Trabalho de Operações III Caldeiras

UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA

HELLOCKSTON GOMES DE BRITO

HERBET LIMA OLIVEIRA

JOANA ANGELICA FRANCO OLIVEIRA

 MANOEL TEODORO DA SILVA

CALDEIRAS INDUSTRIAIS

João Pessoa

2019

HELLOCKSTON GOMES DE BRITO

HERBET LIMA OLIVEIRA

JOANA ANGELICA FRANCO OLIVEIRA

 MANOEL TEODORO DA SILVA

CALDEIRAS INDUSTRIAIS

Trabalho apresentado junto ao curso de Engenharia Química da disciplina de Operaçõe Unitárias II como atividade geradora de nota.

Orientadora: Profª. Drª. Josilene de Assis Cavalcante

João Pessoa

2019

Sumário

INTRODUÇÃO        4

IMPORTÂNCIA DO VAPOR NA INDÚSTRIA        5

TIPOS DE CALDEIRAS        6

CALDEIRAS FLAMOTUBULARES        8

Caldeiras de tubos verticais        9

Caldeiras de tubos horizontais        10

Partes das caldeiras flamotubulares        15

CALDEIRAS AQUATUBULARES        16

Tipos de caldeiras aquatubulares        16

CALDEIRAS ELÉTRICAS        22

Tipos de caldeiras elétricas        24

NR-13        26

ESTUDO DE CASO        28

REFERÊNCIAS        31

INTRODUÇÃO

Caldeira é o nome popular dado aos equipamentos geradores de vapor, cujo o uso e aplicações têm sido de grande valia e primordial dentro da indústria e também na geração de energia elétrica nas conhecidas termelétricas, refinarias e etc.

As caldeiras são usadas durante a produção de vapor d’água  ou aquecimento de fluidos térmicos. Tomando como exemplo prático uma refinaria de petróleo, a maior parte do vapor gerado e utilizado são produzidos em caldeiras, e uma outra pequena parte são gerados em refervedores, com o aproveitamento de calor residual em alguns processos. Logo, as atividades que precisam de vapor para que ocorram seu funcionamento, principalmente, vapor d’água pela sua abundância, têm como componente essencial para sua geração, a caldeira.

São equipamentos que operam com pressões acima da pressão atmosférica e por isso constituem um risco eminente no seu manuseio. Em grande parte das aplicações industriais elas operam até 20 vezes maior que a pressão atmosférica e nas aplicações para a produção de energia elétrica de 60 a 100 vezes maior, podendo chegar até a 250 vezes.

A energia pode ser obtida de diversas formas, seja pela queima de um combustível sólido, líquido ou gasoso, ou por conversão de energia elétrica. Há também a forma de fissão nuclear, que é o que ocorre nos casos de usinas termonucleares.

Dentre os aspectos que regem o funcionamento de uma caldeira podemos citar princípios e conceitos termodinâmicos, tipos e classificação das caldeiras, principais acessórios, riscos de explosão, tratamento de água de caldeiras e normas regulamentadoras.

Quanto à classificação, as caldeiras, classificam-se em:

• Classes de pressão;
• Grau de automoção;
• Tipo de energia empregada;
• Tipo de troca térmica.

Outras classificação é dada pela NR-13:

• Categoria A:  caldeira cuja pressão de operação é superior a 1960 kPa (19, 98kgf/cm2);
• Categoria B: caldeiras com pressão de operação igual ou inferior a 588 kPa (5,99kgf/cm2) e volume interno igual ou inferior a 100 litros;

Categoria C:  caldeiras que não se enquadram nas categorias anteriores.

IMPORTÂNCIA DO VAPOR NA INDÚSTRIA

Vapor de água é usado como meio de geração, transporte e utilização de energia desde os primórdios do desenvolvimento industrial.  Inúmeras razões colaboraram para a geração de energia através do vapor. A água é o composto mais abundante da Terra e portanto de fácil obtenção e baixo custo.  Na forma de vapor tem alto conteúdo de energia por unidade de massa e volume.  As relações temperatura e pressão de saturação permitem utilização como fonte de calor a temperaturas médias e de larga utilização industrial com pressões de trabalho perfeitamente toleráveis pela tecnologia disponível, já há muito tempo.  Grande parte da geração de energia elétrica do hemisfério norte utiliza vapor de água como fluído de trabalho em ciclos termodinâmicos, transformando a energia química de combustíveis fósseis ou nucleares em energia mecânica, e em seguida, energia elétrica.  Toda indústria de processo químico tem vapor como principal fonte de aquecimento: reatores químicos, trocadores de calor, evaporadores, secadores e inúmeros processos e equipamentos térmicos.  Mesmo outros setores industriais, como metalúrgico, metal-mecânico, eletrônica, etc., podem-se utilizar de vapor como fonte de aquecimentos de diversos processos.  Vapor saturado tem a grande vantagem de manter temperatura constante durante a condensação a pressão constante.  A pressão de condensação do vapor saturado controla indiretamente a temperatura dos processos.  O controle de pressão, por ser um controle mecânico de ação direta é conseguido muito mais fàcilmente que o controle direto de temperatura.  A faixa de temperaturas até 170 ºC utiliza vapor saturado até 10 kgf/cm2 , cuja temperatura de saturação é 183 ºC.  Nesta faixa está a grande maioria de pequenos e médios consumidores de vapor. Maiores temperaturas são possíveis a custa do aumento da pressão de saturação, o que implica num maior custo de investimento devido a necessidade de aumento da resistência mecânica e requisitos de fabricação e inspeção do gerador de vapor.  O limite da temperatura de vapor saturado é o ponto crítico, a 374 ºC e 218 atmosferas.  Não é vantajoso utilizar-se vapor superaquecido para processos de aquecimento a temperaturas mais altas, já que perderíamos a facilidade de controle de temperatura e diminuiríamos drasticamente a disponibilidade de energia por unidade de massa ou volume de vapor.  Vapor superaquecido é utilizado e produzido para geração de energia elétrica ou mecânica em ciclos termodinâmicos, e neste caso a limitação de temperaturas de trabalho fica por conta dos materiais de construção empregados.  Em utilização industrial, poderíamos arbitrar uma classificação de geradores de vapor em relação a pressão de trabalho:   - baixa pressão:  até 10 kgf/cm2   - média pressão: de 11 a 40 kgf/cm2   - alta pressão: maior que 40 kgf/cm2