NR-13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras

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1 NR-13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras

2 NR 13 - Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras Macaé, RJ

3 ÍNDICE ANEXOS NOÇÕES DE GRANDEZAS E UNIDADES PRESSÃO PRESSÃO ATMOSFÉRICA PRESSÃO INTERNA DE UM VASO PRESSÃO MANOMÉTRICA, PRESSÃO RELATIVA E PRESSÃO ABSOLUTA UNIDADES DE PRESSÃO CALOR E TEMPERATURA NOÇÕES GERAIS: O QUE É CALOR, O QUE É TEMPERATURA MODOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR CALOR ESPECÍFICO E CALOR SENSÍVEL TRANSFERÊNCIA DE CALOR À TEMPERATURA CONSTANTE VAPOR SATURADO E VAPOR SUPERAQUECIDO CALDEIRAS - CONDIÇÕES GERAIS TIPOS DE CALDEIRAS E SUAS UTILIZAÇÕES CALDEIRAS FLAMOTUBULARES CALDEIRAS AQUATUBULARES CALDEIRAS A COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS CALDEIRAS A COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS CALDEIRAS A GÁS CALDEIRAS DE RECUPERAÇÃO CALDEIRAS ELÉTRICAS PARTES DE UMA CALDEIRA PARTES DE UMA CALDEIRA FLAMOTUBULARES PARTES DE UMA CALDEIRA AQUATUBULAR INSTRUMENTOS E DISPOSITIVOS DE CONTROLE DE CALDEIRA DISPOSITIVO DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO INDICADORES DE NÍVEL SISTEMA DE CONTROLE DE NÍVEL INDICADORES DE PRESSÃO ACESSÓRIOS PARA MANÔMETROS... 94

4 DISPOSITIVOS DE SEGURANÇA DISPOSITIVOS AUXILIARES TUBULAÇÕES, VÁLVULAS E ACESSÓRIOS TIRAGEM DE FUMAÇA OPERAÇÃO DE CALDEIRAS PARTIDA E PARADA REGULAGEM E CONTROLE TEMPERATURA PRESSÃO NA FORNALHA CONTROLE DE NÍVEL DE ÁGUA CONTROLE DE POLUENTES FALHAS DE OPERAÇÃO, CAUSAS E PROVIDÊNCIAS ROTEIRO DE VISTORIA DIÁRIA OPERAÇÃO DE UM SISTEMA DE VÁRIAS CALDEIRAS PROCEDIMENTO EM SITUAÇÕES DE EMERGÊNCIA TRATAMENTO DE ÁGUA E MANUTENÇÃO DE CALDEIRAS IMPUREZAS DA ÁGUA E SUAS CONSEQUÊNCIAS TRATAMENTO DE ÁGUA DE CALDEIRAS MANUTENÇÃO DE CALDEIRAS PREVENÇÃO CONTRA EXPLOSÕES E OUTROS RISCOS RISCOS DE EXPLOSÃO OUTROS RISCOS DE ACIDENTES E RISCOS À SAÚDE LEGISLAÇÃO E NORMALIZAÇÃO NORMAS TÉCNICAS BRASILEIRAS REGULAMENTAÇÕES DO MINISTÉRIO DO TRABALHO RESUMO DAS NR S A NORMA NR-13 CALDEIRAS REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA...189

5 Nome do Arquivo NR13 Caldeiras Apostila - PT - REV01.doc

6 REGRAS REGRAS FALCK Respeite todos os sinais de advertência, avisos de segurança e instruções; Roupas soltas, joias, piercings etc. não devem ser usados durante os exercícios práticos; Não é permitido o uso de camiseta sem manga, shorts ou minissaias, sendo obrigatório o uso de calças compridas e de calçados fechados; Terão prioridade de acessar o refeitório instrutores e assistentes; Não transite pelas áreas de treinamento sem prévia autorização. Use o EPI nas áreas recomendadas; Os treinandos são responsáveis por seus valores. Armários com cadeado e chaves estão disponíveis e será avisado quando devem ser usados. A Falck Safety Services não se responsabiliza por quaisquer perdas ou danos; O fumo é prejudicial à saúde. Só é permitido fumar em áreas previamente demarcadas; Indivíduos considerados sob efeito do consumo de álcool ou drogas ilícitas serão desligados do treinamento e reencaminhados ao seu empregador; Durante as instruções telefones celulares devem ser desligados; Aconselha-se que as mulheres não façam o uso de sapato de salto fino; Não são permitidas brincadeiras inconvenientes, empurrões, discussões e discriminação de qualquer natureza; Os treinandos devem seguir instruções dos funcionários da Falck durante todo o tempo; É responsabilidade de todo treinando assegurar a segurança do treinamento dentro das melhores condições possíveis. Condições ou atos inseguros devem ser informados imediatamente aos instrutores; Fotografias, filmagens ou qualquer imagem de propriedade da empresa, somente poderá ser obtida com prévia autorização;

7 Gestantes não poderão realizar os treinamentos devido aos exercícios práticos; Se, por motivo de força maior, for necessário ausentar-se durante o período de treinamento, solicite o formulário específico para autorização de saída. Seu período de ausência será informado ao seu empregador e se extrapolar o limite de 10% da carga horária da Disciplina, será motivo para desligamento; A Falck Safety Services garante a segurança do transporte dos treinandos durante a permanência na Empresa em veículos por ela designados, não podendo ser responsabilizada em caso de transporte em veículo particular; Os Certificados/Carteiras serão entregues à Empresa contratante. A entrega ao portador somente mediante prévia autorização da Empresa contratante. Alunos particulares deverão aguardar o resultado das Avaliações e, quando aprovados, receber a Carteira do Treinamento; Pessoas que agirem em desacordo com essas regras ou que intencionalmente subtraírem ou danificarem equipamentos serão responsabilizadas e tomadas as providências que o caso venha a exigir. DIRETRIZES GERAIS DO CURSO Quanto à Estruturação do Curso O candidato, no ato da matrícula, deverá apresentar à instituição que vai ministrar o curso, cópia e o original (para verificação) ou cópia autenticada dos seguintes comprovantes: Ter mais de dezoito (18) anos, no dia da matrícula; Ter concluído o ensino fundamental; Atestado de boas condições de saúde física e mental;

8 Quanto à Frequência às Aulas O aluno deverá obter o mínimo de 90% de freqüência no total das aulas ministradas no curso. Para efeito das alíneas descritas acima, será considerada falta: o não comparecimento às aulas, o atraso superior a 10 minutos em relação ao início de qualquer atividade programada ou a saída não autorizada durante o seu desenvolvimento. Quanto à Aprovação no Curso Será considerado aprovado o aluno que: Obtiver nota igual ou superior a 6,0 (seis) em uma escala de 0 a 10 (zero a dez) na avaliação teórica e alcançar o conceito satisfatório nas atividades práticas. Tiver a freqüência mínima exigida (90%). Caso o aluno não cumpra as condições descritas nas alíneas acima, será considerado reprovado. CERTIFICAÇÃO A certificação deste curso está em acordo com a NR-13 pela Portária SIT n.º 594, de 28 de abril 2014, altera a Norma Regulamentadora n.º 13 Caldeiras e Vasos de Pressão. Que estabelece requisitos mínimos para gestão da integridade estrutural de caldeiras a vapor, vasos de pressão e suas tubulações de interligação nos aspectos relacionados à instalação, inspeção, operação e manutenção, visando à segurança e à saúde dos trabalhadores. RESOLUÇÕES DA NR-13 Operações de unidades que possuam caldeiras, item Pré-requisitos mínimos para treinamento, item A1. 2.

9 Obrigatoriedade do "Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo, item A1. 1. Cumprimento de estágio prático supervisionado, item A 1.5. Reciclagem dos trabalhadores, item A 1.6. OBJETIVO Fornecer conhecimentos ao aluno a fim de permitir que ele/ela identifique e siga as instruções da regulamentação de segurança NR-13, para obter conhecimentos sobre os requisitos da norma visando à adequação ao "Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo, bem como, das suas últimas atualizações.

10 ANEXOS NR-13 CALDEIRAS, VASOS DE PRESSÃO E TUBULAÇÕES Publicação D.O.U. Portaria GM n.º 3.214, de 08 de junho de /07/78 Alterações/Atualizações D.O.U. Portaria SSMT n.º 12, de 06 de junho de /06/83 Portaria SSMT n.º 02, de 08 de maio de /06/84 Portaria SSST n.º 23, de 27 de dezembro de 1994 Rep.: 26/04/95 Portaria SIT n.º 57, de 19 de junho de /06/08 Portaria MTE n.º 594, de 28 de abril de /04/14 (Redação dada pela Portaria MTE n.º 594, de 28 de abril de 2014). SUMÁRIO: Introdução Abrangência Disposições Gerais Caldeiras Vasos de Pressão Tubulações Glossário Anexo I - Capacitação de Pessoal. Anexo II - Requisitos para Certificação de Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos Introdução Esta Norma Regulamentadora - NR estabelece requisitos mínimos para gestão da integridade estrutural de caldeiras a vapor, vasos de pressão e suas tubulações de interligação nos aspectos relacionados à instalação, inspeção, operação e manutenção, visando à segurança e à saúde dos trabalhadores. P á g i n a 10

11 O empregador é o responsável pela adoção das medidas determinadas nesta NR Abrangência Esta NR deve ser aplicada aos seguintes equipamentos: a) todos os equipamentos enquadrados como caldeiras conforme item ; b) vasos de pressão cujo produto P.V seja superior a 8 (oito), onde P é a pressão máxima de operação em kpa e V o seu volume interno em m3; c) vasos de pressão que contenham fluido da classe A, especificados no item , alínea a), independente das dimensões e do produto P.V; d) recipientes móveis com P.V superior a 8 (oito) ou com fluido da classe A, especificados no item , alínea a) ; e) tubulações ou sistemas de tubulação interligados a caldeiras ou vasos de pressão, que contenham fluidos de classe A ou B conforme item , alínea a) desta NR Os equipamentos abaixo referenciados devem ser submetidos às inspeções previstas em códigos e normas nacionais ou internacionais a eles relacionados, ficando dispensados do cumprimento dos demais requisitos desta NR: a) recipientes transportáveis, vasos de pressão destinados ao transporte de produtos, reservatórios portáteis de fluido comprimido e extintores de incêndio; b) vasos de pressão destinados à ocupação humana; c) vasos de pressão que façam parte integrante de pacote de máquinas de fluido rotativas ou alternativas; d) dutos; P á g i n a 11

12 e) fornos e serpentinas para troca térmica; f) tanques e recipientes para armazenamento e estocagem de fluidos não enquadrados em normas e códigos de projeto relativos a vasos de pressão; g) vasos de pressão com diâmetro interno inferior a 150 mm (cento e cinquenta milímetros) para fluidos das classes B, C e D, conforme especificado no item , alínea a) ; h) trocadores de calor por placas corrugadas gaxetadas; i) geradores de vapor não enquadrados em códigos de vasos de pressão; j) tubos de sistemas de instrumentação com diâmetro nominal 12,7 mm (doze milímetros e sete décimos); k) tubulações de redes públicas de tratamento e distribuição de água e gás e de coleta de esgoto Disposições Gerais Constitui condição de risco grave e iminente - RGI o não cumprimento de qualquer item previsto nesta NR que possa causar acidente ou doença relacionada ao trabalho, com lesão grave à integridade física do trabalhador, especialmente: a) operação de equipamentos abrangidos por esta NR sem dispositivos de segurança ajustados com pressão de abertura igual ou inferior a pressão máxima de trabalho admissível - PMTA, instalado diretamente no vaso ou no sistema que o inclui, considerados os requisitos do código de projeto relativos a aberturas escalonadas e tolerâncias de calibração; b) atraso na inspeção de segurança periódica de caldeiras; c) bloqueio inadvertido de dispositivos de segurança de caldeiras e vasos de pressão, ou seu bloqueio intencional sem a devida P á g i n a 12

13 justificativa técnica baseada em códigos, normas ou procedimentos formais de operação do equipamento; d) ausência de dispositivo operacional de controle do nível de água de caldeira; e) operação de equipamento enquadrado nesta NR com deterioração atestada por meio de recomendação de sua retirada de operação constante de parecer conclusivo em relatório de inspeção de segurança, de acordo com seu respectivo código de projeto ou de adequação ao uso; f) operação de caldeira por trabalhador que não atenda aos requisitos estabelecidos no Anexo I desta NR, ou que não esteja sob supervisão, acompanhamento ou assistência específica de operador qualificado Por motivo de força maior e com justificativa formal do empregador, acompanhada por análise técnica e respectivas medidas de contingência para mitigação dos riscos, elaborada por Profissional Habilitado - PH ou por grupo multidisciplinar por ele coordenado, pode ocorrer postergação de até 6 (seis) meses do prazo previsto para a inspeção de segurança periódica da caldeira O empregador deve comunicar ao sindicato dos trabalhadores da categoria predominante no estabelecimento a justificativa formal para postergação da inspeção de segurança periódica da caldeira Para efeito desta NR, considera-se Profissional Habilitado - PH aquele que tem competência legal para o exercício da profissão de engenheiro nas atividades referentes a projeto de construção, acompanhamento da operação e da manutenção, inspeção e supervisão de inspeção de caldeiras, P á g i n a 13

14 vasos de pressão e tubulações, em conformidade com a regulamentação profissional vigente no País Todos os reparos ou alterações em equipamentos abrangidos por esta NR devem respeitar os respectivos códigos de projeto e pós-construção e as prescrições do fabricante no que se refere a: a) materiais; b) procedimentos de execução; c) procedimentos de controle de qualidade; d) qualificação e certificação de pessoal Quando não for conhecido o código de projeto, deve ser respeitada a concepção original do vaso de pressão, caldeira ou tubulação, empregando-se os procedimentos de controle prescritos pelos códigos pertinentes A critério do PH podem ser utilizadas tecnologias de cálculo ou procedimentos mais avançados, em substituição aos previstos pelos códigos de projeto Projetos de alteração ou reparo - PAR devem ser concebidos previamente nas seguintes situações: a) sempre que as condições de projeto forem modificadas; b) sempre que forem realizados reparos que possam comprometer a segurança O PAR deve: a) ser concebido ou aprovado por PH; b) determinar materiais, procedimentos de execução, controle de qualidade e qualificação de pessoal; c) ser divulgado para os empregados do estabelecimento que estão envolvidos com o equipamento. P á g i n a 14

15 Todas as intervenções que exijam mandrilamento ou soldagem em partes que operem sob pressão devem ser objeto de exames ou testes para controle da qualidade com parâmetros definidos pelo PH, de acordo com normas ou códigos aplicáveis Os sistemas de controle e segurança das caldeiras e dos vasos de pressão devem ser submetidos à manutenção preventiva ou preditiva O empregador deve garantir que os exames e testes em caldeiras, vasos de pressão e tubulações sejam executados em condições de segurança para seus executantes e demais trabalhadores envolvidos O empregador deve comunicar ao órgão regional do Ministério do Trabalho e Emprego e ao sindicato da categoria profissional predominante no estabelecimento a ocorrência de vazamento, incêndio ou explosão envolvendo equipamentos abrangidos nesta NR que tenha como consequência uma das situações a seguir: a) morte de trabalhador (es); b) acidentes que implicaram em necessidade de internação hospitalar de trabalhador (es); c) eventos de grande proporção A comunicação deve ser encaminhada até o segundo dia útil após a ocorrência e deve conter: a) razão social do empregador, endereço, local, data e hora da ocorrência; b) descrição da ocorrência; c) nome e função da (s) vítima(s); d) procedimentos de investigação adotados; e) cópia do último relatório de inspeção de segurança do equipamento envolvido; f) cópia da comunicação de acidente de trabalho (CAT). P á g i n a 15

16 Na ocorrência de acidentes previstos no item , o empregador deve comunicar a representação sindical dos trabalhadores predominante do estabelecimento para compor uma comissão de investigação Os trabalhadores, com base em sua capacitação e experiência, devem interromper suas tarefas, exercendo o direito de recusa, sempre que constatarem evidências de riscos graves e iminentes para sua segurança e saúde ou de outras pessoas, comunicando imediatamente o fato a seu superior hierárquico É dever do empregador: a) assegurar aos trabalhadores o direito de interromper suas atividades, exercendo o direito de recusa nas situações previstas no item , e em consonância com o item da Norma Regulamentadora 9; b) diligenciar de imediato as medidas cabíveis para o controle dos riscos O empregador deverá apresentar, quando exigida pela autoridade competente do órgão regional do Ministério do Trabalho e Emprego, a documentação mencionada nos itens , e Caldeiras Caldeiras a vapor - disposições gerais Caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia, projetados conforme códigos pertinentes, excetuando-se refervedores e similares Para os propósitos desta NR, as caldeiras são classificadas em 3 (três) categorias, conforme segue: P á g i n a 16

17 a) caldeiras da categoria A são aquelas cuja pressão de operação é igual ou superior a 1960 kpa (19,98 kgf/cm2); b) caldeiras da categoria C são aquelas cuja pressão de operação é igual ou inferior a 588 kpa (5,99 kgf/cm2) e o volume interno é igual ou inferior a 100 l (cem litros); c) caldeiras da categoria B são todas as caldeiras que não se enquadram nas categorias anteriores As caldeiras devem ser dotadas dos seguintes itens: a) válvula de segurança com pressão de abertura ajustada em valor igual ou inferior a PMTA, considerados os requisitos do código de projeto relativos a aberturas escalonadas e tolerâncias de calibração; b) instrumento que indique a pressão do vapor acumulado; c) injetor ou sistema de alimentação de água independente do principal que evite o superaquecimento por alimentação deficiente, acima das temperaturas de projeto, de caldeiras de combustível sólido não atomizado ou com queima em suspensão; d) sistema dedicado de drenagem rápida de água em caldeiras de recuperação de álcalis, com ações automáticas após acionamento pelo operador; e) sistema automático de controle do nível de água com intertravamento que evite o superaquecimento por alimentação deficiente Toda caldeira deve ter afixada em seu corpo, em local de fácil acesso e bem visível, placa de identificação indelével com, no mínimo, as seguintes informações: a) nome do fabricante; b) número de ordem dado pelo fabricante da caldeira; P á g i n a 17

18 c) ano de fabricação; d) pressão máxima de trabalho admissível; e) pressão de teste hidrostático de fabricação; f) capacidade de produção de vapor; g) área de superfície de aquecimento; h) código de projeto e ano de edição Além da placa de identificação, deve constar, em local visível, a categoria da caldeira, conforme definida no item desta NR, e seu número ou código de identificação Toda caldeira deve possuir, no estabelecimento onde estiver instalada, a seguinte documentação devidamente atualizada: a) Prontuário da caldeira, fornecido por seu fabricante, contendo as seguintes informações: Código de projeto e ano de edição; Especificação dos materiais; Procedimentos utilizados na fabricação, montagem e inspeção final; Metodologia para estabelecimento da PMTA; Registros da execução do teste hidrostático de fabricação; Conjunto de desenhos e demais dados necessários para o monitoramento da vida útil da caldeira; Características funcionais; Dados dos dispositivos de segurança; Ano de fabricação; Categoria da caldeira; b) Registro de Segurança, em conformidade com o item ; c) Projeto de Instalação, em conformidade com o item ; P á g i n a 18

19 d) PAR, em conformidade com os itens e ; e) Relatórios de inspeção, em conformidade com o item ; f) Certificados de calibração dos dispositivos de segurança Quando inexistente ou extraviado, o prontuário da caldeira deve ser reconstituído pelo empregador, com responsabilidade técnica do fabricante ou de PH, sendo imprescindível a reconstituição das características funcionais, dos dados dos dispositivos de segurança e memória de cálculo da PMTA Quando a caldeira for vendida ou transferida de estabelecimento, os documentos mencionados nas alíneas a a, d, e e do item devem acompanhá-la O Registro de Segurança deve ser constituído por livro de páginas numeradas, pastas ou sistema informatizado com confiabilidade equivalente onde serão registradas: a) todas as ocorrências importantes capazes de influir nas condições de segurança da caldeira; b) as ocorrências de inspeções de segurança inicial, periódica e extraordinária, devendo constar a condição operacional da caldeira, o nome legível e assinatura de PH e do operador de caldeira presente na ocasião da inspeção Caso a caldeira venha a ser considerado inadequado para uso, o Registro de Segurança deve conter tal informação e receber encerramento formal A documentação referida no item deve estar sempre à disposição para consulta dos operadores, do pessoal de manutenção, de inspeção e das representações dos trabalhadores e do empregador na Comissão P á g i n a 19

20 Interna de Prevenção de Acidentes - CIPA, devendo o empregador assegurar pleno acesso a essa documentação Instalação de caldeiras a vapor A autoria do projeto de instalação de caldeiras a vapor, no que concerne ao atendimento desta NR, é de responsabilidade de PH, e deve obedecer aos aspectos de segurança, saúde e meio ambiente previstos nas Normas Regulamentadoras, convenções e disposições legais aplicáveis As caldeiras de qualquer estabelecimento devem ser instaladas em casa de caldeiras ou em local específico para tal fim, denominado área de caldeiras Quando a caldeira for instalada em ambiente aberto, a área de caldeiras deve satisfazer aos seguintes requisitos: a) estar afastada de, no mínimo, 3,0 m (três metros) de: Outras instalações do estabelecimento; De depósitos de combustíveis, excetuando-se reservatórios para partida com até 2000 l (dois mil litros) de capacidade; Do limite de propriedade de terceiros; Do limite com as vias públicas; b) dispor de pelo menos 2 (duas) saídas amplas, permanentemente desobstruídas, sinalizadas e dispostas em direções distintas; c) dispor de acesso fácil e seguro, necessário à operação e à manutenção da caldeira, sendo que, para guarda-corpos vazados, os vãos devem ter dimensões que impeçam a queda de pessoas; d) ter sistema de captação e lançamento dos gases e material particulado, provenientes da combustão, para fora da área de operação atendendo às normas ambientais vigentes; e) dispor de iluminação conforme normas oficiais vigentes; P á g i n a 20

21 f) ter sistema de iluminação de emergência caso opere à noite Quando a caldeira estiver instalada em ambiente fechado, a casa de caldeiras deve satisfazer os seguintes requisitos: a) constituir prédio separado, construído de material resistente ao fogo, podendo ter apenas uma parede adjacente a outras instalações do estabelecimento, porém com as outras paredes afastadas de, no mínimo, 3,0 m (três metros) de outras instalações, do limite de propriedade de terceiros, do limite com as vias públicas e de depósitos de combustíveis, excetuando-se reservatórios para partida com até 2000 l (dois mil litros) de capacidade; b) dispor de pelo menos 2 (duas) saídas amplas, permanentemente desobstruídas, sinalizadas e dispostas em direções distintas; c) dispor de ventilação permanente com entradas de ar que não possam ser bloqueadas; d) dispor de sensor para detecção de vazamento de gás quando se tratar de caldeira a combustível gasoso; e) não ser utilizada para qualquer outra finalidade; f) dispor de acesso fácil e seguro, necessário à operação e à manutenção da caldeira, sendo que, para guarda-corpos vazados, os vãos devem ter dimensões que impeçam a queda de pessoas; g) ter sistema de captação e lançamento dos gases e material particulado, provenientes da combustão, para fora da área de operação, atendendo às normas ambientais vigentes; h) dispor de iluminação conforme normas oficiais vigentes e ter sistema de iluminação de emergência Quando o estabelecimento não puder atender ao disposto nos itens e , deve ser elaborado projeto alternativo de instalação, com medidas complementares de segurança, que permitam a atenuação dos P á g i n a 21

22 riscos, comunicando previamente a representação sindical dos trabalhadores predominante no estabelecimento As caldeiras classificadas na categoria A devem possuir painel de instrumentos instalados em sala de controle, construída segundo o que estabelecem as Normas Regulamentadoras aplicáveis Segurança na operação de caldeiras Toda caldeira deve possuir manual de operação atualizado, em língua portuguesa, em local de fácil acesso aos operadores, contendo no mínimo: a) procedimentos de partidas e paradas; b) procedimentos e parâmetros operacionais de rotina; c) procedimentos para situações de emergência; d) procedimentos gerais de segurança, saúde e de preservação do meio ambiente Os instrumentos e controles de caldeiras devem ser mantidos calibrados e em boas condições operacionais Poderá ocorrer a neutralização provisória nos instrumentos e controles, desde que não seja reduzida a segurança operacional, e que esteja prevista nos procedimentos formais de operação e manutenção, ou com justificativa formalmente documentada, com prévia análise técnica e respectivas medidas de contingência para mitigação dos riscos elaborada pelo responsável técnico do processo, com anuência do PH A qualidade da água deve ser controlada e tratamentos devem ser implementados, quando necessários, para compatibilizar suas propriedades físico-químicas com os parâmetros de operação da caldeira, sendo estes tratamentos obrigatórios em caldeiras classificadas como categoria A, conforme P á g i n a 22

23 item desta NR Toda caldeira a vapor deve estar obrigatoriamente sob operação e controle de operador de caldeira Será considerado operador de caldeira aquele que satisfizer o disposto no item A do Anexo I desta NR Inspeção de segurança de caldeiras As caldeiras devem ser submetidas a inspeções de segurança inicial, periódica e extraordinária A inspeção de segurança inicial deve ser feita em caldeiras novas, antes da entrada em funcionamento, no local de operação, devendo compreender exame interno, seguido de teste de estanqueidade e exame externo As caldeiras devem obrigatoriamente ser submetidas a Teste Hidrostático - TH em sua fase de fabricação, com comprovação por meio de laudo assinado por PH, e ter o valor da pressão de teste afixado em sua placa de identificação Na falta de comprovação documental de que o Teste Hidrostático - TH tenha sido realizado na fase de fabricação, se aplicará o disposto a seguir: a) para equipamentos fabricados ou importados a partir da vigência desta NR, o TH deve ser feito durante a inspeção de segurança inicial; b) para equipamentos em operação antes da vigência desta NR, a critério do PH, o TH deve ser realizado na próxima inspeção de segurança periódica. P á g i n a 23

