1 atm = 760 mmHg = 76 cmHg Como sabemos, acima de ns existem milhares de litros de ar, formando a atmosfera e embora cada litro pese pouco, a soma de todos estes pesos acaba por ser considervel. Assim, sobre cada centmetro quadrado de rea de um corpo ao nvel do mar, exerce-se a forca de um quilograma. A esta presso chama-se presso atmosfrica (Patm). Se subirmos uma montanha, o ar que se encontra acima de ns diminui e a presso baixa. A 5 quilmetros de altitude a presso baixa para metade (0,5 Kgf/cm2) e a 30 quilmetros praticamente nula. A presso sobre a superfcie da gua livre sempre a presso atmosfrica. Diremos ento que a presso absoluta a que ficamos sujeitos, a soma da presso atmosfrica com a presso relativa. 1.1.2 Presso Interna de um Vaso: a fora exercida por gases ou lquidos sobre as paredes do vaso em que esto contidos. a presso medida pelo instrumento chamado manmetro.

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b

h

A

1.1.3 Presso Manomtrica, Presso Relativa e Presso Absoluta:

Presso Absoluta (Pabs) = Presso Atmosfrica (Patm) + Presso Relativa (Prel)

Presso efetiva num ponto de um fluido em equilbrio a presso que o prprio fluido exerce no ponto

em questo. Para tanto, considere um copo cilndrico com um lquido de massa especfica e com uma altura h e um ponto b imerso no seio lquido, sendo A a rea transversal do fundo do cilindro, o lquido exerce uma presso no ponto b, dada por : P = FP/A , mas FP = m . g

P = m.g /A como = m / V m = V

P = .V.g/A V = h . A

P = .h.A g /A

P = .g.h = h

Portanto, a presso manomtrica (Pman) depende somente da massa especfica () do fluido, da altura (h) do fluido acima do ponto e da acelerao da gravidade (g), independendo do formato e do tamanho do recipiente. Levando em conta a presso atmosfrica (Patm), a presso total ou absoluta (Pabs) no fundo do copo calculada pela seguinte expresso:

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h

Patm

Pman

b

Pabs = Patm + Pman (Prel) Substituindo o valor de Pman na expresso, teremos:

Pabs = Patm + .g.h

1.1.4 Unidades de Presso: Na indstria utilizam-se a atmosfera, o newton por metro quadrado ou Pascal. Os pases anglo-saxnicos usam Psi, ou seja a libra-peso por polegada quadrada (pound per square inch). No Brasil a medida adotada o quilograma-fora por centmetro quadrado (Kgf/cm2) ou a atmosfera (atm). Outras unidades de presso : mmHg, mca. Tabela de Converso de Unidades de Presso:

Kgf/cm lbf/pol

(Psi) BAR PolHg PolH2O ATM mmHg mmH2O KPA

Kgf/cm 1 14,233 0,9807 28,96 393,83 0,9678 735,58 10003 98,0665

lbf/pol (Psi)

0,0703 1 0,0689 2,036 27,689 0,068 51,71 703,29 6,895

BAR 1,0197 14,504 1 29,53 401,6 0,98692 750,06 10200 100

PolHg 0,0345 0,491 0,03386 1 13,599 0,0334 25,399 345,40 3,3863

PolH2O 0,002537 0,03609 0,00249 0,07348 1 0,002456 1,8665 25,399 0,24884

ATM 1,0332 14,696 1,0133 29,921 406,933 1 760,05 10335 101,325

mmHg 0,00135 0,019337 0,00133 0,03937 0,5354 0,001316 1 13,598 0,13332

mmH2O 0,000099 0,00142 0,00098 0,00289 0,03937 0,00009 0,07353 1 0,0098

KPA 0,010197 0,14504 0,01 0,29539 4,0158 0,009869 7,50062 101,998 1

Dispositivos para Medio de Presso: O instrumento mais simples para se medir presso o manmetro, que pode ter vrios elementos sensveis, utilizados tambm por transmissores e controladores. Consiste geralmente em um tubo com seo oval, disposto na forma de arco de circunferncia, tendo uma extremidade fechada e a outra aberta presso a ser medida. Com a presso agindo em seu interior, o tubo tende a tomar uma seo circular, resultando num movimento em sua extremidade fechada; esse movimento atravs da engrenagem transmitido a um ponteiro que vai indicar uma medida de presso.

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1.2 Calor e Temperatura: 1.2.1 O que Calor? O que Temperatura? Calor a energia trmica em trnsito, entre dois corpos ou sistemas, decorrente apenas da existncia de uma diferena de temperatura entre eles, ou seja, o calor est sempre se transferindo de um corpo com maior temperatura para um corpo de menor temperatura. O calor no pode ser armazenado; o que pode ser feito apenas facilitar ou dificultar sua transferncia. Temperatura uma grandeza fsica que mede o estado de agitao das partculas de um corpo, caracterizando o seu estado trmico; portanto uma medida da energia cintica, isto , da energia de vibrao das molculas que compem um certo corpo. Quanto mais intensa a vibrao das molculas, maior ser a temperatura do corpo em questo. Transferncia de Calor: Calor o processo de transferncia de energia de um corpo para outro exclusivamente porque existe uma diferena de temperatura entre eles. O processo espontneo de transferncia sempre ocorre do corpo de maior para o de menor temperatura. O corpo A tem sua energia interna diminuda e o corpo B tem sua energia interna aumentada. No tem sentido afirmar que os corpos possuem calor. Eles tm, isto sim, energia interna. Desta maneira, dizemos que a temperatura uma medida da energia interna do corpo.

1.2.2 Modos de Transferncia de Calor: A transferncia de energia na forma de calor de um ponto a outro em um meio pode se dar por: Conduo: o processo de transferncia de energia na forma de calor que ocorre atravs de um meio material, sob o efeito de diferenas de temperatura, sem transporte de matria. o processo pelo qual o calor se propaga da chama para a mo, atravs da barra de ao.

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Conveco: o processo de transferncia de energia na forma de calor atravs do movimento de matria e ocorre tipicamente em fluidos. Se uma certa poro de um fluido aquecida, sua densidade diminui e, com isso, eleva-se por efeito do campo gravitacional e substituda por fluido mais frio da vizinhana. Assim, formam-se as correntes de conveco. Exemplo de Conveco: o ar quente sempre subir. o processo pelo qual o calor se propaga nas galerias ou janelas dos edifcios em chamas. Radiao: o processo de transferncia de energia por ondas eletromagnticas. Assim, pode ocorrer tambm no vcuo. As radiaes infravermelhas, em particular, so chamadas ondas de calor, embora todas as radiaes do espectro eletromagntico transportem energia. Um meio material pode ser opaco para uma determinada radiao e transparente para outra. O vidro comum, por exemplo, transparente luz visvel e opaco s radiaes infravermelhas.

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1.2.3 Calor Especfico e Calor Sensvel: Se a energia trocada pelo corpo com a vizinhana na forma de calor faz variar a sua temperatura, existe calor sensvel. O calor especfico representa a quantidade de energia necessria para elevar de 1C a temperatura de 1g da substncia considerada. Estritamente falando, o calor especfico depende da temperatura e das condies nas quais a energia transferida ao sistema. Ex : Cgua = 1 cal/gC. Se a energia trocada pelo corpo com a vizinhana na forma de calor faz variar a sua temperatura, d-se o nome de calor sensvel. 1.2.4 Transferncia de Calor Temperatura Constante: Se a troca trmica implica em mudana de fase (Ex: lquido para vapor), d-se o nome de calor latente que se caracteriza por mudana de estado temperatura constante.

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T

Vapor

Superaquecido Liquido

Comprimido Regio

Bifasica

v

Linha de Presso

Cte

1.2.5 Vapor Saturado e Vapor Superaquecido: Considere o aquecimento de um determinado volume de gua fria. Aps algum tempo, ao atingir uma determinada temperatura, a gua iniciar a ebulio com formao de vapor. A esse vapor chamamos de vapor saturado. J o vapor superaquecido todo vapor que esteja sendo submetido a uma temperatura superior sua temperatura de vaporizao.

Vapor Saturado: o vapor que se encontra no limite entre a temperatura de condensao ou evaporao. Vapor Superaquecido: o vapor com temperatura acima da saturao, resultante do fornecimento de calor ao vapor saturado.

No diagrama acima so identificados os estados de lquido comprimido, de lquido saturado, de saturao lquidovapor, de vapor saturado e de vapor superaquecido . Identifica-se ainda no cume da curva o ponto crtico da gua definido por P=22,09 MPa e T=374,14C, a partir da qual no se identifica mais a presena da fase lquida e vapor existindo em equilbrio. Para o estado de mistura lquido-vapor comum definir-se o ttulo(x) do vapor, que a frao em massa (ou percentual em massa) do vapor em relao massa total da mistura. Isso significa dizer, por exemplo, se o vapor que sai de uma caldeira tem uma qualidade (ttulo) de 97%, significa que 3% umidade (gua lquida).

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1.2.6 Tabelas de Vapor Saturado Referncia de Presso e Temperatura:

