Noções Básicas sobre Caldeiras

Noções Básicas sobre Caldeiras

Para compreender o uso e a necessidade das caldeiras ou geradores de vapor, é necessário o conhecimento prévio do ciclo básico de evolução do vapor d’água. A figura que segue representa uma instalação de vapor bastante elementar. Segue-se um ligeiro estudo desta aparelhagem que é a base de todas as instalações modernas a vapor.

A água de alimentação é aquecida no tubulão de vapor e no feixe tubular da caldeira, transformada assim, em vapor. Este vapor passa pelo superaquecedor e recebe uma quantidade adicional de calor, para elevar sua temperatura até o grau desejado. Este vapor (vapor principal) vai ter à turbina de alta pressão e depois a de baixa pressão, onde a energia do vapor é convertida em energia mecânica ou trabalho. A pressão e a temperatura do vapor caem, à proporção que ele se expande, nos vários estágios das turbinas de alta e baixa pressão. O vapor é finalmente descarregado no condensador principal, onde entra em contato com tubos dentro dos quais circula água do mar, nas instalações marítimas e de um rio nas instalações terrestres. A água resfria os tubos e o vapor se condensa a proporção que entra em contato com eles.

Quando o vapor se transforma em água, em virtude da condensação, o seu volume é muito diminuído. Dessa diminuição de volume resulta um vácuo no condensador, que é mantido pelo ejetor de ar. Como a turbina descarrega num meio de pressão mais baixa, produz mais trabalho. O vapor condensado, chamado simplesmente de condensado, é aspirado pela bomba de extração de condensado, mandando para o condensador do ejetor de ar onde é aquecido pelo vapor usado no ejetor de ar, que se condensa e vai ter no tanque de desarejamento. No tanque de desarejamento o condensado é aquecido pelo vapor de descarga das auxiliares e desarejado (remoção de ar) por meios mecânicos.

O condensado constitui, assim, a água de alimentação, cuja pressão é aumentada ao passar por uma bomba de recalque. A seguir vai ter à aspiração da bomba de alimentação. Assim a bomba de alimentação aspira da rede de recalque e descarrega a água de alimentação, sob pressão superior à pressão da caldeira, no economizador da mesma. No economizador, a temperatura da água de alimentação aumenta ainda mais, antes de ser descarregada no tubulão de vapor, de modo a recomeçar o ciclo. Conforme se vê na figura, o suplemento da alimentação é introduzido no sistema, quando necessário, via condensador principal.

Grau de superaquecimento do vapor

A diferença entre a temperatura do vapor superaquecido e a temperatura de saturação, correspondente a sua pressão, é chamada de grau de superaquecimento.

Tipos de Caldeiras:

Flamotubulares;

Aquatubulares.

Caldeiras flamotubulares

As caldeiras de tubos de fogo ou tubos de fumaça, flamotubulares ou ainda gás-tubulares são aquelas em que os gases provenientes da combustão "fumos" (gases quentes e/ou gases de exaustão) atravessam a caldeira no interior de tubos que se encontram circundados por água, cedendo calor à mesma.

O rendimento térmico da caldeira flamotubular é normalmente mais baixo e o espaço ocupado por ela é proporcionalmente maior, embora atualmente já existem modelos compactos desse tipo de caldeira. Apesar dessas restrições, seu emprego pode ser indicado de acordo com as necessidades particulares de cada processo industrial, sendo adequado para pequenas instalações industriais.

Componentes das Caldeiras:

Macro componentes

Fornalha: principal equipamento para a queima do combustível. Entre as suas funções estão incluídas:

A mistura ar-combustível, a atomização e vaporização do combustível e a conservação de uma queima contínua da mistura.

Cinzeiro: local de deposição das cinzas e restos de combustível que caem da fornalha.

Câmara de Combustão: às vezes se confundem com a fornalha, sendo que, em outras é completamente

independente. É um volume que tem a função de manter a chama numa temperatura elevada com duração

suficiente para que o combustível queime totalmente antes dos produtos alcançarem os feixes (dutos) de troca de calor.

Caldeira de Vapor (Tambor de Vapor): constituída por um vaso fechado à pressão contendo água que será transformada em vapor.

Superaquecedor: consiste de um ou mais feixes tubulares, destinados a aumentar a temperatura do vapor gerado na caldeira.

Reaquecedor: tem função equivalente a dos superaquecedores de combustão pré-aquecendo o ar utilizado na queima de combustível. Aquece o ar entre 120 e 300 ºC, dependendo do tipo de instalação e do tipo de combustível queimado.. A sua presença torna-se necessária quando se deseja elevar a temperatura do vapor proveniente de estágios intermediários de uma turbina.

Grelhas: utilizadas para amparar o material dentro da fornalha, podendo ser fixas, rotativas e inclinadas.

Economizador: utilizando o calor residual dos gases, aquece a água de alimentação. É normalmente instalado após os superaquecedores. Além de melhorar o rendimento da unidade, sua instalação minimiza o choque térmico entre a água de alimentação e a já existente no tambor.

Aquecedor de Ar: aproveita o calor residual dos gases

Condutos de Fumo: são canais que conduzem os gases da combustão até a chaminé.

Chaminé: tem função de retirar os gases da instalação lançando-os na atmosfera (tiragem).

Retentor de Fuligem: tem como função separar a fuligem, resultante da queima não estequiométrica do combustível, dos gases antes dos mesmos saírem pela chaminé.

Visor de Nível: é um tubo de vidro colocado no tambor de vapor, que tem por finalidade dar ao operador a

noção exata da altura onde se encontra a água da caldeira.

Controlador de Nível: são equipamentos que controlam o nível de água na caldeira. Podem ser constituídos de várias formas, sendo os mais usados os de eletrodos