24 A inspeção de segurança periódica, constituída por exames interno e externo, deve ser executada nos seguintes prazos máximos: a) 12 (doze) meses para caldeiras das categorias A, B e C; b) 15 (quinze) meses para caldeiras de recuperação de álcalis de qualquer categoria; c) 24 (vinte e quatro) meses para caldeiras da categoria A, desde que aos 12 (doze) meses sejam testadas as pressões de abertura das válvulas de segurança Estabelecimentos que possuam Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos - SPIE, conforme estabelecido no Anexo II, podem estender seus períodos entre inspeções de segurança, respeitando os seguintes prazos máximos: a) 24 (vinte e quatro) meses para as caldeiras de recuperação de álcalis; b) 24 (vinte e quatro) meses para as caldeiras das categorias B e C; c) 30 (trinta) meses para caldeiras da categoria A; d) 40 (quarenta) meses para caldeiras especiais conforme, definição no item As caldeiras que operam de forma contínua e que utilizam gases ou resíduos das unidades de processo como combustível principal para aproveitamento de calor ou para fins de controle ambiental podem ser consideradas especiais quando todas as condições seguintes forem satisfeitas: a) estiverem instaladas em estabelecimentos que possuam SPIE citado no Anexo II; b) tenham testados a cada 12 (doze) meses o sistema de intertravamento e a pressão de abertura de cada válvula de segurança; P á g i n a 24

25 c) não apresentem variações inesperadas na temperatura de saída dos gases e do vapor durante a operação; d) existam análise e controle periódico da qualidade da água; e) exista controle de deterioração dos materiais que compõem as principais partes da caldeira; f) exista parecer técnico de PH fundamentando a decisão O empregador deve comunicar ao Órgão Regional do Ministério do Trabalho e Emprego e ao sindicato dos trabalhadores da categoria predominante no estabelecimento, previamente, o enquadramento da caldeira como especial No máximo, ao completar 25 (vinte e cinco) anos de uso, na sua inspeção subsequente, as caldeiras devem ser submetidas a uma avaliação de integridade com maior abrangência para determinar a sua vida remanescente e novos prazos máximos para inspeção, caso ainda estejam em condições de uso As válvulas de segurança instaladas em caldeiras devem ser inspecionadas periodicamente conforme segue: a) pelo menos 1 (uma) vez por mês, mediante acionamento manual da alavanca, em operação, para caldeiras das categorias B e C, excluídas as caldeiras que vaporizem fluido térmico e as que trabalhem com água tratada conforme previsto no item ; b) as válvulas flangeadas ou roscadas devem ser desmontadas, inspecionadas e testadas em bancada, e, no caso de válvulas soldadas, feito o mesmo no campo, com uma frequência compatível com o histórico operacional das mesmas, sendo estabelecidos como limites máximos para essas atividades os períodos de inspeção estabelecidos nos itens e , se aplicável, para caldeiras de categorias A e B. P á g i n a 25

26 Adicionalmente aos testes prescritos no item , as válvulas de segurança instaladas em caldeiras podem ser submetidas a testes de acumulação, a critério do PH A inspeção de segurança extraordinária deve ser feita nas seguintes oportunidades: a) sempre que a caldeira for danificada por acidente ou outra ocorrência capaz de comprometer sua segurança; b) quando a caldeira for submetida à alteração ou reparo importante capaz de alterar suas condições de segurança; c) antes de a caldeira ser recolocada em funcionamento, quando permanecer inativa por mais de 6 (seis) meses; d) quando houver mudança de local de instalação da caldeira A inspeção de segurança deve ser realizada sob a responsabilidade técnica de PH Imediatamente após a inspeção da caldeira, deve ser anotada no seu Registro de Segurança a sua condição operacional, e, em até 60 (sessenta) dias, deve ser emitido o relatório, que passa a fazer parte da sua documentação, podendo este prazo ser estendido para 90 (noventa) dias em caso de parada geral de manutenção O empregador deve informar à representação sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento, num prazo máximo de 30 (trinta) dias após o término da inspeção de segurança, a condição operacional da caldeira Mediante o recebimento de requisição formal, o empregador deve encaminhar à representação sindical predominante no estabelecimento, no prazo máximo de 10 (dez) dias após a sua elaboração, a cópia do relatório de P á g i n a 26

27 inspeção A representação sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento poderá solicitar ao empregador que seja enviada de maneira regular cópia do relatório de inspeção de segurança da caldeira em prazo de 30 (trinta) dias após a sua elaboração, ficando o empregador desobrigado a atender os itens e O relatório de inspeção, mencionado no item , alínea e, deve ser elaborado em páginas numeradas contendo no mínimo: a) dados constantes na placa de identificação da caldeira; b) categoria da caldeira; c) tipo da caldeira; d) tipo de inspeção executada; e) data de início e término da inspeção; f) descrição das inspeções, exames e testes executados; g) registros fotográficos do exame interno da caldeira; h) resultado das inspeções e providências; i) relação dos itens desta NR que não estão sendo atendidos; j) recomendações e providências necessárias; k) parecer conclusivo quanto à integridade da caldeira até a próxima inspeção; l) data prevista para a nova inspeção de segurança da caldeira; m) nome legível, assinatura e número do registro no conselho profissional do PH e nome legível e assinatura de técnicos que participaram da inspeção As recomendações decorrentes da inspeção devem ser registradas e implementadas pelo empregador, com a determinação de prazos e P á g i n a 27

28 responsáveis pela execução Sempre que os resultados da inspeção determinarem alterações dos dados de projeto, a placa de identificação e a documentação do prontuário devem ser atualizados Vasos de Pressão Vasos de pressão - disposições gerais Vasos de pressão são equipamentos que contêm fluidos sob pressão interna ou externa, diferente da atmosférica Para efeito desta NR, os vasos de pressão são classificados em categorias segundo a classe de fluido e o potencial de risco. a) Os fluidos contidos nos vasos de pressão são classificados conforme descrito a seguir: Classe A: Fluidos Inflamáveis; Fluidos combustíveis com temperatura superior ou igual a 200 ºC (duzentos graus Celsius); Fluidos tóxicos com limite de tolerância igual ou inferior a 20 (vinte) partes por milhão (ppm); Hidrogênio; Acetileno. Classe B: Fluidos combustíveis com temperatura inferior a 200 ºC (duzentos graus Celsius); Fluidos tóxicos com limite de tolerância superior a 20 (vinte) partes por milhão (ppm). P á g i n a 28

29 Classe C: Vapor de água, gases asfixiantes simples ou ar comprimido. Classe D: Outro fluido não enquadrado acima. b) Quando se tratar de mistura deverá ser considerado para fins de classificação o fluido que apresentar maior risco aos trabalhadores e instalações, considerando-se sua toxicidade, inflamabilidade e concentração. c) Os vasos de pressão são classificados em grupos de potencial de risco em função do produto P.V, onde P é a pressão máxima de operação em MPa e V o seu volume em m 3, conforme segue: Grupo 1 - P.V 100 Grupo 2 - P.V < 100 e P.V 30 Grupo 3 - P.V < 30 e P.V 2,5 Grupo 4 - P.V < 2,5 e P.V 1 Grupo 5 - P.V < 1 d) Vasos de pressão que operem sob a condição de vácuo devem se enquadrar nas seguintes categorias: Categoria I: para fluidos inflamáveis ou combustíveis; Categoria V: para outros fluidos. e) A tabela a seguir classifica os vasos de pressão em categorias de acordo com os grupos de potencial de risco e a classe de fluido contido. P á g i n a 29

30 CATEGORIAS DE VASOS DE PRESSÃO Grupo de Potencial de Risco Classe de Fluido P.V 100 P.V < 100 e P.V 30 P.V < 30 e P.V < 2.5 e P.V 2.5 P.V 1 P.V < 1 CATEGORIAS CLASSE A - Fluidos inflamáveis, e fluidos combustíveis com temperatura igual ou superior a 200 C - Tóxico com limite de tolerância 20 ppm - Hidrogênio - Acetileno. CLASSE B - Fluidos combustíveis com temperatura menor que 200 C - Fluidos tóxicos com limite de tolerância > 20 ppm CLASSE C - Vapor de água - Gases asfixiantes simples - Ar comprimido CLASSE C - Outro fluido I I II III III I II III IV IV I II III IV V II III IV V V Notas: a) Considerar volume em m³ e pressão em MPa; b) Considerar 1 MPa correspondente a 10,197 kgf/cm² Os vasos de pressão devem ser dotados dos seguintes itens: a) válvula ou outro dispositivo de segurança com pressão de abertura ajustada em valor igual ou inferior à PMTA, instalado diretamente no vaso ou no sistema que o inclui, considerados os requisitos do código de projeto relativos a aberturas escalonadas e tolerâncias de calibração; b) meios utilizados contra o bloqueio inadvertido de dispositivo de segurança quando este não estiver instalado diretamente no vaso; P á g i n a 30

31 c) instrumento que indique a pressão de operação, instalado diretamente no vaso ou no sistema que o contenha Todo vaso de pressão deve ter afixado em seu corpo, em local de fácil acesso e bem visível, placa de identificação indelével com, no mínimo, as seguintes informações: a) fabricante; b) número de identificação; c) ano de fabricação; d) pressão máxima de trabalho admissível; e) pressão de teste hidrostático de fabricação; f) código de projeto e ano de edição Além da placa de identificação, deve constar, em local visível, a categoria do vaso, conforme item , e seu número ou código de identificação Todo vaso de pressão deve possuir, no estabelecimento onde estiver instalado, a seguinte documentação devidamente atualizada: a) Prontuário do vaso de pressão a ser fornecido pelo fabricante, contendo as seguintes informações: Código de projeto e ano de edição; Especificação dos materiais; Procedimentos utilizados na fabricação, montagem e inspeção final; Metodologia para estabelecimento da PMTA; Conjunto de desenhos e demais dados necessários para o monitoramento da sua vida útil; Pressão máxima de operação; P á g i n a 31

32 Registros documentais do teste hidrostático; Características funcionais, atualizadas pelo empregador sempre que alteradas as originais; Dados dos dispositivos de segurança, atualizados pelo empregador sempre que alterados os originais; Ano de fabricação; Categoria do vaso, atualizada pelo empregador sempre que alterada a original; b) Registro de Segurança em conformidade com o item ; c) Projeto de Instalação em conformidade com os itens e ; d) Projeto de alteração ou reparo em conformidade com os itens e ; e) Relatórios de inspeção em conformidade com o item ; f) Certificados de calibração dos dispositivos de segurança, onde aplicável Quando inexistente ou extraviado, o prontuário do vaso de pressão deve ser reconstituído pelo empregador, com responsabilidade técnica do fabricante ou de PH, sendo imprescindível a reconstituição das premissas de projeto, dos dados dos dispositivos de segurança e da memória de cálculo da PMTA O Registro de Segurança deve ser constituído por livro de páginas numeradas, pastas ou sistema informatizado com confiabilidade equivalente onde serão registradas: a) todas as ocorrências importantes capazes de influir nas condições de segurança dos vasos de pressão; b) as ocorrências de inspeções de segurança periódicas e extraordinárias, devendo constar a condição operacional do vaso. P á g i n a 32

33 A documentação referida no item deve estar sempre à disposição para consulta dos operadores, do pessoal de manutenção, de inspeção e das representações dos trabalhadores e do empregador na Comissão Interna de Prevenção de Acidentes - CIPA, devendo o empregador assegurar pleno acesso a essa documentação inclusive à representação sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento, quando formalmente solicitado Instalação de vasos de pressão Todo vaso de pressão deve ser instalado de modo que todos os drenos, respiros, bocas de visita e indicadores de nível, pressão e temperatura, quando existentes, sejam facilmente acessíveis Quando os vasos de pressão forem instalados em ambientes fechados, a instalação deve satisfazer os seguintes requisitos: a) dispor de pelo menos 2 (duas) saídas amplas, permanentemente desobstruídas, sinalizadas e dispostas em direções distintas; b) dispor de acesso fácil e seguro para as atividades de manutenção, operação e inspeção, sendo que, para guardacorpos vazados, os vãos devem ter dimensões que impeçam a queda de pessoas; c) dispor de ventilação permanente com entradas de ar que não possam ser bloqueadas; d) dispor de iluminação conforme normas oficiais vigentes; e) possuir sistema de iluminação de emergência Quando o vaso de pressão for instalado em ambiente aberto, a instalação deve satisfazer as alíneas a, b, d e e do item A autoria do projeto de instalação de vasos de pressão enquadrados nas categorias I, II e III, conforme item , no que concerne ao atendimento desta NR, é de responsabilidade de PH e deve obedecer aos P á g i n a 33

34 aspectos de segurança, saúde e meio ambiente previstos nas Normas Regulamentadoras, convenções e disposições legais aplicáveis O projeto de instalação deve conter pelo menos a planta baixa do estabelecimento, com o posicionamento e a categoria de cada vaso e das instalações de segurança Quando o estabelecimento não puder atender ao disposto no item , deve ser elaborado projeto alternativo de instalação com medidas complementares de segurança que permitam a atenuação dos riscos Segurança na operação de vasos de pressão Todo vaso de pressão enquadrado nas categorias I ou II deve possuir manual de operação próprio ou instruções de operação contidas no manual de operação de unidade onde estiver instalado, em língua portuguesa, em local de fácil acesso aos operadores, contendo no mínimo: a) procedimentos de partidas e paradas; b) procedimentos e parâmetros operacionais de rotina; c) procedimentos para situações de emergência; d) procedimentos gerais de segurança, saúde e de preservação do meio ambiente Os instrumentos e controles de vasos de pressão devem ser mantidos calibrados e em boas condições operacionais Poderá ocorrer à neutralização provisória nos instrumentos e controles, desde que não seja reduzida a segurança operacional, e que esteja prevista nos procedimentos formais de operação e manutenção, ou com justificativa formalmente documentada, com prévia análise técnica e respectivas medidas de contingência para mitigação dos riscos, elaborada por PH A operação de unidades que possuam vasos de pressão de categorias I ou II deve ser efetuada por profissional capacitado conforme item B do Anexo I desta NR. P á g i n a 34

35 Inspeção de segurança de vasos de pressão Os vasos de pressão devem ser submetidos a inspeções de segurança inicial, periódica e extraordinária A inspeção de segurança inicial deve ser feita em vasos de pressão novos, antes de sua entrada em funcionamento, no local definitivo de instalação, devendo compreender exames externo e interno Os vasos de pressão devem obrigatoriamente ser submetidos a Teste Hidrostático - TH em sua fase de fabricação, com comprovação por meio de laudo assinado por PH, e ter o valor da pressão de teste afixado em sua placa de identificação Na falta de comprovação documental de que o Teste Hidrostático-TH tenha sido realizado na fase de fabricação, se aplicará o disposto a seguir: a) para equipamentos fabricados ou importados a partir da vigência desta NR, o TH deve ser feito durante a inspeção de segurança inicial; b) para equipamentos em operação antes da vigência desta NR, a critério do PH, o TH deve ser realizado na próxima inspeção de segurança periódica Os vasos de pressão categorias IV ou V de fabricação em série, certificados pelo Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia - INMETRO, que possuam válvula de segurança calibrada de fábrica ficam dispensados da inspeção inicial e da documentação referida no item , alínea c), desde que instalados de acordo com as recomendações do fabricante Deve ser anotada no Registro de Segurança a data da instalação do vaso de pressão a partir da qual se inicia a contagem do prazo para a inspeção de segurança periódica. P á g i n a 35

36 A inspeção de segurança periódica, constituída por exames externo e interno, deve obedecer aos seguintes prazos máximos estabelecidos a seguir: a) Para estabelecimentos que não possuam SPIE, conforme citado no Anexo II: Categoria do Vaso Exame Externo Exame Interno I 1 ano 3 anos II 2 anos 4 anos III 3 anos 6 anos IV 4 anos 8 anos V 5 anos 10 anos b) para estabelecimentos que possuam SPIE, conforme citado no Anexo II, consideradas as tolerâncias nele previstas: Categoria do Vaso Exame Externo Exame Interno I 3 ano 6 anos II 4 anos 8 anos III 5 anos 10 anos IV 6 anos 12 anos V 7 anos A critério Vasos de pressão que não permitam acesso visual para o exame interno ou externo por impossibilidade física devem ser submetidos alternativamente a outros exames não destrutivos e metodologias de avaliação da integridade, a critério do PH, baseados em normas e códigos aplicáveis à identificação de mecanismos de deterioração Vasos de pressão com enchimento interno ou com catalisador podem ter a periodicidade de exame interno ampliada, de forma a coincidir com a época da substituição de enchimentos ou de catalisador, desde que esta ampliação seja precedida de estudos conduzidos por PH ou por grupo multidisciplinar por ele coordenado, baseados em normas e códigos aplicáveis, onde sejam implementadas tecnologias alternativas para a avaliação da sua integridade estrutural. P á g i n a 36

37 Vasos de pressão com temperatura de operação inferior a 0 ºC (zero grau Celsius) e que operem em condições nas quais a experiência mostre que não ocorre deterioração devem ser submetidos a exame interno a cada 20 (vinte) anos e exame externo a cada 2 (dois) anos As válvulas de segurança dos vasos de pressão devem ser desmontadas, inspecionadas e calibradas com prazo adequado à sua manutenção, porém, não superior ao previsto para a inspeção de segurança periódica interna dos vasos de pressão por elas protegidos A inspeção de segurança extraordinária deve ser feita nas seguintes oportunidades: a) sempre que o vaso de pressão for danificado por acidente ou outra ocorrência que comprometa sua segurança; b) quando o vaso de pressão for submetido a reparo ou alterações importantes, capazes de alterar sua condição de segurança; c) antes do vaso de pressão ser recolocado em funcionamento, quando permanecer inativo por mais de 12 (doze) meses; d) quando houver alteração do local de instalação do vaso de pressão, exceto para vasos móveis A inspeção de segurança deve ser realizada sob a responsabilidade técnica de PH Imediatamente após a inspeção do vaso de pressão, deve ser anotada no Registro de Segurança a sua condição operacional, e, em até 60 (sessenta) dias, deve ser emitido o relatório, que passa a fazer parte da sua documentação, podendo este prazo ser estendido para 90 (noventa) dias em caso de parada geral de manutenção O relatório de inspeção, mencionado no item , alínea e, deve ser elaborado em páginas numeradas, contendo no mínimo: a) identificação do vaso de pressão; b) fluidos de serviço e categoria do vaso de pressão; c) tipo do vaso de pressão; P á g i n a 37

38 d) data de início e término da inspeção; e) tipo de inspeção executada; f) descrição dos exames e testes executados; g) resultado das inspeções e intervenções executadas; h) parecer conclusivo quanto à integridade do vaso de pressão até a próxima inspeção; i) recomendações e providências necessárias; j) data prevista para a próxima inspeção; k) nome legível, assinatura e número do registro no conselho profissional do PH e nome legível e assinatura de técnicos que participaram da inspeção Sempre que os resultados da inspeção determinarem alterações das condições de projeto, a placa de identificação e a documentação do prontuário devem ser atualizados As recomendações decorrentes da inspeção devem ser implementadas pelo empregador, com a determinação de prazos e responsáveis pela sua execução Tubulações Tubulações - Disposições Gerais As empresas que possuem tubulações e sistemas de tubulações enquadradas nesta NR devem possuir um programa e um plano de inspeção que considere, no mínimo, as variáveis, condições e premissas descritas abaixo: a) os fluidos transportados; b) a pressão de trabalho; c) a temperatura de trabalho; d) os mecanismos de danos previsíveis; P á g i n a 38

39 e) as consequências para os trabalhadores, instalações e meio ambiente trazidas por possíveis falhas das tubulações As tubulações ou sistemas de tubulação devem possuir dispositivos de segurança conforme os critérios do código de projeto utilizado, ou em atendimento às recomendações de estudo de análises de cenários de falhas As tubulações ou sistemas de tubulação devem possuir indicador de pressão de operação, conforme definido no projeto de processo e instrumentação Todo estabelecimento que possua tubulações, sistemas de tubulação ou linhas deve ter a seguinte documentação devidamente atualizada: a) especificações aplicáveis às tubulações ou sistemas, necessárias ao planejamento e execução da sua inspeção; b) fluxograma de engenharia com a identificação da linha e seus acessórios; c) PAR em conformidade com os itens e ; d) relatórios de inspeção em conformidade com o item Os documentos referidos no item , quando inexistentes ou extraviados, devem ser reconstituídos pelo empregador, sob a responsabilidade técnica de um PH A documentação referida no item deve estar sempre à disposição para fiscalização pela autoridade competente do Órgão Regional do Ministério do Trabalho e Emprego, e para consulta pelos operadores, pessoal de manutenção, de inspeção e das representações dos trabalhadores e do empregador na Comissão Interna de Prevenção de Acidentes - CIPA, devendo, ainda, o empregador assegurar o acesso a essa documentação à representação sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento, quando formalmente solicitado. P á g i n a 39

40 Segurança na operação de tubulações Os dispositivos de indicação de pressão da tubulação devem ser mantidos em boas condições operacionais As tubulações de vapor e seus acessórios devem ser mantidos em boas condições operacionais, de acordo com um plano de manutenção elaborado pelo estabelecimento As tubulações e sistemas de tubulação devem ser identificáveis segundo padronização formalmente instituída pelo estabelecimento, e sinalizadas conforme a NR Inspeção periódica de tubulações Deve ser realizada inspeção de segurança inicial nas tubulações As tubulações devem ser submetidas à inspeção de segurança periódica Os intervalos de inspeção das tubulações devem atender aos prazos máximos da inspeção interna do vaso ou caldeira mais crítica a elas interligadas, podendo ser ampliados pelo programa de inspeção elaborado por PH, fundamentado tecnicamente com base em mecanismo de danos e na criticidade do sistema, contendo os intervalos entre estas inspeções e os exames que as compõem, desde que essa ampliação não ultrapasse o intervalo máximo de 100% (cem por cento) sobre o prazo da inspeção interna, limitada a 10 (dez) anos Os intervalos de inspeção periódica da tubulação não podem exceder os prazos estabelecidos em seu programa de inspeção, consideradas as tolerâncias permitidas para as empresas com SPIE O programa de inspeção pode ser elaborado por tubulação, linha ou por sistema, a critério de PH, e, no caso de programação por sistema, o intervalo a ser adotado deve ser correspondente ao da sua linha mais crítica. P á g i n a 40

41 As inspeções periódicas das tubulações devem ser constituídas de exames e análises definidas por PH, que permitam uma avaliação da sua integridade estrutural de acordo com normas e códigos aplicáveis No caso de risco à saúde e à integridade física dos trabalhadores envolvidos na execução da inspeção, a linha deve ser retirada de operação Deve ser realizada inspeção extraordinária nas seguintes situações: a) sempre que a tubulação for danificada por acidente ou outra ocorrência que comprometa a segurança dos trabalhadores; b) quando a tubulação for submetida a reparo provisório ou alterações significativas, capazes de alterar sua capacidade de contenção de fluído; c) antes da tubulação ser recolocada em funcionamento, quando permanecer inativa por mais de 24 (vinte e quatro) meses A inspeção periódica de tubulações deve ser executada sob a responsabilidade técnica de PH Após a inspeção de cada tubulação, sistema de tubulação ou linha, deve ser emitido um relatório de inspeção, com páginas numeradas, que passa a fazer parte da sua documentação, e deve conter no mínimo: a) identificação da (s) linha (s) ou sistema de tubulação; b) fluidos de serviço da tubulação, e respectivas temperatura e pressão de operação; c) data de início e término da inspeção; d) tipo de inspeção executada; e) descrição dos exames executados; f) resultado das inspeções; g) parecer conclusivo quanto à integridade da tubulação, do sistema de tubulação ou da linha até a próxima inspeção; P á g i n a 41

42 h) recomendações e providências necessárias; i) data prevista para a próxima inspeção; j) nome legível, assinatura e número do registro no conselho profissional do PH e nome legível e assinatura de técnicos que participaram da inspeção O prazo para emissão desse relatório é de até 30 (trinta) dias para linhas individuais e de até 90 (noventa) dias para sistemas de tubulação As recomendações decorrentes da inspeção devem ser implementadas pelo empregador, com a determinação de prazos e responsáveis pela sua execução. Glossário Abertura escalonada de válvulas de segurança - condição de calibração diferenciada da pressão de abertura de múltiplas válvulas de segurança, prevista no código de projeto do equipamento por elas protegido, onde podem ser estabelecidos valores de abertura acima da PMTA, consideradas as vazões necessárias para o alívio da sob-repressão em cenários distintos. Adequação ao uso - estudo conceitual multidisciplinar de engenharia, baseado em códigos ou normas, como o API 579-1/ASME FFS-1 - Fitness - for - Service, usado para determinar se um equipamento com desgaste conhecido estará apto a operar com segurança por determinado tempo. Alteração - mudança no projeto original do fabricante que promova alteração estrutural ou de parâmetros operacionais significativos definidos por PH, ou afete a capacidade de reter pressão ou possa comprometer a segurança de caldeiras, vasos de pressão e tubulações. Avaliação ou inspeção de integridade - conjunto de estratégias e técnicas utilizadas na avaliação detalhada da condição física de um equipamento. P á g i n a 42

43 Caldeira de fluido térmico - caldeira utilizada para aquecimento de um fluido no estado líquido, chamado de fluido térmico, sem vaporizá-lo. Caldeiras de recuperação de álcalis - caldeiras a vapor que utilizam como combustível principal o licor negro oriundo do processo de fabricação de celulose, realizando a recuperação de químicos e geração de energia. Código de projeto - conjunto de normas e regras que estabelece os requisitos para o projeto, construção, montagem, controle de qualidade da fabricação e inspeção de equipamentos. Códigos de pós-construção - compõe-se de normas ou recomendações práticas de avaliação da integridade estrutural de equipamentos durante a sua vida útil. Construção - processo que inclui projeto, especificação de material, fabricação, inspeção, exame, teste e avaliação de conformidade de caldeiras, vasos de pressão e tubulações. Controle da qualidade - conjunto de ações destinadas a verificar e atestar a conformidade de caldeiras, vasos de pressão e suas tubulações de interligação nas etapas de fabricação, montagem ou manutenção. As ações abrangem o acompanhamento da execução da soldagem, materiais utilizados e realização de exames e testes tais como: líquido penetrante, partículas magnéticas, ultrassom, visual, testes de pressão, radiografia, emissão acústica e correntes parasitas. Dispositivo Contra Bloqueio Inadvertido - DCBI - meio utilizado para evitar que bloqueios inadvertidos impeçam a atuação de dispositivos de segurança. Dispositivos de segurança - dispositivos ou componentes que protegem um equipamento contra sob-repressão manométrica, independente da ação do operador e de acionamento por fonte externa de energia. Duto - tubulação projetada por códigos específicos, destinada à transferência de fluidos entre unidades industriais de estabelecimentos industriais distintos ou não, ocupando áreas de terceiros. P á g i n a 43