Presso abs

Temp saturao

Entalpia espec

da gua

Entalpia espec

de vaporiz

Entalpia espec

do vapor

Volume espec

da gua

Volume espec

do vapor

Entropia espec da

gua

Entropia espec de vaporiz

Entropia espec do

vapor

Calor espec vapor

Calor espec vapor

pabs tsat hf hfg hg vf vg sf sfg sg cv cp

bar C kJ/kg kJ/kg kJ/kg dm/kg m/kg kJ/kg K kJ/kg K kJ/kg K kJ/kg

K kJ/kg

K

1 99,6 417,5 2257,6 2675,2 1,043 1,694 1,303 6,056 7,359 1,525 2,043

2 120,2 504,8 2201,7 2706,6 1,060 0,886 1,530 5,597 7,127 1,577 2,127

3 133,6 561,6 2163,7 2725,3 1,073 0,606 1,672 5,320 6,992 1,616 2,195

4 143,6 604,9 2133,6 2738,6 1,083 0,462 1,777 5,119 6,896 1,651 2,256

5 151,9 640,4 2108,2 2748,7 1,092 0,375 1,861 4,960 6,821 1,682 2,312

6 158,9 670,7 2086,0 2756,7 1,100 0,316 1,932 4,829 6,760 1,710 2,365

7 165,0 697,4 2066,0 2763,4 1,107 0,273 1,993 4,715 6,708 1,736 2,415

8 170,4 721,3 2047,7 2768,9 1,114 0,240 2,046 4,616 6,663 1,762 2,464

9 175,4 743,0 2030,7 2773,7 1,120 0,215 2,095 4,527 6,622 1,785 2,511

10 179,9 762,9 2014,8 2777,8 1,126 0,194 2,139 4,447 6,586 1,808 2,557

11 184,1 781,4 1999,9 2781,3 1,131 0,177 2,179 4,374 6,553 1,830 2,602

12 188,0 798,7 1985,7 2784,4 1,137 0,163 2,217 4,306 6,523 1,852 2,646

13 191,6 815,0 1972,1 2787,1 1,142 0,151 2,252 4,243 6,495 1,873 2,689

14 195,1 830,3 1959,1 2789,5 1,147 0,141 2,284 4,184 6,468 1,893 2,732

15 198,3 844,9 1946,7 2791,5 1,152 0,132 2,315 4,129 6,444 1,912 2,775

16 201,4 858,8 1934,6 2793,4 1,157 0,124 2,344 4,077 6,421 1,931 2,816

17 204,3 872,0 1923,0 2795,0 1,162 0,117 2,372 4,027 6,399 1,950 2,858

18 207,2 884,7 1911,7 2796,4 1,166 0,110 2,398 3,980 6,378 1,969 2,899

19 209,8 897,0 1900,7 2797,7 1,170 0,105 2,423 3,935 6,358 1,987 2,940

20 212,4 908,7 1890,0 2798,8 1,175 0,100 2,447 3,892 6,340 2,004 2,981

21 214,9 920,1 1879,6 2799,7 1,179 0,095 2,470 3,851 6,322 2,022 3,021

22 217,3 931,0 1869,5 2800,5 1,183 0,091 2,492 3,812 6,304 2,039 3,062

23 219,6 941,7 1859,5 2801,2 1,187 0,087 2,514 3,774 6,288 2,055 3,102

24 221,8 952,0 1849,8 2801,8 1,191 0,083 2,534 3,737 6,272 2,072 3,142

25 224,0 962,0 1840,2 2802,2 1,195 0,080 2,554 3,702 6,256 2,088 3,182

26 226,1 971,7 1830,9 2802,6 1,199 0,077 2,574 3,667 6,241 2,104 3,222

27 228,1 981,2 1821,7 2802,9 1,203 0,074 2,592 3,634 6,227 2,120 3,262

28 230,1 990,5 1812,6 2803,1 1,207 0,071 2,611 3,602 6,213 2,136 3,301

29 232,0 999,5 1803,7 2803,2 1,210 0,069 2,628 3,571 6,199 2,151 3,341

30 233,9 1008,3 1795,0 2803,3 1,214 0,067 2,645 3,540 6,186 2,166 3,381

31 235,7 1016,9 1786,3 2803,3 1,217 0,065 2,662 3,510 6,173 2,181 3,421

32 237,5 1025,4 1777,8 2803,2 1,221 0,062 2,679 3,482 6,160 2,196 3,461

33 239,2 1033,6 1769,4 2803,1 1,225 0,061 2,694 3,453 6,148 2,211 3,501

15

Temp saturao

Presso abs

Entalpia espec da

gua

Entalpia espec

de vaporiz

Entalpia espec do

vapor

Volume espec

da gua

Volume espec

do vapor

Entropia espec da

gua

Entropia espec de vaporiz

Entropia espec do

vapor

Calor espec vapor

Calor espec vapor

tsat pabs hf hfg hg vf vg sf sfg sg cv cp

C bar kJ/kg kJ/kg kJ/kg dm/kg m/kg kJ/kg K kJ/kg K kJ/kg K kJ/kg

K kJ/kg

K

100 1,01 419,10 2256,66 2675,76 1,0437 1,674 1,307 6,048 7,355 1,526 2,044

105 1,21 440,22 2243,39 2683,61 1,0477 1,420 1,363 5,933 7,296 1,538 2,062

110 1,43 461,37 2229,93 2691,31 1,0519 1,211 1,419 5,820 7,239 1,550 2,082

115 1,69 482,57 2216,28 2698,85 1,0562 1,037 1,474 5,710 7,183 1,562 2,103

120 1,98 503,81 2202,42 2706,23 1,0606 0,892 1,528 5,602 7,130 1,576 2,126

125 2,32 525,10 2188,33 2713,43 1,0652 0,771 1,582 5,496 7,078 1,590 2,150

130 2,70 546,44 2174,00 2720,44 1,0700 0,669 1,635 5,393 7,027 1,605 2,176

135 3,13 567,83 2159,43 2727,26 1,0750 0,582 1,687 5,291 6,978 1,621 2,203

140 3,61 589,28 2144,59 2733,87 1,0801 0,509 1,739 5,191 6,930 1,638 2,233

145 4,15 610,78 2129,47 2740,26 1,0853 0,446 1,791 5,093 6,884 1,656 2,265

150 4,76 632,35 2114,06 2746,41 1,0908 0,393 1,842 4,996 6,838 1,674 2,299

155 5,43 653,98 2098,34 2752,33 1,0964 0,347 1,893 4,901 6,794 1,694 2,335

160 6,18 675,69 2082,30 2757,99 1,1022 0,307 1,943 4,807 6,750 1,715 2,374

165 7,00 697,46 2065,91 2763,38 1,1082 0,273 1,993 4,715 6,708 1,736 2,415

170 7,91 719,32 2049,17 2768,49 1,1145 0,243 2,042 4,624 6,666 1,759 2,460

175 8,92 741,26 2032,05 2773,30 1,1209 0,217 2,091 4,534 6,625 1,784 2,507

180 10,02 763,28 2014,54 2777,82 1,1275 0,194 2,140 4,446 6,585 1,809 2,558

185 11,22 785,41 1996,61 2782,01 1,1344 0,174 2,188 4,358 6,546 1,835 2,612

190 12,54 807,63 1978,25 2785,88 1,1415 0,157 2,236 4,271 6,507 1,863 2,670

195 13,98 829,97 1959,43 2789,40 1,1489 0,141 2,284 4,185 6,469 1,892 2,731

200 15,54 852,42 1940,14 2792,56 1,1565 0,127 2,331 4,100 6,431 1,923 2,797

205 17,23 874,99 1920,35 2795,34 1,16 0,115 2,378 4,016 6,394 1,954 2,867

210 19,06 897,70 1900,04 2797,74 1,1726 0,104 2,425 3,933 6,357 1,988 2,943

215 21,04 920,54 1879,19 2799,73 1,18 0,095 2,471 3,850 6,321 2,022 3,023

220 23,18 943,54 1857,76 2801,30 1,1900 0,086 2,518 3,767 6,285 2,058 3,109

225 25,48 966,70 1835,73 2802,43 1,20 0,078 2,564 3,685 6,249 2,096 3,201

230 27,95 990,04 1813,07 2803,10 1,2087 0,072 2,610 3,603 6,213 2,135 3,299

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CAPTULO 2 CALDEIRAS 2.1 Consideraes Gerais:

As caldeiras representam um grande gasto de capital. Sua operao segura e eficaz freqentemente crtica para garantir lucratividade. Portanto, essencial o treinamento e o desenvolvimento do pessoal responsvel por esses equipamentos. Falhas nas prticas bem estabelecidas de funcionamento das caldeiras podem ser catastrficas. Caldeira o nome popular dado aos equipamentos geradores de vapor, cuja aplicao tem sido ampla no meio industrial e tambm na gerao de energia eltrica nas chamadas centrais termeltricas. Portanto, as atividades que necessitam de vapor para o seu funcionamento, em particular, vapor de gua pela sua abundncia, tm como componente essencial para sua gerao, a caldeira. Esse equipamento, por operar com presses acima da presso atmosfrica, sendo na grande parte das aplicaes industriais at quase 20 vezes maior e nas aplicaes para a produo de energia eltrica de 60 a 100 vezes maior, podendo alcanar valores de at 250 vezes mais, constitui um risco eminente na sua operao. Vrios so os aspectos relacionados ao funcionamento das caldeiras, os quais sero tratados nesta apostila. De modo geral, as substncias podem existir em diferentes fases, que so a fase slida, fase lquida e a fase gasosa. Assim definido fase uma poro homognea de matria. Relacionado fase gasosa da substncia, utiliza-se com freqncia o nome vapor para essa fase quando a substncia est prxima de um estado em que parte da mesma pode condensar-se. O comportamento presso, volume e temperatura, que para os chamados Gases Perfeitos expresso pela equao PV = RT , para o vapor, que considerado um gs real, essa equao no representa muito bem comportamento mencionado. As equaes de estado utilizadas para expressar o comportamento dos gases reais so em geral muito complexas, inviabilizando de forma rpida os seus usos. Para tanto, utiliza-se na maioria das aplicaes em engenharia, os diagramas e as tabelas termodinmicas para as diferentes fases das substncias. Nesses recursos, especialmente para as fases lquida e gasosa (vapor), so apresentadas os diversos valores das propriedades termodinmicas: alm das trs identificadas acima, ttulo , entalpia e entropia. importante destacar aqui que o vapor dgua utilizado como agente transportador de energia em diversos processos industriais e nas centrais termeltricas. Isso se deve s vantagens a seguir: - A gua a substncia mais abundante sobre a Terra; - Possui grande contedo energtico; - Pouco corrosivo; - No txico; - No inflamvel nem explosivo. Ao iniciar-se a produo de vapor em uma caldeira, primeiramente todo o calor fornecido a gua (pela queima do combustvel e pelos gases de combusto) serve para aumentar sua temperatura. Ao calor associado mudana de temperatura da gua d-se o nome de calor sensvel. Em uma caldeira, como em uma panela de presso de cozinha, por ser um recipiente rgido, a medida que o calor fornecido gua, a presso aumenta junto com a temperatura at que acontea a abertura da vlvula de segurana. Na temperatura de saturao relativa presso de abertura da vlvula de segurana (presso de trabalho da caldeira) inicia-se a gerao de vapor com alta intensidade e todo calor fornecido gua para sua mudana de fase, que acontece a presso e temperatura constantes. Ao calor associado mudana de fase da gua d-se o nome de calor latente. Se o vapor obtido na vaporizao apresenta qualidade de 100%, seu ttulo igual a 1 e a esse vapor d-se o nome de vapor saturado seco. Ainda, se a esse vapor for transferido calor, isso far aumentar sua temperatura (calor sensvel) e provocar o seu superaquecimento (vapor superaquecido) em um determinado grau de superaquecimento . Por exemplo, se ao vapor saturado seco presso absoluta de 10 bar (T=180C) for transferido calor de modo a aumentar sua temperatura para 220C, o grau de superaquecimento resultante de 40C. Em geral, o vapor empregado para aquecimento e para a produo de trabalho mecnico. Para aquecimento, o

