Caldeiras

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Caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à pressão atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia. O vapor pode ser usado em diversas condições tais como: baixa pressão, alta pressão, saturado, superaquecido. Ele pode ser produzido também por diferentes tipos de equipamentos nos quais estão incluídas as caldeiras com diversas fontes de energia, “caldeiras” são todos os equipamentos que simultaneamente geram e acumulam vapor de água ou outro fluido. A finalidade de se gerar o vapor veio da revolução industrial e os meios da época que se tinha era de pouca utilização, mas o vapor no inicio serviu para a finalidade de mover máquinas e turbinas para geração de energia e locomotivas, com advento da necessidade industrial se fez necessário à necessidade de cozimentos e higienização e fabricação de alimentos, se fez necessário à evolução das caldeiras. Com isto se utiliza o vapor em lacticínios, fabricas de alimentos, gelatinas, curtumes, frigoríficos, indústrias de vulcanização, usinas de açúcar e álcool, tecelagem, fabricas de papel e celulose entre outras.

2 Caldeiras

As caldeiras ou geradores de vapor são equipamentos destinados a transformar água em vapor. A energia necessária à operação, isto é, o fornecimento de calor sensível à água até alcançar a temperatura de ebulição, mais o calor latente a fim de vaporizar a água e mais o calor de superaquecimento para transformá-la em vapor superaquecido, é dada pela queima de um combustível.

2.1 Classificações das Caldeiras

As caldeiras podem ser classificadas em: Flamotubulares: Na qual os gases quentes passam por tubos que estão envolvidos pelo liquido a ser vaporizado.

Aquotubulares: Neste equipamento o liquido a ser vaporizado passa por tubos que estão rodeados por gases quentes, é a mais utilizada por conseguir a obtenção vapor superaquecido.

2.2 Tipos de Caldeiras

As caldeiras Flamotubulares ainda podem ser de diversos tipos como, por exemplo:

Caldeiras de Tubos Verticais:

Nas caldeiras de tubos verticais, os tubos são colocados verticalmente num corpo cilíndrico fechado nas extremidades por placas, chamadas espelhos. A fornalha interna fica no corpo cilíndrico logo abaixo do espelho inferior. Os gases de combustão sobem através dos tubos, aquecendo e vaporizando a água que está em volta deles.

Caldeiras de tubos horizontais:

As caldeiras de tubos horizontais abrangem vários modelos, desde as caldeiras Cornuália e Lancaster, de grande volume de água, até as modernas unidades compactas. As principais caldeiras horizontais apresentam tubulões internos nos quais ocorre a combustão e através dos quais passam os gases quentes. Podem ter de 1 a 4 tubulões por fornalha.

Caldeiras de Cornuália:

A caldeira Cornuália, um dos primeiros modelos desenvolvidos, é constituída de um tubulão horizontal ligando a fornalha ao local de saída de gases. É de funcionamento simples, porém de rendimento muito baixo.

Caldeiras Lancaster:

A caldeira Lancaster é de construção idêntica à anterior, porém tecnicamente mais evoluída. Pode ser constituída de dois a quatro tubulões internos e suas características são: área de troca térmica de 120 a 140m² e vaporização.

Algumas delas apresentam tubos de fogo e de retorno, o que apresenta uma melhoria de rendimento térmico em relação às anteriores.

Caldeiras multitubulares de fornalha interna:

Como o próprio nome indica possui vários tubos de fumaça. Podem ser de três tipos: Tubos de fogo diretos, ou seja, os gases percorrem o corpo da caldeira uma única vez. Tubos de fogo de retorno os gases provenientes da combustão na tubulação da fornalha circulam tubos de retorno e Tubos de fogo diretos e de retorno. Os gases quentes circulam pelos tubos diretos e voltam pelos de retorno.

Caldeiras multitubulares de fornalha externa:

Na caldeira multitubular, a queima de combustível é efetuada em uma fornalha externa, geralmente construída em alvenaria instalada abaixo do corpo cilíndrico. Os gases quentes passam pelos tubos de fogo, e podem ser de um ou dois passes. A maior vantagem é poder queimar qualquer tipo de combustível.

2.3 Funcionamento

A câmara de combustão é a região onde se dá a queima do combustível, com produção dos gases de combustão que fornecem calor à água.

Os tubos servem para a circulação de vapor e água dentro da caldeira, a fim de permitir a troca de calor entre os gases quentes de combustão e a água ou vapor. Os coletores são peças cilíndricas, às quais chegam e saem conjuntos de tubos, cuja finalidade, como o próprio nome indica, é coletar água ou vapor.

A água circula várias vezes através do conjunto tubulão-coletores descendo pelos tubos externos e retornando pelos internos. Essa circulação natural é provocada pela diferença de pressão exercida pelas colunas líquidas e pelas correntes de convecção formadas. A coluna externa contendo somente água é mais pesada do que a coluna interna contendo água+vapor, promovendo então a circulação. A parte vaporizada vai se armazenando no tubulão, enquanto o líquido volta a circular.

O vapor saturado separado no tubulão passa a outro conjunto de serpentinas, o superaquecedor, onde é obtido o seu superaquecimento. As serpentinas do superaquecedor têm suas extremidades ligadas a dois coletores de vapor. O superaquecedor pode situar-se na zona de radiação ou convecção, conforme o grau de superaquecimento para o qual as caldeiras são projetadas.

As paredes da caldeira são revestidas internamente de tijolos refratários, resistentes a altas temperaturas, que protegem as partes metálicas estruturais da caldeira contra deterioração por alta temperatura e produzem homogeneização da temperatura por reflexão do calor das chamas. Os maçaricos das caldeiras são semelhantes aos dos fornos. Os sopradores de fuligem são tubos providos de orifícios, inseridos transversalmente aos tubos das serpentinas, em diversos locais da caldeira. São ligados, externamente à caldeira, ao sistema de vapor.

Durante a operação da caldeira, há deposição de fuligem nos tubos, o que dificulta a transferência de calor.