44 Empregador - empresa individual ou coletiva, que, assumindo os riscos da atividade econômica, admite, assalaria e dirige a prestação pessoal de serviços; equiparam-se ao empregador os profissionais liberais, as instituições de beneficência, as associações recreativas ou outras instituições sem fins lucrativos, que admitem trabalhadores como empregados. Enchimento interno - materiais inseridos no interior dos vasos de pressão com finalidades específicas e período de vida útil determinado, tipo catalisador, recheio, peneira molecular, e carvão ativado. Bandejas e acessórios internos não configuram enchimento interno. Especificação da tubulação - código alfanumérico que define a classe de pressão e os materiais dos tubos e acessórios das tubulações. Exame - atividade conduzida por PH ou técnicos qualificados ou certificados, quando exigido por códigos ou normas, para avaliar se determinados produtos, processos ou serviços estão em conformidade com critérios especificados. Exame externo - exame da superfície e de componentes externos de um equipamento, podendo ser realizado em operação, visando avaliar a sua integridade estrutural. Exame interno - exame da superfície interna e de componentes internos de um equipamento, executado visualmente, com o emprego de ensaios e testes apropriados para avaliar sua integridade estrutural. Fabricante - empresa responsável pela construção de caldeiras, vasos de pressão ou tubulações. Fluxograma de engenharia (P&ID) - diagrama mostrando o fluxo do processo com os equipamentos, as tubulações e seus acessórios, e as malhas de controle de instrumentação. Fluxograma de processo - diagrama de representação esquemática do processo de plantas industriais mostrando o percurso ou caminho percorrido pelos fluidos. P á g i n a 44

45 Força maior - todo acontecimento inevitável, em relação à vontade do empregador, e para a realização do qual este não concorreu, direta ou indiretamente. A imprevidência do empregador exclui a razão de força maior. Gerador de vapor - equipamentos destinados a produzir vapor sob pressão superior à atmosférica, sem acumulação e não enquadrados em códigos de vasos de pressão. Inspeção de segurança extraordinária - inspeção realizada devido a ocorrências que possam afetar a condição física do equipamento, tais como hibernação prolongada, mudança de locação, surgimento de deformações inesperadas, choques mecânicos de grande impacto ou vazamentos, entre outros, envolvendo caldeiras, vasos de pressão e tubulações, com abrangência definida por PH. Inspeção de segurança inicial - inspeção realizada no equipamento novo, montado no local definitivo de instalação e antes de sua entrada em operação. Inspeção de segurança periódica - inspeções realizadas durante a vida útil de um equipamento, com critérios e periodicidades determinados por PH, respeitados os intervalos máximos estabelecidos nesta Norma. Instrumentos de monitoração ou de controle - dispositivos destinados à monitoração ou controle das variáveis operacionais dos equipamentos a partir da sala de controle ou do próprio equipamento. Integridade estrutural - conjunto de propriedades e características físicas necessárias para que um equipamento ou item desempenhe com segurança e eficiência as funções para as quais foi projetado. Linha - trecho de tubulação individualizado entre dois pontos definidos e que obedece a uma única especificação de materiais, produtos transportados, pressão e temperatura de projeto. Manutenção preditiva - manutenção com ênfase na predição da falha e em ações baseadas na condição do equipamento para prevenir a falha ou degradação do mesmo. P á g i n a 45

46 Manutenção preventiva - manutenção realizada a intervalos predeterminados ou de acordo com critérios prescritos, e destinada a reduzir a probabilidade de falha ou a degradação do funcionamento de um componente. Máquinas de fluido - aquela que tem como função principal intercambiar energia com um fluido que as atravessa. Mecanismos de danos - conjunto de fatores que causam degradação nos equipamentos e componentes. Pacote de máquina - conjunto de equipamentos e dispositivos integrantes de sistemas auxiliares de máquinas de fluido para fins de arrefecimento, lubrificação ou selagem. Pessoal qualificado - profissional com conhecimentos e habilidades que permitam exercer determinadas tarefas, e certificado quando exigível por código ou norma. Placa de identificação - placa contendo dados do equipamento de acordo com os requisitos estabelecidos nesta NR, fixada em local visível. Plano de inspeção - descrição das atividades, incluindo os exames e testes a serem realizados, necessárias para avaliar as condições físicas de caldeiras, vasos de pressão e tubulações, considerando o histórico dos equipamentos e os mecanismos de danos previsíveis. Pressão máxima de trabalho admissível (PMTA) - é o maior valor de pressão a que um equipamento pode ser submetido continuamente, de acordo com o código de projeto, a resistência dos materiais utilizados, as dimensões do equipamento e seus parâmetros operacionais. Programa de inspeção - cronograma contendo, entre outros dados, as datas das inspeções de segurança periódicas a serem realizadas. Projetos de alteração ou reparo - PAR - projeto realizado por ocasião de reparo ou alteração que implica em intervenção estrutural ou mudança de processo significativa em caldeiras, vasos de pressão e tubulações. P á g i n a 46

47 Projeto alternativo de instalação - projeto concebido para minimizar os impactos de segurança para o trabalhador quando as instalações não estiverem atendendo a determinado item desta NR. Projeto de instalação - projeto contendo o posicionamento dos equipamentos e sistemas de segurança dentro das instalações e, quando aplicável, os acessos aos acessórios dos mesmos (vents, drenos, instrumentos). Integra o projeto de instalação o inventário de válvulas de segurança com os respectivos DCBI e equipamentos protegidos. Prontuário - conjunto de documentos e registros do projeto de construção, fabricação, montagem, inspeção e manutenção dos equipamentos. Recipientes móveis - vasos de pressão que podem ser movidos dentro de uma instalação ou entre instalações e que não podem ser enquadrados como transportáveis. Recipientes transportáveis - recipientes projetados e construídos para serem transportados pressurizados. Registro de Segurança - registro da ocorrência de inspeções ou de anormalidades durante a operação de caldeiras e vasos de pressão, executado por PH ou por pessoal de operação, inspeção ou manutenção diretamente envolvido com o fato gerador da anotação. Relatórios de inspeção - registro formal dos resultados das inspeções realizadas nos equipamentos com laudo conclusivo. Reparo - intervenção realizada para correção de danos, defeitos ou avarias em equipamentos e seus componentes, visando restaurar a condição do projeto de construção. Sistema de iluminação de emergência - sistema destinado a prover a iluminação necessária ao acesso seguro a um equipamento ou instalação na inoperância dos sistemas principais destinados a tal fim. Sistema de intertravamento de caldeira - sistema de gerenciamento das atividades de dois ou mais dispositivos ou instrumentos de proteção, monitorado por interface de segurança. P á g i n a 47

48 Sistema de tubulação - conjunto integrado de linhas e tubulações que exerce uma função de processo, ou que foram agrupadas para fins de inspeção, com características técnicas e de processo semelhantes. SPIE - Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos. Teste de estanqueidade - tipo de teste de pressão realizado com a finalidade de atestar a capacidade de retenção de fluido, sem vazamentos, em equipamentos, tubulações e suas conexões, antes de sua entrada ou reentrada em operação. Teste hidrostático - TH - tipo de teste de pressão com fluido incompressível, executado com o objetivo de avaliar a integridade estrutural dos equipamentos e o rearranjo de possíveis tensões residuais, de acordo com o código de projeto. Tubulações - conjunto de linhas, incluindo seus acessórios, projetadas por códigos específicos, destinadas ao transporte de fluidos entre equipamentos de uma mesma unidade de uma empresa dotada de caldeiras ou vasos de pressão. Unidades de processo - conjunto de equipamentos e interligações de uma unidade fabril destinada a transformar matérias primas em produtos. Vasos de pressão - são reservatórios projetados para resistir com segurança a pressões internas diferentes da pressão atmosférica, ou submetidos à pressão externa, cumprindo assim a sua função básica no processo no qual estão inseridos; para efeitos desta NR, estão incluídos: a) permutadores de calor, evaporadores e similares; b) vasos de pressão ou partes sujeitas à chama direta que não estejam dentro do escopo de outras NR, nem dos itens e , alínea a) desta NR; c) vasos de pressão encamisados, incluindo refervedores e reatores; d) autoclaves e caldeiras de fluido térmico. P á g i n a 48

49 Vida remanescente - estimativa do tempo restante de vida de um equipamento ou acessório, executada durante avaliações de sua integridade, em períodos pré-determinados. Vida útil - tempo de vida estimado na fase de projeto para um equipamento ou acessório. Volume - volume interno útil do vaso de pressão, excluindo o volume dos acessórios internos, de enchimentos ou de catalisadores. ANEXO I CAPACITAÇÃO PESSOAL A. Caldeiras A1. Condições Gerais A1.1. Para efeito desta NR, será considerado operador de caldeira aquele que satisfizer uma das seguintes condições: a) possuir certificado de Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras e comprovação de estágio prático conforme item A1. 5 deste Anexo; b) possuir certificado de Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras previsto na NR 13 aprovada pela Portaria SSMT n.º 02, de 08 de maio de 1984 ou na Portaria SSST n.º 23, de 27 de dezembro de A1.2. O pré-requisito mínimo para participação como aluno, no Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras é o atestado de conclusão do ensino fundamental. A1.3. O Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras deve, obrigatoriamente: a) ser supervisionado tecnicamente por PH; b) ser ministrado por profissionais capacitados para esse fim; P á g i n a 49

50 c) obedecer, no mínimo, ao currículo proposto no item A2 deste Anexo. A1.4. Os responsáveis pela promoção do Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras estarão sujeitos ao impedimento de ministrar novos cursos, bem como a outras sanções legais cabíveis, no caso de inobservância do disposto no item A1.3 deste Anexo. A1.5. Todo operador de caldeira deve cumprir um estágio prático, na operação da própria caldeira que irá operar, o qual deverá ser supervisionado, documentado e ter duração mínima de: a) caldeiras da categoria A: 80 (oitenta) horas; b) caldeiras da categoria B: 60 (sessenta) horas; c) caldeiras da categoria C: 40 (quarenta) horas. A1.6. O estabelecimento onde for realizado estágio prático supervisionado previsto nesta NR deve informar, quando requerido pela representação sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento: a) período de realização do estágio; b) entidade, empregador ou profissional responsável pelo Treinamento de Segurança na Operação de Caldeira ou Unidade de Processo; c) relação dos participantes do estágio. A1.7. Deve ser realizada capacitação para reciclagem dos trabalhadores envolvidos direta ou indiretamente com a operação das instalações sempre que nelas ocorrerem modificações significativas na operação de equipamentos pressurizados ou troca de métodos, processos e organização do trabalho. P á g i n a 50

51 A2. Currículo Mínimo para Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras. 1. Noções de grandezas físicas e unidades. Carga horária: 4 (quatro) horas 1.1. Pressão Pressão atmosférica Pressão interna de um vaso Pressão manométrica, pressão relativa e pressão absoluta Unidades de pressão 1.2. Calor e temperatura Noções gerais: o que é calor, o que é temperatura Modos de transferência de calor Calor específico e calor sensível Transferência de calor a temperatura constante Vapor saturado e vapor superaquecido Tabela de vapor saturado 2. Caldeiras - considerações gerais. Carga horária: 8 (oito) horas 2.1. Tipos de caldeiras e suas utilizações 2.2. Partes de uma caldeira Caldeiras flamotubulares Caldeiras aquatubulares Caldeiras elétricas Caldeiras a combustíveis sólidos Caldeiras a combustíveis líquidos Caldeiras a gás Queimadores P á g i n a 51

52 2.3. Instrumentos e dispositivos de controle de caldeiras Dispositivo de alimentação Visor de nível Sistema de controle de nível Indicadores de pressão Dispositivos de segurança Dispositivos auxiliares Válvulas e tubulações Tiragem de fumaça 3. Operação de caldeiras. Carga horária: 12 (doze) horas 3.1. Partida e parada 3.2. Regulagem e controle de temperatura de pressão de fornecimento de energia do nível de água de poluentes 3.3. Falhas de operação, causas e providências 3.4. Roteiro de vistoria diária 3.5. Operação de um sistema de várias caldeiras 3.6. Procedimentos em situações de emergência 4. Tratamento de água e manutenção de caldeiras. Carga horária: 8 (oito) horas 4.1. Impurezas da água e suas consequências 4.2. Tratamento de água 4.3. Manutenção de caldeiras P á g i n a 52

53 5. Prevenção contra explosões e outros riscos. Carga horária: 4 (quatro) horas 5.1. Riscos gerais de acidentes e riscos à saúde 5.2. Riscos de explosão 6. Legislação e normalização. Carga horária: 4 (quatro) horas 6.1. Normas Regulamentadoras 6.2. Norma Regulamentadora 13 - NR-13 B. Vasos de Pressão B1. Condições Gerais B1.1. A operação de unidades de processo que possuam vasos de pressão de categorias I ou II deve ser efetuada por profissional com Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processos. B1.2. Para efeito desta NR será considerado profissional com Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo aquele que satisfizer uma das seguintes condições: a) possuir certificado de Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo expedido por instituição competente para o treinamento; b) possuir experiência comprovada na operação de vasos de pressão das categorias I ou II de pelo menos 2 (dois) anos antes da vigência da NR13 aprovada pela Portaria SSST nº 23, de 27 de dezembro de B1.3. O pré-requisito mínimo para participação, como aluno, no Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo é o atestado de conclusão do ensino fundamental. P á g i n a 53

54 B1.4. O Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo deve obrigatoriamente: ser supervisionado tecnicamente por PH; ser ministrado por profissionais capacitados para esse fim; obedecer, no mínimo, ao currículo proposto no item B2 deste Anexo. B1.5. Os responsáveis pela promoção do Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo estarão sujeitos ao impedimento de ministrar novos cursos, bem como a outras sanções legais cabíveis, no caso de inobservância do disposto no item B1. 4. B1.6. Todo profissional com Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo deve cumprir estágio prático, supervisionado, na operação de vasos de pressão de 300 (trezentas) horas para o conjunto de todos os vasos de pressão de categorias I ou II. B2. Currículo Mínimo para Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo. 1. Noções de grandezas físicas e unidades. Carga horária: 4 (quatro) horas 1.1. Pressão Pressão atmosférica Pressão interna de um vaso Pressão manométrica, pressão relativa e pressão absoluta Unidades de pressão 1.2. Calor e temperatura Noções gerais: o que é calor, o que é temperatura Modos de transferência de calor Calor específico e calor sensível P á g i n a 54

55 Transferência de calor a temperatura constante Vapor saturado e vapor superaquecido 2. Equipamentos de processo. Carga horária estabelecida de acordo com a complexidade da unidade, mantendo um mínimo de 4 (quatro) horas por item, onde aplicável 2.1. Trocadores de calor 2.2. Tubulação, válvulas e acessórios 2.3. Bombas 2.4. Turbinas e ejetores 2.5. Compressores 2.6. Torres, vasos, tanques e reatores 2.7. Fornos 2.8. Caldeiras 3. Eletricidade. Carga horária: 4 (quatro) horas 4. Instrumentação. Carga horária: 8 (oito) horas 5. Operação da unidade. Carga horária: estabelecida de acordo com a complexidade da unidade 5.1. Descrição do processo 5.2. Partida e parada 5.3. Procedimentos de emergência 5.4. Descarte de produtos químicos e preservação do meio ambiente 5.5. Avaliação e controle de riscos inerentes ao processo 5.6. Prevenção contra deterioração, explosão e outros riscos 6. Primeiros socorros. Carga horária: 8 (oito) horas P á g i n a 55

56 7. Legislação e normalização. Carga horária: 4 (quatro) horas ANEXO II REQUISITOS PARA CERTIFICAÇÃO DE SERVIÇO PRÓPRIO DE INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS - SPIE Antes de colocar em prática os períodos especiais entre inspeções, estabelecidos nos itens e , alínea b) desta NR, os "Serviços Próprios de Inspeção de Equipamentos" da empresa, organizados na forma de setor, seção, departamento, divisão, ou equivalente, devem ser certificados por Organismos de Certificação de Produto OCP acreditados pelo INMETRO, que verificarão por meio de auditorias programadas o atendimento aos seguintes requisitos mínimos expressos nas alíneas a a h. a) existência de pessoal próprio da empresa onde estão instalados caldeiras ou vasos de pressão, com dedicação exclusiva a atividades de inspeção, avaliação de integridade e vida residual, com formação, qualificação e treinamento compatíveis com a atividade proposta de preservação da segurança; b) mão de obra contratada para ensaios não destrutivos certificada segundo regulamentação vigente e, para outros serviços de caráter eventual, selecionada e avaliada segundo critérios semelhantes ao utilizado para a mão de obra própria; c) serviço de inspeção de equipamentos proposto com um responsável pelo seu gerenciamento formalmente designado para esta função; d) existência de pelo menos 1 (um) PH; e) existência de condições para manutenção de arquivo técnico atualizado, necessário ao atendimento desta NR, assim como mecanismos para distribuição de informações quando requeridas; f) existência de procedimentos escritos para as principais atividades executadas; P á g i n a 56

57 g) existência de aparelhagem condizente com a execução das atividades propostas; h) cumprimento mínimo da programação de inspeção. A certificação de SPIE e a sua manutenção estão sujeitas a Regulamento específico do INMETRO. 1. NOÇÕES DE GRANDEZAS E UNIDADES 1.1. PRESSÃO A pressão é definida como sendo a relação entre a força exercida por unidade de área e que atua perpendicularmente sobre uma superfície. Deve-se designar a pressão como a força exercida por um fluido nas paredes de um recipiente. A unidade no SI (Sistema Internacional) para pressão é o Pascal (Pa), equivalente à força de 1 Newton por uma área de 1 metro quadrado. A variação de pressão aplicada a um fluido contido num recipiente fechado é transmitida integralmente a todos os pontos desse líquido. Portanto, quanto maior a área em que a Figura Prensa Hidráulica força é aplicada, maior a intensidade dessa força. Assim, se A 2 for 100 vezes maior que A 1, a intensidade da força F 2 será 100 vezes maior que a intensidade da força F 1. É importante notar que essa multiplicação não é milagrosa nem infinita. Ela é limitada pela quantidade de líquido disponível. A pressão pode ser estática, onde o fluido não está em escoamento, ou dinâmica, onde o fluido está em escoamento no momento de sua medição. P á g i n a 57

58 Figura Pressão Estática e Pressão Dinâmica PRESSÃO ATMOSFÉRICA A atmosfera terrestre é composta por vários gases, que exercem uma pressão sobre a superfície da Terra. Essa pressão, denominada pressão atmosférica, depende da altitude do local, pois à medida que nos afastamos da superfície do planeta, o ar se torna cada vez mais rarefeito, e, portanto, exercendo uma pressão cada vez menor. Pressão atmosférica é a pressão exercida pela atmosfera em um determinado ponto. É a força por unidade de área, exercida pelo ar contra uma superfície. A pressão exercida pela atmosfera ao nível do mar corresponde a Pa, e esse valor é normalmente associado a uma unidade chamada atmosfera padrão (símbolo atm.). A pressão de atmosfera padrão, medida ao nível do mar, está acompanhada por outras características, como densidade do ar e temperatura, porém, é importante salientar que o termo refere-se apenas à pressão de 1 atm. As unidades métricas utilizadas são: polegadas ou milímetros de mercúrio, Quilopascais (kpa), atmosferas, milibares (mbar) e hectopascais (hpa), sendo os dois últimos mais usados entre os cientistas. Também é utilizada para medir pressão a unidade psi (pounds per square inch) que em português vem a ser libra por polegada quadrada (lb/pol 2 ). Embora esta unidade seja amplamente utilizada para medir a pressão de componentes pneumáticos e equipamentos industriais, a lb/pol 2 é raramente usada para medir a pressão atmosférica. Embora o ar seja extremamente leve, não é desprovido de peso. Cada pessoa tem em média uma superfície do corpo aproximadamente igual a 1 metro quadrado, quando adulto. Sabendo que ao nível do mar a pressão atmosférica é da ordem de 1 atm. (definida como Pa, ou ainda 1013,25 P á g i n a 58

59 hpa=mbar), isso significa dizer que, neste local, uma pessoa suportaria uma força de cerca de N relativo à pressão atmosférica. Porém, não sente nada, nem é esmagada por esta força. Isto acontece devido à presença do ar que está contido no corpo e ao equilíbrio entre a pressão que atua de fora para dentro e de dentro para fora do corpo. Qualquer variação na pressão externa se transmite integralmente a todo o corpo, atuando de dentro para fora, de acordo com o Princípio de Pascal. O peso normal do ar ao nível do mar é de 1 kgf/cm². Porém, a pressão atmosférica diminui com o aumento da altitude. De forma simplificada, poder-se-á considerar que a pressão diminui 1 hpa (ou 1 mbar) a cada 8 metros que se sobe. A 3000 metros, é cerca de 0,7 kgf/cm². A 8840 metros, a pressão é de apenas 0,3 kgf/cm². Barômetro O físico italiano Evangelista Torricelli ( ) realizou uma experiência para determinar a pressão atmosférica ao nível do mar. Ele usou um tubo de aproximadamente 1,0 m de comprimento, cheio de mercúrio (Hg) com a extremidade tampada. Depois, colocou o tubo, em pé e com a boca tampada para baixo, dentro de um recipiente que também continha mercúrio. Torricelli observou que, após destampar o tubo, o nível do mercúrio desceu e estabilizou-se na posição correspondente a 76 cm, restando o vácuo na parte vazia do tubo. Figura Barômetro de Mercúrio Os instrumentos destinados a medir a pressão atmosférica chamam-se barômetros. Existem dois tipos: os de mercúrio, baseados na experiência de Torricelli, e os metálicos que utilizam as deformações provocadas pela pressão atmosférica numa caixa de metal em cujo interior foi feito vácuo. P á g i n a 59

60 Quando a pressão externa se altera, a caixa metálica se deforma; essa deformação é transmitida a um ponteiro que se desloca sobre uma escala graduada. A pressão atmosférica varia de acordo com a altitude. Quando descemos uma serra, por exemplo, notamos uma diferença através de Figura Barômetro Metálico nossos ouvidos. O aumento de pressão atmosférica ocorre à medida que diminuímos a altitude, ou seja, baixa altitude é igual à alta pressão e alta altitude é igual à baixa pressão. Figura Pressão Atmosférica em relação à altitude A pressão atmosférica em um determinado local depende, portanto, da massa total da atmosfera. Como o ar é uma mistura muito compressível, esta massa pode variar significativamente com a altitude; consequentemente, a principal causa de variação da pressão atmosférica é a altitude. P á g i n a 60

61 PRESSÃO INTERNA DE UM VASO Vasos de pressão estão sempre submetidos simultaneamente à pressão interna e à pressão externa. Mesmo vasos que operam com vácuo estão submetidos a essas pressões, pois não existe vácuo absoluto. O que usualmente denomina-se vácuo é qualquer pressão inferior à atmosférica. O vaso dimensionado considerando-se a pressão diferencial resultante, atuando sobre as paredes, poderá ser maior internamente ou externamente PRESSÃO MANOMÉTRICA, PRESSÃO RELATIVA E PRESSÃO ABSOLUTA Pressão manométrica é a pressão medida em relação à pressão atmosférica existente no local, podendo ser positiva ou negativa. Os manômetros (medidores de pressão) utilizam a pressão atmosférica como referência, medindo a diferença entre a pressão do sistema e a pressão atmosférica. Tais pressões chamam-se pressões manométricas. A pressão manométrica de um sistema pode ser positiva ou negativa, dependendo de estar acima ou abaixo da pressão atmosférica. Quando o manômetro mede uma pressão manométrica negativa, ele é chamado de manômetro de vácuo (ou vacuômetro). O manômetro metálico tipo Bourdon pode Figura Pressões ser utilizado em postos de gasolina para calibração de pneus (os médicos usam um sistema semelhante). A pressão medida pelo manômetro metálico tipo Bourdon é também denominada de pressão manométrica e indica a diferença entre a pressão interna e a pressão externa. P á g i n a 61

62 Figura 1.7 Vacuômetro Figura Manômetro de Bourdon A figura abaixo representa a diferença entre um manômetro de tubo fechado e um manômetro de tubo aberto. Determinando a altura da coluna de líquido (tubo fechado) e a diferença de níveis do líquido nos dois ramos do tubo em U (tubo aberto), é possível determinar a pressão manométrica no sistema. Figura Manômetro de tubo fechado e tubo aberto A pressão num ponto do sistema fluido pode ser designada em termos absolutos ou relativos. As pressões absolutas são medidas em relação ao vácuo perfeito (pressão absoluta nula), enquanto que a pressão relativa é medida em relação à pressão atmosférica local. Deste modo, uma pressão relativa nula corresponde a uma pressão igual à pressão atmosférica local. As pressões absolutas são sempre positivas, mas as pressões relativas podem ser tanto positivas (pressão maior do que a atmosférica local), quanto negativas (pressão menor do que a atmosférica local). Uma pressão negativa é também referida como vácuo. Por exemplo, a pressão de 70 kpa (abs.) como 31,33 kpa P á g i n a 62

