Pressão na caldeira e nos vapores

Caldeira e Pressão a Vapor

Conceitos gerais

Calor e Temperatura, Mecanismos de Transferência de Calor (Condução, Convecção, Radiação), Combustão, Caldeiras, Vaso de Pressão

A geração de vapor é uma importante operação industrial, presente em uma infinidade de processos e segmentos.

Geração de energia elétrica nas usinas termelétricas e nucleares

Papel e Celulose

Açúcar e Álcool

Indústrias químicas e petroquímicas em geral

Refinarias de petróleo

Frigoríficos, abatedouros e laticínios

Indústrias têxteis e de tintas/ vernizes

Cervejarias e bebidas em geral

Indústrias de processamento de madeira e borracha

Navegação marítima e fluvial

Diversas indústrias alimentícias e farmacêuticas, entre muitos outros.

Atualmente, o vapor constitui o modo mais econômico e prático de se transferir calor, até certo limite, em processos industriais.

Um ditado popular no âmbito industrial diz que: “O vapor movimenta o mundo”.

Calor e temperatura

Calor: É uma forma de energia térmica em trânsito, ou seja, está sempre se transferindo de um corpo com maior temperatura para um corpo de menor temperatura. O calor não pode ser armazenado; o que pode ser feito é apenas facilitar ou dificultar sua transferência.

1ª Lei da Termodinâmica:

o calor contido em dois corpos em comunicação entre si, e isolados de outro meio, não pode ser criado ou destruído. Pode sim, transferir-se de um corpo para o outro até estabelecer-se equilíbrio térmico entre eles.

2ª Lei da Termodinâmica

O calor somente flui do corpo mais quente para o mais frio.

Temperatura: É uma medida da energia cinética, isto é, da energia de vibração das moléculas que compõem um certo corpo. Quanto mais intensa é a vibração das moléculas, maior será a temperatura do corpo em questão. É justamente a diferença de temperatura entre dois corpos que promove a transferência de calor.

Mecanismos de transferência de calor: condução É um método no qual o calor flui pelo contato direto, molécula a molécula, do corpo. Ocorre normalmente em corpos sólidos. Nas caldeiras, a condução ocorre no metal dos tubos e dispositivos de troca térmica, onde o calor flui da face de maior temperatura (em contato com os gases quentes ou fornalha) para a de menor temperatura (por onde circula a água).

Mecanismos de transferência de calor: convecção É um processo que consiste basicamente na transferência de calor envolvendo corpos fluidos (líquidos ou gases). A convecção é sinal de movimento, podendo ser natural ou forçada. Nas caldeiras, ocorre transferência de calor por convecção dos gases quentes para as superfícies dos tubos e das superfícies aquecidas dos tubos para a água.

Mecanismos de transferência de calor: radiação É um processo predominante em temperaturas mais elevadas (acima de 500ºC). O calor neste caso é transmitido por meio de ondas eletromagnéticas. Altamente dependente da diferença de temperatura. Numa caldeira, ocorre transferência por radiação do fogo para a área irradiada da caldeira.

Combustão A combustão nada mais é do que uma reação de oxidação de um material denominado “combustível” com o oxigênio (comburente), liberando calor. A equação genérica para o processo é:

COMBUSTÍVEL + OXIGÊNIO  CALOR + Produtos (CO2, H2O, CO, etc.)

Diversos combustíveis são usados para queima em caldeiras de produção de vapor. Entre eles destacam-se: lenha, óleos pesados, óleo de xisto, gás (natural e GLP), gases de alto forno ou de hulha, gases de escape de turbinas a gás, carvão mineral, bagaço de cana, palha de arroz, resíduos em geral, cavacos e cascas de madeira, licor negro (caldeira de recuperação), entre outros.

Caldeiras

Introdução

Tipos de Equipamento

Caldeiras Fogotubulares (ou flamotubulares)

Caldeiras Aquatubulares

As caldeiras (“boilers” do inglês) são equipamentos destinados basicamente à produção de vapor, seja ele saturado ou superaquecido.

Dentro de uma unidade de processo, a caldeira é um equipamento de elevado custo e responsabilidade, cujo projeto, operação e manutenção são padronizados e fiscalizados por uma série de normas, códigos e legislações. No Brasil, o Ministério do Trabalho é responsável pela aplicação da NR-13, que regulamenta todas as operações envolvendo caldeiras e vasos de pressão no território nacional.

Caldeira a Vapor

Atualmente, existem caldeiras com capacidade para produzir ate 3 ou 4 toneladas de vapor por hora e sabe-se que o fator limitante dessa característica é o tamanho da unidade, que se assemelha cada vez mais, a uma verdadeira fabrica de vapor. Por outro lado, a limitação das pressões relaciona-se às propriedades metalúrgicas dos materiais empregados, permitindo, no entanto, a existência de caldeiras que operem a pressões acima de 200 atmosferas, ou seja, “pressão critica”, onde se igualam determinadas características da água nas fases liquida e de vapor.

Caldeiras Fogotubulares (ou flamotubulares) São equipamentos derivados das caldeiras antigas, onde o fogo e os gases quentes da combustão circulam no interior dos tubos e a água a ser vaporizada circula pelo lado de fora. Ambos são contidos por uma carcaça cilíndrica denominada casco. Os tubos podem ser verticais ou horizontais, dependendo do modelo.

Normalmente este tipo de caldeira tem produção de vapor limitada a cerca de 40 t/ h e pressão de operação máxima de 16 Kgf/ cm2.

Caldeira fogotubular, como o nome sugere, é uma caldeira em que a queima e os gases dela

resultantes fluem