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vapor pode ser usado direta ou indiretamente. No processo de aquecimento direto, o vapor entra em contato direto com o material a ser aquecido. Exemplo disso o aquecimento de gua ou outros lquidos com injeo direta de vapor. Outros exemplos: lavagem de garrafas, curtimento de couro, esterilizao, engomagem de tecidos, etc. No uso indireto, o vapor no entra em contato com o material a ser aquecido e fica, portanto, separado por uma superfcie. Esse mtodo empregado quando for necessrio uma grande quantidade de calor e/ou em processos que devem ser livres de contaminao. Exemplos de equipamentos que operam com vapor de uso indireto: calandras, boylers, radiadores, autoclaves, etc. Para a produo de potncia, o vapor utilizado em mquinas alternativas e em turbinas, sendo que nessas o vapor em geral superaquecido. Exemplos de mquinas alternativas: prensas, martelo para forjaria, locomotivas, etc. O vapor pode ser empregado tambm para extrao de gases no condensveis, tais como o ar, dos espaos evacuados, nas chamadas bombas de jato. Outra aplicao muito comum do vapor no bombeio da gua de alimentao de caldeiras nos chamados injetores . A primeira tentativa do homem em produzir vapor na evoluo da histria da humanidade foi no sculo II a.C., quando Heron de Alexandria concebeu um aparelho que vaporizava gua e movimentava uma esfera em torno de seu eixo. Esse foi o aparelho percursor das caldeiras e das turbinas a vapor. Entretanto, foi na poca da Revoluo Industrial que teve impulso o uso do vapor sob presso para movimentar as mquinas. Muitos, entre cientistas, artfices e operrios, ocuparam-se por longos anos na evoluo dos geradores de vapor. Os mais notveis trabalhos neste campo se devem a Denis Papin na Frana, a James Watt na Esccia e a Wilcox nos Estados Unidos. Por volta de 1835, haviam aproximadamente 6 mil teares operantes a vapor. Entretanto, foi aps a 1 Guerra Mundial que o emprego do vapor se acentuou. Mesmo com a tecnologia, normas, procedimentos e ensaios que hoje existem, as caldeiras ainda explodem, imagina-se quantos acidentes ocorreram e quantas vtimas houveram desde a poca em que o vapor passou a ser o principal agente de movimentao das mquinas. Atualmente as caldeiras de uso industrial produzem at 10 toneladas ou mais de vapor por hora e o fator limitante da capacidade de produo de vapor so as dimenses da unidade e as propriedades metalrgicas dos materiais utilizados. Aliado aos avanos da tecnologia na produo de vapor, houve a necessidade de avanos nas tcnicas de proteo tanto dos operadores dos equipamentos geradores de vapor, quanto da comunidade ao redor da fbrica. Foi apartir de um dos acidentes mais catastrficos ocorridos durante a evoluo industrial, o qual aconteceu em 1905 na cidade de Massachusetts/EUA, onde morreram 58 pessoas, que a sociedade alertou-se para a necessidade de normas e procedimentos para a construo, manuteno e operao das caldeiras. Assim, foram criados os cdigos da American Society of Mechanical Engineers (ASME), o qual se constituem na principal fonte de referncia normativa sobre caldeiras e vasos de presso do mundo. Nos geradores de vapor, a energia trmica liberada atravs das seguintes formas : - Pela queima de um combustvel slido (carvo, lenha), lquido (leos derivados do petrleo) ou gasoso (gs natural); - Por resistncias eltricas (eletrotermia); - Por fontes no convencionais, como a fisso nuclear, energia solar, energia geotrmica, etc. A energia trmica liberada na queima de qualquer uma das fontes acima, deve ser adequadamente transferida para as superfcies de absoro de calor. 2.2 Tipos de Caldeiras e suas Utilizaes: Existem diversos tipos de caldeiras, as quais podem ser classificadas segundo diversos critrios. Segundo uma classificao mais genrica, as caldeiras se classificam em: - Flamotubulares ou Fogotubulares; - Aquatubulares ou Aguatubulares; - Eltricas.

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Caldeiras Flamotubulares: As caldeiras flamotubulares se caracterizam pela circulao interna dos gases de combusto, ou seja, os tubos conduzem os gases por todo o interior da caldeira, como mostra a figura abaixo. So construdas para operar com presses limitadas, pois as partes internas submetidas presso so relativamente grandes, inviabilizando o emprego de chapas de maiores espessuras. Existem caldeiras flamotubulares verticais, porm, atualmente, as caldeiras horizontais so muito mais comuns, podendo ser fabricadas com fornalhas lisas e corrugadas, com 1, 2 ou 3 passes, com traseira seca ou molhada. Nas caldeiras flamotubulares que operam com combustveis lquidos ou gasosos, o queimador instalado na parte frontal da fornalha. Nessa, predomina a troca de calor por radiao luminosa e nas partes posteriores da caldeira (caixas de reverso e tubos) a troca de calor se processa essencialmente por radiao gasosa e conveco. A fornalha e os tubos ficam circundados de gua e so ancorados nos espelhos (discos externos) por solda ou por mandrilagem. Os espelhos so ancorados por solda ao tubulo externo. Esses esto submetidos presso interna do vapor e os tubos e fornalha esto submetidos presso externa. As caldeiras flamotubulares, em razo de seu aspecto construtivo, so limitadas em produo e presso, que em geral no ultrapassam valores de 15 ton/h de produo de vapor e 18 bar de presso de trabalho. As caldeiras flamotubulares so em geral, compactas, isto , saem prontas da fbrica, restando apenas sua instalao no local em que sero operadas.

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Caldeiras Aquotubulares: As caldeiras aquotubulares se caracterizam pela circulao externa dos gases de combusto e os tubos conduzem massa de gua e vapor. A figura ilustra este tipo de caldeira, cuja produo de vapor maior que a das flamotubulares. As caldeiras aquotubulares so de utilizao mais ampla, pois possuem vasos pressurizados internamente e de menores dimenses relativas. Isso viabiliza econmica e tecnicamente o emprego de maiores espessuras e, portanto, a operao em presses mais elevadas. Outra caracterstica importante desse tipo de caldeira a possibilidade de adaptao de acessrios, como o superaquecedor, que permite o fornecimento de vapor superaquecido, necessrio ao funcionamento das turbinas. Nas caldeiras aquotubulares o volume de gua distribudo por um grande nmero de tubos submetidos, exteriormente, ao contato dos gases de combusto. Os tubos podem ser retos ou curvados, dispostos de forma a garantir uma eficiente circulao da gua em ebulio. A circulao natural da gua est condicionada s unidades que operam a baixas presses de trabalho, pois valores prximos presso crtica tornam a circulao natural deficiente. As caldeiras aquotubulares, porm, alm do tipo compacto, podem ser do tipo montadas em campo, quando seu porte justificar sua construo no local de operao. Essas se caracterizam de acordo com a estrutura que a suporta: caldeira auto-sustentada, quando os prprios tubos e tubules constituem sua estrutura; caldeira suspensa, quando a necessidade de uma estrutura a parte; e caldeira mista, que emprega estas duas formas bsicas de sustentao. Aps a queima do combustvel na fornalha, os gases quentes percorrem o circuito dos gases, desenvolvendo diversas passagens para melhor aproveitamento do calor, sendo, finalmente, lanados na atmosfera atravs da chamin. evidente que, para essa movimentao, h necessidade de diferenas de presses para promover a retirada dos gases queimados e possibilitar a entrada de nova quantidade de ar e combustvel. D-se o nome de tiragem ao processo que retira os gases mediante a criao de presses diferenciais na fornalha. Portanto, as caldeiras podem ser de tiragem natural, quando esta se estabelece por meio da chamin, e de tiragem forada quando, para produzir a depresso, so utilizados ventiladores. As figuras abaixo mostram diversos tipos construtivos de caldeiras aquotubulares.

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Caldeiras Eltricas: Em reas onde h suprimento abundante de energia eltrica, pode-se analisar se vantajosa a instalao de equipamentos eletrotrmicos, levando-se em considerao o custo da energia eltrica fornecida pela concessionria local. As caldeiras eltricas oferecem certas vantagens, que so: - Ausncia de Poluio Ambiente; - Modulao de Carga de 0 a 100%; - Resposta Rpida variao de consumo de vapor; - Manuteno Simples apenas bombas; - A Falta dgua no provoca danos caldeira; - rea Reduzida de instalao; - No necessita de rea para estocagem de combustvel; - Reduo considervel no custo do vapor em relao ao produzido por leo combustvel. - Melhora o fator de potncia como conseqncia do aumento da potncia ativa; - Melhora o fator de carga eltrica instalada, e com isto reduz o preo mdio de kWh consumido na indstria;

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Podem ser do tipo resistncias e de eletrodo submerso. A ATA Combusto Tcnica fabrica caldeiras do tipo eletrodo submerso com os seguintes dados: - Tenso: 2.300 V a 13.800 V, 3 fases Presso de trabalho:10,55 kgf/cm2 (150 psig) - Produo; 1.000 a 20.000 kgf/h - Tenso: 3,8 a 20 KV - Potncia: 1.500 a 50.000 KW - Presso: at 25 kgf/cm2 A caldeira do tipo resistncia ( jato dgua) funciona sob as tenses de 220 V, 380 V e 440 V, trifsicas. Presses at 300 psig. Finalmente, para os propsitos da NR 13, as caldeiras so classificadas em 3 categorias, conforme segue:

- Caldeiras da categoria A so aquelas cuja presso de operao igual ou superior a 1960 kPa

(19,6 bar = 19,98 kgf/cm2 ).

- Caldeiras da categoria C so aquelas cuja presso de operao igual ou inferior a 588 kPa

(5,88 bar = 5,99 kgf/cm ) e o volume interno igual ou inferior a 100 litros.

- Caldeiras da categoria B so todas aquelas que no se enquadram nas categorias anteriores.

2.3 Partes de uma Caldeira:

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2.3.1 Caldeiras Flamotubulares:

Moto-Bomba : para alimentar com gua a caldeira;

Vlvula de Reteno: deixa passar gua em um s sentido;

Regulador de Presso: regula a presso;

Reguladora de Vazo: regula a vazo;

Vlvula de Segurana: normalmente automtica/manual, regulada ao mximo de presso

que se necessita no sistema, caso ultrapasse ela abrir automaticamente;

Visor de Nvel: saber quanto de gua existe dentro da caldeira ;

Filtro: prprio para filtragem de impurezas;

Manmetro: indica a presso interna na caldeira;

Pressostato: controla a mnima e a mxima presso e emite um sinal eltrico;

Termmetro: indica a temperatura interna na caldeira;

Combustor: pulveriza e controla a chama da caldeira;

Ventiladores e Exaustores : controla o ar de entrada e sada da caldeira.

2.3.2 Caldeiras Aquotubulares:

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Tubulo Superior ou de Vapor: O tubulo superior um vaso de presso cilndrico cuja finalidade separar, acumular o vapor d'gua gerado e receber a gua de alimentao da caldeira. O tubulo superior est dotado de dispositivos especialmente projetados para reduzir a presena de umidade no vapor, conhecida como internos do tubulo atuando sobre o fluxo gua-vapor das seguintes formas: foras da gravidade, inercial e centrfuga, filtrao e lavagem. Tubulo Inferior ou de Lama: A funo do tubulo inferior acumular a gua liquida e coletar depsitos para que, posteriormente, possam ser drenados. Os tubules, tanto o superior como o inferior, so fabricados em ao carbono e soldados. O ao geralmente empregado um ao de mdio carbono, totalmente acalmado, sendo os mais comuns o ASTM A - 515 Gr70 e o ASTM A 516.