63 (relativa), se a pressão atmosférica local é 101,33kPa, ou com um vácuo de 31,33 kpa. A pressão relativa também é conhecida como pressão manométrica. O conceito de pressão absoluta e relativa está ilustrado graficamente na Figura A pressão absoluta pode ser definida como a pressão real existente dentro de um recipiente. (Comparar com pressão manométrica.) É a Figura Pressões Relativa e Absoluta em dois pontos de referência escala de pressão que adota como zero o vácuo absoluto, o que justifica a afirmação que nesta escala só existe pressões positivas; teoricamente poderíamos ter a pressão igual à zero, que representaria a pressão do vácuo absoluto. A pressão relativa define-se como a diferença entre a pressão absoluta e a pressão atmosférica. Os aparelhos destinados a medir a pressão relativa são o manômetro e também o piezômetro. É a escala de pressão que adota como zero a pressão atmosférica local, o que justifica a afirmação que nesta escala existe: pressões negativas (depressões ou vácuos técnicos), nulas e positivas. Piezômetro é definido como um aparelho para avaliar a compressibilidade ou a tensão dos líquidos. É constituída de um tubo simples de vidro graduado vertical, aberto nos dois lados, conectado a massa de água. Abaixo ilustramos a relação entre as pressões atmosférica (barométrica), absoluta, manométrica e de vácuo. Temos vácuo quando a pressão é inferior à atmosférica ou seja, pressões efetivas negativas. P á g i n a 63

64 Figura Exemplo de pressões atmosférica, absoluta e relativa em vasos de pressão UNIDADES DE PRESSÃO O pascal (cujo símbolo é Pa) é a unidade padrão de pressão no SI. Equivale a força de 1 N aplicada sobre uma superfície de 1 m 2. O nome desta unidade é uma homenagem a Blaise Pascal, eminente matemático, físico e filósofo francês. Durante muito tempo a meteorologia métrica utilizou o milibar para medir pressão. Após a mudança para o Sistema Internacional (SI), muitos meteorologistas preferiram continuar usando a magnitude a que estavam acostumados e não adotaram o prefixo multiplicador quilo (x 1000) e sim o hecto (x 100). A tabela apresenta os valores para as transformações das unidades: Tabela Valores para conversão de unidades de pressão P á g i n a 64

65 1.2. CALOR E TEMPERATURA NOÇÕES GERAIS: O QUE É CALOR, O QUE É TEMPERATURA O calor (abreviado por Q) é a energia térmica em trânsito de um corpo para outro, motivada por uma diferença de temperatura. A energia de agitação das partículas de um corpo é chamada de energia térmica do corpo. A quantidade de energia térmica de um corpo depende de uma série de fatores, como a sua massa, a substância de que é constituída, a temperatura. Logo não há sentido em dizer que um corpo tem mais calor que outro. O calor é uma energia que se transfere de um sistema para outro, sem transporte de massa, e que não corresponde à execução de um trabalho mecânico. A unidade do Sistema Internacional (SI) para o calor é o Joule (J). A Temperatura é um parâmetro físico (uma função de estado) descritivo de um sistema que vulgarmente se associa às noções de frio e calor, bem como às transferências de energia térmica, mas que se poderia definir, mais exatamente, sob um ponto de vista microscópico, como a medida da energia cinética associada ao movimento (vibração) aleatório das partículas que compõem o um dado sistema físico. Calor e temperatura. Você deve distinguir cuidadosamente calor de temperatura. Quantidade de calor é a energia cinética total das moléculas de um corpo, devida a seus movimentos irregulares. O calor flui dos corpos de maior temperatura para os de menor temperatura, a diferença de temperaturas faz o calor fluir. Quando dois corpos em temperaturas diferentes são postos em contato, espontaneamente há transferência de energia térmica do corpo mais quente para o corpo mais frio. Sendo assim, a temperatura do mais quente diminui e a do mais frio aumenta até que as duas se igualem. Nesse ponto, cessa a troca de calor e os corpos atingiram o equilíbrio térmico e a correspondente temperatura é chamada de temperatura final ou de equilíbrio. P á g i n a 65

66 Figura Equilíbrio Térmico em dois corpos Como medir quantidades de calor? Tudo que vive, desde os micróbios e insetos, até os elefantes, está continuamente usando energia. Quando você está repousando, você necessita de pouca energia alimentar. Quando você cava um buraco ou joga futebol, você necessita mais energia. A energia utilizada para realizar esses trabalhos provém dos alimentos que você ingere. Usamos energia térmica para cozinhar os alimentos, para mover os trens e navios e para fazer funcionar máquinas de certas fábricas. Se em sua casa se usa carvão ou lenha para cozinhar, sua mãe se preocupa com que deixe pouco resíduo e produza pouca fumaça. Acima de tudo ela se interessa pela energia calorífica, que é produzida. No dia-a-dia estamos constantemente entrando em contato com objetos ou ambientes onde podemos ter a sensação de quente ou frio, percebendo diferentes temperaturas. E é comum usarmos as palavras calor e temperatura sem deixar clara a diferença existente entre as duas. Algumas expressões podem até apresentar as palavras com seus conceitos trocados, como no caso da expressão "como está calor hoje!" onde se usa a palavra calor para expressar a temperatura do ambiente. A partir disso se deduz que as sensações de quente e frio que temos também não são sensações de calor e sim de temperatura. Na verdade, temperatura de um objeto ou meio é a medida de o quanto estão agitados seus átomos e moléculas, enquanto que calor, ou energia térmica, é a quantidade de energia envolvida nessa agitação molecular. Para entender melhor, façamos uma analogia com duas piscinas, onde relacionamos o volume de água com calor e os níveis da água nas piscinas relacionaram à P á g i n a 66

67 temperatura. Duas piscinas de mesma profundidade e de tamanho diferentes podem ter o mesmo nível de água. Porém, obrigatoriamente, terão volumes diferentes de água. Podemos concluir que dois objetos com a mesma temperatura podem possuir quantidades diferentes de calor. A distinção fica mais clara pelo seguinte exemplo. A temperatura de um copo de água fervente é a mesma que a da água fervente de um balde. Contudo, o balde de água fervente tem uma maior quantidade de energia que o copo de água fervente. Portanto, a quantidade de calor depende da massa do material, a temperatura não. Embora os conceitos de calor e temperatura sejam distintos, eles são relacionados. A temperatura de uma parcela de ar pode mudar quando o ar ganha ou perde calor, mas isto não é sempre necessário, pois pode haver também mudança de fase da água contida no ar ou mudança de volume da parcela de ar, associada com o ganho ou perda de calor. Quando calor entra em um corpo, ele aquece, e quando sai do corpo ele esfria. Para relacionar entre si calor e temperatura, lembra-se o que segue: Quanto maior a quantidade de calor, mais aquecemos o corpo, e, portanto, maior será a variação de temperatura. Uma mesma quantidade de calor aquece muito um corpo pequeno e pouco um corpo grande ou a variação da temperatura é proporcional à quantidade de calor. Escalas de Temperaturas Vamos mencionar três escalas: a Celsius, a Fahrenheit e a Kelvin (ou absoluta). A escala Fahrenheit é muito usada em países de Língua Inglesa, principalmente Estados Unidos e Inglaterra. A escala Kelvin também é usada para fins científicos. O ponto de fusão do gelo corresponde a 0 ºC na escala Celsius, 32 ºF na escala Fahrenheit e 273 K na escala Kelvin. O ponto de ebulição da água corresponde, respectivamente, a 100 ºC 212 ºF e 373 K. O ponto zero da escala Kelvin (zero absoluto) corresponde, ao menos teoricamente, à temperatura na qual cessa o movimento molecular e o objeto P á g i n a 67

68 não emite radiação eletromagnética. Não há temperaturas abaixo dessa. A seguir, relações entre as diversas escalas: Figura Relação entre as escalas termométricas Existe uma equação que pode ser usada para fazer estas conversões. Com ela pode-se transformar ºF em ºC, K em ºC e ºF em K, e outras transformações mais que sejam necessárias. Veja a equação abaixo: MODOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR Transferência de calor é a passagem de energia térmica (que durante a transferência recebe o nome de calor) de um corpo para outro de uma parte para outra de um mesmo corpo. Os processos pelos quais ocorre transferência de calor são condução, convecção e radiação. Condução é um dos meios de transferência de calor que geralmente ocorre em materiais sólidos é a propagação do calor por meio do contato de moléculas de duas ou mais substâncias com temperaturas diferentes (metais, madeiras, cerâmicas, etc.). Condução é a transferência de calor através de um corpo, de molécula a molécula e ela ocorre dentro de uma substância ou entre substâncias que estão em contato físico direto. Na condução a energia cinética P á g i n a 68

69 dos átomos e moléculas (isto é, o calor) é transferida por colisões entre átomos e moléculas vizinhas. O calor flui das temperaturas mais altas (moléculas com maior energia cinética) para as temperaturas mais baixas (moléculas com menor energia cinética). A capacidade das substâncias para conduzir calor (condutividade) varia consideravelmente. Via de regra, sólidos são melhores condutores que líquidos e líquidos são melhores condutores que gases. Num extremo, metais são excelentes condutores de calor e no outro extremo, o ar é um péssimo condutor de calor. Consequentemente, a condução só é importante entre a superfície da Terra e o ar diretamente em contato com a superfície. Figura Condução de calor em uma barra metálica Figura Condução de calor em uma parede de alvenaria Como meio de transferência de calor para a atmosfera como um todo a condução é o menos significativo e pode ser omitido na maioria dos fenômenos meteorológicos. Quando a transferência de energia ocorrer em um meio estacionário, que pode ser um sólido ou um fluido, em virtude de um gradiente de temperatura, usamos o termo transferência de calor por condução. Convecção somente ocorre em líquidos e gases. Consiste na transferência de calor dentro de um fluído através de movimentos do próprio fluído, ou seja, um material aquecido é transportado de tal maneira a deslocar outro material mais frio. O calor ganho na camada mais baixa da atmosfera através de radiação ou condução é mais frequentemente transferido por convecção. A convecção ocorre como consequência de diferenças na densidade do ar. Quando o calor é conduzido da superfície relativamente quente para o ar sobrejacente, este ar torna-se mais quente que o ar vizinho. Ar quente é menos denso que o ar frio de modo que o ar frio e denso desce e força o ar mais quente e menos P á g i n a 69

70 denso a subir. O ar mais frio é então aquecido pela superfície e o processo é repetido. Desta forma, a circulação convectiva do ar transporta calor verticalmente da superfície da Terra para a troposfera, sendo responsável pela redistribuição de calor das regiões equatoriais para os polos. O calor é também transportado horizontalmente na atmosfera, por movimentos convectivos horizontais. O termo convecção é usualmente restrito à transferência vertical de calor na atmosfera. Neste exemplo, o ar quente por ser menos denso que o ar frio sobe, fazendo assim que o ar frio desça até que haja o equilíbrio térmico, fazendo assim a troca de calor por convecção. O mesmo acontece na geladeira residencial o ar frio, mais denso, tende a descer, empurrando o ar quente, menos denso, assim havendo troca térmica até o sistema entrar em equilíbrio térmico. Um exemplo bastante conhecido de convecção natural é o aquecimento de água em uma panela doméstica. Para este caso, o movimento das moléculas de água pode ser observado claramente. Figura Convecção de calor através de um ar condicionado Figura Error! No text of specified style in document Convecção de calor através de uma geladeira Figura Convecção de calor através de uma panela com água em ebulição P á g i n a 70

71 Radiação consiste em um fenômeno de ondas eletromagnéticas viajando com a velocidade da luz, é o modo de transporte de energia calorífica no espaço vazio ou vácuo. Como a radiação é a única que pode ocorrer no espaço vazio, esta é a principal forma pela qual o sistema Terra-Atmosfera recebe energia do Sol e libera energia para o espaço. Um corpo negro é aquele que toda a energia radiante que incide sobre ele é absorvida. Em equilíbrio térmico, um corpo negro emite tanta energia quanto ele absorve. Portanto, um bom absorvedor de radiação é também um bom emissor de radiação. Figura Radiação de calor do sol através do espaço Figura Radiação de calor através de soldagem Radiação ultravioleta Queima a pele (10 minutos de solda = 1 dia de praia) Exposição contínua leva a cegueira. Ponto branco que se observa na abertura do arco. Figura Transferência de calor no aquecimento de um bule e uma frigideira Radiação infravermelha Queima a pele e cauteriza a retina. Processos de transferência de calor ocorrendo em um mesmo evento. Figura Error! No text of specified style in document Processos de transferência de calor em uma garrafa térmica P á g i n a 71

72 O fogo transfere calor através de radiação para o local de aquecimento do bule e da frigideira; a água aquece-se através de convecção e o calor da frigideira chega até a mão através de condução do calor CALOR ESPECÍFICO E CALOR SENSÍVEL Colocando um pedaço de ferro na chama de uma vela, observa-se que o calor fornecido pela chama provoca uma variação da temperatura (aquecimento) o ferro. Colocando um pedaço de gelo que se encontra seu ponto de fusão na chama de uma vela, nota-se que o calor fornecido pela chama provoca uma mudança de estado (fusão) do gelo. Portanto quando um corpo cede ou recebe calor, este pode produzir no corpo dois efeitos diferentes: variação da temperatura ou mudança de estado. Calor específico (c) ao contrário da capacidade térmica, o calor específico não é característica do corpo, mas sim característica da substância. Corresponde à quantidade de calor recebida ou cedida por 1 g da substância que leva a uma variação de 1 C na temperatura do corpo em questão. É dado pela relação da capacidade térmica do corpo pela sua massa. É representado pela letra c (minúscula) e é medido em cal/g. C ou cal/g.k. c = C/m Onde c é o calor específico, C é a capacidade térmica e m é a massa. P á g i n a 72

73 Substância Calor Específico (cal/g. C) Água 1,0 Álcool 0,58 Alumínio 0,22 Ar 0,24 Carbono 0,12 Chumbo 0,031 Cobre 0,094 Ferro 0,11 Gelo 0,5 Hélio 1,25 Hidrogênio 3,4 Latão 0,092 Madeira 0,42 Mercúrio 0,033 Nitrogênio 0,25 Ouro 0,032 Oxigênio 0,22 Prata 0,056 Rochas 0,21 Vidro 0,16 Zinco 0,093 Tabela Tabela de o calor específico de algumas substâncias à pressão constante de 1 atm. Calor sensível É aquele que provoca variação da temperatura. Capacidade térmica (C) É uma característica do corpo. A capacidade térmica corresponde à quantidade de calor (recebida ou cedida) que leva a uma variação de 1 C na temperatura do corpo. É dada pela relação da quantidade de calor recebida por um corpo e a variação de temperatura sofrida pelo mesmo. É representada pela letra C e é medida em calorias por grau Celsius (cal/ C) ou caloria por Kelvin (cal/k). P á g i n a 73

74 Onde C é a Capacidade térmica, Q é a quantidade de calor recebida ou cedida pelo corpo e Δt é a variação de temperatura sofrida pelo corpo. A quantidade de calor sensível (Q) que um corpo de massa m recebe é diretamente proporcional ao seu aumento de temperatura. Logo, podemos calcular a quantidade de calor sensível usando a seguinte fórmula: Calor latente é aquele que provoca mudança de estado físico. Calor latente (L) É a quantidade de calor que a substância troca por grama de massa durante a mudança de estado físico. É representado pela letra L. É medido em caloria por grama (cal/g). Para calcular o calor latente é necessário utilizar a seguinte expressão: Onde Q é a quantidade de calor recebida ou cedida pelo corpo, m é a massa do corpo e L é o calor latente. Figura Calor sensível e Calor Latente P á g i n a 74

75 TRANSFERÊNCIA DE CALOR À TEMPERATURA CONSTANTE Uma chaleira está esquentando água no fogão. À medida que a superfície metálica se aquece, calor é transmitido para a água até se atingir o ponto de ebulição. O que se nota na ebulição é que o líquido está a uma temperatura constante. Não existe um gradiente de temperatura, como é o caso do calor por condução. O único gradiente que existe é entre a superfície da chaleira em contato com a água é a chaleira propriamente dita. O conceito de regime de transferência de calor pode ser mais bem entendido através de exemplos. Analisemos, por exemplo, a transferência de calor através da parede de uma estufa qualquer. Consideremos duas situações: operação normal e desligamento ou religamento. Durante a operação normal, enquanto a estufa estiver ligada a temperatura na superfície interna da parede não varia. Se a temperatura ambiente externa não varia significativamente, a temperatura da Figura Transferência de calor à temperatura constante em uma estufa superfície externa também é constante. Sob estas condições a quantidade de calor transferida para fora é constante e o perfil de temperatura ao longo da parede, mostrado na figura abaixo, não varia. estamos no regime permanente, ou temperatura constante. Neste caso, dizemos que VAPOR SATURADO E VAPOR SUPERAQUECIDO Vapor superaquecido e vapor saturado às vezes se confundem em suas aplicações. Vapor é um gás à temperatura abaixo da temperatura crítica, de modo que ele pode ser liquefeito por compressão, sem baixar a temperatura. Sob o ponto de vista termodinâmico, gás e vapor possuem o mesmo significado prático. O vapor d'água, água no estado gasoso, é o fluido de trabalho mais P á g i n a 75

76 usado na indústria para aquecimento, limpeza e reação de processo. O vapor d'água é gerado na caldeira. Eis um assunto que traz dúvidas a um bom número de pessoas: vapor saturado versus vapor superaquecido. Qual é mais econômico? Qual é mais eficiente? Onde se deve aplicar um e outro? Vapor saturado é a camada mais próxima da superfície líquida, encontrase no limiar do estado líquido e gasoso, podendo apresentar-se seca ou úmida. O vapor saturado, ao contrário, é composto por uma mistura a de água e vapor, cuja temperatura se mantém constante em relação à sua pressão, e é justamente esta característica que lhe confere maior facilidade no controle de temperatura de processos, portanto, é o tipo de vapor mais utilizado na maioria das aplicações industriais, que não requerem isenção de umidade ou altas temperaturas. Vapor superaquecido é aquele que possui temperatura mais elevada que a do vapor saturado. Para obtê-lo, é necessário aquecer o vapor saturado, mantendo inalterada a sua pressão. O vapor passa a condição de superaquecimento quando ultrapassa temperaturas de saturação de uma determinada pressão. O vapor superaquecido é isento de umidade e comporta-se nas tubulações como gás. Figura Vapor saturado em uma panela Graças a estas qualidades, é o perfeito para alimentação de turbinas geradoras de energia elétrica ou motora, e este é de fato sua principal aplicação. Isso por que as turbinas não podem receber umidade, sob o risco de sofrerem danos em seus componentes. Mesmo sendo isentas de água, as linhas de vapor superaquecido devem ser drenadas sempre, uma vez que em inícios ou paradas de processo pode ocorrer uma formação de condensado, colocando em risco o funcionamento da turbina. Nas linhas de vapor superaquecido, os pontos de drenagem devem ser instalados a cada 50 metros, um pouco mais distantes do que se verifica nas linhas de vapor saturado. P á g i n a 76

77 Os purgadores para vapor superaquecido, todos do tipo termodinâmico, são desenvolvidos especialmente para esta função. Para atender as necessidades típicas desta aplicação, eles têm as superfícies do disco e da cabeça da sede tratadas especialmente para proporcionar vedação impecável. Após movimentar uma turbina, o vapor superaquecido é expelido como vapor de menor pressão e temperatura, com características próximas do vapor saturado. Para reaproveitar a exaustão do vapor superaquecido, é conveniente e recomendável saturá-lo para aproveitar as propriedades do vapor saturado, que é mais adequado para aplicações de aquecimento. Devido a esta possibilidade, muitas indústrias preferem gerar apenas vapor superaquecido e aplicá-lo em todas as suas operações. Não se obtém grandes vantagens usando-o em operações de aquecimento, por que, mesmo tendo temperatura mais alta, com o acréscimo de energia que possui na transferência para o processo ocasionará um tempo para execução desta tarefa, que será maior que o vapor saturado. Assim, você terá consumido mais combustível para produzir um vapor que renderá menos na aplicação. Moral da história: manter cada tipo de vapor na aplicação ideal é a melhor forma de economizar tempo. 2. CALDEIRAS - CONDIÇÕES GERAIS São equipamentos que transformam água no estado líquido em vapor a pressões superiores à atmosférica e temperaturas iguais ou superiores à temperatura de saturação, utilizando para isso calor obtido de qualquer fonte de energia. A NR-13 é a norma do ministério do Trabalho que regula a operação de caldeiras. Para efeito desta norma, as caldeiras são classificadas em três categorias: Categoria A - Pressão igual ou superior a 1960 kpa ou 19,98 kgf/cm 2 ; Categoria B - Pressão igual ou inferior a 588 kpa ou 5,99 kgf/cm 2 volume igual ou inferior a 100L; e P á g i n a 77

78 Categoria C - Todas as outras não enquadradas nas outras categorias TIPOS DE CALDEIRAS E SUAS UTILIZAÇÕES As caldeiras podem ser classificadas segundo vários critérios, além dos usados na NR-13. Os principais critérios utilizados para classificar caldeiras são: posição relativa dos gases e da água, energético utilizado, posicionamento dos tubos e tipo de fornalha. Classificação quanto à localização relativa da água e dos gases: Quanto à localização relativa da água e dos gases, as caldeiras se dividem em flamotubulares e aquatubulares CALDEIRAS FLAMOTUBULARES São constituídas de um corpo cilíndrico, responsável por armazenar água e vapor sob pressão. O corpo é atravessado por uma série de tubos por onde passam gases quentes de combustão, sendo a troca térmica realizada por condução através das paredes dos tubos. Este tipo de caldeira possui como vantagens os baixos custos de aquisição e manutenção, devido a sua construção simplificada, além se serem flexíveis a aumentos instantâneos de demanda de vapor. Em contrapartida, possuem baixa capacidade de produção de vapor, baixo rendimento térmico, permitem somente a obtenção de vapor saturado e trabalham a pressões baixas (até no máximo 20 kgf/cm 2 ). Figura 2.1 Caldeira flamotubulares Utilização: São utilizadas em sistemas de aquecimento e pequenas instalações industriais, com destaque para a produção de alimentos e bebidas. P á g i n a 78

79 CALDEIRAS AQUATUBULARES São caldeiras em que a água circula por dentro de uma tubulação, enquanto os gases quentes circulam por fora desta tubulação. Geralmente possuem dois reservatórios, sendo um para água líquida e o outro para água líquida e vapor, sendo estes interligados por uma série de tubos que compõe a tubulação de troca térmica. Entre as vantagens deste tipo construtivo se destacam a maior capacidade de produção de vapor, o maior rendimento térmico, a possibilidade de trabalhar com pressões mais elevadas, inclusive acima do ponto crítico da água, e a possibilidade de instalação de superaquecedores de vapor. Como desvantagens se destacam o alto custo e a dificuldade de manutenção, devido à complexidade do equipamento. Utilização: São utilizadas em médias e grandes instalações industriais e em usinas de geração de energia elétrica. Figura 2. 2 Caldeira aquatubular Classificação quanto à energia utilizada para o aquecimento: Quanto ao energético utilizado, às caldeiras se dividem em caldeiras a combustíveis sólidos, caldeiras a combustíveis líquidos, caldeiras elétricas e caldeiras de recuperação. Existem também, em menor escala, caldeiras que utilizam fontes alternativas de energia, como energia solar e geotérmica. P á g i n a 79

80 CALDEIRAS A COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS São caldeiras que utilizam combustível sólido como energético. São exemplos deste tipo as caldeiras a carvão, lenha e bagaço de cana. Estas caldeiras se diferenciam das outras pela sua fornalha, as quais podem ser projetadas para queima de combustível pulverizado, queima em grelha ou em leito fluidizado. São caldeiras que geram grande quantidade de rejeitos CALDEIRAS A COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS São caldeiras que trabalham com combustíveis líquidos, geralmente derivados de petróleo como o óleo combustível e o diesel. Para atingir a viscosidade correta para a queima e uma chama estável, o óleo necessita de aquecimento prévio e nebulização, sendo assim, para viabilizar sua utilização, é necessária a existência de um tanque para armazenagem, um sistema de bombeamento e um sistema de aquecimento. A desvantagem deste tipo de queima é a possibilidade de corrosão nas partes frias da caldeira e a poluição atmosférica causada pelos contaminantes presentes no óleo CALDEIRAS A GÁS São caldeiras que utilizam o gás natural, o GLP, o gás de refinaria e gases residuais de processo. Por ser um tipo de combustível que gera baixo nível de poluentes, não causa corrosão nas partes frias do equipamento. Estas caldeiras possuem rendimento energético superior se comparadas às que trabalham com combustíveis sólidos ou líquidos, característica esta que aliada à disponibilidade de combustível e facilidade de transporte deste, além da vantagem de não gerar quantidades significativas de resíduos sólidos, faz com que este tipo de caldeira seja preferido atualmente em grande parte das aplicações industriais. P á g i n a 80

81 CALDEIRAS DE RECUPERAÇÃO São caldeiras que aproveitam o calor sensível dos gases quentes residuais de processos industriais para promover o processo de vaporização. Exemplos: caldeiras de CO nas refinarias, ciclos combinados em turbinas a gás, nas fábricas de ácido sulfúrico para baixar a temperatura do SO 2 até as condições exigidas pelo processo CALDEIRAS ELÉTRICAS São constituídas basicamente de um vaso de pressão contendo água, que possui em seu interior componentes elétricos destinados ao fornecimento de calor. Estes componentes de aquecimento podem ser resistências, eletrodos ou outros componentes, conforme as características de cada equipamento. A maior vantagem deste tipo de caldeira é a não emissão de gases e outros tipos de resíduos de combustão, além de outras vantagens relacionadas a não utilização de combustíveis. O alto custo da energia elétrica tem limitado bastante sua utilização. Utilizações: Utilizadas em saunas, hotéis, restaurantes e outras pequenas aplicações PARTES DE UMA CALDEIRA PARTES DE UMA CALDEIRA FLAMOTUBULARES Corpo Construído a partir de chapas de aço carbono calandradas e soldadas, constitui o reservatório onde são mantidos a água e o vapor sob pressão. Suas características construtivas definem a capacidade de produção de vapor e a pressão de trabalho da caldeira. P á g i n a 81

