Os geradores de vapor, também chamados de caldeiras, são equipamentos que transformam a água em estado líquido para o estado de vapor (superaquecido ou saturado) através da queima de combustíveis ou de outras fontes de calor (energia elétrica, calor residual, energia nuclear entre outras).
Breve Histórico:
Não é de hoje que o homem percebeu que o vapor podia fazer as coisas se movimentarem.
A máquina a vapor foi a primeira maneira eficiente de produzir energia independentemente da força muscular do homem e do animal, e da força do vento e das águas correntes.
“A tampa de uma panela com água fervendo começa a pular: é uma máquina a vapor. Pode parecer rústica ao extremo, e realmente é, mas no GIF animado acima você confere o princípio de funcionamento da primeira máquina a vapor prática inventada por Thomas Newcomen em 1712, que não é muito diferente”.
Nessa máquina, o vapor gerado em uma caldeira era enviado para um cilindro localizado em cima da caldeira. Um pistão era puxado para cima por um contrapeso. Depois que o cilindro ficava cheio de vapor, injetava-se água nele, fazendo o vapor condensar.
Isso reduzia a pressão dentro do cilindro e fazia o ar externo empurrar o pistão para baixo. Um balancim era ligado a uma haste que levantava o êmbolo quando o pistão se movia para baixo. O vácuo resultante retirava a água de poços de mina inundados.
No século XX, a máquina a vapor, como fornecedora de energia foi sendo substituída por:
· turbinas a vapor, para a geração de energia elétrica; · motores de combustão interna para transporte; · geradores para fontes portáteis de energia; · por motores elétricos, para uso industrial e doméstico.
Mesmo assim, o vapor ainda hoje tem extensa aplicação industrial, nas mais diversas formas, dependendo do tipo de indústria e da região onde está instalada.
É um sistema de geração de vapor, na qual a água em estado líquido, circulando em seu interior é transformada em vapor através do calor liberado na queima de um combustível (combustão)
* 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.
Tipos de Caldeiras:
Flamotubulares : São aquelas em que os gases provenientes da combustão (gases quentes) circulam no interior dos tubos e a água a ser aquecida ou vaporizada circula pelo lado de fora.
Esse tipo de caldeira, geralmente de pequeno porte, apresenta baixa eficiência e é utilizada apenas para pressões reduzidas.
Utiliza qualquer tipo de combustível, líquido, sólido ou gasoso. É muito comum o seu uso com óleo e gás.
Muito utilizada em razão do seu baixo valor de investimento se comparado com as caldeiras aquatubulares, e da facilidade de manutenção.
Aquatubulares : Nessas caldeiras, a água a ser aquecida passa pelo interior de tubos que, por sua vez, são envolvidos por gases de combustão
Os tubos podem estar organizados em feixes, como nos trocadores de calor – e as caldeiras que os contêm apresentam a forma de um corpo cilíndrico – ou em paredes de água, como nas caldeiras maiores.
Uma caldeira aquatubular pode custar até 50% mais do que uma caldeira flamotubular de capacidade equivalente.
Ela apresenta uma maior capacidade de produção de vapor por unidade de área de troca de calor e a possibilidade de utilizar temperatura superior a 450 oC e pressão acima de 60 kgf/cm2.
Resumindo:
Mistas: Basicamente são caldeiras flamotubulares com uma antecâmara de combustão com paredes revestidas de tubos de água.
É uma solução prática e eficiente quando se tem disponibilidade de combustível sólido a baixo custo.
Exite a possibilidade de queimar combustível líquido ou gasoso, com a instalação de queimadores apropriados.
Caldeira flamotubular com ante-fornalha de paredes de água.
A necessidade de utilização de combustíveis sólidos para caldeiras de pequena capacidade fez surgir uma solução híbrida que são as caldeiras mistas.
Na antecâmara se dá a combustão de sólidos através de grelhas de diversos tipos possibilitando assim o espaço necessário para os maiores volumes da câmara de combustão necessários a combustão de sólidos, principalmente em grandes tamanhos, tais como lenha em toras, cavacos, etc, além da possibilidade de retirada de cinzas por baixo das grelhas (o cinzeiro).
O rendimento térmico destas caldeiras são menores que as flamotubulares, devido a perda de calor pela antecâmara.
Estruturas de uma caldeira:
câmara de combustão, ou fornalha, onde o combustível é queimado;
câmara de água, que contém a água a ser aquecida;
câmara de vapor, situada acima do nível da água, e que recebe o vapor formado
As caldeiras eficientes geralmente são de três passes, isto é, os gases quentes são obrigados a cruzar três vezes o feixe de tubos que conduz a água a ser aquecida. A distribuição de fluxo se dá na câmara de reversão, na qual a temperatura dos gases atinge valores próximos a 1.000 o C. Economia de energia nas caldeiras:
Regulagem da combustão: Isso significa ajustar o ar de combustão para a combustão mais econômica.
Controle da fuligem e das incrustações.
Monitoração da eficiência da caldeira.
Redução das perdas de calor.