Paredes de Tubo Lateral ou Paredes d`gua: So os elementos de maior volume em uma caldeira aquotubular, o conjunto de

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tubos forma o que chamamos de fornalha da caldeira. Os tubos das caldeiras so construdos em ao carbono (ASTM A 178), nas caldeiras modernas possuem aletas ou chapas de selagem e desta forma, os tubos passam a formar um painel ao qual se d o nome de "parede d'gua". Este tipo de montagem tem sido muito utilizado em projetos modernos, sendo todas as paredes laterais da caldeira montados em forma de painis.

Coletores e Distribuidores: Os coletores so elementos tubulares onde se fixam os tubos de uma parede ou painel. Os distribuidores interligam os coletores aos tubules. A fixao dos tubos de uma parede ou painel aos coletores pode ser por solda ou por mandrilagem. Na fixao por mandrilagem, necessria a existncia de uma abertura "portal" na parede oposta do coletor para possibilitar a instalao de mandriladora. Esta abertura possui sede elptica.

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Tubos de Descida ou Feixe de Conveco: um feixe de tubos interligando os tubules superior e inferior. A troca de calor com os gases quentes provenientes da cmara de combusto se d por conveco. Superaquecedores: O superaquecedor um conjunto de serpentinas, dentro das quais circula o vapor saturado a ser superaquecido. Eles so, geralmente, colocados na zona de radiao de chama, onde o fluxo de gases mais quente.

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Chicanas e Defletores: So elementos cuja finalidade direcionar a passagem dos gases quentes; de forma a termos um melhor aproveitamento desses gases. Eles so normalmente construdos em alvenaria (tijolos refratrios) revestidas em chapas de ao carbono.

Vlvulas de Segurana: So vlvulas que evitam que a presso da caldeira ultrapasse a presso mxima de projeto. De uma forma geral, caldeiras de grandes capacidades, possuem mais de uma vlvula de segurana.

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Fornalha ou Cmara de Combusto: Os invlucros de caldeiras tm a finalidade de separar os gases quentes de combusto do ar exterior. Em caldeiras mais antigas, o sistema usado era o chamado de parede fria com refratamento interno com tijolos, nos projetos mais modernos, o refratamento interno com tijolos substitudo por um isolante trmico (l de rocha ou concreto refratrio) e os tubos por painis de parede d'gua. Estes painis so mais leves e usam uma pequena quantidade de material refratrio, o que faz com que a temperatura de operao da caldeira seja atingida mais rapidamente.

Chamins: So dutos verticais destinados a garantir a circulao dos gases de combusto das caldeiras para a atmosfera. Tiragem natural: A chamin a responsvel de produzir a aspirao necessria para que os gases possam vencer as resistncias que encontram em seu caminho circulando com uma velocidade aceitvel de maneira que saiam da chamin com suficiente energia para atingir regies elevadas da atmosfera. Tiragem artificial: A varredura dos gases se realiza mediante meios mecnicos. Refratrios: So materiais cermicos, usados sob a forma de tijolos ou concreto monoltico, cuja finalidade proteger as partes pressurizadas das caldeiras da incidncia de chama, bem como, para evitar perdas de energia para o exterior da caldeira. Existem duas grandes classes de refratrios: tijolos e concretos isolantes, tijolos e concretos refratrios. Os tijolos e concretos isolantes so, em geral, leves e possuem baixa densidade e resistncia mecnica, sendo usados, basicamente, para impedir a troca trmica (isolantes trmicos). Os tijolos e concretos refratrios so duros e possuem alta densidade e baixa permeabilidade, sendo usados, primordialmente, para vedao de gases e proteo contra a incidncia de chama.

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Em tubos horizontais, como nos tubos do piso de uma caldeira, so colocados refratrios para evitar que haja vaporizao da gua, o que viria a impedir a circulao da mesma na parte superior do tubo, provocando o seu superaquecimento. Este fenmeno conhecido como "steam blanketing". Refratrios tambm so utilizados nos queimadores da caldeira como direcionadores de chama, dando forma e impedindo que a mesma incida nas paredes do queimador. A figura a seguir mostra, esquematicamente, a utilizao de refratrios em um queimador a leo.

Os refratrios usados em caldeiras so do tipo slico-aluminosos, que consistem de uma mistura de slica e alumina. Quanto maior a quantidade de alumina, maior a resistncia temperatura e quanto maior o teor de slica, maior a resistncia condensao cida. Os refratrios de alta alumina so mais caros que os de alta slica. Este o motivo pelo qual usam-se refratrios de alta alumina junto aos queimadores (porcentagem de alumina superior a 80%) enquanto que, nas chamins, so mais indicados refratrios com altos teores de slica. Pr-Aquecedores de Ar: So equipamentos permutadores de calor com a finalidade de aquecer o ar destinado combusto, aproveitando, normalmente, o calor dos gases de combusto. Os pr-aquecedores de ar tubulares so constitudos de um feixe tubular, fixado em espelhos, inserido em um invlucro de chapa metlico. Os gases de combusto circulam pelo interior dos tubos e o ar pelo lado externo aos mesmos. Este arranjo facilita a limpeza dos pr-aquecedores, uma vez que se pode fazer a lavagem das cinzas depositadas no interior dos tubos pelos espelhos dos pr-aquecedores.

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O tipo de pr-aquecedor tubular vem sendo substitudo por unidades mais compactas como os pr-aquecedores regenerativos. Estes pr-aquecedores so constitudos por um motor que opera em baixa rotao (2 a 3 rpm), girando um rotor inteiramente metlico que contm cestos que atuam como "transportadores" de calor. O princpio de funcionamento consiste no fato de os gases quentes aquecerem uma massa metlica (cestos) e conforme o rotor gira, a massa metlica aquecida colocada em contato com o ar frio, transferindo o calor acumulado para este ar que entra na caldeira. Eles tem como finalidade, a economia de energia, evitando que uma corrente fria (em geral o ar atmosfrico) consuma parte do calor a ser fornecido para o processo.

Sopradores de Fuligem: Eles tm por finalidade manter as superfcies de troca trmica limpas de cinzas e fuligem. So chamados tambm de ramonadores e tm, em geral, a forma tubular possuindo diversos tubos ao longo de seu comprimento para a sada de vapor em forma de jato. Ramonadores Fixos Estes tipos de ramonadores esto localizados na zona de conveco das caldeiras onde, normalmente a temperatura dos gases relativamente baixa. Por estarem permanentemente em contato com os gases quentes da caldeira, os ramonadores fixos esto sujeitos fadiga trmica, oxidao e a temperaturas elevadas (Resfriamentos bruscos e intermitentes). Especificados em ligas de ao inoxidvel de alto cromo e nquel, como os aos AISI 309, AISI 310 ou ligas Cr-Ni- Fe especiais.

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Ramonadores Retrteis Esto localizados nas zonas de altas temperaturas de caldeiras, como na regio dos superaquecedores. Eles so mantidos fora da caldeira e, portanto, permanecem frios quando no esto operando. O seu funcionamento se baseia em movimentos lentos de rotao em torno de seu eixo, alm de um deslocamento longitudinal para o interior da caldeira. Em operao, no atingem temperaturas elevadas, uma vez que por eles passa um grande fluxo de vapor que os refrigera. Por este motivo, podem ser construdos em ao carbono.

Economizador: um feixe tubular, cuja finalidade aquecer a gua de alimentao da caldeira utilizando os gases de combusto que deixam a mesma. Desta forma, recupera-se calor dos gases de combusto e evita-se o choque trmico resultante da entrada de gua fria no tubulo.

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2.4 Instrumentos e Dispositivos de Controle de Caldeiras: 2.4.1 Dispositivo de Alimentao:

A principal finalidade deste sistema suprir a caldeira com gua atravs do uso de uma moto-bomba para alimentar gua da caldeira.

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O injetor um dispositivo empregado como alimentador auxiliar de caldeiras para situaes de falta de energia eltrica. A figura abaixo mostra este dispositivo, onde o vapor proveniente da caldeira expande-se num bocal, saindo deste a alta velocidade e baixa presso. Na cmara , devido baixa presso reinante, gua de alimentao succionada, misturando-se com o vapor. A mistura passa por um segundo bocal com alta velocidade e em seguida passa por um difusor. Nesse, parte da energia cintica do fluxo transforma-se em energia de presso, o que permite seu ingresso na caldeira.

2.4.2 Visor de Nvel: Os indicadores de nvel tem por objetivo indicar o nvel de gua dentro do tubulo de evaporao. Em geral, so constitudos por um vidro tubular.

2.4.3 Sistema de Controle de Nvel: Os sistemas de controle da gua de alimentao devem regular o abastecimento de gua ao tubulo de evaporao para manter o nvel entre limites desejveis. Esses limites devem ser observados no indicador de nvel. A quase totalidade das caldeiras so equipadas com sistemas automatizados, que proporcionam maior segurana, maiores rendimentos e menores gastos de manuteno. O sistema automtico de controle da gua mais usado o regulador de nvel de eletrodos , mostrado na figura abaixo. Este regulador age diretamente na bomba de alimentao da caldeira acionando-a em caso de nvel baixo e desligando-a em caso de nvel alto.

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2.4.4 Indicadores de Presso: imprescindvel tambm o uso de manmetros nas caldeiras, os quais devem ser ligados diretamente ao espao ocupado pelo vapor. Devem ser graduados nas unidades apropriadas com aproximadamente duas vezes a presso de trabalho e, em nenhum caso, inferior a 1,5 vezes. Cada caldeira dever dispor de uma ligao para um manmetro aferidor. A maioria das caldeiras utilizam ainda pressostatos, que atuam em conjunto com os queimadores ou com alimentadores de combustvel. Os pressostatos mantm a presso dentro de uma faixa admissvel de operao.

2.4.5 Dispositivos de Segurana: Vlvulas de Segurana evitam que a presso da caldeira ultrapasse a presso mxima de projeto. De uma forma geral, caldeiras de grandes capacidades, possuem mais de uma vlvula de segurana.

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2.4.6 Dispositivos Auxiliares:

Principais acessrios que complementam uma caldeira:

1) Vlvulas de purga do visor de nvel e da coluna;

2) Vlvula "vent" (suspiro) do tubulo superior;

3) Vlvula de extrao de superfcie da caldeira;

4) Vlvula de bloqueio e reteno da gua de alimentao;

5) Vlvula de controle da gua de alimentao da caldeira;

6) Vlvula "by-pass" da vlvula de controle da gua de alimentao;

7) Vlvula de bloqueio de bomba de gua de alimentao da caldeira;

8) Vlvulas de "extrao de fundo" da caldeira;

9) Descarga (cachimbo) das vlvulas de segurana;

10) Equalizador de presso da vlvula principal de bloqueio e reteno;

14) Vlvula principal de bloqueio e reteno de vapor;

15) Vlvula de proteo do superaquecedor;

16) Vlvula de segurana do superaquecedor;

17) Mammetro da presso do vapor do tubulo superior;

18) Vlvula de dreno da linha do mammetro;

19) Vlvula de dreno do coletor do superaquecedor;

20) "Damper" (abafador) de sada dos gases da caldeira. 2.4.7 Vlvulas e Tubulaes: Dutos de Ar e Gases: Sua finalidade conduzir o ar necessrio queima do combustvel nos queimadores da caldeira e os gases de combusto para o exterior, geralmente construdos em ao carbono estrutural. Devido dilatao, so utilizadas juntas de expanso. Juntas de Expanso: So elementos flexveis cuja finalidade acomodar as dilataes de dutos e invlucros de gases. So geralmente construdos em chapas finas de ao carbono ou ao inoxidvel. Caso no houvesse a presena da junta de expanso, o duto de gases provocaria danos ao se dilatar entre a caldeira e a chamin.

