Conceito de Caldeiras

Conceito de Caldeiras

Segundo a NR-13 13.1.1 “Caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia, excetuando-se os refervedores e equipamentos similares utilizados em unidades de processo”.

Classificação das caldeiras

13.1.9 Para os propósitos desta NR, as caldeiras são classificadas em 3 categorias, conforme segue:

a) caldeiras da categoria A são aquelas cuja pressão de operação é igual ou superior a 1960 kPa (19.98 Kgf/cm²);

b) caldeiras da categoria “C” são aquelas cuja pressão de operação é igual ou inferior a 588 KPa (5.99 Kgf/cm²) e o volume interno é igual ou inferior a 100 litros;

c) caldeiras da categoria “B” são todas as caldeiras que não se enquadram nas categorias anteriores.

Condições de Operação de uma Caldeira Aquatubular: Justificativa de projeto

As caldeiras aquatubular surgiram mediante a necessidade de caldeiras com maior rendimento e rapidez de geração de grandes quantidades de vapor com níveis de pressão mais elevados.

Nesse tipo de caldeira, os tubos que, nas caldeiras flamotubulares, conduziam gases aquecidos, passaram a conduzir a água, o que aumentou muito a superfície de aquecimento, aumentando bastante a capacidade de produção de vapor.

Escolha da Caldeira Aquatubular

Caldeiras Aquatubulares de tubos retos, com tubulão transversal ou longitudinal;

Capacidade

Esse tipo de caldeira possui capacidade de produção de 3 até 30 toneladas-vapor/hora, com pressões de até 45 kgf/cm².

Proposta do Projeto

• Classificação quanto à passagem dos gases: Aquatubular
• Classificação quanto à passagem dos tubos: Vertical
• Produção de Vapor: 18,0 ton-v/h
• Tipo de Vapor: vapor saturado
• Temperatura de Trabalho: 200,4°C
• Pressão de Trabalho: 15 kgf/cm² ou 1,4709975 MPa
• PMTA ou MAWP: 17 kgf/cm² ou 1,6671305 MPa
• Pressão de Projeto: 17 kgf/cm² ou 1,6671305 MPa
• Categoria NR-13: B
• Limite para corrosão: 1,5 mm
• Altura do vaso:
• Diâmetro do vaso: 1500 mm
• Espessura da parede da caldeira: 31 mm

Condição de Escolha do Material

• Cálculo da Tensão Admissível do material

As tensões num corpo cilíndrico de uma caldeira atuam nas direções longitudinal (σ1) e circunferencial (σ2) e são determinadas respectivamente pelas expressões:

[pic 1]

[pic 2]

[pic 3]

[pic 4]

[pic 5]

[pic 6]

Onde:

p= pressão de projeto

r = raio do corpo da caldeira

t = espessura do corpo da caldeira

O código ASME, seção VIII, divisão 1, baseia-se na expressão teórica da tensão máxima circunferencial de membrana para formular a equação que calcula a espessura mínima de cascos cilíndricos (parágrafo UG-27):

[pic 7]

Em que:

e= espessura mínima para a pressão interna

R= raio interna do cilindro

P= pressão interna de projeto

S= tensão admissível básica do material

E= coeficiente de eficiência de solda.

A ASME ainda diferencia a espessura dos cascos cilíndricos de caldeiras e vasos de pressão de acordo com os parágrafos 1-1 e 1-2 do código em que expressa  relação:

[pic 8]

Se a relação for verdadeira o casco é considerado de grande espessura, caso contrário é dito de pequena espessura. Este último representa a situação de estudo do projeto.

Critério de Seleção do Material para um Corpo de uma Caldeira: Requisitos para Construção de uma Caldeira Segura

Inferência do Índice de Mérito no Projeto

Estabelecimento da função do produto ou componente: A parede interna de uma caldeira deve ser projetada para resistir às tensões longitudinais e circunferências.

Estabelecimento do objetivo principal: Maximizar a segurança usando o critério escoar antes de sofrer fratura, ou vazar antes de sofrer fratura.

 Identificação da restrição: O raio r é especificado.