82 Figura 2.3 Corpo Espelhos Constituem em duas chapas planas soldadas nas extremidades do corpo, sendo responsáveis pelo fechamento deste e pelo posicionamento e fixação do feixe tubular, que pode ser fixado por solda ou por mandrilamento. Figura 2.4 Espelho Feixe Tubular É constituído pelos tubos de troca térmica, são fixados aos espelhos e passam por dentro do corpo. Os gases quentes provenientes da combustão percorrem o interior destes tubos, que possuem sua parte externa em contato com a água contida no corpo, promovendo assim o aquecimento e vaporização da água. Figura 2.5 Feixe tubular Caixa de fumaça Em algumas caldeiras, os gases de combustão atravessam a o corpo mais de uma vez, aumentando assim o rendimento térmico desta. A caixa de fumaça é o local por onde os gases da combustão fazem esta reversão no seu trajeto, para então passar novamente pelo interior da caldeira (pelo feixe tubular). P á g i n a 82

83 Figura 2.6 Caixa de Fumaça PARTES DE UMA CALDEIRA AQUATUBULAR Tubulão Superior (Tambor de Vapor) Consiste em um tambor fabricado em aço de alta qualidade onde a água e o vapor permanecem em equilíbrio. Este elemento recebe a água de alimentação, e nele são instaladas as saídas de vapor. No interior do tubulão superior geralmente há elementos que atuam como filtros de vapor, para evitar que partículas sólidas e líquidas sejam arrastadas pelo fluxo de vapor. Figura Tubulão Superior Tubulão Inferior (Tambor de Lama) O tubulão inferior, ou tambor de lama, também consiste em um tambor fabricado em aço. Possuem, em geral, dimensões menores que o tubulão superior. No tubulão inferior estão instaladas tomadas para purga ou descarga de fundo, utilizadas para remover lama e resíduos sólidos. Figura 2.8 Tubulão Inferior Feixe Tubular É constituído por uma série de tubos que interligam os tubulões superior e inferior, pode ser formado por tubos retos ou curvos. Os tubos de descida P á g i n a 83

84 contendo água são chamados de downcomer, enquanto os tubos de subida de água e vapor são chamados de risers. O fluxo de água por estes tubos pode ser natural, por diferença de densidade, ou forçado, através da utilização de bombas, sendo esta ultima utilizada quando a caldeira trabalha sob pressões muito elevadas. Superaquecedor São superfícies de troca de calor que têm por objetivo fornecer energia ao vapor saturado, de modo a transformá-lo em vapor superaquecido, visando aumentar a disponibilidade de energia contida no mesmo. Os tubos são convenientemente espaçados para que os gases de combustão circulem entre eles e devem ser fabricados em aço especial para resistir a altas temperaturas. Os superaquecedores podem ser drenáveis ou não drenáveis. Podem ser ainda de convecção, radiação ou mistos, conforme a zona de calor em que se encontrem. Figura 2. 9 Superaquecedor Pré-aquecedores de ar a gases de combustão São equipamentos que aproveitam o calor dos gases quentes que saem da caldeira para elevar a temperatura do ar para a combustão, aumentando assim a eficiência da caldeira. Existem dois tipos principais de pré-aquecedores de ar a gases de combustão, os tubulares e os regenerativos. Pré-aquecedores tubulares São constituídos de um feixe tubular fixado em espelho e inserido em um invólucro metálico integrante da caldeira. P á g i n a 84

85 Pré-aquecedores regenerativos Constituídos de um rotor inteiramente metálico contendo um material de enchimento, geralmente cestas contendo malha metálica, para facilitar o transporte de calor. Este rotor gira a baixa rotação e, a cada revolução, o conjunto recebe calor dos gases quentes e cede calor ao ar frio. Pré-aquecedores de ar a vapor Têm a função de impedir que o ar chegue muito frio no pré-aquecedor de ar a gases de combustão causando a queda da temperatura dos gases de combustão para aquém de seu ponto de orvalho e provocando corrosão. Pré-aquecedores de água Tem a função de elevar a temperatura da água até uma temperatura próxima a de saturação para evitar possíveis tensões nos componentes metálicos e queda de pressão no tubulão, além de aumentar no rendimento da caldeira. Existem dois tipos principais, os economizadores, que aproveitam o calor dos gases de combustão, e os aquecedores a vapor, que possuem por função não permitir que a água chegue muito fria nos pré-aquecedores. Fornalha A fornalha, também chamada de câmara de combustão, é a parte da caldeira onde ocorre a combustão propriamente dita. De acordo com o tipo de combustível a ser queimado, as fornalhas podem ser classificadas em: queima em suspensão, queima em grelhas e queima em leito fluidizado. As fornalhas de queima em suspensão têm aplicação mais abrangente, por permitirem a queima de óleo, carvão ou gás. As fornalhas com grelha ou leito fluidizado são usadas apenas para combustíveis sólidos. P á g i n a 85

86 As fornalhas de queima em suspensão utilizam queimadores, que são equipamentos instalados na fornalha, destinados a promover a combustão do óleo, gás ou carvão pulverizado. Conforme a tiragem, forçada ou induzida, a fornalha pode trabalhar com pressões acima ou abaixo da pressão atmosférica. Figura 2.10 Fornalha Queimadores São equipamentos destinados a introduzir continuamente o combustível e o ar dentro da fornalha, mantendo a combustão dentro de parâmetros prédeterminados. O queimador é composto de registro e maçarico, sendo que os registros regulam a quantidade de ar para os maçaricos. O maçarico é o elemento que se destina a receber o combustível e atomizá-lo (dividir o combustível em gotículas finas ou névoa). Há maçaricos para óleo combustível, diesel, gás, carvão pulverizado, entre outros. A atomização do combustível é conseguida através de um agente pulverizante que pode ser de pulverização mecânica, a vapor ou a ar. Os queimadores para gás se dividem em aspirantes e de queima direta. Os mais utilizados são os de queima direta, onde o gás é injetado puro, diretamente na zona de combustão, através de bicos com furos de pequeno diâmetro, podendo existir até oito ou mais bicos por queimador. O bloco refratário é um conjunto de tijolos de forma circular localizado na entrada da fornalha onde a chama do maçarico se projeta, possuindo como finalidade manter a mistura homogênea e criar uma zona de alta temperatura através da irradiação do calor, facilitando assim a combustão e mantendo a P á g i n a 86

87 forma da chama. A posição da lança do queimador deve ser de tal forma que o cone de combustível pulverizado, já em combustão, seja praticamente tangente ao bloco INSTRUMENTOS E DISPOSITIVOS DE CONTROLE DE CALDEIRA DISPOSITIVO DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO Injetores Utilizam o próprio vapor da caldeira como meio de impulsão da água. São utilizados em instalações pequenas ou como alimentador de emergência nas grandes instalações. Bombas de alimentação Bombas são máquinas hidráulicas cuja função é movimentar água ou outro líquido qualquer de um ponto para outro. As bombas podem ser acionadas por motor elétrico, motor à explosão, turbina a vapor ou praticamente qualquer outra fonte de energia mecânica. As bombas mais utilizadas para alimentação de caldeiras são as bombas alternativas e as bombas centrífugas de um ou mais estágios. Figura 2.11 Bombas centrífugas Figura 2.12 Bomba de pistão P á g i n a 87

88 Bombas alternativas São bombas em que a transferência de energia para o fluido se dá através do movimento linear de um êmbolo ou pistão, que desliza no interior de uma camisa, este movimento linear, que se dá de forma intermitente e altera o volume de uma câmara interna da bomba, que possui válvulas para entrada e saída de fluido. No curso da aspiração, o movimento do elemento mecânico aumenta o volume da câmara interna, reduzindo assim sua pressão e provocando escoamento de líquido para seu interior, através das válvulas de admissão. No curso de descarga, o elemento mecânico reduz o volume da câmara interna, exercendo forças sobre o líquido e impelindo-o para o tubo de recalque, através das válvulas de descarga. A descarga é intermitente e as pressões variam periodicamente em cada ciclo. Estas bombas imprimem pressões muito elevadas, mas sua vazão é baixa, limitada a 50t/h. Bombas centrífugas As bombas centrífugas são bombas que têm como princípio de funcionamento a força centrífuga, induzida no líquido através de palhetas e impulsores presos a um rotor, que gira no interior de uma carcaça estanque, jogando o líquido do centro para a periferia do conjunto girante. Nestas bombas, o fluxo de saída se dá em direção perpendicular ao fluxo de entrada, que, por sua vez, segue o eixo de rotação do rotor. As bombas centrífugas imprimem pressões mais baixas que as bombas alternativas, no entanto, quando utilizam múltiplos estágios podem atingir pressões altas o suficiente para atender a maioria das aplicações em alimentação de caldeiras, com a vantagem de serem mais flexíveis e promoverem um escoamento de vazão constante. P á g i n a 88

89 INDICADORES DE NÍVEL Visores de nível O visor de nível é um equipamento baseado no princípio dos vasos comunicantes que permite ao operador observar diretamente o nível da água da caldeira. Geralmente são redundantes, possuindo válvulas de bloqueio e drenagem para que possam ser liberados para manutenção. Figura 2.13 Visor de nível Boia ou flutuador Neste sistema, a indicação de nível é obtida através a posição de uma boia ou flutuador. A medição pode ser feita de forma contínua ou descontínua. Sistema de boia para medição contínua Consiste em uma boia presa a um cabo que tem sua extremidade ligada a um contrapeso. No contrapeso pode ser fixo um ponteiro que indicará diretamente o nível em uma escala. O deslocamento do cabo pode ainda ser medido por um dispositivo eletrônico. Sistema de boia para medição descontínua Consiste em duas ou mais boias localizadas a alturas diferentes que indicam quando o líquido está a um nível acima ou abaixo de sua posição. Quando o nível do líquido sobe acima da boia, esta é deslocada para cima devido ao empuxo, em contrapartida, quando o nível do líquido cai abaixo da boia esta é deslocada para baixo devido ao seu peso. As boias são instaladas de P á g i n a 89

90 tal forma que estes deslocamentos promovem a abertura ou fechamento de contatos elétricos, indicando assim se o nível de líquido está acima ou abaixo de suas posições. Figura 2.14 Medição contínua e descontínua de nível por boia Sistemas de eletrodos Estes sistemas são empregados para fornecer indicação apenas quando o nível atinge certos pontos desejados. Nos líquidos que conduzem eletricidade podemos mergulhar eletrodos metálicos de comprimentos diferentes. Quando houver condução entre os eletrodos teremos a indicação de que o nível atingiu a altura do eletrodo alcançado pelo líquido. Medição de nível por pressão diferencial Neste tipo de medição, são comparadas as pressões de dois pontos com alturas diferentes, um ponto próximo ao topo do equipamento (acima do nível do líquido) e outro próximo ao fundo do equipamento (abaixo do nível do líquido). A tubulação de impulso do ponto inferior é conectada à câmara de alta pressão do transmissor de nível. A pressão atuante na câmara de alta é a soma da pressão exercida pelo vapor contido acima da superfície do líquido e a P á g i n a 90

91 pressão exercida pela coluna de líquido no fundo do reservatório. A câmara de baixa pressão do transmissor de nível é conectada na tubulação de impulso do ponto superior onde atua somente a pressão exercida pelo vapor contido acima da superfície do líquido. Figura Medições de nível por pressão diferencial Medição de nível capacitivo A capacitância é uma grandeza elétrica que existe entre duas superfícies condutoras isoladas entre si. O medidor de nível capacitivo mede as capacitâncias do capacitor formado pelo eletrodo submergido no líquido em relação às paredes do tanque. A capacidade do conjunto depende do nível do líquido. Em líquidos ou fluidos não condutores se empregam eletrodos normais. Em líquidos ou fluídos condutores o eletrodo é isolado normalmente com teflon. À medida que o nível do tanque for aumentando o valor da capacitância aumenta progressivamente à medida que o dielétrico ar é substituído pelo dielétrico líquido a medir. A capacitância é convertida por um circuito eletrônico numa corrente elétrica, sendo este sinal indicado em um medidor. P á g i n a 91

92 SISTEMA DE CONTROLE DE NÍVEL Este controle é feito através da variação da vazão da água de alimentação da caldeira utilizando os dados fornecidos pelos indicadores de nível. Existem vários tipos de controle de nível. Alguns deles muito simples, como o que somente liga a bomba de alimentação ou abre a válvula de alimentação quando o nível cai, operando somente em duas posições (on/off). Esses tipos de controle utilizam indicadores descontínuos de nível e só funcionam em instalações com vazão de vapor muito baixa. Em instalações de médio e grande porte, é comum o uso de transmissores de pressão diferencial com instrumentação pneumática ou elétrica. Esses controladores, por sua vez, irão atuar na válvula de admissão de água INDICADORES DE PRESSÃO Os indicadores de pressão, também chamados manômetros, são instrumentos utilizados para medir a pressão de líquidos, gases e vapores. Os manômetros estão entre os mais importantes instrumentos das caldeiras, pois o controle da pressão é fundamental para garantir a segurança e a manutenção das condições operacionais dos geradores de vapor. Figura Manômetro, pressostato e sensor de pressão Manômetro tubo Bourdon O Tubo de Bourdon consiste em um tubo com seção oval, disposto em forma de C, espiral ou helicoidal, tem uma de sua extremidade fechada, estando à outra aberta à pressão a ser medida. P á g i n a 92

93 Com a pressão agindo em seu interior, o tubo tende a tomar uma seção circular resultando um movimento em sua extremidade fechada. Esse movimento através de engrenagens é transmitido a um ponteiro que irá indicar uma medida de pressão em uma escala graduada. Figura Construção básica do manômetro de Bourdon tipo C Manômetro fechado Esse tipo tem duas aplicações típicas. Uma para locais expostos ao tempo e outra em locais sujeitos a pressões pulsantes. No primeiro caso, a caixa é constituída com um grau de proteção, definida por norma, que garante a condição de hermeticamente fechada. No segundo caso, a caixa é preenchida em 2/3 com óleo ou glicerina para proteger o Bourdon e o mecanismo interno do manômetro contra pressões pulsantes ou vibrações mecânicas. Esse enchimento aumenta a vida útil do manômetro. Manômetro de pressão diferencial Este tipo construtivo é adequado para medir a diferença de pressão entre dois pontos quaisquer do processo. É composto de dois tubos de Bourdon dispostos em oposição e interligados por articulações mecânicas. A pressão indicada é resultante da diferença de pressão aplicada em cada Bourdon. P á g i n a 93

94 Manômetro com selagem líquida Em processos industriais que manipulam fluidos corrosivos, viscosos, tóxicos, sujeitos à alta temperatura e/ou radioativos, a medição de pressão com manômetro tipo elástico se torna impraticável, pois o Bourdon não é adequado para essa aplicação. Nesse caso, a solução é recorrer à utilização de algum tipo de isolação para impedir o contato direto do fluido do processo com o Bourdon. Existem basicamente dois tipos de isolação, (que tecnicamente é chamado de selagem), utilizada. Um com selagem líquida, utilizando um fluido líquido inerte em contato com o Bourdon e que não se mistura com o fluido do processo. Nesse caso é usado um pote de selagem conforme mostrado na figura. Outro, também com selagem líquida, porém utilizando um diafragma como selo. O fluido de selagem mais utilizado nesse caso é a glicerina, por ser inerte a quase todos os fluidos. Este método é o mais utilizado e já é fornecido pelos fabricantes quando solicitados Figura Pote de Selagem Figura Manômetro com selo de diafragma ACESSÓRIOS PARA MANÔMETROS Amortecedores de pulsação Os amortecedores de pulsação tem por finalidade restringir a passagem do fluido do processo até um ponto ideal em que a frequência de pulsação se torne nula ou quase nula. Esse acessório é instalado em conjunto com o manômetro P á g i n a 94

95 com objetivo de estabilizar ou diminuir as oscilações do ponteiro em função do sinal pulsante. Esta estabilização do ponteiro possibilita a leitura da pressão e também aumenta a vida útil do instrumento. Sifões Os sifões são utilizados, além de selo, para isolar o calor das linhas de vapor de água ou líquidos muito quentes, cuja temperatura supera o limite previsto para o instrumento de pressão. O líquido que fica retido na curva do tubo-sifão esfria e é essa porção de líquido que irá ter contato com o sensor elástico do instrumento, não permitindo que a alta temperatura do processo atinja diretamente o mesmo. Figura Tipos de Sifão Supressor de pressão Esse acessório tem por finalidade proteger os manômetros de pressões que ultrapassem ocasionalmente, as condições normais de operação. Ele é recomendável nesses casos para evitar ruptura do elemento de pressão. Instrumentos de transmissão de sinal Os instrumentos de transmissão de sinal de pressão têm a função de enviar informações à distância das condições atuais de processo dessa variável. Essas informações são enviadas, de forma padronizada, através de diversos tipos de sinais. P á g i n a 95

96 Transmissores pneumáticos Esses transmissores possuem um elemento de transferência que converte o sinal detectado pelo elemento receptor de pressão em um sinal de transmissão pneumático. Nesses dispositivos, um mecanismo constituído por uma lâmina metálica, denominada de palheta, e por um orifício específico de exaustão de ar, denominado de bico, é utilizado como elemento de conversão e um dispositivo amplificador de sinais pneumáticos, denominado relé piloto é utilizado para prover a saída de um sinal linear variável de 0,2 a 1,0 kgf/cm2. Transmissores eletrônicos analógicos Esses transmissores, sucessores dos pneumáticos, possuem elementos de detecção similares aos dos pneumáticos, porém utilizam elementos de transferência que convertem o sinal de pressão detectado em sinal elétrico padronizado de 4 a 20 ma dc. Existem vários princípios físicos relacionados com as variações de pressão que podem ser utilizados como elemento de transferência. Os mais utilizados nos transmissores são: a) Fita Extensiométrica (Strain Gauge) É um dispositivo que mede a deformação elástica sofrida pelos sólidos quando estes são submetidos ao esforço de tração ou compressão. São na realidade fitas metálicas fixadas adequadamente nas faces de um corpo a ser submetido ao esforço de tração ou compressão e que tem sua seção transversal e seu comprimento alterado devido a esse esforço imposto ao corpo, o que altera seu valor de resistência elétrica. Essas fitas são interligadas em um circuito tipo ponte de WHEATSTONE ajustada e balanceada para condição inicial e que ao ter os valores de resistência da fita mudada pela variação da pressão, sofre desbalanceamento proporcional a esta variação. O elemento de resistência que mede pressão é utilizado como um lado de uma ponte, como mostra a figura, para indicar a variação de resistência. P á g i n a 96

97 Figura Resistência elétrica para medição de pressão b) Sensor Piezoelétrico A medição de pressão utilizando este tipo de sensor se baseia no fato dos cristais assimétricos ao sofrerem uma deformação elástica ao longo do seu eixo axial, produzirem internamente um potencial elétrico causando um fluxo de carga elétrica em um circuito externo. A corrente elétrica produzida é proporcional à pressão aplicada, uma relação linear, o que facilita sua utilização. Outro fator importante para sua utilização está no fato de se utilizar o efeito piezoelétrico de semicondutores, reduzindo assim o tamanho e peso do transmissor, sem perda de precisão. c) Sensor Capacitivo (Célula Capacitiva) É o sensor mais utilizado em transmissores de pressão. Nele um diafragma de medição se move entre dois diafragmas fixos. Entre os diafragmas fixos e o móvel, existe um líquido de enchimento que funciona como um dielétrico. Como um capacitor de placas paralelas é constituído por duas placas paralelas separadas por um meio dielétrico, ao sofrer o esforço de pressão, o diafragma móvel (que vem a ser uma das placas do capacitor) tem sua distância em relação ao diafragma fixo modificada. Isso provoca modificação na capacitância do circuito de medição, e então, tem-se a medição de pressão. P á g i n a 97

98 Para que ocorra a medição, o circuito eletrônico é alimentado por um sinal AC através de um oscilador e então se modula a frequência ou a amplitude do sinal em função da variação de pressão para se tiver a saída em corrente ou digital. Como líquido de enchimento utiliza-se normalmente glicerina, ou fluoroil. Pressostato É um instrumento de medição de pressão utilizado como componente do sistema de proteção de equipamento ou processos industriais. É constituído em geral por um sensor, um mecanismo de ajuste de setpoint e uma chave de duas posições (aberto ou fechado). Como mecanismo de ajuste de set-point utiliza-se na maioria das aplicações uma mola com faixa de ajuste selecionada conforme pressão de trabalho e em oposição à pressão aplicada. O mecanismo de mudança de estado mais utilizado é o micro interruptor, podendo ser utilizado também ampola de vidro com mercúrio fechando ou abrindo o contato que pode ser do tipo normal aberto ou normal fechado. Dependendo das características dos equipamentos onde estão instalados, os pressostatos podem comandar a abertura e o fechamento de válvulas, acionar ou desligar bombas ou compressores, e outras ações, com o objetivo de evitar o aumento excessivo da pressão no sistema DISPOSITIVOS DE SEGURANÇA Fusível térmico Também chamado fusível tampão, consiste em um parafuso com um furo no centro preenchido com uma liga de metal de baixo ponto de fusão. Quando a temperatura aumenta, ocorre à fusão do material, provocando o escape de vapor pelo orifício, o que causa um barulho intenso. P á g i n a 98

99 Válvulas de Segurança São válvulas calibradas para abrir a uma pressão definida, descarregando, assim, o excesso de vapor e, com isso, evitando sob-repressões perigosas na caldeira. A NR-13 exige que as válvulas de segurança abram a uma pressão igual ou inferior a PMTA e, no caso de caldeiras com superfície de aquecimento superior a 47m 2, estas devem possuir duas válvulas de segurança. Neste caso, é permitido um acréscimo de pressão durante a descarga, ficando as duas válvulas abertas, de no máximo de 6% de PMTA, no caso de caldeiras projetadas conforme as normas ASME Seção I. Normalmente, quando em número de duas por caldeira, uma no tubulão e outra na saída de vapor da caldeira, as válvulas devem abrir numa sequência pré-determinada. Isso evita a falta de fluxo no superaquecedor, o que danificaria o mesmo. Existem válvulas de segurança que permitem o seu acionamento manual através de uma alavanca, caso esta não abra automaticamente, aumentando assim a segurança da caldeira. O uso deste tipo de válvula de segurança é obrigatório para caldeiras de categorias B e C pela NR-13. Figura Válvulas de segurança com alavanca P á g i n a 99

100 Intertravamento São dispositivos destinados a proteger a caldeira e o sistema em caso de alguma anormalidade. Atuam normalmente apagando a caldeira. Utilizam elementos sensores e relés. Os elementos finais de proteção são as válvulas de combustível. As proteções são necessárias devidas, por exemplo, aos seguintes fatos: Nível baixo; Pressão baixa nos combustíveis; Baixa vazão de ar; Alta temperatura do vapor na entrada do desuperaquecedor; Falha na chama; Parada dos ventiladores. Válvulas de fechamento rápido operadas por intertravamento: São válvulas mantidas abertas ou fechadas quando determinadas condições são satisfeitas. Faltando uma destas condições, por meio de um sinal elétrico, esta válvula irá fechar ou abrir. No projeto dessas válvulas é previsto que, em caso de falta total de energia, a válvula vá para a posição mais segura. Detectores de chama São dispositivos sensibilizados pela luz da chama do queimador. Quando esta chama se apaga, o detector desencadeia automaticamente uma série de operações visando à segurança da caldeira. Fechar a válvula de combustível para aquele queimador, por exemplo, é a mais usual. O princípio de funcionamento desses detectores consiste na emissão de fótons durante a combustão, que percorrem uma distância suficiente para atingir uma superfície fotossensível. O resultado obtido altera o fluxo de elétrons do sensor, cujo sinal é amplificado para operar um relé. P á g i n a 100

101 Existem três tipos de detectores óticos: os sensores de luz, os sensores infravermelhos e os sensores ultravioletas. Os sensores ultravioletas apresentam maiores vantagens em relação aos outros, tais como: são adequados a todos os combustíveis, não são influenciados por refratários incandescentes e se adaptam a todos os queimadores. Analisadores Hoje, a tendência é dispormos todos os analisadores em linha. Estes analisadores possuem tempo de resposta curto e indicação contínua. Os analisadores de O 2 mais usados são os paramagnéticos e os de óxido de zircônio. Os analisadores de CO e CO 2 baseiam-se na absorção dos raios infravermelhos por estes gases. São exemplo de analisadores: O 2 excesso de ar nos gases de combustão (teste de Orsat); CO gases de combustão; CO 2 gases de combustão; ph água da caldeira; Sílica água da caldeira DISPOSITIVOS AUXILIARES Pilotos São equipamentos destinados a acender o queimador principal. São queimadores de dimensões reduzidas com combustível de fácil ignição. Funcionam com gás combustível ou GLP e um ignitor para produzir o faiscamento para o acendimento do piloto. Esse ignitor consiste em dois eletrodos onde é estabelecida uma diferença de potencial (aproximadamente volts), que forma um arco voltaico que será a fonte de ignição. P á g i n a 101

102 Desaeradores São equipamentos de dupla função. Além de aquecerem a água na entrada da caldeira, promovem a remoção dos gases dissolvidos, nocivos às partes sob pressão. Esse processo é realizado ao fazer a água passar em contracorrente com um fluxo de vapor que aquece a água e os gases nela contidos. Sopradores de fuligem São dispositivos destinados a remover a fuligem depositada nos tubos durante a operação normal da caldeira. Essa fuligem, ao se depositar sobre os tubos, atua como isolante provocando sensível queda na transmissão de calor. Os sopradores de fuligem, também conhecidos como ramonadores, são divididos em fixos e retráteis e são constituídos basicamente de um tubo perfurado conectado a uma rede de vapor. A esse tubo é impressa uma rotação lenta, e, nos casos de ramonadores retráteis, também um deslocamento longitudinal. O vapor que escapa em alta velocidade pelos furos varre a zona do feixe tubular arrastando a fuligem TUBULAÇÕES, VÁLVULAS E ACESSÓRIOS. Tubulações Em um sistema de caldeiras temos linhas para água de alimentação, óleo combustível, gás, condensado, vapor e drenagem. Essas linhas têm os mais diversos diâmetros e devem ser identificadas no limite de bateria. As linhas de água, óleo, vapor e condensado devem ser isoladas para evitar a perda de calor para o ambiente. Além do isolamento, as linhas de óleo exigem o tracejamento com vapor ou elétrico, para garantir a circulação e a viscosidade no bico do queimador. As linhas de vapor exigem ainda curvas de dilatação e purgadores nos pontos baixos para evitar os golpes de aríete. As linhas de drenagem servem para reaproveitamento de vapor em um tanque de expansão ou concentrar essas drenagens em um só lugar com o objetivo de P á g i n a 102