Ponto de operação da caldeira.
Norma Regulamentadora – NR 13 :No Brasil, desde 1943, a CLT contempla a preocupação com a segurança em caldeiras. Porém, apenas a partir de 1978, foi criada a norma sobre Caldeiras e Recipientes de Pressão, a NR 13, que estabeleceu medidas de segurança para os usuários desses sistemas. Outros órgãos reguladores também têm feito importantes contribuições na questão da segurança e dos estudos desses equipamentos, como o Inmetro, IBP e Abiquim. A caldeira não é apenas uma máquina no processo produtivo, e um problema apresentado por ela não significa somente uma parada para manutenção. Em muitas situações, essa parada pode gerar uma paralisação total da produção. Se o equipamento não for corretamente operado, monitorado, manuseado e não for realizada a sua devida manutenção, esse equipamento tem um grande potencial de gerar sérios problemas com a segurança, pois ele trabalha com grandezas de risco como pressão e temperatura. Uma má manutenção pode gerar explosões capazes de destruir uma indústria e ferir muitas pessoas. Os responsáveis pela manutenção e operação da caldeira, bem como o responsável pela indústria, respondem civil e criminalmente pelo fato. Uma correta utilização do equipamento gera não somente um ganho energético no processo produtivo, mas um ganho de segurança para os operários e as comunidades do entorno.
Vídeo a respeito dos sistemas de segurança de uma caldeira.
Menor quantidade possível de sais e óxidos dissolvidos.
Ausência de oxigênio e outros gases dissolvidos.
Isenta de materiais em suspensão.
Ausência de materiais orgânicos.
Temperatura elevada.
pH adequado (faixa alcalina).
Mais informações : http://www.snatural.com.br/PDF_arquivos/Torre-Caldeira-Tratamento-Agua-Caldeira.pdfResposta G.3: Os calibradores de nível são essenciais para medir o intervalo de água/vapor dentro das caldeiras, devem ser de extrema confiabilidade, pois são eles quem evitam que a caldeira superaqueça ou que o vapor gerado seja de baixa qualidade(arrastando umidade em excesso). Resposta G.5: O tipo de caldeira escolhida varia de acordo com as especificações de cada empresa, para que assim atendam a demanda da forma mais eficaz e segura possível, porém as mais comuns em polos petroquímicos são as aquatubulares por apresentar uma maior capacidade de produção de vapor por unidade de área de troca de calor e a possibilidade de utilizar temperatura superior a 450 oC e pressão acima de 60 kgf/cm2.Resposta G.1: As medidas necessárias são efetuadas através de dispositivos de seguranças, que devem ser frequentemente revisados por um técnico ou qualquer individuo capacitado. Basicamente, os diversos tipos de caldeiras (flamotubulares e aquatubulares) possuem os mesmos requisitos de vistorias e equipamentos de segurança, variando apenas, quanto no tipo de combustível empregado na caldeira. OPERAÇÃO DE GERADORES DE VAPORUma unidade geradora de vapor deve estar permanentemente em boas condições de operação e preservação. Há um mínimo de prescrição que deveriam ser do pleno conhecimento dos operadores de caldeiras, a saber: 1º - Inspecionar diariamente o corpo de nível, promovendo a descarga do indicador de nível, das torneiras de prova e do próprio corpo de nível. Quando se constata algum defeito NUNCA SE DEVE INJETAR ÁGUA imediatamente no interior da caldeira. Deve-se apagar o fogo e esfriar a caldeira, para evitar explosões. 2º - Testar diariamente a válvula de segurança, constatando se abre e fecha automaticamente sem desprender vapor a pressão inferior a sua operação. Esta operação deve ser feita com cuidado para não desnivelar o contrapeso da válvula. 3º - Descarregar diariamente a caldeira, conforme prescrições de tratamento de água. 4º - Manter os vidros indicadores de nível, aparelhos indicadores em geral, perfeitamente limpos, a fim de evitar erros de leitura. Se o vidro de nível internamente estiver embaçado, na primeira parada semanal deve-se limpá-lo. 5º - Não exceder à pressão de trabalho da caldeira, para evitar salvas da válvula de segurança. 6º - No caso de operar com óleo combustível, NUNCA APROVEITAR A INCANDESCÊNCIA DA FORNALHA, para acender novamente (reacender) o queimador. Cada vez que acender o queimador, deve-se introduzir uma tocha. 7º - Extrair uma amostra de água de alimentação e de descarga diariamente, para controle de tratamento. INSPEÇÃO DA CALDEIRA A VAPOR Cabe ao técnico, digo, ao departamento técnico acompanhar o estudo geral da caldeira. Quando o usuário não possui elemento qualificado para proceder a esta inspeção recomendase contratar uma firma reconhecida e especializada. Recomenda-se acompanhar as normas NB - 55 Para mais informações:Visitarhttp://www.saudeetrabalho.com.br/download/gera-vapor.pdf, PARTE 3 - NR-13 CALDEIRAS E VASOS DE PRESSÃO .
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