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Vlvulas: Tem a funo abrir, fechar ou regular o fluxo de combustvel, ar e vapor que entram e saem da caldeira, abaixo seguem alguns tipos.

Reguladora de Presso Vlvula Gaveta

Regulador de Vazo Vlvula de Reteno

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2.4.8 Tiragem de Fumaa: D-se o nome de tiragem ao processo que retira os gases mediante a criao de presses diferenciais na fornalha. Portanto, as caldeiras podem ser de tiragem natural, quando esta se estabelece por meio da chamin, e de tiragem forada quando, para produzir a depresso, so utilizados ventiladores.

2.5 Tratamento de gua e Manuteno de Caldeiras: 2.5.1 Impurezas da gua e Suas Conseqncias:

O avano tecnolgico da indstria permite ao homem a obteno de equipamentos de alta sofisticao para serem utilizados nos sistemas de produo com rendimentos mais compensadores. A cada modernizao de um equipamento esto vinculadas condies de trabalho mais cuidadosas. Hoje, os processos industriais j no podem fazer uso direto da gua sob sua forma natural, pois nela esto contidas inmeras impurezas decorrentes da espcie de solo de onde se originam, das condies ambientais, dos locais por onde passou, etc. A gua sob a forma em que obtida na natureza chamada de gua bruta. Em sua composio se encontra uma srie de constituintes em suspenso ou dissolvidos os quais podero ser slidos ionizados, gases dissolvidos, matrias em suspenso, microorganismos e matria coloidal. A exigncia para que sejam extrados da gua tais constituintes, deve-se aos efeitos danosos por eles provocados, tais como: corroso, incrustao, depsitos nas superfcies internas dos tubos ou contaminao do vapor produzido. Estes problemas esto relacionados com a natureza das guas usadas para a produo de guas de alimentao e compensao. importante salientar que nenhum processo de remoo de impurezas perfeito, permanecendo na gua, aps o tratamento, uma parcela de contaminantes que podero ser nocivos ao processo de acordo com as condies de trabalho. As caldeiras de baixa presso so menos exigentes, e o simples abrandamento e clarificao da gua satisfazem a produo de vapor com custos baixos. Caldeiras de mdia e alta presso j necessitam de gua desmineralizada ou destilada em evaporadores, alm de um adequado controle da concentrao de slidos e da desaerao da gua de alimentao, ajuste do pH, etc. A utilizao de gua de m qualidade em uma caldeira, acarretar em pouco tempo uma falha, e a paralisao do processo trar prejuzos incalculveis tanto pela quebra da produo como pela sua indisponibilidade. O uso de um ou mais mtodos de remoo de impurezas constitui um sistema de tratamento de gua para geradores de vapor. A tabela a seguir, apresenta os diversos sistemas usualmente aplicados em funo da presso de operao da caldeira:

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Presso de Operao da Caldeira (Kgf/cm2)

Meios Usados para Preparar a gua de Alimentao da Caldeira

At 40

1- Clarificao - filtrao - troca catinica, ciclo de sdio. 2- Combinao de troca catinica, ciclos do sdio e hidrognio com degaseificador 3.- Troca catinica, ciclo de sdio - troca aninica, ciclo do hidrognio. 4 - Processo a quente para eliminar dureza - filtrao - troca catinica, Ciclo do sdio.

40 a 60 1- Processo a quente para eliminar dureza - filtrao troca catinica, ciclo do sdio. 2 - Clarificao - filtrao - desmineralizao.

Acima de 60 1- Clarificao - filtrao - desmineralizao. 2 - Evaporao, possivelmente precedida por um pr-tratamento.

O tratamento contnuo da gua de uma caldeira est diretamente ligado a qualidade do vapor que ser gerado e ao estado geral das superfcies internas dos tubos. No existe um nico tipo de tratamento de gua que atenda todas as caldeiras existentes. Esta diversidade devida a diversos aspectos, como a origem da gua utilizada, o tipo de materiais aplicados nas caldeiras, o regime operacional a que est submetida, as condies de presso e temperatura do vapor produzido, etc. O tratamento de gua de uma caldeira requer experincia, continuidade e monitoramento permanente dos parmetros qumicos. Mesmo nos perodos que esto fora de operao, as caldeiras devem ser mantidas sob tratamento. Muitas so as impurezas contidas na gua natural captada para ser tratada e posteriormente utilizada como gua de alimentao. Estas impurezas esto presentes sob a forma de sais, gases ou seus compostos, tanto dissolvidos ou em suspenso. A tabela a seguir apresenta os contaminantes mais comuns que podem estar na gua da caldeira e seus efeitos.

Contaminantes da gua de Alimentao

Efeitos no Sistema

Clcio e Magnsio Formao de Depsitos nos Tubos Gerando Aquecimento

Slica Volatilizao, passando para o Vapor e Depositando nas Palhetas da Turbina

Ferro Lama de Ao Corrosiva

Cobre Indcios de Corroso em Ligas de Cobre de Trocadores do Ciclo

Oxignio Corroso por "Pitting"

Slidos Totais Lama, Depsitos, Espuma, Arraste

Gs Carbnico Corroso no Sistema antes da Caldeira, Reduo do pH

leos & Graxas Depsitos Internos aos Tubos , Sujeitos Carbonizao e Superaquecimento.

PH /Alcalinidade Causa Corroso se estiver Muito Baixo, Ou Muito Alto

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2.5.2 Tratamento de gua: As principais grandezas de qualidade da gua so:

Dureza Total: Representa a soma das concentraes de clcio e magnsio na gua. Esses sais possuem a tendncia de formar incrustaes sobre as superfcies de aquecimento. A gua em relao dureza pode ser classificada como:

- At 50 ppm de CaCO3 ..................................mole

- 50 a 100 ppm de CaCO3 ................................meio dura

- acima de 100 ppm de CaCO3 .........................dura

PH : um meio de se medir a concentrao de cidos ou bases de uma amostra. Para a determinao do PH usa-se uma escala que varia de 1 a 14, sendo que de 1 a 6 a gua cida e de 8 a 14, a gua alcalina. Com pH igual a 7 a gua neutra. Quanto mais cida uma gua, mais corrosiva ela .

Os mtodos de tratamento podem ser divididos em dois grandes grupos: Externos: - Clarificao; - Abrandamento; - Desmineralizao; - Desgaseificao; - Remoo de slica. Internos: - A base de fosfato ; - A base de quelatos; - Sulfito de sdio; - Hidrazina; - Soda; Clarificao: O processo consiste na prvia floculao, decantao e filtrao da gua com vistas a reduzir a presena de slidos em suspenso. Abrandamento: Consiste na remoo total ou parcial dos sais de clcio e magnsio presentes na gua, ou seja, consiste na reduo de sua dureza. Desmineralizao ou Troca Inica: Nesse processo so utilizadas certas substncias slidas e insolveis, das mais variadas origens e natureza qumica, que possuem a propriedade de, quando em contato com solues de ons, trocar esses ons por outros de sua prpria estrutura sem que haja alteraes de suas caractersticas estruturais. Existem dois tipos de trocadores: de ctions e de nions . Desgaseificao: So empregados equipamentos especiais que aquecem a gua e desta forma, so eliminados os gases dissolvidos. Pode ser utilizado vapor direto para o aquecimento da gua a ser desgaseificada. Remoo de Slica: A slica produz uma incrustao muito dura e muito perigosa. Os tratamentos normalmente empregados no interior da caldeira no eliminam a slica. Os mtodos mais usados para a remoo da slica so a troca inica e o tratamento com xidos de magnsio calcinado .Os mtodos internos se baseiam na eliminao da dureza, ao controle do pH e da sua alcalinidade, na eliminao do oxignio dissolvido e no controle dos cloretos e do teor total de slidos: Eliminao da Dureza Os sais de clcio e de magnsio precipitam como carbonatos e sulfatos, formando os depsitos duros e isolantes do calor que so as incrustaes. Existem dois mtodos diferentes de eliminar a dureza:

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1 Precipitao com Fosfatos Esses reagem com os sais de clcio e de magnsio formando um produto insolvel que no adere as partes metlicas da caldeira. O precipitado forma um lodo que se acumula no fundo da caldeira, sendo eliminado regularmente por meio de purgas.

2 Tratamento com Quelatos Nesse tratamento no h precipitao do clcio, nem do magnsio. Forma produtos solveis no em forma de lama. Os quelantes mais utilizados so o EDTA e o NTA.

Controle do PH e da Alcalinidade Os produtos empregados no controle do pH e da alcalinidade so a soda a 50% e a soda (hidrxido de sdio) em lentilhas. Via de regra no necessrio a adio de cidos para o controle do pH e da alcalinidade por que as guas de alimentao so geralmente bastante cidas. Eliminao do Oxignio Dissolvido Isso de vital importncia para o controle da corroso. A eliminao feita pela reao entre certos agentes redutores e o O2.

Os dois produtos mais usados so o sulfito de sdio e a hidrazina. Controle do Teor de Cloretos e Slidos Totais Quando a concentrao de cloretos se torna muito alta, podem aparecer problemas de corroso. Quando o teor de slidos alto, podem aparecer problemas de arraste. A forma de controlar esses teores atravs de purgas sempre que se fizer necessrio.