103 controlar o meio ambiente. As linhas de condensado retornam para reaproveitamento do mesmo. Todas as tubulações que são interligas a cadeiras deveram ser avaliadas se necessário à inclusão dos parâmetros da NR-13 do item Válvulas São dispositivos destinados a estabelecer, interromper ou regular o fluxo em tubulações. São os acessórios mais importantes e mais caros das tubulações, merecendo cuidados especiais na sua localização, especificação e manutenção. Válvulas de Bloqueio São utilizadas apenas para estabelecer e interromper o fluxo (on/off), funcionando completamente abertas ou completamente fechadas. Estas válvulas devem promover a menor perda de carga possível para a linha quando abertas e um grau de vazamento adequado ao sistema e ao fluido quando fechadas. Os principais tipos de válvulas de bloqueio são: Válvula gaveta (gate valve); Válvula macho (plug, cock valve); Válvula esfera (ball valve); Válvula de comporta (slide, blast valve). Figura Válvulas esfera, macho e gaveta P á g i n a 103

104 Válvulas de Controle ou Regulagem São utilizadas para controlar o fluxo que passa pela tubulação onde estão instaladas, podendo trabalhar em qualquer posição de abertura parcial. O fluxo é controlado através da variação da restrição imposta pela válvula à passagem do fluido, por meio da variação da abertura da válvula. Os principais tipos de válvulas de controle são: Válvula globo (globe valve); Válvula agulha (needle valve); Válvula borboleta (butterfly valve); Válvula diafragma (diaphragm valve); Válvula de 3 ou 4 vias (three or four way valves). Figura 2.24 Válvula globo, borboleta e agulha Válvulas de Retenção ou Unidirecionais São destinadas a impedir o retorno de fluidos de processo, ou seja, permitem o fluxo em um único sentido. Os principais tipos de válvulas de retenção são: Válvula de retenção (check valve); Válvula de retenção e fechamento (stop-check valve); Válvula de pé (foot valve). P á g i n a 104

105 Figura Válvula de retenção de portinhola e esfera. Válvulas que Controlam a Pressão a Montante São utilizadas com o objetivo de manter a pressão da porção da tubulação localizada em sua entrada (pressão a montante) dentro de limites préestabelecidos. Os principais tipos de válvulas que controlam a pressão a montante são: Válvula de segurança ou alívio (safety, relief valve); Válvula de excesso de vazão; Válvula de contrapressão (back-pressure valve). Válvulas que Controlam a Pressão a Jusante São utilizadas com o objetivo de manter a pressão da porção da tubulação localizada em sua saída (pressão a jusante) dentro de limites pré-estabelecidos. Os principais tipos de válvulas que controlam a pressão a jusante são: Válvulas redutoras e reguladoras de pressão; Válvula de quebra-vácuo. Figura Válvula reguladora de pressão P á g i n a 105

106 Purgadores São dispositivos automáticos que têm a finalidade de eliminar o condensado que se forma nas linhas de vapor. Lembramos que seu funcionamento é muito importante, pois, se o mesmo não estiver funcionando, pode acumular condensado e ocasionar golpes de aríete. Isso pode danificar as linhas e equipamentos. Ainda, se o purgador estiver dando passagem direta de vapor, estaremos perdendo rendimento no ciclo térmico, pois a maior troca térmica ocorre quando há mudança de estado. Filtros São acessórios destinados a reter quaisquer tipos de impurezas presentes no fluido. Usados em linhas de óleo e antes de purgadores para evitar entupimentos. Figura 2.27 Filtros provisórios ou permanentes TIRAGEM DE FUMAÇA Para que haja combustão, é necessário que se tenha um fluxo contínuo de ar na fornalha e uma contínua saída de gases na chaminé passando através da zona de convecção. A diferença de pressão entre a fornalha e a chaminé produz a tiragem. A tiragem pode ser classificada em: Tiragem natural Produzida pela diferença de densidade entre os gases quentes e o ar frio. Essa diferença de densidade é provocada pela chaminé, ou melhor, pela diferença de pressão entre a base e o topo da chaminé em função da diferença P á g i n a 106

107 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras de temperatura dos gases de combustão. Esse tipo de tiragem promove uma pressão negativa na fornalha. Figura 2.28 Tiragem natural Tiragem mecânica forçada Consiste em um ventilador localizado à montante da caldeira, insuflando o ar de combustão para a fornalha. Esse tipo de tiragem promove uma pressão positiva na fornalha. Figura 2.29 Mecânica forçada Tiragem mecânica induzida Consiste em um exaustor localizado a jusante da caldeira, na base da chaminé, para retirada dos gases de combustão e para envio desses gases para a atmosfera através da chaminé. Esse tipo de tiragem promove uma pressão negativa na fornalha. P á g i n a 107

108 Tiragem mecânica balanceada Consiste de dois ventiladores, um a montante e outro a jusante da caldeira. Esse tipo de tiragem promove uma pequena depressão na fornalha. Chaminés Podem ser construídas de chapas de aço carbono ou alvenaria. Devem ser projetadas em função da quantidade e da velocidade dos gases que passarão através dela, da temperatura na base e no topo e da pressão atmosférica local. Outro cuidado a ser tomado no projeto e operação de chaminés é a queda de temperatura abaixo do ponto de orvalho dos gases e a possível formação de ácidos em seu interior. As chaminés têm dupla função: auxiliar o processo de tiragem e ajudar a dispersar partículas sólidas e gases nocivos à saúde e ao meio ambiente. Ventiladores e exaustores Os ventiladores e exaustores são equipamentos destinados a promover a movimentação de ar ou outros gases de um ponto a outro, sendo os ventiladores destinados à injeção de ar, enquanto os exaustores são destinados à retirada de ar. Os tipos mais comuns de ventiladores e exaustores são os centrífugos e os axiais. Os ventiladores e exaustores devem ser projetados para vencer todas as perdas de carga do circuito dos gases de combustão e ainda prover a pressão necessária para o processo de tiragem. Por sua importância, sua parada leva à parada da caldeira, sendo assim necessário que sejam redundantes ou que possuam diferentes acionadores, alimentados por diferentes fontes de energia. P á g i n a 108

109 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras 3. OPERAÇÃO DE CALDEIRAS 3.1. PARTIDA E PARADA Partida da caldeira Inspeção Esta fase consiste em: Verificar se todos os mancais, caixas de redução e válvulas estão limpos e engraxados; Verificar se os internos do tubulão estão devidamente fixados e os tubos estão desobstruídos; Verificar se os ventiladores e bombas estão livres de qualquer detrito, como estopas, paus e ferramentas; Verificar se os drenos e vents estão abrindo e fechando perfeitamente e estão livres para fazer as descargas necessárias; Verificar se os abafadores e controladores de circulação de gases abrem e fecham perfeitamente e se correspondem perfeitamente às marcas de aberto e fechado; Verificar se a água de refrigeração de mancais das bombas está circulando em quantidade suficiente; Verificar as juntas de todas as portinholas; Verificar se os alarmes funcionam quando acionados; Verificar se todos os instrumentos estão conectados e prontos para operação operar todos os controles, tanto remotos como locais, a fim de verificar seu perfeito funcionamento; Operar bombas e ventiladores para verificar suas condições. P á g i n a 109

110 Teste pneumático Este teste consiste em detectar vazamentos na parte de ar e gases da caldeira, tanto internos quanto externos. É feito com os ventiladores ligados e utilizando-se o velho método da espuma de sabão. Enchimento O enchimento deve ser feito com água de qualidade, o mais próxima possível da exigida para o serviço normal. A diferença de temperatura dessa água e a temperatura dos tubulões não deve ser muita alta para evitar tensões. Teste hidrostático Este teste é feito para detectar vazamentos na parte de água da caldeira. Deve ser feito antes da primeira operação da caldeira, após a mesma ter sofrido reparos ou em intervalos especificados durante sua vida útil. Antes do teste, deve-se bloquear e grampear as válvulas de segurança. Todos os vents devem ser mantidos abertos. A caldeira deve ser cheia completamente e os vents devem ser bloqueados à medida que pelos mesmos sai água. Uma vez completamente cheia, eleva-se a pressão através da bomba de alimentação até a pressão de teste estabelecida. Nessa condição, examina-se detalhadamente a caldeira quanto a vazamentos. Se o teste for positivo, iniciase o condicionamento da caldeira para atendimento. A água usada para o teste deve ser completamente drenada das partes que não são destinadas a contê-la em operação normal (superaquecedores). Os grampos das válvulas de segurança devem ser removidos. O nível do tubulão deve ser drenado até o nível normal de operação. P á g i n a 110

111 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras Secagem do refratário Quando se trata de caldeira nova ou que tenha sido submetida a reparos na fornalha, antes de colocá-la em operação normal, é necessário fazer a secagem dos tijolos refratários e isolantes. Esse procedimento é feito elevando-se lenta e gradativamente a temperatura da fornalha. Inicialmente, com ar aquecido e, após com o equipamento de combustão da própria caldeira, fazendo-se rodízio entre os queimadores para que o calor seja distribuído uniformemente dentro da fornalha. Durante esse período, os vents devem permanecer abertos. O período de secagem pode variar consideravelmente sendo determinado após exame da unidade. O boiling-out ou fervura química, processo de limpeza dos tubos da caldeira, normalmente realizado em caldeiras novas, pode ser levado a efeito simultaneamente com a secagem do refratário. Nesse caso, já no enchimento da caldeira, devem se adicionados os produtos químicos necessários. Cuidados na partida Para a partida deve-se dar preferência a um combustível com baixo teor de enxofre (gás combustível, por exemplo) para evitar a condensação dos gases e formação de ácido que pode ser perigoso. Pelo mesmo motivo, procurar manter a temperatura dos gases de combustão acima do ponto de orvalho do combustível utilizado. O nível do tubulão deve ser regulado no nível normal de operação ou um pouco abaixo. O superaquecedor em nenhum momento deve ficar sem fluxo o que ocasionaria superaquecimento no mesmo. Superaquecedores protegidos por parede de água devem partir cheios de água até atingirmos uma pressão em que seja garantido o fluxo através do mesmo. O aquecimento deve ser lento e uniforme. Para isso, adota-se o rodízio dos queimadores em operação. Um gradiente de pressurização, estabelecido para cada caldeira, deve ser rigorosamente seguido. O controle desse gradiente é feito através do controle da queima e do fluxo através das válvulas de partida ou vents. Procurar evitar a reposição de água enquanto a temperatura no P á g i n a 111

112 tubulão não for igual ou superior à temperatura da água de alimentação na entrada para evitar quedas de pressão e tensões térmicas no tubulão. Após ser atingida esta temperatura no tubulão, pode-se alinhar a controladora de nível para reposição, se necessário. Teste das válvulas de segurança O teste das válvulas de segurança deve ser feito antes de colocar a caldeira em linha para ter certeza que as mesmas abram a pressões determinadas. Geralmente, a válvula do superaquecedor é regulada para abrir antes da válvula do tubulão, a fim de manter sempre um fluxo no superaquecedor e evitar que o mesmo seja danificado por superaquecimento. Portanto, é preciso grampear a válvula do superaquecedor para que a do tubulão seja testada. Colocação da caldeira em linha Supondo que já exista outra caldeira em operação, os coletores de saída da caldeira devem ser previamente drenados e aquecidos. O acendimento dos queimadores com os quais a caldeira irá operar deve ser providenciado. A válvula de saída da caldeira, normalmente motorizada, deve ser aberta ao mesmo tempo em que se fecha a válvula de partida do superaquecedor. Se a válvula de saída da caldeira for do tipo retenção, ela abrirá automaticamente à medida que a pressão a montante da mesma for aumentando em função do fechamento da válvula de partida. A partir deste momento, os controladores de nível, temperatura e combustão podem ser automatizados. Parada da caldeira A caldeira deve ser retirada de operação a intervalos regulares para inspeção, limpeza e reparos. Antes da parada da caldeira, deve ser feita uma ramonagem completa com o objetivo de eliminar depósitos de fuligem. Supondo que exista outra P á g i n a 112

113 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras caldeira no sistema, a carga da caldeira que vai parar deve ser gradativamente reduzida até atingir-se a pressão de combustível mínima no maçarico, quando então será apagada. Se a caldeira estiver queimando um óleo pesado, aproveitar esta oportunidade para lavar as linhas de óleo e os maçaricos primeiramente com um combustível mais leve.(normalmente diesel) e, após, com vapor. Logo que o combustível tenha sido apagado, a caldeira deverá ser abafada (ventiladores parados e dampers fechados) de forma a permitir que a caldeira esfrie tão devagar e uniformemente quanto possível. O aceleramento da despressurização através de drenos e vents e o esfriamento através da passagem de grandes quantidades de ar frio devem ser evitados para impedir tensões desnecessárias. A válvula de saída deve ser fechada. Quando a pressão cair a 2kg/cm2, os vents do tubulão deverão ser abertos para evitar a formação de vácuo dentro da caldeira devido à condensação total do vapor. A caldeira não deverá ser esvaziada até que a fornalha atinja a temperatura em que um homem possa entrar e permanecer dentro. Se a caldeira tiver que ser liberada para manutenção, providenciar remoção dos maçaricos, bloqueio e raqueteamento das linhas e abertura das bocas de visita REGULAGEM E CONTROLE TEMPERATURA Tem por objetivo manter o valor constante de temperatura do vapor na saída da caldeira. Fatores que afetam o grau de superaquecimento Os fatores operacionais que afetam o grau de superaquecimento do vapor são: Excesso de ar Quanto maior o excesso de ar, maior a temperatura do vapor nos superaquecedores de convecção, pois o excesso de ar reduz o calor e aumenta a P á g i n a 113

114 velocidade dos gases na fornalha. Isso diminui a vaporização e, consequentemente, aumenta o calor disponível por unidade de massa de vapor no superaquecedor de convecção. Nos superaquecedores de radiação, há diminuição na temperatura do vapor face a menor temperatura da chama provocada pelo excesso de ar. Temperatura da água de alimentação O aumento da temperatura da água de alimentação diminui o grau de superaquecimento porque o combustível diminuirá, diminuindo o tamanho da chama e a vazão de vapor. Tipo de combustível Nos superaquecedores de radiação, quanto maior a queima de gás em relação ao óleo, menor a temperatura de vapor devido à presença de água nos gases de combustão em função da maior porcentagem de hidrogênio no gás. Já nos superaquecedores de convecção, o grau de superaquecimento aumenta devido a maior vazão dos gases, face à necessidade de maior relação ar/combustível. Posição dos maçaricos Mudando a posição dos maçaricos em relação ao superaquecedor, principalmente nos superaquecedores de radiação, consegue-se a variação do grau de superaquecimento. Fuligem na superfície externa do superaquecedor O depósito de fuligem na superfície externa do superaquecedor dificulta a troca térmica causando a redução da temperatura do vapor. P á g i n a 114

115 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras Tipos de controle de temperatura Controle pelo lado dos gases O controle pelo lado dos gases pode ser feito através de fornalhas germinadas, da posição dos maçaricos ou pela recirculação ou desvio dos gases. Controle pelo lado do vapor Pelo lado do vapor, o controle de temperatura pode ser feito através de injeção de água ou pelo by pass de parte ou de todo vapor em trocadores de calor. O controle de temperatura por injeção de água pode ser feito com água de alimentação ou com vapor saturado condensado. Pode ainda ser feito entre estágios do superaquecedor ou na saída de vapor da caldeira. A utilização de vapor saturado condensado tem a vantagem de não adicionar contaminantes ao vapor (sílica), e a utilização do controle entre estágios do superaquecedor traz a vantagem de evitar o arraste de água em razão da necessidade da passagem do vapor pelo segundo estágio. O equipamento utilizado para controle de temperatura nesse caso é chamado de lidesuperaquecedor" ou liatemperador". O controle de temperatura por permutador também tem a vantagem de não adicionar contaminantes PRESSÃO NA FORNALHA Tem o objetivo de controlar a pressão na fornalha e o fluxo de ar e de gases através dos elementos de troca de calor da caldeira. Esse controle pode ser feito lia entrada do ar ou na saída dos gases. Um controlador de pressão ajusta a queima de modo a manter constante a pressão na saída da caldeira. Os dispositivos de controle objetivam manter o queimador sob condições ideais de operação, regulando pressão e vazão do combustível ou do ar de combustão. Os dispositivos de segurança devem impedir eventuais danos aos equipamentos e operadores envolvidos. P á g i n a 115

116 Para controle de combustão, diferentes sistemas são utilizados, tais como: Funcionamento sob carga constante, ligando ou desligando em torno de um nível médio de demanda térmica; Funcionamento fixo em carga máxima, em carga mínima, ou sem carga; Funcionamento sob carga variável e contínua entre dois níveis, máximo e mínimo, de demanda térmica. Alguns sistemas podem operar controlando a pressão do vapor ou a vazão na saída da caldeira. Quando o sistema opera com várias caldeiras por pressão é possível estabelecer qual caldeira ira responder mais rapidamente a uma variação na pressão. As caldeiras de queima mista (óleo e gás) normalmente têm um arranjo que permite a queima prioritária do gás disponível. Algumas caldeiras são ajustadas para só permitir o aumento da vazão de óleo ou gás depois de aumentado o ar. No caso de decréscimo da carga, primeiro é cortado o óleo, depois o ar (ar rico) CONTROLE DE NÍVEL DE ÁGUA O controle de nível pode ser de um elemento para caldeiras menores e de dois ou três elementos para caldeiras maiores. O controle a três elementos considera o nível no tubulão, a vazão de vapor e a vazão de água. Esse controle permite uma antecipação no controle de nível. Dois sinais compõem o controle de nível: o sinal de nível no tubulão e o sinal de vazão de vapor. Esses dois sinais processados originam um terceiro que será o set-point do controlador de água de alimentação. O sinal de vazão de vapor tem o objetivo de antecipar uma correção para que o nível da caldeira se mantenha sob controle. P á g i n a 116

117 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras CONTROLE DE POLUENTES Os principais poluentes originados da queima de combustíveis orgânicos são: Material particulado; Óxidos de enxofre (SO 2 e SO 3 ); Monóxido de carbono (CO) e dióxido de carbono (CO); Óxidos de nitrogênio. As quantidades desses poluentes dependerão dos combustíveis usados, dos modelos dos equipamentos de queima, do seu estado de conservação e das condições de operação desses equipamentos. Material particulado É a denominação genérica de fumaça, fuligem e cinzas. Fuligem são pequenas partículas de carbono, parcialmente oxidado isoladas ou impregnadas com cinzas resultantes da combustão do restante do combustível. As partículas de carbono existente na fuligem são cenosferas resultantes do craqueamento térmico do combustível que não tiveram tempo ou oxigênio suficiente para completar a queima. A fuligem é o que podemos chamar de "fumaça preta". A emissão de particulados é diretamente proporcional ao teor de asfaltenos do combustível. A quantidade de fuligem produzida pode ser grandemente reduzida com a otimização da atomização e ajuste do ar para queima. As cinzas são formadas pelos resíduos inorgânicos deixados na queima completa do combustível. Os componentes mais comuns para o óleo combustível são: sódio, vanádio, sílica, magnésio, níquel, cálcio, ferro e cobre. Um tipo especial de particulado é a chamada "fuligem ácida", que se constitui numa mistura de cinzas com produtos de corrosão das partes metálicas de fornos e caldeiras impregnadas de acido sulfúrico condensado dos gases de combustão. Essa fuligem originará a chamada "chuva ácida". O uso de P á g i n a 117

118 queimadores em mau estado, a atomização e a viscosidade erradas são fatores que originam alta emissão de particulados. Para se monitorar a emissão de particulados de forma continua, usam-se aparelhos denominados opacímetros. Esses aparelhos medem a opacidade dos gases que saem pela chaminé. Funcionam da seguinte forma: um feixe de luz cruza os gases da chaminé e é detectado do outro lado por um sensor. A corrente gerada no detector é proporcional à luz visível transmitida através dos gases. Esses aparelhos devem ser protegidos contra a deposição de partículas e da condensação de gases ácidos através de ar de limpeza injetado continuamente nos dutos da instalação da fonte e do sensor. Monóxido de carbono O monóxido de carbono é um gás inodoro e sem cor, formado na combustão incompleta de qualquer combustível contendo carbono. É um gás altamente tóxico. Seu limite de tolerância é de apenas 39cm 3 /m 3 de ar. A concentração de CO nos gases de combustão depende da temperatura dos gases e do excesso de ar na combustão. Baixos teores de excesso de ar levam a altos teores de CO. Pequenas câmaras de combustão tendem a apresentar um teor de CO maior que grandes câmaras de combustão devido à velocidade de reação do CO a CO 2 (lenta) e ao tempo de residência dos gases na câmara de combustão. Existem aparelhos destinados a medir o CO nos gases de combustão. Óxidos de nitrogênio Os óxidos de nitrogênio podem ser formados a partir do nitrogênio do combustível e a partir do nitrogênio do ar. A partir do nitrogênio do ar, eles podem ser térmicos ou rápidos. A concentração dos óxidos de nitrogênio térmico cresce linearmente com o acréscimo da concentração do oxigênio atômico e exponencialmente com a temperatura da chama. P á g i n a 118

119 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras Os óxidos de nitrogênio rápido se caracterizam por fraca dependência da temperatura e forte dependência da relação ar/combustível. A partir do nitrogênio do combustível, a formação de NOx é mais forte a temperaturas mais baixas, aumenta rapidamente com o excesso de ar e depende pouco da temperatura do processo. Em fornalhas que queimam com alta temperatura (carvão mineral, óleo e gás natural), prevalece a formação de óxidos de nitrogênio térmico. Em fornalhas que queimam com temperaturas relativamente baixas (carvão betuminoso, turfa e biomassa), prevalece a formação de óxidos de nitrogênio rápido. O maior problema causado pelos NOx na atmosfera é a formação de acido nítrico (HN03) e consequente formação de chuva ácida. Um outro problema é a destruição da camada de ozônio. Óxidos de enxofre O enxofre nos combustíveis é um dos piores poluentes devido à corrosão que provoca à formação de chuva acida e aos problemas respiratórios que causa na população. Na combustão, o enxofre é rapidamente convertido em SO 2, podendo ser lançado dessa forma na atmosfera ou ser convertido em SO 3 através da ação catalítica do pentóxido de vanádio, normalmente presente nos óleos combustíveis pesados e carvões minerais. O SO 3 por sua vez, ao encontrar a água resultante da combustão do hidrogênio ou contida na atmosfera, reage formando ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ). Vale lembrar que a concentração de SO 3 será tanto maior quanto maior for o excesso de ar usado na combustão, razão pela qual também se procura minimizá-io. Temperatura dos gases na saída da chaminé Essa temperatura deve ser mantida o mais baixa possível, buscando melhorar o rendimento da caldeira e a diminuição do efeito estufa na atmosfera, P á g i n a 119

120 no entanto, o ponto de orvalho dos gases de combustão impõe limites práticos para esta redução de temperatura. O ponto de orvalho dos gases de combustão pode ser calculado ou obtido através de gráficos. Esse dado é determinante para obtermos a temperatura mínima a ser mantida na saída dos gases da chaminé de forma a se evitar a formação de ácido no interior dos equipamentos. Esse controle de temperatura é feito através da vazão de vapor para o pré-aquecedor de ar a vapor de forma a controlar a temperatura do ar que ingressa no pré-aquecedor de ar a gases de combustão. Resfriamento da purga Toda água devolvida ao esgoto, em uma indústria em que não haja tratamento de efluentes, deve ter uma temperatura próxima da temperatura natural do ponto de deságue para evitar a poluição térmica do curso de água receptor. Drenagem das linhas de combustível O produto dessa drenagem deve ser recolhido e não lançado diretamente ao esgoto pluvial. Algumas indústrias possuem um sistema de esgoto oleoso que sofre tratamento antes do descarte. Aquelas que não o possuem devem obrigatoriamente instalar caixa separadora de óleo normatizada pelas secretarias estaduais de meio ambiente FALHAS DE OPERAÇÃO, CAUSAS E PROVIDÊNCIAS As prováveis falhas de operação dependem muito da instalação. Em instalações menores, é previsível que a falha em equipamentos prioritários como bomba de combustível, bomba de água de alimentação, ventiladores, compressores para ar de instrumentos necessários ao acionamento das válvulas de controle, falta de energia, etc. causará o apagamento da caldeira e a falta de P á g i n a 120

121 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras vapor para seus consumidores sem maiores consequências. Deve então o operador sanar o problema e providenciar o reacendimento da caldeira. Em instalações maiores como uma refinaria de petróleo, por exemplo, em que o sistema de utilidades é o coração da refinaria, procura-se minimizar essas falhas. Todos os equipamentos citados anteriormente são redundantes e seus acionadores de fontes diferentes (motores e turbinas). As alimentações elétricas para motores, relés e válvulas solenóides podem ser alimentadas de fontes diferentes e, em ultimo caso, de geradores de emergência ou baterias para o caso dos relés e válvulas solenóides. Todas as válvulas de controle podem ser operadas manualmente do local ou utilizados os seus desvios. Câmaras de vídeo, dentro da fornalha, monitoram constantemente a chama das caldeiras de modo que o operador possa antecipar uma ação corretiva em caso de perceber alguma anormalidade. Isso não significa que as caldeiras tenham que continuar operando a qualquer custo, passando por cima até da segurança. No caso de ser necessário o apagamento de uma caldeira, o sistema poderá ser alimentado por outras caldeiras, pois até neste caso elas são redundantes. Para condicionar a carga do sistema a essa nova situação, existem válvulas motorizadas comandadas a distância que permitem o isolamento de consumidores não prioritários. As caldeiras podem operar com combustíveis diferentes (gás e óleo) de forma que a falta de suprimento de um deles não afete todas as caldeiras. O sistema como um todo é planejado para evitar falhas, mas isso também não significa que elas não ocorram. Têm-se observado que elas ocorrem principalmente em liberações de equipamentos para manutenção. Para se minimizar isso, procura-se planejar cuidadosamente cada liberação ROTEIRO DE VISTORIA DIÁRIA Para garantir um funcionamento seguro e confiável de uma caldeira, esta deve ser vistoriada diariamente a fim de localizar e corrigir eventuais anormalidades. Este procedimento deve ser adotado também para caldeiras de P á g i n a 121

