Formas de energia

1. ENERGIA

Energia é definida como sendo a capacidade de realizar trabalho.

Uma das leis fundamentais de estado da física clássica é que a “energia não pode ser criada e nem destruída”. Existe em diversas formas no universo: energia cinética, energia potencial, energia mecânica, energia química, energia térmica, energia solar, energia eólica, energia calorífica, energia luminosa, energia elétrica, energia dos mares, energia nuclear, energia da biomassa, etc.

Todas as formas de energia podem ser transformadas. Por exemplo: uma lâmpada converte energia elétrica em energia luminosa e em energia calorífica, um motor elétrico converte energia elétrica em energia mecânica, um motor de combustão interna (MCI) converte a energia química do combustível em energia mecânica, uma turbina a vapor transforma a energia térmica do vapor em energia mecânica, um gerador elétrico converte energia mecânica em energia elétrica, uma bomba hidráulica converte energia mecânica em energia hidráulica, uma turbina hidráulica converte a energia hidráulica em energia mecânica, etc.

MÁQUINA – é todo equipamento “transformador” de energia na qual uma das energias em trânsito é o Trabalho Mecânico. Ex.: Moto bomba, turbina hidráulica, motor elétrico, compressores, guindastes, lixadeira, etc.

MÁQUINA TÉRMICA – é todo sistema termodinâmico que “transforma” de forma contínua a energia em forma de calor a partir da combustão de um combustível em TRABALHO MECANICO. Ex.: Turbinas a gás (Ciclo Brayton), Turbinas a vapor (Ciclo Rankine), Ciclo Otto, Ciclo Diesel, etc.

MOTORES DE COMBUSTÃO – são máquinas térmicas que transformam em energia mecânica a energia térmica (calor) contida nos gases de combustão. Podem ser: Motor de combustão interna (MCI) e motor de combustão externa (MCE).

FLUIDO DE TRABALHO OU SUBSTANCIA DE TRABALHO- é um fluido capaz de armazenar energia e da qual pode-se remover esta energia. Ex.: Nas turbinas a gás - TG’s (ciclo Brayton) e nos motores com ciclos Otto ou Diesel o fluido de trabalho são os gases da combustão; nas turbinas a vapor - TV’s (ciclo Rankine) é o vapor superaquecido; nas turbinas hidráulicas - TH’s e bombas é a água; nos sistema hidráulicos é o óleo, nos sistemas pneumáticos é o ar comprimido etc.

MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA – caracterizados pelo fluido de trabalho ser o próprio gás da combustão, ou seja, o fluido movimenta o sistema. Ex.: motores com o ciclo Otto e com ciclo Diesel, etc.

MOTORES DE COMBUSTÃO EXTERNA – nestes o combustível fica isolado do fluido de trabalho. Ex.: Turbinas a vapor (Ciclo Rankine).

APARELHO – é um transformador de energia sem a presença do trabalho mecânico. Ex.: Televisão, rádio, microondas, etc.

APARELHO TÉRMICO – é todo sistema termodinâmico que troca calor com o meio externo. Ex. Refrigerador, caldeira (gerador de vapor), condensador, etc.

2. CALDEIRAS

São equipamentos (aparelhos térmicos) que vaporizam ou aquecem água ou, qualquer outro fluído. Também são chamados de geradores de vapor.

Ocuparemo-nos no presente estudo apenas dos geradores de vapor d´água saturado ou superaquecido.

É projetada e fabricada para uso específico na geração de energia elétrica ou para algum outro processo industrial.

A energia térmica contida nos gases da combustão é transferida para água que circula no interior da caldeira, externamente ou internamente ao feixe tubular .

São constituídas por diversos outros equipamentos associados, integrados entre si, permitindo o seu controle e operação com segurança.

Originalmente as caldeiras foram idealizadas para queimar carvão mineral e lenha, desde as primeiras fabricadas, vêm sofrendo modificações tecnológicas, tanto por razões de segurança humana e patrimonial, quanto para aumentar a eficiência térmica, a capacidade de geração de vapor e a diversificação no uso de combustíveis.

2.1 CLASSIFICAÇÃO

Podem ser classificadas de diversas formas:

1 - quanto à disposição da água em relação aos gases: flamotubulares ou fogo tubulares e aquotubulares. Esta é a classificação clássica das caldeiras.

2 – quanto ao tipo de combustível utilizado: caldeiras a óleo, caldeiras a lenha, caldeiras a carvão, caldeiras a gás, caldeiras a bagaço de cana, etc.

Obs.: o uso de caldeiras a gás natural vem aumentando muito no Brasil nos últimos anos devido a oferta de gás e principalmente ao seu baixo custo, inclusive no Amazonas.

3 – quanto à energia usada:

3.1 – energia térmica da combustão dos combustíveis: sólidos, líquidos e gasosos;

3.2 – energia elétrica – são basicamente vasos de pressão com os elementos de aquecimento, resistências ou de eletrodos (submerso ou de jato de água). Nas de eletrodo a corrente circula pela água.

3.3 - energia solar ou sistema solar de geração de energia – a energia solar é refletida por espelhos parabólicos para tubos coletores no mesmo eixo focal dos espelhos. Estes tubos contém óleo sintético que absorve e transporta a energia térmica para trocadores de calor onde transfere para a água vaporizando-a cede;

3.4 - energia nucleares – nestas o calor é gerado pela fissão do urânio nos reatores por onde circula a água recebendo energia de forma semelhante às caldeiras convencionais.

3.5 - e as chamadas caldeiras de recuperação – aproveitam os gases da combustão de uma turbina a gás, por exemplo.

4 – quanto ao tipo de montagem: caldeiras pré-montadas (compactas) e caldeiras montadas em campo.

5 – quanto à circulação de água: circulação natural ou forçada;

6 – quanto ao sistema de tiragem dos gases da combustão: de tiragem natural ou forçada. As caldeiras de tiragem forçada são de pressão positiva induzida por ventiladores e são mais utilizadas nas caldeiras de grande porte. As de circulação natural ou de pressão negativa devido ao arraste dos gases pela chaminé.

7 – quanto a pressão de operação – esta classificação é definida pelo Ministério