2.5.3 Manuteno de Caldeiras:

Todo tratamento para ter bons resultados depende de um controle eficiente e sistemtico, quer dos parmetros qumicos e fsicos, como de certas operaes e procedimentos. Controle Qumico:

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Deve ser estabelecido um programa de coleta e execuo de anlises que leve em conta principalmente a presso de trabalho da caldeira, a produo de vapor e as exigncias de qualidade do vapor. Em geral, para caldeiras de baixa presso, recomendado uma anlise qumica pelo menos semanal e que inclua os seguintes itens: - PH; - Alcalinidade; - Dureza; - Fosfatos; - Sulfitos ou Hidrazina; - Cloretos; - Slidos Totais. comum a realizao de anlises mais regulares para itens como o pH, dureza e cloretos, pela facilidade de execuo. Para caldeiras de alta presso, utiliza-se pelo menos uma anlise diria da gua da caldeira, sendo analisados todos os itens acima mencionados. Cuidado especial deve ser tomado com a coleta da amostra para anlise. Antes da coleta deve ser feita uma purga para que seja eliminado qualquer depsito nos tubos e no fundo da caldeira. Deve ser previsto tambm o resfriamento da amostra de gua coletada para melhorar sua concentrao. Caso a anlise no seja feita imediatamente, necessrio evitar o contato com o ar. De fundamental importncia a correta utilizao das purgas. Em caldeiras que so regularmente apagadas deve-se fazer uma purga maior imediatamente antes de se iniciar o fogo ou durante o perodo de aquecimento da caldeira. Existem diversas maneiras de adicionar os produtos qumicos em uma caldeira. Pode-se adicionar todos os produtos de uma s vez ou pode-se adicionar um cada vez. Mas o mais correto misturar todos os produtos e adicionar medida que a bomba de alimentao alimenta a caldeira. Isso pode ser conseguido colocando-se uma bomba dosadora ligada junto com a bomba de alimentao. Limpeza Qumica de Caldeiras: As superfcies internas da caldeira, ainda que a gua seja bem tratada, acumulam certa quantidade de depsitos de vrias natureza atravs do tempo. A experincia tem mostrado que uma limpeza qumica regular (a cada 5 ou 6 anos ) apresenta bons resultados. Observa-se assim, o desaparecimento de certos problemas de corroso que so notados quando no feita a limpeza regularmente. O rendimento da caldeira tambm melhora, podendo chegar a uma reduo do consumo de combustvel de at 20%. Existem vrios agentes de limpeza, mas o mais usado o cido clordrico misturado a um inibidor, para evitar a corroso acentuada das partes internas da caldeira. Proteo de Caldeiras contra Corroso: Esta proteo baseia-se fundamentalmente em evitar a entrada de ar na caldeira. O mtodo mais fcil de conseguir impedir esta entrada pelo enchimento da caldeira com gua (a prpria gua de alimentao). Tambm pode ser feito um selo com nitrognio, que um gs inerte. Nesse caso, injeta-se N2 no espao vazio da caldeira at uma presso de 3 a 5 kgf/cm2. Caso a caldeira tenha de ser drenada, a proteo contra corroso se baseia em evitar que a umidade se deposite sobre os metais. Isso pode ser conseguido aquecendo-se a caldeira com lmpadas ou resistncias eltricas ou usando agentes dessecantes (slica gel ou alumina ativada). 2.6 Preveno Contra Exploses e Outros Riscos:

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2.6.1 Riscos Gerais de Acidentes e Riscos Sade: Outras condies determinam situaes de risco de acidentes no ambiente das caldeiras, em particular, para o operadores. Uma das situaes o risco de queimaduras na sala de caldeiras por gua quente, vapor, leo aquecido, tubulaes e depsitos desprotegidos, etc. Deve-se considerar ainda, o risco de queimaduras por contato com produtos custicos, normalmente empregados para a neutralizar o pH da gua da caldeira, como o hidrxido de sdio e outros produtos qumicos. Na casa de caldeira ou nas caldeiras instaladas ao tempo, h riscos considerveis de quedas de mesmo nvel, em virtude de leo impregnado no piso ou de poas de leo, se o local de trabalho no for convenientemente limpo. As quedas de nveis diferentes representam maiores perigos, pois existem caldeiras de diversos tamanhos, podendo atingir alturas de at dezenas de metros. Nessas caldeiras h necessidade de acesso do operador a diversos nveis, seja para observao de visores de fornalha, de sistemas de alimentao, de vlvulas, etc. Do ponto de vista ergonmico, as caldeiras tm evoludo muito nos ltimos anos, existindo hoje, caldeiras que possuem cmaras de vdeo para que o operador possa observar e exercer distncia, e confortavelmente sentado frente de um painel, o controle das fornalhas, do nvel, dos sistemas de alimentao, etc. Entretanto, essas no so em geral, as condies freqentemente encontradas. Em termos ergonmicos, o corpo de um operador de caldeira solicitado muitas vezes por movimentos desordenados e excessivos, localizados ou generalizados, por exemplos: Visores mal posicionados, manmetros instalados em ngulos inadequados, vlvulas emperradas e que possuem volantes exageradamente pequenos, regulagem de chamas que exigem operaes iterativas, etc. A presena de rudo de baixa freqncia dos queimadores e de alta freqncia proporcionada por vazamentos de vapor (acidentais ou intencionalmente provocados pelas vlvulas de segurana) constitui um espectro sonoro peculiar e varivel ao longo da jornada de trabalho. Desconforto trmico nas operaes de caldeiras muito freqente e de fcil constatao, porm a sobrecarga trmica para ser identificada, exige a anlise de cada caso em particular, sendo necessrio para tanto, no s avaliaes com termmetros de globo e de bulbo mido, como tambm exames mdicos e acompanhamento individual. H tambm riscos de os operadores terem os olhos expostos radiao infravermelha em operaes de regulagem de chama e em observaes prolongadas de superfcies incandescentes. Fumaas, gases e vapores expelidos pela chamin representam, em certas condies, riscos no somente aos operadores, como tambm comunidade, ou seja, pelo risco de intoxicao por monxido de carbono, por exemplo. Caldeiras operantes com carvo, lenha, bagao de cana, biomassa e outras oferecem ainda, riscos inerentes ao manuseio, armazenagem e processamento do combustvel. 2.6.2 Riscos de Exploso: O emprego de caldeiras implica na presena de riscos dos mais diversos: exploses, incndios, choques eltricos, intoxicaes, quedas, ferimentos diversos, etc. Os riscos de exploses so, entretanto, os mais importantes pela seguintes razes : - Por se encontrar presente durante todo o tempo de funcionamento, sendo imprescindvel seu controle de forma contnua, ou seja, sem interrupes; - Em razo da violncia com que as exploses acontecem. Na maioria dos casos suas conseqncias so catastrficas, em virtude da enorme quantidade de energia liberada instantaneamente; - Por envolver no s os operadores, como tambm as pessoas que trabalham nas redondezas; - Por que sua preveno deve ser considerada em todas as fases: projeto, fabricao, operao, manuteno, inspeo e outras. O risco de exploso do lado da gua est presente em todas as caldeiras, pois a presso reinante nesse

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lado sempre superior presso atmosfrica. Todo fluido compressvel tem o seu volume bastante reduzido quando comprimido. Essa reduo tantas vezes menor quanto for o aumento de presso. A massa comprimida de fluido procura ento, ocupar um espao maior atravs de fendas e rupturas. Isso conseguido com a exploso, quando, por algum motivo, a resistncia do recipiente que o contem superada. Para evitar a exploso surge a necessidade de empregar-se espessuras adequadas em funo da resistncia do material e das caractersticas de operao. No caso de caldeiras, outro fator importante a ser considerado quanto s exploses a grande quantidade de calor transmitida no processo de vaporizao, dada a grande quantidade de calor latente e calor sensvel absorvida pelo vapor. Neste sentido, os danos provocados pela exploso de uma caldeira sero muito maiores que um reservatrio contendo ar, por exemplo, de mesmo volume e de mesma presso. Isso por que parte da energia ser liberada na forma de calor, provocando o aquecimento do ambiente onde a exploso ocorre. O risco de exploso pode, portanto, ser originado pela combinao de 3 causas: - Diminuio da resistncia, que pode ser decorrente do superaquecimento ou da modificao da estrutura do material; - Diminuio de espessura que pode ser originada da corroso ou da eroso; - Aumento de presso decorrente de falhas diversas, que podem ser operacionais ou no. O Superaquecimento como Causa de Exploses: Quando o ao com que construda a caldeira submetido, em alguma parte, temperaturas maiores quelas admissveis, ocorre reduo da resistncia do ao e aumenta o risco de exploso. Entretanto, antes da ocorrncia da exploso podem haver danos : empenamentos, envergamentos e abaulamentos. Nas caldeiras aquotubulares muito freqente a ocorrncia de abaulamento com a superfcie convexa voltada para o lado dos gases, decorrentes da deformao plstica do ao em temperatura da ordem de 400 a 550C e sob a ao duradoura de presso interna de vapor. Outra conseqncia do superaquecimento a oxidao das superfcies expostas, se o meio for oxidante, ou a carbonetao (formao de carbetos de ferro), se o meio for redutor. As principais causas do superaquecimento so: Seleo Inadequada do Ao no Projeto da Caldeira: Em caldeiras aquotubulares, por exemplo, parte dos tubos da fornalha podero estar submetidos radiao mais intensa que aqueles de outras partes, devendo por isso, ser constitudos por aos de caractersticas condizentes com a solicitao. Se no projeto de caldeiras no forem consideradas as condies de no homogeneidade de temperatura de trabalho das superfcies de aquecimento, poder haver risco de fluncia e/ou ruptura dessas partes submetidas a presso, devido ao emprego de aos poucos resistentes s solicitaes impostas. Uso de Aos com Defeitos: O processo de laminao utilizado na obteno de chapas e de tubos, aquele que mais pode determinar a incluso de defeitos. comum na produo de chapas ocorrer a chamada dupla laminao, consistindo de vazios no interior do ao. Aps sucessivas passagens pelos laminadores, esses vazios adquirem um formato longitudinal ao longo da chapa, dando a impresso de se ter chapas sobrepostas. Esses defeitos fazem com que as chapas no resistam s cargas trmicas e/ou mecnicas previstas no projeto. Prolongamentos Excessivos dos Tubos: Isso ocorre com muita freqncia nas caldeiras flamotubulares, em que tubos expandidos nos espelhos so deixados com comprimento excessivo para dentro das caixas (cmaras) de reverso. Esses prolongamentos exagerados, prejudicam a reverso de fluxo dos gases quentes, determinando pontos de superaquecimento, cuja conseqncia certa o aparecimento de fissuras nos tubos e/ou nas regies entre furos dos espelhos. Queimadores Mal Posicionados: Os aos das chapas e dos tubos de caldeiras admitem aquecimento a

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at algumas centenas de graus Celsius, sem perderem totalmente suas propriedades mecnicas. As chamas de queimadores podem atingir valores de temperatura de at 1.000C, de modo que o mal posicionamento do queimador pode determinar a incidncia direta da chama sobre alguma superfcie, propiciando o superaquecimento e a fluncia do material. A conseqncia disso pode ser a deformao lenta e gradual da caldeira ou a exploso eminente da mesma, o que depende da ocorrncia de outros fatores. O posicionamento dos queimadores muito mais complicada quando esses so do tipo tangenciais, os quais produzem um turbilhonamento intenso dos gases no centro da cmara de combusto. Incrustaes: Esse um problema clssico relacionado segurana de caldeiras. As incrustaes so deposies de slidos sobre as superfcies de aquecimento, no lado da gua, devido presena nessa de impurezas: sulfatos, carbonatos de clcio e/ou magnsio, silicatos complexos (contendo F, Al, Ca e Na) e slidos em e suspenso. Aparecem ainda, devido presena de precipitados que resultam de tratamentos inadequados da gua da caldeira (borras de fosfato de clcio ou magnsio) e de xidos de ferro no protetores. A incrustao, se comportando como isolante trmico (a condutividade trmica cerca de 45 vezes menor que a do ao), no permite que a gua mantenha refrigerada as superfcies de aquecimento. Isso reduz a transferncia de calor do ao para a gua, fazendo com que o ao absorva mais calor sensvel e aumentando sua temperatura de forma proporcional quantidade de calor recebida. Nos casos de incrustaes generalizadas h um agravamento da situao para manter-se a gua na temperatura de ebulio, pois necessrio o aumento do fornecimento de calor no lado dos gases. Com esse aumento de temperatura, podem ocorrer as seguintes conseqncias indesejveis com relao segurana do equipamento:

- O ao, previsto para trabalhar em temperaturas da ordem de 300C, fica exposto a temperaturas da ordem de 500C, fora dos limites de resistncia. Portanto, o risco de exploso acentua-se.