122 pequeno porte que operem em regime descontínuo, que podem partir e parar uma ou mais vezes por dia, neste caso, a vistoria deve ser realizada a cada partida. Como parte da vistoria diária, o operador da caldeira deve: Verificar se os equipamentos na reserva estão prontos para operar; Verificar se os equipamentos em manutenção estão corretamente bloqueados e etiquetados; Verificar a ocorrência de vazamentos, ruídos estranhos e vibração fora do normal e solicitar manutenção, caso existam; Verificar se indicadores locais e remotos não apresentam valores discrepantes; Verificar indicadores de nível a intervalos regulares; Observar chama dos queimadores e corrigir qualquer anormalidade notada; Fazer leituras dos indicadores a intervalos pré-estabelecidos; Fazer ramonagem uma vez por turno; Amostrar gases e água uma vez por turno; Operar purga e dosagem de produtos químicos, conforme resultado das analises; Verificar nível de lubrificante dos equipamentos rotativos; Verificar se existem queimadores reserva prontos para operar; Verificar se existem variáveis com valores fora do habitual que possam indicar alguma anormalidade; Verificar funcionamento dos purgadores; Testar pilotos; Testar alarmes; Testar automatismo das bombas e ventiladores na reserva; P á g i n a 122

123 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras 3.5. OPERAÇÃO DE UM SISTEMA DE VÁRIAS CALDEIRAS Em um sistema com várias caldeiras a carga total é distribuída entre as caldeiras. Normalmente, o vapor de água é distribuído em três ou mais níveis de pressão. A distribuição do vapor é conseguida através de tubulações isoladas instaladas nos coletores de vapor, dos quais saem às derivações para as diversas unidades de consumo. O vapor de alta pressão é produzido pelas caldeiras. O nível de pressão e temperatura depende de cada instalação. 0s níveis de pressão mais comuns são: 40, 60, 80 ou 120kgf/cm 2. Este vapor é o que atenderá às necessidades mais críticas de vazão, pressão e temperatura do processo. Normalmente, é consumido nos turbo geradores e em algumas turbinas maiores. O vapor de média pressão é produzido a partir do nível de pressão anterior, pela extração dos turbo-geradores, exausto de algumas turbinas, expansão do vaso de purga de fundo e estações redutoras. Esse vapor é utilizado no acionamento de turbinas auxiliares de bombas, compressores e ventiladores, no aquecimento de óleo combustível, como agente de arraste em ejetores, atomização de óleo nas caldeiras e fornos, etc. O vapor de baixa pressão é produzido pelo exausto das turbinas auxiliares ou estações redutoras. E utilizado como agente de aquecimento (tanques, desaeradores, steam-tracing, etc.) e como agente de arraste. E utilizado também como agente de limpeza externa e interna de equipamentos, na diluição de vazamento de gases e na remoção de gases em tubulações ou equipamentos para fins de manutenção (steam-out). Nesse nível, existe também uma válvula reguladora que controla a pressão nesse sistema, descarregando o excesso de vapor para a atmosfera. Em todos os níveis de pressão, há PSVs para segurança do sistema. O condensado proveniente da utilização desse vapor retorna à central termelétrica onde é utilizado novamente na produção de vapor. Todo o sistema é operado de forma a evitar a abertura das válvulas redutoras, pois as mesmas não produzem trabalho, e também a abertura da válvula reguladora de pressão de vapor de baixa pressão. A essa operação dá-se o nome de "equilíbrio térmico". P á g i n a 123

124 3.6. PROCEDIMENTO EM SITUAÇÕES DE EMERGÊNCIA Nível alto Essa situação é potencialmente perigosa em função da possibilidade de arraste de água para o coletor geral de vapor. Isso será percebido pela atuação dos alarmes de nível alto e o procedimento será no sentido de reduzir a alimentação e a verificação do controle automático de alimentação. Nível baixo Se o nível baixar sem desaparecer do visor, procura-se restaurá-lo lentamente. Se o nível desaparecer do visor, deve-se cortar o combustível (em instalações maiores, isto é, feito automaticamente pela atuação da proteção de nível baixo), fechar a válvula de saída, fechar a água de alimentação, fechar os registros de ar e parar a ventilação. Nunca realimentar com água uma caldeira que tenha perdido completamente o nível, pois ela poderá explodir. Rompimento dos tubos Essa situação pode ser percebida principalmente através de fumaça branca saindo pela chaminé. Quando o rompimento de um tubo for de ordem a exigir a retirada da unidade, deve-se imediatamente apagar os queimadores, parar os ventiladores e bloquear a saída de vapor da caldeira, bloqueando a alimentação de água. Esses procedimentos devem ser adotados o mais rapidamente possível para prevenir uma queda brusca na pressão e na temperatura de saturação. A seguir, deve-se ajustar uma vazão de ar mínima através da caldeira com a finalidade de arrastar o vapor que está vazando para dentro da fornalha e evitar o resfriamento desnecessário e desigual das partes sujeitas a pressão. E sabido que se o tubulão de vapor - sem água, porém ainda quente for esfriado pela água de alimentação relativamente fria, estará sujeito a sérias tensões. P á g i n a 124

125 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras Explosão na fornalha Esse fato se deve a ignição espontânea dos gases combustíveis acumulados na fornalha. Ele pode ter várias causas como: temperatura inadequada do óleo, provocando combustão parcial; parada repentina dos ventiladores; formação de coque incandescente dentro da fornalha; entupimento da chaminé; falhas de ignição; e falha de atomização. Para evitar isto o operador deve: Reduzir o combustível em vez de aumentar o ar de uma caldeira que esteja fumaçeando. E mais perigoso aumentar o ar fazendo com que a atmosfera da fornalha atravesse a faixa explosiva; Não permitir o reacendimento de uma caldeira sem que uma quantidade de ar passe através dela para expulsar os gases ainda presentes (purga da fornalha). Evitar tentativas de acendimento de queimadores aproveitando a chama de outro queimador próximo; Manter vigilância constante sobre a chama da caldeira antecipando uma correção sempre que constatado qualquer sinal de anormalidade. 4. TRATAMENTO DE ÁGUA E MANUTENÇÃO DE CALDEIRAS 4.1. IMPUREZAS DA ÁGUA E SUAS CONSEQUÊNCIAS Figura Condições da agua A operação segura e eficiente de uma caldeira é extremamente dependente da qualidade da água disponível para alimentação da mesma. A água tende a dissolver uma série de substâncias, tais como sais, óxidos / hidróxidos, diversos materiais e inclusive gases, por isso nunca é encontrada P á g i n a 125

126 pura na natureza. Além disso, a água pode apresentar materiais em suspensão, como argila, óleos, etc., causando problemas para geração de vapor, como incrustações ou corrosão. Por isso é muito importante verificar a qualidade da água de alimentação. Sendo ideal para geração de vapor, água com seguintes características: Menor quantidade possível de sais e óxidos dissolvidos; Ausência de oxigênio e outros gases dissolvidos; Ausência de materiais em suspensão; Ausência de materiais orgânicos; Temperatura elevada; ph adequado. A alimentação de água com boa qualidade elimina grande parte dos problemas que normalmente ocorrem em geradores de vapor. Posteriormente, fica a cargo do tratamento químico interno a qualidade da água na caldeira. Diversas impurezas são encontradas na água. Geralmente, nas águas que são usadas nos processos industriais, encontramos as seguintes substâncias dissolvidas: Íons de Cálcio e Magnésio (Dureza); Sílica solúvel e silicatos; Óxidos metálicos (Ferro); Substâncias inorgânicas dissolvidas; Material orgânico, óleos, graxas, açúcares, material de processo, contaminantes condensados, etc.; Gases, como O 2, CO 2, NH4, S 2 e óxidos de nitrogênio; Materiais em suspensão, como areia, argila, lodo, etc. P á g i n a 126

127 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras Íons de Cálcio e Magnésio (Dureza) A dureza da água é predominantemente causada pela presença de sais de Cálcio e Magnésio. A água dura pode causar depósitos de calcita (CaCO 3 ) em caldeiras. Figura Cálcio e magnésio Sílica solúvel e silicatos A sílica solúvel é oriunda da dissolução de parte da própria areia e rochas das quais a água mantém contato. Figura Sílica solúvel e silicatos Óxidos metálicos (Ferro) Muitas incrustações são formadas por precipitação de óxidos de ferro (ferrugem) que, na sua forma cristalina, geram incrustações de alta aderência. Figura Óxidos metálicos Substâncias inorgânicas dissolvidas Incrustações inorgânicas são formadas por cristais que se desenvolvem de maneira regular, o que favorece seu crescimento após a formação e aderência sobre as superfícies metálicas. P á g i n a 127

128 Figura Substancias orgânicas Material orgânico (óleos, graxas, etc.). Materiais orgânicos contaminantes, tais como fluidos envolvidos no processo (óleos, graxas, etc.), muitas vezes se dão pelo condensado. Figura Material Organico Gases dissolvidos (O 2, CO 2, S 2, etc.) Um dos meios mais eficientes de combater a corrosão em caldeiras é pela remoção do oxigênio na água. Sem oxigênio, não há receptor para elétrons do ferro, logo, o ciclo não é completado. Figura Gases dissolvidos Materiais em suspensão (areia, argila, etc.). Aderem sobre as superfícies da caldeira, constituindo incrustações. Ocorre principalmente em partes com elevada taxa de vaporização, como tubos submetidos à radiação (fornalha). Figura Material em suspensão P á g i n a 128

129 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras Tratamentos preliminares da água Procedimentos recomendados para execução na água de reposição das caldeiras, visando retirar impurezas e evitar consequências de sua presença. O tratamento preliminar atua primeiramente sobre as impurezas mais grosseiras, como turbidez, sólidos em suspensão e material orgânico TRATAMENTO DE ÁGUA DE CALDEIRAS As principais grandezas de qualidade da água são: Dureza Total - Representa a soma das concentrações de cálcio e magnésio na água. Esses sais possuem a tendência de formar incrustações sobre as superfícies de aquecimento. A água em relação à dureza pode ser classificada como: Até 50 ppm de CaCO 3 mole 50 a 100 ppm de CaCO 3 meio dura Acima de 100 ppm de CaCO 3 dura ph É um meio de se medir a concentração de ácido ou soda em uma água. Em outras palavras é a maneira de se medir a acidez ou a alcalinidade de uma amostra. Para a determinação do ph usa-se uma escala que varia de 1 a 14, sendo que de 1 a 6 a água é ácida e de 8 a 14, a água é alcalina. Com ph igual a 7 a água é neutra. Quanto mais ácida é uma água, mais corrosiva ela é. Métodos de tratamento de água Os métodos de tratamento podem ser divididos em dois grandes grupos: Externos: Clarificação Abrandamento Desmineralização P á g i n a 129

130 Desgaseificação Remoção de sílica Internos: A base de fosfato A base de quelatos Sulfito de sódio Hidrazina Soda Métodos externos Clarificação O processo consiste na prévia floculação, decantação e filtração da água com vistas a reduzir a presença de sólidos em suspensão. Abrandamento Consiste na remoção total ou parcial dos sais de cálcio e magnésio presentes na água, ou seja, consiste na redução de sua dureza. Desmineralização Ou troca iônica. Nesse processo são utilizadas certas substâncias sólidas e insolúveis, das mais variadas origens e natureza química, que possuem a propriedade de, quando em contato com soluções de íons, trocar esses íons por outros de sua própria estrutura sem que haja alterações de suas características estruturais. Existem dois tipos de trocadores: de cátions e de ânions. P á g i n a 130

131 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras Desgaseificação São empregados equipamento especiais que aquecem a água e desta forma, são eliminados os gases dissolvidos. Pode ser utilizado vapor direto para o aquecimento da água a ser desgaseificada. Remoção de sílica Como já foi abordado, a sílica produz uma incrustação muito dura e muito perigosa. Os tratamentos normalmente empregados no interior da caldeira não eliminam a sílica. Os métodos mais usados para a remoção da sílica são a troca iônica e o tratamento com óxidos de magnésio calcinado. Métodos internos Os tratamentos internos se baseiam na eliminação da dureza, ao controle do ph e da sua alcalinidade, na eliminação do oxigênio dissolvido e no controle dos cloretos e do teor total de sólidos. Eliminação da dureza Os sais de cálcio e de magnésio precipitam como carbonatos e sulfatos, formando os depósitos duros e isolantes do calor que são as incrustações. Existem dois métodos diferentes de eliminar a dureza: Precipitação com fosfatos Esses reagem com os sais de cálcio e de magnésio formando um produto insolúvel que não adere às partes metálicas da caldeira. O precipitado forma um lodo que se acumula no fundo da caldeira, sendo eliminado regularmente por meio de purgas. Tratamento com quelatos Nesse tratamento não há precipitação do cálcio, nem do magnésio. Forma, porém, produtos solúveis não em forma de lama. Os quelantes mais utilizados são o EDTA e o NTA. P á g i n a 131

132 Controle do ph e da alcalinidade Os produtos empregados no controle do ph e da alcalinidade são a soda a 50% e a soda (hidróxido de sódio) em lentilhas. Via de regra não é necessário a adição de ácidos para o controle do ph e da alcalinidade por que as águas de alimentação são geralmente bastante ácidas. Eliminação do oxigênio dissolvido Isso é de vital importância para o controle da corrosão. A eliminação é feita pela reação entre certos agentes redutores e o O2. Os dois produtos mais usados são o sulfito de sódio e a hidrazína. Controle do teor de cloretos e sólidos totais Quando a concentração de cloretos se toma muito alta, podem aparecer problemas de corrosão. Quando o teor de sólidos é alto, podem aparecer problemas de arraste. A forma de controlar esses teores é através de purgas sempre que se fizer necessário. Valores recomendados para os parâmetros de qualidade da água Na tabela a seguir é mostrado os valores recomendados para os diversos parâmetros anteriormente mencionados, em função da pressão de trabalho da caldeira. P á g i n a 132

133 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras Monitoramento da qualidade da água Deve ser estabelecido um programa de coleta e execução de análises que leve em conta principalmente a pressão de trabalho da caldeira, a produção de vapor e as exigências de qualidade do vapor. Em geral, para caldeiras de baixa pressão, é recomendado uma análise química pelo menos semanal e que inclua os seguintes itens: ph; Alcalinidade; Dureza; Fosfatos; Sulfitos ou hidrazina; Cloretos; Sólidos totais. É comum a realização de análises mais regulares para itens como o ph, dureza e cloretos, pela facilidade de execução. Para caldeiras de alta pressão, utiliza-se pelo menos uma análise diária da água da caldeira, sendo analisados todos os itens acima mencionados. Cuidados especiais devem ser tomados com a coleta da amostra para análise. Antes da coleta deve ser feita uma purga para que seja eliminado qualquer depósito nos tubos e no fundo da caldeira. Deve ser previsto também o resfriamento da amostra de água coletada para melhorar sua concentração. Caso a análise não seja feita imediatamente, é necessário evitar o contato com o ar. De fundamental importância é a correta utilização das purgas. Em caldeiras que são regularmente apagadas deve-se fazer uma purga maior imediatamente antes de se iniciar o fogo ou durante o período de aquecimento da caldeira. Existem diversas maneiras de adicionar-se os produtos químicos em uma caldeira. Pode-se adicionar todos os produtos de uma só vez ou pode-se adicionar um cada vez. Mas o mais correto é misturar-se todos os produtos e adicionar-se à medida que a bomba de alimentação alimenta a caldeira. Isso P á g i n a 133

134 pode ser conseguido colocando-se uma bomba dosadora ligada junto com a bomba de alimentação MANUTENÇÃO DE CALDEIRAS Secagem do refratário Quando se trata de uma caldeira nova, ou que foi submetida a extensos trabalhos de manutenção na fornalha, antes de colocá-la em operação normal, é necessário proceder a secagem dos tijolos refratários. Essa secagem é feita através do aquecimento lento e gradativo da fornalha, primeiramente de forma natural e a seguir, utilizando os equipamentos de combustão da própria caldeira. Esse procedimento tem o objetivo de eliminar a umidade retida no refratário. O tempo de secagem depende da quantidade de refratários substituídos, da qualidade do concreto empregado e da espessura do refratário. Quanto mais lento e distribuído for este aquecimento, melhores os resultados. Limpeza química Esse procedimento tem o objetivo de remover óleos, graxas e materiais estranhos das superfícies internas. Normalmente, feito com a adição de produtos alcalinos no tubulão e um aquecimento, primeiro a pressão atmosférica e, após, sob pressão. O período de fervura em cada estágio é definido em função do material contido e das análises de acompanhamento do processo. 0s produtos usados normalmente são: hidróxido de sódio, carbonato de sódio, fosfato trisódico e sulfito de sódio. Normalmente esse serviço é feito por empresas especializadas contratadas, as quais acompanham todo o processo. Sopragem Todas as linhas novas de vapor, incluindo os tubulões e superaquecedores de caldeira, devem sofrer um procedimento de sopragem antes de sua operação normal. Esse processo consiste em fazer passar vapor a alta velocidade de modo a remover todo o material entranho que posa estar contido no interior das P á g i n a 134

135 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras linhas. Isto é feito elevando-se a pressão da caldeira até a pressão normal de trabalho e abrindo a válvula de saída da caldeira para a atmosfera de modo que todo vapor gerado seja descarregado. Esse procedimento deve ser repetido várias vezes até que a tubulação seja considerada limpa. Normalmente, o vapor descarregado será de cor escura no início da operação e tornar-se-á claro quando as tubulações estiverem limpas. Hibernação Quando a caldeira tiver que ser mantida fora de operação por um período prolongado de tempo, faz-se necessário que se tomem medidas no sentido de evitar a corrosão. Há dois métodos para conservação das caldeiras inativas. Um deles é através da pressurização da caldeira com Nitrogênio, que é um gás inerte, mantendo uma pressão entre 3 e 5kgf/cm2. O outro é através do completo enchimento da caldeira com água tratada, adicionando-se posteriormente hidrazina, de forma que o teor de hidrazina dessa água seja de 200ppm. A análise do teor de hidrazina deve ser repetida semanalmente. Pelo lado dos gases, coloca-se uma lona para impedir a passagem de ar pelo interior da caldeira e distribui-se em diversos pontos recipientes com silica-gel ou cal virgem e lâmpadas. Manutenção preventiva e inspeções O funcionamento eficiente e a durabilidade das caldeiras dependem de cuidados específicos tanto para caldeira como para seus periféricos. Os manuais de fabricação das caldeiras detalham os programas de manutenção necessários ao equipamento. As inspeções devem ser feitas a intervalos regulares. A NR-13 define os períodos máximos de inspeção para cada classe de caldeira. Soldagem e alívio de tensões As diferentes partes das caldeiras são construídas de diferentes materiais e ligas metálicas. Quanto mais alto o teor de carbono, maior a dificuldade para P á g i n a 135

136 sua soldagem. A escolha do eletrodo adequado para a soldagem é fundamental para o sucesso da solda. Essa escolha depende do metal base, da posição da solda, da qualidade do metal depositado e de outros fatores. Após a realização da solda, o resfriamento e a contração da zona soldada causa o aparecimento de tensões que precisam ser aliviadas. Isso é feito pelo aquecimento da peça soldada até 600 C, mantendo-a nessa temperatura por um período determinado. Mandrilamento A fixação dos tubos nos tubulões é feito através do mandrilamento. Esse processo consiste na expansão do diâmetro da tubulação no local de fixação por meio da ação mecânica de roletes, calçados internamente nos tubos. Isso provoca a fixação do tubo por interferência. Em caldeiras de alta pressão, faz-se uma solda de selagem entre o tubo e o tubulão. Nas caldeiras aquatubulares, as paredes de água se unem aos coletores por solda. Válvulas de segurança As válvulas de segurança devem ser inspecionadas e passar por regulagem anualmente. Avalia-se o estado da mola, do corpo e da sede. Geralmente esta ultima precisa ser retificada e polida. Queimadores Os maçaricos precisam de manutenção constante e adequada, pois são fundamentais para a operação da caldeira. Oxidação dos furos, abrasão e desgastes são avarias constantes provocadas pela limpeza inadequada dos bicos. Não se devem usar materiais abrasivos para limpeza destas peças, pois a mínima mudança no perfil dos furos provoca perdas significativas na operação do maçarico. P á g i n a 136

137 5. PREVENÇÃO CONTRA EXPLOSÕES E OUTROS RISCOS 5.1. RISCOS DE EXPLOSÃO O emprego de caldeiras implica nos riscos mais diversos: explosões, incêndios, choques elétricos, intoxicações, quedas, ferimentos diversos, etc. Os riscos de explosões são, entretanto, os mais importantes pelas seguintes razões: Figura Vítima de acidente com caldeira, apresentando queimaduras pelo corpo Por se encontrar presente durante todo o tempo de funcionamento, sendo imprescindível seu controle de forma contínua, ou seja, sem interrupções; Figura Acidente com Caldeira flamotubulares Em razão da violência com que as explosões acontecem. Na maioria dos casos suas conseqüências são catastróficas, em virtude da enorme quantidade de energia liberada instantaneamente; P á g i n a 137

138 NR-13 Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo Figura Explosão de Caldeira. (Detalhes da destruição causada pela explosão) Por envolver não só os operadores, como também as pessoas que trabalham nas redondezas; Figura Explosão, atingindo comunidades vizinhas Por que sua prevenção deve ser considerada em todas as fases: projeto, fabricação, operação, manutenção, inspeção e outras. Figura Projeto e Fabricação de Caldeira flamotubulares, respectivamente P á g i n a 138

139 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras Figura 5.6 Corte transversal de uma caldeira. (Detalhe da espessura da chapa do corpo) Figura Incêndio provocado por falha em caldeira O risco de explosão do lado da água está presente em todas as caldeiras, pois a pressão reinante neste lado é sempre superior à pressão atmosférica. Todo fluido compressível tem seu volume bastante reduzido quando comprimido. Esta redução é tantas vezes menor quanto for o aumento da pressão. A massa comprimida de fluido procura então, ocupar um espaço maior através de fendas e rupturas. Isso é conseguido pela explosão, quando, por algum motivo, a resistência do recipiente que o contem é superada. Para evitar a explosão surge a necessidade de empregar-se espessuras adequadas em função da resistência do material e das características de operação No caso de caldeiras, outro fator importante a ser considerado quanto às explosões é a grande quantidade de calor transmitida no processo de vaporização, dada a grande quantidade de calor latente e calor sensível absorvida pelo vapor. Neste sentido, os danos provocados pela explosão de uma caldeira serão muito maiores do que os provocados pela a explosão de um reservatório contendo ar, por exemplo, de mesmo volume e de mesma pressão. Isto porque parte da energia será liberada na forma de calor, provocando o aquecimento do ambiente onde a explosão ocorre. P á g i n a 139

140 NR-13 Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo O risco de explosão pode ser originado por 3 causas: Diminuição da resistência, que pode ser decorrente de superaquecimento ou de modificações na estrutura do material; Figura Rompimento de Vaso de Pressão, devido à fragilidade do material; Corrosão em tubulação. (Detalhe da espessura do tubo) Diminuição da espessura de parede do equipamento, que pode der decorrente de corrosão ou erosão; Aumento de pressão, decorrente de falhas diversas que podem ser operacionais ou não Figura Alívio de Pressão em locomotiva, evitando problemas de sobrepressão O superaquecimento como causa de explosões Quando o aço com que é construída a caldeira é submetido, em alguma parte, a temperaturas superiores àquelas admissíveis, ocorre redução da resistência do aço e aumenta o risco de explosão. P á g i n a 140

141 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras Figura Superaquecimento em tubulações Entretanto, antes da ocorrência da explosão, podem haver danos como envergamentos, empenamentos e abaulamentos. Nas caldeiras aquatubulares é muito frequente a ocorrência de abaulamento com a superfície convexa voltada para o lado dos gases, decorrente da deformação plástica do aço em temperaturas da ordem de 400 a 550ºC e sob a ação duradoura de pressão interna de vapor. Outra consequência do aquecimento é a oxidação das superfícies expostas, quando o meio é oxidante, e a carbonetação dessas superfícies, quando o meio é redutor. As principais causas do superaquecimento são: Seleção inadequada do aço no projeto da caldeira Se no projeto da caldeira não forem consideradas as condições de não homogeneidade de temperatura de trabalho das superfícies de aquecimento, poderá ocorrer fluência e/ou ruptura de partes submetidas à pressão, devido ao emprego de aços pouco resistentes às solicitações impostas. P á g i n a 141

142 NR-13 Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo Figura Metais diversos utilizados para fabricação de equipamentos Uso de aços com defeitos O processo de laminação utilizado na obtenção de chapas e de tubos, é aquele que mais pode determinar a inclusão de defeitos. É comum na produção de chapas ocorrer a chamada dupla laminação, consistindo de vazios no interior do aço. Após sucessivas passagens pelos laminadores, esses vazios adquirem um formato longitudinal ao longo da chapa, dando a impressão de se ter chapas sobrepostas. Esses defeitos fazem com que as chapas não resistam às cargas térmicas e/ou mecânicas previstas no projeto. Figura Materiais defeituosos Prolongamentos excessivos dos tubos Isso ocorre com muita frequência nas caldeiras flamotubulares, em que tubos expandidos nos espelhos são deixados com comprimento excessivo para dentro das caixas (câmaras) de reversão. Esses prolongamentos exagerados prejudicam a reversão de fluxo dos gases quentes, determinando pontos de superaquecimento, cuja consequência certa é o aparecimento de fissuras nos tubos e/ou nas regiões entre furos dos espelhos. P á g i n a 142