- A camada incrustante pode romper-se e soltar-se, fazendo a gua entrar em contato direto com as paredes do tubo em alta temperatura, o que pode provocar a expanso repentina da gua e, de conseqncia, a exploso.

- Formao de zonas propcias corroso, em virtude da porosidade da camada incrustante e a possibilidade da migrao de agentes corrosivos para sua interface com o ao.

Operao em Marcha Forada: Isso ocorre quando a caldeira possui potncia insuficiente para atender as necessidades de vapor do usurio, que na expectativa de ver sua demanda atendida, intensifica o fornecimento de energia fornalha. Nessas circunstncias, dadas as limitaes da caldeira, em vez de alcanar a produo desejada, o que conseguido o superaquecimento das vrias partes da caldeira, determinando a deformao das mesmas ou at a ruptura. Portanto, isso constitui em risco eminente de

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exploso do equipamento. No caso das caldeiras flamotubulares, a intensificao de energia fornalha pode tambm determinar riscos de fissuras no espelho traseiro, nas regies entre furos, de forma similar aos prolongamento excessivos mencionados. Falta de gua Nas Regies de Transmisso de Calor: O contato da gua com o ao fundamental para mant-lo refrigerado. Por isso, essencial que o calor recebido pelas superfcies de aquecimento seja transferido para gua, sem provocar aumento excessivo da temperatura do ao, pois no lado da gua, o processo de vaporizao acontece presso constante. No caso de haver falta de gua em alguma parte da caldeira, o processo a temperatura constante cessar neste local, a partir do que se dar incio uma transferncia de calor sensvel (com aumento da temperatura). Isso provocar o superaquecimento do metal e, de conseqncia, perda de resistncia. A maior parte das exploses em caldeiras devido falta de gua nas regies de transferncia de calor. Os principais motivos para a falta de gua so a circulao deficiente de gua e a falha operacional que sero discutidos a seguir: M Circulao da gua: Nas caldeiras aquotubulares em que a circulao da gua se faz de modo natural, a diferena de densidade entre as partes mais quentes da gua e as partes menos quentes, a fora motriz responsvel pela movimentao da gua no interior do equipamento. Essa fora motriz tanto menor, quanto mais a presso da gua se aproxima do ponto crtico (220,9 bar). Na prtica, para presses de trabalho superiores a 150 bar, justificvel o uso de bombas para forar a circulao da gua. necessrio que cada tubo seja atravessado por uma quantidade de gua suficiente para refriger-lo, pois preciso encontrar um bom equilbrio da vazo de gua. A rugosidade, as corroses e os depsitos internos so fatores que reduzem a vazo de gua nos tubos, podendo prejudicar a refrigerao. Nas caldeiras flamotubulares estabelecido em regime normal uma circulao de gua.

Falha Operacional: As caldeiras industriais de ltima gerao operantes com combustvel lquido ou

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gasoso so totalmente automatizadas, cujos parmetros de funcionamento so controlados por meio de malhas de instrumentao. Isso tem exigido dos operadores poucas intervenes, exigindo, porm, maior qualificao do pessoal e maior preciso nas decises. A lgica do automatismo das caldeiras, obtido atravs de pressostatos e do sistema regulador de nvel da gua, que comandam, respectivamente, o funcionamento dos queimadores e das bombas de alimentao de gua. A atuao desses dispositivos, indispensveis segurana das caldeiras, podem interromper subitamente o funcionamento das mesmas, atravs de vlvulas solenides que bloqueiam o suprimento de combustvel, desligando totalmente os queimadores. No obstante o automatismo das caldeiras modernas, os perodos de acendimento e de desligamento das mesmas acontecem, em geral, de forma manual. Se o acendimento se realizasse em posio automtica, os controles admitiriam o mximo fornecimento de energia, pois so comandados pela presso de vapor e isso pode ser desastroso para a caldeira. Na posio de manual, o risco de falta de gua est relacionado procedimentos inadequados do operador, que, por exemplo, no aumenta a vazo de gua quando o nvel tende a baixar. Falhas desse tipo em geral acontecem por falsas indicaes de nvel ou por impercia na operao da caldeira. Riscos de obstrues ou acmulo de lama na coluna de nvel, geralmente acontecem, quando a limpeza ou a manuteno preventiva ou o tratamento da gua so realizados de forma deficiente. Isso poder fornecer indicaes de nvel incorretas para o operador ou para os instrumentos responsveis pelo suprimento de gua. De forma similar, obstrues em tubulaes de gua de alimentao da caldeira podem conduzir a riscos de acidentes, pois a vazo de ingresso da gua ser inferior vazo de sada do vapor. Em casos de variaes no consumo ocorrer um aumento brusco na vazo de vapor , a instrumentao pode ser responsvel por falta de gua, pois em virtude da queda brusca de presso, bolhas de vapor que se formam sob a superfcie da gua se expandem, dando origem a uma falsa indicao de nvel alto, o que reduz a vazo de entrada de gua. Alm disso, como o pressostato sente a baixa presso, o sinal que ele envia para os dispositivos de combusto no sentido de fazer aumentar o fornecimento de combustvel, isso tender a agravar a condio de risco de acidente. Choques Trmicos: Os choques trmicos acontecem em virtude de freqentes paradas e recolocao em marcha de queimadores. As caldeiras suscetveis a essas condies so aquelas que possuem queimadores com potncia excessiva ou queimadores que operam em on-off , ou seja, que no modulam a chama. As incrustaes das superfcies tambm favorecem os efeitos dos choques trmicos. Outras situaes de ocorrncia de choques trmicos so quando a caldeira alimentada com gua fria (< 80C) ou com entrada de gua quente nas regies frias . Os problemas com choques trmicos acontece com mais freqncia com as caldeiras flamotubulares, especialmente com aquelas com cmara de reverso traseira seca. Falha operacional pode tambm contribuir para a ocorrncia de choques trmicos. Isso pode acontecer quando aps uma reduo excessiva do nvel de gua , por um motivo qualquer e com parte da superfcie de aquecimento sem refrigerao, o operador faz injetar gua na tentativa de restabelecer o nvel normal. Em situaes como esta, deve-se adotar como medida correta a cessao imediata do abastecimento de combustvel aos queimadores .

Defeito de Mandrilagem:

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A mandrilagem a operao de expanso dos tubos junto aos furos dos espelhos da caldeira. A expanso feita, portanto, nas extremidades dos tubos por meio de um dispositivo cnico chamado mandril e que gira em torno de seu eixo axial. Atravs da mandrilagem os tubos ficam ancorados, com a estanqueidade devida, nos espelhos das caldeiras fumotubulares ou nas paredes do tubulo das caldeiras aquotubulares. A estanqueidade pode ficar comprometida, se no momento da mandrilagem houverem corpos estranhos na superfcie externa da extremidade dos tubos ou nas paredes dos furos. Problemas podem tambm ocorrer se o processo de mandrilagem no for bem controlado, promovendo o aparecimento de trincas nos espelhos (entre furos) e/ou nos tubos. Para melhorar a estanqueidade no processo de mandrilagem necessrio empregar chapas com espessura mnima de 3/4 de polegada e a execuo de grooves , que so sulcos circulares nos furos. Esses sulcos so inteiramente ocupados pelo tubo aps a mandrilagem. Em espessuras superiores a 2 polegadas so geralmente executados 2 grooves. Os sulcos devem ser executados de modo que no apresentem arestas cortantes, pois podem cisalhar as paredes do tubo, trazendo riscos adicionais.

Falhas em Juntas Soldadas: O processo de soldagem muito aplicado na fabricao de caldeiras: solda de tubos, solda de espelhos, solda de tubules, de reforos, de estais, etc. Portanto, falhas em juntas soldadas aumentam os riscos de acidentes nas caldeiras, pois representam regies de menor resistncia do metal. De modo geral, o Instituto Internacional de Solda classifica os defeitos em grupos: Grupo 1 Fissuras ou trincas; Grupo 2 Cavidades; Grupo 3 Incluso de escria; Grupo 4 Falta de fuso e de penetrao; Grupo 5 Defeitos de forma. Hoje, a maior parte dos fabricantes de caldeiras empregam processos automatizados de soldagem, sendo o processo a arco submerso o que tem apresentado melhores resultados, especialmente na soldagem de chapas de grande espessura. Nesse processo eliminada a necessidade de execuo de vrios passes, como tambm as descontinuidades de soldagem manual. Proporciona cordes de solda limpos, alta eficincia, menor incidncia de falhas e, do ponto de vista de segurana do trabalho, pouco nocivo ao trabalhador, pois no emite radiaes e o arco eltrico fica submerso em um p, chamado fluxo de soldagem, durante todo o tempo de execuo da solda. Sem dvidas, qualquer que seja o processo de soldagem, esse deve ser executado por soldadores qualificados e segundo processos reconhecidos por normas tcnicas especficas. Aps as operaes de soldagem, as caldeiras deveriam passar por tratamentos trmicos de alvio de tenses ou de normalizao, para minimizar as tenses resultantes do processo de solda. Para garantir segurana caldeira desde sua construo, fundamental que suas juntas soldadas sejam controladas por ensaios no destrutivos, tal como o exame radiogrfico . Alteraes na Estrutura Metalogrfica do Ao:

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Devido alta capacidade de produo de vapor, ocorre nas caldeiras que operam a presses elevadas, a decomposio da gua , com o conseqente desprendimento de oxignio e de hidrognio . O H2, difundindo-se na estrutura do ao, atua sobre a cementita (Fe3C confere dureza e resistncia ao ao carbono), decompondo-a em ferrita e carbono, o que reduz a resistncia do ao. O H2 pode ainda reagir com o carbono, produzindo CH4 (gs metano), que provoca o empolamento do ao, ou seja, a formao de protuberncias superficiais. Corroso: Um dos principais responsveis pela degradao das caldeiras a corroso, que age como fator de reduo da espessura das superfcies submetidas a presso. A corroso no sentida pelos instrumentos de operao da caldeira, ou seja, os pressostatos e as vlvulas de segurana no detectam sua evoluo por que no acompanhada por elevao de presso de trabalho. A corroso avanada das partes da caldeira, pode ser causa de exploses at mesmo em presses inferiores PMTA Presso Mxima de Trabalho Admissvel. Portanto, o avano da corroso em caldeiras s pode ser detectado por meio de inspees minuciosas do equipamento (vide NR-13). A corroso nas caldeiras podem ocorrer tanto nas partes em contato com a gua (corroso interna), como nas partes em contato com os gases (corroso externa): - Corroso Interna: Esse tipo de corroso se processa sob vrias maneiras, segundo vrios mecanismos, entretanto, sempre conseqncia direta da presena de gua (caractersticas, impurezas presentes e comportamento), quando em contato com o ferro, nas diversas faixas de temperaturas. - Oxidao Generalizada do Ferro: O ao dos tubos e chapas antes da colocao em marcha das caldeiras, apresenta uma fina camada (da ordem de 50 mcrons) protetora contra a corroso, chamada magnetita (Fe3O4), que apresenta uma colorao escura, densa e aderente. No funcionamento da caldeira, essa camada protetora est constantemente sendo quebrada e reconstruda e muito resistente alguns agentes qumicos (cido ntrico). Entretanto, quando sofre a ao de agentes fsicos, tais como choques trmicos e dilataes e/ou a ao de agentes qumicos, tal como a soda custica, oxignio, quelantes de tratamentos de gua, etc., a magnetita deixa de existir e inicia-se o oxidao do ferro, resultando na formao de outros xidos no protetores do ao. - Corroso Galvnica: Ocorre quando dois metais diferentes esto em presena de um eletrlito, gerando uma diferena de potencial e, de conseqncia, um fluxo de eltrons. Nas caldeiras, o par galvnico pode ser originado quando partes metlicas de cobre ou de nquel ou outro metal, se desprendem pela eroso, cavitao de tubulaes ou de rotores de bombas e se alojam em ranhuras ou pequenas folgas entre as partes da caldeira. O ao, atuando como anodo, o elemento mais prejudicado quanto corroso. - Corroso por Aerao Diferencial: Isso ocorre em geral, nas caldeiras flamotubulares em que o oxignio dissolvido na gua provoca corroso dos tubos superiores. Os tubos submersos esto submetidos a menores concentraes de O2, comparados regio acima da superfcie da gua (da o nome aerao diferencial). Essa diferena de concentrao de O2, forma uma pilha em que o anodo formado pela parte menos aerada. Como na pilha galvnica, o anodo, nesse caso, tambm a regio que apresenta corroso mais severa, e, sendo localizada, viabilizar o aparecimento de pites (cavidade na superfcie metlica com fundo angular e profundidade maior que o seu dimetro) ou alvolos (cavidade na superfcie metlica com fundo arredondado e profundidade menor que seu dimetro). Nas caldeiras aquotubulares a aerao diferencial ocorre no tubulo superior e nos purificadores de vapor.

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- Corroso Salina: Acontece quando existem concentraes elevadas de cloretos que migram para ranhuras ou regies sem proteo da magnetita. Os cloretos podem tambm se alojar sob camadas porosas que se formam sobre os tubos. Em particular, o cloreto de magnsio se hidrolisa formando cido clordrico, atacando quimicamente o ferro da caldeira. Em geral, os cloretos na presena de O2 catalizam a reao da magnetita com o O2 resultando o Fe2O3, que um xido no protetor. - Fragilidade Custica: Esse um modo de corroso em que o hidrxido de sdio (soda custica), em concentraes acima de 5%, migra para fendas ou outras partes em que no exista a camada protetora de magnetita e reage diretamente com o ferro.

- Corroso por Gases Dissolvidos: A gua da caldeira pode se contaminar com gases, especialmente com o gs sulfdrico (H2S), decorrentes da poluio atmosfrica ou pelo seu tratamento com sulfito de sdio. O H2S reage com o ferro dando origem a sulfeto de ferro (FeS), que se apresenta sob a forma de manchas pretas. O gs carbnico (CO) torna a gua ligeiramente acidificada, viabilizando a formao de pites. Outro fator que tambm age na reduo da espessura a eroso . Esse fenmeno pode acontecer de diversas maneiras nas caldeiras. Nas caldeiras flamotubulares pode ocorrer, por exemplo, na alimentao da gua pela bomba em que o jato de entrada, podendo conter partculas pesadas (areia, partes metlicas, etc.), incide sobre a parede externa da fornalha, causando seu desgaste. A eroso pelo vapor pode acontecer em sedes de vedao de vlvulas de segurana. Essas vlvulas so normalmente fabricadas para resistir ao abrasiva da passagem do vapor em regime de solicitaes normais, ou seja, quando a vlvula aberta apenas em situaes de emergncia e de testes. Entretanto, quando outros controles de presso no esto presentes ou no funcionam, a vlvula de segurana deixa de ser um acessrio de emergncia e passa a funcionar com maior freqncia, desgastando de modo excessivo e reduzindo muito a vida til do disco de assentamento. Nas caldeiras aquotubulares a eroso freqentemente ocasionada por sopradores de fuligem desalinhados, que direcionam o jato de vapor sobre os tubos, em vez de entre eles.

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- Cavitao: tambm uma forma de degenerao dos materiais, podendo ser responsvel pela reduo de espessuras. Seu mecanismo caracterizado pela ao dinmica resultante da contnua formao e colapso de bolhas de gases ou vapores do meio lquido sobre uma superfcie. Sua ocorrncia muito comum em bombas centrfugas (com presso de suco deficiente), dobras, cotovelos e derivaes de tubulaes, vlvulas, etc. Logicamente, a ao combinada dos dois ltimos fenmenos com a corroso, muito mais malfica para as caldeiras, que o efeito isolado de cada um deles. - Corroso Externa: Esse tipo de corroso acontece nas superfcies expostas aos gases de combusto e funo do combustvel utilizado e das temperaturas. Nas caldeiras aquotubulares, as superfcies de aquecimento mais quente so aquelas do superaquecedor e do reaquecedor, podendo ocorrer corroso tanto nas caldeiras que queimam leo como carvo. Outro problema de corroso ocorre nas caldeiras que operam com cinzas fundidas, que permitem o ataque do O2, destruindo a camada protetora de magnetita. A corroso nas regies de baixa temperatura conseqncia direta da presena de enxofre nos combustveis, na forma de sulfatos, de compostos orgnicos ou na forma elementar. A decomposio dos sulfatos produz SO3, j o enxofre elementar e os compostos orgnicos produzem no processo de combusto o SO2 e o SO3 (em menor quantidade). O SO2 por sua vez pode oxidar-se em SO3 por ao direta do O2 ou por oxidao direta cataltica ao contato dos depsitos existentes sobre as superfcies de aquecimento. Para os combustveis contendo enxofre na ordem de 3%, o teor de SO3 nos gases de combusto varia entre 20 a 80 ppm (partes por milho) em massa. Os gases de combusto contento vapor dgua, pode haver a condensao de gotas de cido sulfrico quando a temperatura reduz muito e atinge o ponto de orvalho. Esse depende das presses parciais do H2O e do SO3 nos gases de combusto, porm pode variar de 90 a 160C. A condensao das gotas de H2SO4 pode, desta forma, acontecer nas partes finais das caldeiras aquotubulares, ou seja, no economizador, no pr-aquecedor de ar e na chamin. Outro fator que contribui para a corroso externa o ar atmosfrico. Caldeiras instaladas em regies muito midas, locais prximos ao mar e em atmosferas fortemente poludas, apresentam corroso externa, de modo generalizado, em todas as suas partes (chaparias, colunas, escadas, plataformas, etc).

Exploses Causadas por Aumento da Presso: A presso do vapor em uma caldeira funo direta da quantidade de energia disponvel na fornalha pela queima do combustvel e que transmitida gua. Sendo assim, a presso interna na caldeira depende fundamentalmente da atuao do queimador. Entretanto, o queimador no o nico responsvel pelo aumento de presso na caldeira, pois a bomba de alimentao injeta gua com presso superior quela de trabalho. Se a vazo com que a bomba alimenta a caldeira for maior que aquela de sada do vapor, o nvel de gua sobe e a presso de trabalho aumenta. Durante a operao normal da caldeira, a presso mantida dentro de seus limites pelos seguintes sistemas:

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- Sistema de Modulao de Chama: Sistema constitudo por um pressostato modulador de chama, um servo-motor e um conjunto de registros (dampers). O pressostato possui um diafragma ou fole que se estende com o aumento da presso e que aciona os contatos que emitem o sinal eltrico para o acionamento do servo-motor. Esse transmite movimento alavancas, que acionam os dampers, alterando a vazo de combustvel e a vazo de ar. Com isso, a alimentao do queimador fica modificada e obtm-se a modulao de chama, ou seja, sua reduo nos momentos de presses elevadas e sua intensificao nos momentos de presses baixas. - Sistema de Presso Mxima: Esse composto por um pressostato e uma vlvula solenide. Quando a presso se eleva alm de um certo limite, o pressostato acionado e corta a alimentao eltrica da vlvula solenide. Conseqncia direta disso, o corte completo de combustvel ao queimador. Quando a presso normal de trabalho se restabelece, o pressostato faz abrir totalmente a passagem do combustvel ao queimador. - Vlvula de Segurana: Como j comentado anteriormente, essas vlvulas tm a funo de deixar sair o vapor quando a presso ultrapassa a PMTA, fazendo diminuir a presso interna. - Sistema Manual: Conforme for a indicao de presso no manmetro da caldeira, o operador tem condies de acionar os vrios dispositivos para intervir, onde for necessrio, para manter a presso interna da caldeira: queimador, bomba de alimentao ou mesmo na vlvula de segurana. Por meio dessa ltima, o vapor pode ser liberado atmosfera manualmente (acionamento da alavanca da vlvula, por exemplo). Com todas essas possibilidades, conjugadas ou no, de se esperar que as caldeiras tenham grande chance de ser operadas com segurana, porm, mesmo assim, h inmeros casos de exploses, causadas por falhas. A possibilidade de falhas em pressostatos pode ser de natureza mecnica, como o bloqueio de sua comunicao com a caldeira ou a deteriorao do diafragma ou de natureza eltrica, pela colagem dos contatos. Falhas nas vlvulas solenides oferecem riscos quando impedem o bloqueio do combustvel, ou seja, quando operam na posio aberta. H possibilidades da ocorrncia desse defeito por falha mecnica de fabricao ou pela instalao incorreta, fora da vertical, ou de cabea para baixo. As vlvulas de segurana, para funcionarem adequadamente, devem ser fabricadas em processo de rigoroso controle de qualidade, com molas testadas, dimenses calibradas, concentricidade dos elementos e vedaes perfeitas, do contrrio no fecham aps o alvio da presso, ou, o que mais grave, no abrem no momento em que necessita sua abertura. importante observar que, normalmente, a vlvula de segurana opera aps o sistema de presso mxima no ter funcionado. Ou seja, se a vlvula de segurana no funcionar, a segurana do sistema estar bastante comprometida, restando apenas o sistema manual como possvel controle da situao. Falhas no sistema manual so decorrentes de defeitos em instrumentos de indicao de presso (manmetros) e de nvel, ou nos dispositivos de controle, ou, ainda, de procedimentos inadequados por parte do operador. Exploses no Lado dos Gases: As exploses no lado dos gases so originadas por uma reao qumica, ou seja, pelo processo de combusto. Ess