143 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras Figura Prolongamento de tubos no espelho Queimadores mal posicionados Os aços das chapas e dos tubos de caldeiras admitem aquecimento a até algumas centenas de graus Celsius, sem perderem totalmente suas propriedades mecânicas. As chamas de queimadores podem atingir valores de temperatura de até C, de modo que o mal posicionamento do queimador pode determinar a incidência direta da chama sobre alguma superfície, propiciando o superaquecimento e a fluência do material. A consequência disso pode ser a deformação lenta e gradual da caldeira ou a explosão eminente da mesma, o que depende da ocorrência de outros fatores. O posicionamento dos queimadores é muito mais complicado quando esses são do tipo tangenciais, os quais produzem um turbilhonamento intenso dos gases no centro da câmara de combustão. Incrustações Esse é um problema clássico relacionado à segurança de caldeiras. As incrustações são deposições de sólidos sobre as superfícies de aquecimento, no lado da água, devido à presença nessa de impurezas: sulfatos, carbonatos de cálcio e/ou magnésio, silicatos complexos (contendo Fe, AI, Ca e Na) e sólidos em suspensão. Aparecem ainda, devido à presença de precipitados que resultam de tratamentos inadequados da água da caldeira (borras de fosfato de cálcio ou magnésio) e de óxidos de ferro não protetores. P á g i n a 143

144 NR-13 Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo A incrustação, se comportando como isolante térmico (a condutividade térmica é cerca de 45 vezes menor que a do aço), não permite que a água mantenha refrigerada as superfícies de aquecimento. Isso reduz a transferência de calor do aço para a água, fazendo com que o aço absorva mais calor sensível e aumentando sua temperatura de forma proporcional à quantidade de calor recebida. Nos casos de incrustações generalizadas há um agravamento da situação para manter-se a água na temperatura de ebulição, pois é necessário o aumento do fornecimento de calor no lado dos gases. Com esse aumento de temperatura, podem ocorrer as seguintes consequências indesejáveis com relação à segurança do equipamento: O aço, previsto para trabalhar em temperaturas da ordem de 300 C, fica exposto a temperaturas da ordem de 500 C, fora dos limites de resistência. Portanto, o risco de explosão acentua-se. A camada incrustante pode romper-se e soltar-se, fazendo a água entrar em contato direto com as paredes do tubo em alta temperatura, o que pode provocar a expansão repentina da água e, de consequência, a explosão. Formação de zonas propícias à corrosão, em virtude da porosidade da camada incrustante e a possibilidade da migração de agentes corrosivos para sua interface com o aço. Operação em marcha forçada Isso ocorre quando a caldeira possui potência insuficiente para atender as necessidades de vapor do usuário, que na expectativa de ver sua demanda atendida, intensifica o fornecimento de energia à fornalha. Nessas circunstâncias, dadas as limitações da caldeira, em vez de alcançar Figura 5.14 Chama produzida no interior da caldeira Figura 5.15 Corrosão em tubulação do trocador de calor P á g i n a 144

145 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras a produção desejada, o que é conseguido é o superaquecimento das várias partes da caldeira, determinando a deformação das mesmas ou até a ruptura. Portanto, isso constitui em risco eminente de explosão do equipamento. No caso das caldeiras flamotubulares, a intensificação de energia à fornalha pode também determinar riscos de fissuras no espelho traseiro, nas regiões entre furos, de forma similar aos prolongamentos excessivos mencionados. Figura 5.16 Detalhes da camada incrustante, causando expansão da água Figura Ruptura de tubulação, causada por operação em marcha forçada Falta de água nas regiões de transmissão de calor O contato da água com o aço é fundamental para mantê-io refrigerado. Por isso, é essencial que o calor recebido pelas superfícies de aquecimento seja transferido para água, sem provocar aumento excessivo da temperatura do aço, pois no lado da água, o processo de vaporização acontece à pressão constante. No caso de haver falta de água em alguma parte da caldeira, o processo a temperatura constante cessará neste local, a partir do que se dará início uma transferência de calor sensível (com aumento da temperatura). Isso provocará o superaquecimento do metal e, por consequência, perda de resistência. A maior parte das explosões em caldeiras é devido à falta de água nas regiões de transferência de calor. Os principais motivos para a falta de água são a circulação deficiente de água e a falha operacional que serão discutidos a seguir: Má circulação da água Nas caldeiras aquatubulares em que a circulação da água se faz de modo natural, a diferença de densidade entre as partes mais quentes da água e as P á g i n a 145

146 NR-13 Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo partes menos quentes, é a força motriz responsável pela movimentação da água no interior do equipamento. Essa força motriz é tanto menor, quanto mais a pressão da água se aproxima do ponto crítico (220,9 bar). Na prática, para pressões de trabalho superiores a 150 bar, é justificável o uso de bombas para forçar a circulação da água. É necessário que cada tubo seja atravessado por uma quantidade de água suficiente para refrigerá-io, pois é preciso encontrar um bom equilíbrio da vazão de água. A rugosidade, as corrosões e os depósitos internos são fatores que reduzem a vazão de água nos tubos, podendo prejudicar a refrigeração. Nas caldeiras flamotubulares é estabelecido em regime normal uma circulação de água. Se nos pontos mais baixo e mais alto da fornalha, a velocidade da água for deficiente, pode determinar nesses pontos um aumento de temperatura. Isso tende a se agravar se no ponto mais alto formam-se bolhas de vapor, isolando termicamente a parede da fornalha da água da caldeira. Falha operacional As caldeiras industriais de última geração operantes com combustível líquido ou gasoso são totalmente automatizadas, cujos parâmetros de funcionamento são controlados por meio de malhas de instrumentação. Isso tem exigido dos operadores poucas intervenções, exigindo, porém, maior qualificação do pessoal e maior precisão nas decisões. O esquema da figura mostra a lógica do automatismo das caldeiras, obtido através de pressostatos e do sistema regulador de nível da água, que comandam, respectivamente, o funcionamento dos queimadores e das bombas de alimentação de água. A atuação desses dispositivos, indispensáveis à segurança das caldeiras, podem interromper subitamente o funcionamento das mesmas, através de válvulas solenóides que bloqueiam o suprimento de combustível, desligando totalmente os queimadores. P á g i n a 146

147 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras Não obstante o automatismo das caldeiras modernas, os períodos de acendimento e de desligamento das mesmas acontecem, em geral, de forma manual. Se o acendimento se realizasse em posição automática, os controles admitiriam o máximo fornecimento de energia, pois são comandados pela pressão de vapor e isso pode ser desastroso para a caldeira. Na posição de manual, o risco de falta de água está relacionado a procedimentos inadequados do operador, que, por exemplo, não aumenta a vazão de água quando o nível tende a baixar. Falhas desse tipo em geral acontecem por falsas indicações de nível ou por imperícia na operação da caldeira. Riscos de obstruções ou acúmulo de lama na coluna de nível, geralmente acontecem, quando a limpeza ou a manutenção preventiva ou o tratamento da água são realizados de forma deficiente. Isso poderá fornecer indicações de nível incorretas para o operador ou para os instrumentos responsáveis pelo suprimento de água. De forma similar, obstruções em tubulações de água de alimentação da caldeira podem conduzir a riscos de acidentes, pois a vazão de ingresso da água será inferior à vazão de saída do vapor. Em casos que devido a variações no consumo ocorrer um aumento brusco na vazão de vapor, a instrumentação pode ser responsável por falta de água, P á g i n a 147

148 NR-13 Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo pois em virtude da queda brusca de pressão, bolhas de vapor que se formam sob a superfície da água se expandem, dando origem a uma falsa indicação de nível alto, o que reduz a vazão de entrada de água. Além disso, como o pressostato sente a baixa pressão, o sinal que ele envia para os dispositivos de combustão é no sentido de fazer aumentar o fornecimento de combustível, isso tenderá a agravar a condição de risco de acidente. Choques térmicos Os choques térmicos acontecem em virtude de frequentes paradas e recolocações em marcha de queimadores. As caldeiras suscetíveis a essas condições são aquelas que possuem queimadores com potência excessiva ou queimadores que operam em on-off, ou seja, que não modulam a chama. As incrustações das superfícies também favorecem os efeitos dos choques térmicos. Outras situações de ocorrência de choques térmicos são quando a caldeira é alimentada com água fria («80 C) ou com entrada de água quente nas regiões frias. Os problemas com choques térmicos acontecem com mais frequência com as caldeiras flamotubulares, especialmente com aquelas com câmara de reversão traseira seca. Falha operacional pode também contribuir para a ocorrência de choques térmicos. Isso pode acontecer quando após uma redução excessiva do nível de água, por um motivo qualquer e com parte da superfície de aquecimento sem refrigeração, o operador faz injetar água na tentativa de restabelecer o nível normal. Em situações como esta, deve-se adotar como medida correta a cessação imediata do abastecimento de combustível aos queimadores. P á g i n a 148

149 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras Figura 5.18 Tubos com rupturas causadas por fadiga do material Defeito de mandrilagem A mandrilagem é a operação de expansão dos tubos junto aos furos dos espelhos da caldeira. A expansão é feita, portanto, nas extremidades dos tubos por meio de um dispositivo cônico chamado mandril e que gira em tomo de seu eixo axial. Através da mandrilagem os tubos ficam ancorados, com a estanqueidade devida, nos espelhos das caldeiras flamotubulares ou nas paredes do tubulão das caldeiras aquatubulares. A estanqueidade pode ficar comprometida, se no momento da mandrilagem existirem corpos estranhos na superfície externa da extremidade dos tubos ou nas paredes dos furos. Problemas podem também ocorrer se o processo de mandrilagem não for bem controlado, promovendo o aparecimento de trincas nos espelhos (entre furos) e/ou nos tubos. Para melhorar a estanqueidade no processo de mandrilagem é necessário empregar chapas com espessura mínima de 3/4 de polegada e a execução de grooves, que são sulcos circulares nos furos. Esses sulcos são inteiramente ocupados pelo tubo após a mandrilagem. Em espessuras superiores a 2 polegadas são geralmente executados 2 grooves. Os sulcos devem ser executados de modo que não apresentem arestas cortantes, pois podem cisalhar as paredes do tubo, trazendo riscos adicionais. P á g i n a 149

150 NR-13 Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo Figura Processos de mandrilagem de tubulação Figura Espelhos trincados, devido a procedimentos incorretos de mandrilagem Falhas em juntas soldadas O processo de soldagem é muito aplicado na fabricação de caldeiras: solda de tubos, solda de espelhos, solda de tubulões, de reforços, de estais, etc. Portanto, falhas em juntas soldadas aumentam os riscos de acidentes nas caldeiras, pois representam regiões de menor resistência do metal. De modo geral, o Instituto Internacional de Solda classifica os defeitos em grupos: Grupo 1 - Fissuras ou trincas Grupo 2 - Cavidades Grupo 3 - Inclusão de escória Grupo 4 - Falta de fusão e de penetração Grupo 5 - Defeitos de forma P á g i n a 150

151 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras Hoje, a maior parte dos fabricantes de caldeiras empregam processos automatizados de soldagem, sendo o processo a arco submerso o que tem apresentado melhores resultados, especialmente na soldagem de chapas de grande espessura. Nesse processo é eliminada a necessidade de execução de vários passes, como também as descontinuidades de soldagem manual. Proporciona cordões de solda limpos, alta eficiência, menor incidência de falhas e, do ponto de vista de segurança do trabalho, é pouco nocivo ao trabalhador, pois não emite radiações e o arco elétrico fica submerso em um pó, chamado fluxo de soldagem, durante todo o tempo de execução da solda. Sem dúvidas, qualquer que seja o processo de soldagem, esse deve ser executado por soldadores qualificados e segundo processos reconhecidos por normas técnicas específicas. Após as operações de soldagem, as caldeiras deveriam passar por tratamentos térmicos de alívio de tensões ou de normalização, para minimizar as tensões resultantes do processo de solda. Para garantir segurança à caldeira desde sua construção, é fundamental que suas juntas soldadas sejam controladas por ensaios não destrutivos, tal como o exame radiográfico. P á g i n a 151

152 NR-13 Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo Figura 5.21 Respectivas imagens de tratamento Térmico de Alívio de Tensões (TTAT), Tipos de Ensaios Não Destrutivos (NDT): Líquido Penetrante (LP); Partícula Magnética (PM); Ultrassom e Raio-X Alterações na estrutura metalográfica do aço Devido à alta capacidade de produção de vapor, ocorre nas caldeiras que operam a pressões elevadas, a decomposição da água, com o consequente desprendimento de oxigênio e de hidrogênio. O H2, difundindo-se na estrutura do aço, atua sobre a cementita (Fe3C - confere dureza e resistência ao aço carbono), decompondo-a em ferrita e carbono, o que reduz a resistência do aço. O H2 pode ainda reagir com o carbono, produzindo CH4 (gás metano), que provoca o empolamento do aço, ou seja, a formação de protuberâncias superficiais. Figura Trincas devido à inclusão de H 2 na estrutura do metal P á g i n a 152

153 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras Corrosão Um dos principais responsáveis pela degradação das caldeiras é a corrosão, que age como fator de redução da espessura das superfícies submetidas a pressão. A corrosão não é sentida pelos instrumentos de operação da caldeira, ou seja, os pressostatos e as válvulas de segurança não detectam sua evolução por que não é acompanhada por elevação de pressão de trabalho. A corrosão avançada das partes da caldeira, pode ser causa de explosões até mesmo em pressões inferiores à PMTA - Pressão Máxima de Trabalho Admissível. Portanto, o avanço da corrosão em caldeiras só pode ser detectado por meio de inspeções minuciosas do equipamento (obrigatórias por lei). A corrosão nas caldeiras pode ocorrer tanto nas partes em contato com a água (corrosão interna), como nas partes em contato com os gases (corrosão externa). Figura 5.23 Corrosão interna e externa P á g i n a 153

154 NR-13 Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo Corrosão interna Esse tipo de corrosão se processa sob várias maneiras, segundo vários mecanismos, entretanto, é sempre consequência direta da presença de água (características, impurezas presentes e comportamento), quando em contato com o ferro, nas diversas faixas de temperaturas. Oxidação generalizada do ferro O aço dos tubos e chapas antes da colocação em marcha das caldeiras apresenta uma fina camada (da ordem de 50 mícrons) protetora contra a corrosão, chamada magnetita (Fe304), que apresenta uma coloração escura, e é densa e aderente. No funcionamento da caldeira, essa camada protetora está constantemente sendo quebrada e reconstruída e é muito resistente à alguns agentes químicos (ácido nítrico). Entretanto, quando sofre a ação de agentes físicos, tais como choques térmicos e dilatações e/ou a ação de agentes químicos, tal como a soda cáustica, oxigênio, quelantes de tratamentos de água, etc., a magnetita deixa de existir e inicia-se o oxidação do ferro, resultando na formação de outros óxidos não protetores do aço. Corrosão galvânica Ocorre quando dois metais diferentes estão em presença de um eletrólito, gerando uma diferença de potencial e, de consequência, um fluxo de elétrons. Nas caldeiras, o par galvânico pode ser originado quando partes metálicas de cobre ou de níquel ou outro metal, se desprendem pela erosão de tubulações ou de rotores de bombas e se alojam em ranhuras ou pequenas folgas entre as partes da caldeira. O aço, atuando como anodo, é o elemento mais prejudicado quanto à corrosão. Corrosão por aeração diferencial Isso ocorre em geral, nas caldeiras flamotubulares em que o oxigênio dissolvido na água provoca corrosão dos tubos superiores. Os tubos submersos P á g i n a 154

155 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras estão submetidos a menores concentrações de O 2, comparados à região acima da superfície da água (daí o nome aeração diferencial). Essa diferença de concentração de O 2, forma uma pilha em que o anodo é formado pela parte menos aerada. Como na pilha galvânica, o ano do, nesse caso, é também a região que apresenta corrosão mais severa, e, sendo localizada, viabilizará o aparecimento de pites (cavidade na superfície metálica com fundo angular e profundidade maior que o seu diâmetro) ou alvéolos (cavidade na superfície metálica com fundo arredondado e profundidade menor que seu diâmetro). Nas caldeiras aquatubulares a aeração diferencial ocorre no tubulão superior e nos purificadores de vapor. Corrosão salina Acontece quando existem concentrações elevadas de cloretos, que migram para ranhuras ou regiões sem proteção da magnetita. Os cloretos podem também se alojar sob camadas porosas que se formam sobre os tubos. Em particular, o cloreto de magnésio se hidrolisa formando ácido clorídrico, atacando quimicamente o ferro da caldeira. Em geral, os cloretos na presença de O 2 catalizam a reação da magnetita com o O 2 resultando o Fe 2 0 3, que é um óxido não protetor. Fragilidade cáustica Esse é um modo de corrosão em que o hidróxido de sódio (soda cáustica), em concentrações acima de 5%, migra para fendas ou outras partes em que não existe a camada protetora de magnetita e reage diretamente com o ferro. Corrosão por gases dissolvidos A água da caldeira pode se contaminar com gases, especialmente com o gás sulfídrico (H2S), decorrentes da poluição atmosférica ou pelo seu tratamento com sulfito de sódio. O H2S reage com o ferro dando origem a sulfeto de ferro (FeS), que se apresenta sob a forma de manchas pretas. P á g i n a 155

156 NR-13 Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo O gás carbônico (C02) toma a água ligeiramente acidificada, viabilizando a formação de pites. Corrosão externa Esse tipo de corrosão acontece nas superfícies expostas aos gases de combustão e é função do combustível utilizado e das temperaturas. Nas caldeiras aquatubulares, as superfícies de aquecimento mais quente são aquelas do superaquecedor e do reaquecedor, podendo ocorrer corrosão tanto nas caldeiras que queimam óleo como carvão. Outro problema de corrosão ocorre nas caldeiras que operam com cinzas fundidas, que permitem o ataque do O2, destruindo a camada protetora de magnetita. A corrosão nas regiões de baixa temperatura é consequência direta da presença de enxofre nos combustíveis, na forma de sulfatos, de compostos orgânicos ou na forma elementar. A decomposição dos sulfatos produz S03, já o enxofre elementar e os compostos orgânicos produzem no processo de combustão o S02 e o S03 (em menor quantidade). O S02 por sua vez pode oxidar-se em S03 por ação direta do O2 ou por oxidação direta catalítica ao contato dos depósitos existentes sobre as superfícies de aquecimento. Para os combustíveis contendo enxofre na ordem de 3%, o teor de S03 nos gases de combustão varia entre 20 a 80 ppm (partes por milhão) em massa. Nos gases de combustão contento vapor de água, pode haver a condensação de gotas de ácido sulfúrico quando a temperatura reduz muito e atinge o ponto de orvalho. Esse depende das pressões parciais do H20 e do S03 nos gases de combustão, porém pode variar de 90 a 160 C. A condensação das gotas de H2S04 pode, desta forma, acontecer nas partes finais das caldeiras aquatubulares, ou seja, no economizador, no pré-aquecedor de ar e na chaminé. Outro fator que contribui para a corrosão externa é o ar atmosférico. Caldeiras instaladas em regiões muito úmidas, locais próximos ao mar e em atmosferas fortemente poluídas, apresentam corrosão externa, de modo P á g i n a 156

157 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras generalizado, em todas as suas partes (chaparias, colunas, escadas, plataformas, etc.). Erosão Outro fator que também age na redução da espessura é a erosão. Esse fenômeno pode acontecer de diversas maneiras nas caldeiras. Nas caldeiras flamotubulares pode ocorrer, por exemplo, na alimentação da água pela bomba em que o jato de entrada, podendo conter partículas pesadas (areia, partes metálicas, etc.), incide sobre a parede externa da fornalha, causando seu desgaste. A erosão pelo vapor pode acontecer em sedes de vedação de válvulas de segurança. Essas válvulas são normalmente fabricadas para resistir à ação abrasiva da passagem do vapor em regime de solicitações normais, ou seja, quando a válvula é aberta apenas em situações de emergência e de testes. Entretanto, quando outros controles de pressão não estão presentes ou não funcionam, a válvula de segurança deixa de ser um acessório de emergência e passa a funcionar com maior frequência, desgastando de modo excessivo e reduzindo muito a vida útil do disco de assentamento. Nas caldeiras Aquatubulares a erosão é frequentemente ocasionada por sopradores de fuligem desalinhados, que direcionam o jato de vapor sobre os tubos, em vez de entre eles. Cavitação A cavitação é também uma forma de degeneração dos materiais, podendo ser responsável pela redução de espessuras. Seu mecanismo é caracterizado pela ação dinâmica resultante da contínua formação e colapso de bolhas de gases ou vapores do meio líquido sobre uma superfície. Sua ocorrência é muito comum em bombas centrífugas (com pressão de sucção deficiente), dobras, cotovelos e derivações de tubulações, válvulas, etc. P á g i n a 157

158 NR-13 Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo Logicamente, a ação combinada dos dois últimos fenômenos com a corrosão, é muito mais maléfica para as caldeiras, que o efeito isolado de cada um deles. Explosões causadas por aumento da pressão A pressão do vapor em uma caldeira é função direta da quantidade de energia disponível na fornalha pela queima do combustível e que é transmitida à água. Sendo assim, a pressão interna na caldeira depende fundamentalmente da atuação do queimador. Entretanto, o queimador não é o único responsável pelo aumento de pressão na caldeira, pois a bomba de alimentação injeta água com pressão superior àquela de trabalho. Se a vazão com que a bomba alimenta a caldeira for maior que aquela de saída do vapor, o nível de água sobe e a pressão de trabalho aumenta. Durante a operação normal da caldeira, a pressão é mantida dentro de seus limites pelos seguintes sistemas: Sistema de modulação de chama Sistema constituído por um pressostato modulador de chama, um servo-motor e um conjunto de registros (dampers). O pressostato possui um diafragma ou fole que se estende com o aumento da pressão e que aciona os contatos que emitem o sinal elétrico para o acionamento do servomotor. Esse transmite movimento às alavancas, que acionam os dampers, alterando a vazão de combustível e a vazão de ar. Com isso, a alimentação do queimador fica modificada e obtêm-se a modulação de chama, ou seja, sua redução nos momentos de pressões elevadas e sua intensificação nos momentos de pressões baixas. Sistema de pressão máxima Esse é composto por um pressostato e uma válvula solenóide. Quando a pressão se eleva além de certo limite, o pressostato é acionado e corta a alimentação elétrica da válvula solenóide. Consequência direta disso, é o corte completo de combustível ao queimador. Quando a pressão normal de trabalho se restabelece, o pressostato faz abrir totalmente a passagem do combustível ao queimador. P á g i n a 158

159 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras Válvula de segurança Como já comentado anteriormente, essas válvulas têm a função de deixar sair o vapor quando a pressão ultrapassa a PMTA, fazendo diminuir a pressão interna. Sistema manual Conforme for a indicação de pressão no manômetro da caldeira, o operador tem condições de acionar os vários dispositivos para intervir, onde for necessário, para manter a pressão interna da caldeira: queimador, bomba de alimentação ou mesmo na válvula de segurança. Por meio dessa última, o vapor pode ser liberado à atmosfera manualmente (acionamento da alavanca da válvula, por exemplo). Com todas essas possibilidades, conjugadas ou não, é de se esperar que as caldeiras tenham grande chance de ser operadas com segurança, porém, mesmo assim, há inúmeros casos de explosões, causadas por falhas. A possibilidade de falhas em pressostatos pode ser de natureza mecânica, como o bloqueio de sua comunicação com a caldeira ou a deterioração do diafragma ou de natureza elétrica, pela colagem dos contatos. Falhas nas válvulas solenóides oferecem riscos quando impedem o bloqueio do combustível, ou seja, quando operam na posição aberta. Há possibilidades da ocorrência desse defeito por falha mecânica de fabricação ou pela instalação incorreta, fora da vertical, ou de cabeça para baixo. As válvulas de segurança, para funcionarem adequadamente, devem ser fabricadas em processo de rigoroso controle de qualidade, com molas testadas, dimensões calibradas, concentricidade dos elementos e vedações perfeitas, do contrário não fecham após o alívio da pressão, ou, o que é mais grave, não abrem no momento em que necessita sua abertura. É importante observar que, normalmente, a válvula de segurança opera após o sistema de pressão máxima não ter funcionado. Ou seja, se a válvula de segurança não funcionar, a segurança do sistema estará bastante comprometida, restando apenas o sistema manual como possível controle da situação. P á g i n a 159

160 NR-13 Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo Falhas no sistema manual são decorrentes de defeitos em instrumentos de indicação de pressão (manômetros) e de nível, ou nos dispositivos de controle, ou, ainda, de procedimentos inadequados por parte do operador. Explosões no lado dos gases As explosões no lado dos gases são originadas por uma reação química, ou seja, pelo processo de combustão. Esse processo além de ocorrer exotermicamente, acontece em um tempo muito pequeno, cuja consequência é o aumento rápido e violento da pressão em um espaço restrito. As explosões dessa natureza acontecem com frequência nas caldeiras que operam com combustíveis líquidos e gasosos. As névoas de líquidos inflamáveis ou de óleos combustíveis aquecidos apresentam comportamento similar às dispersões gasosas inflamáveis. Quando entram em contato com o ar, formam uma mistura que entra em combustão instantânea, se a relação ar/combustível estiver dentro do limite de inflamabilidade do combustível e se houver uma pequena fonte de calor para a ignição. As caldeiras Aquatubulares, em face da complexa disposição do circuito dos gases, favorecem a existência de zonas mortas, onde pode ocorrer acúmulo de gases não queimados. As explosões no lado dos gases acontecem com frequência na recolocação manual em marcha da caldeira, quando é promovida a ignição com retardo, ou sem purga prévia, condição em que a fornalha se encontra inundada com a mistura combustível-comburente. Ocorrem casos também de explosões durante o funcionamento da caldeira: falta de limpeza dos queimadores ou presença de água no combustível ou, ainda, carbonização do óleo no queimador podem levar à interrupção da alimentação do combustível. Essa falha, associada ou não a falhas no sistema de alimentação de ar, pode causar perda momentânea da chama. P á g i n a 160

161 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras Figura Incêndio provocado por explosão de Caldeira Com isso, o interior da fornalha ficará enriquecido com a mistura e a explosão ocorrerá deflagrada pelo sistema de ignição, ou por partes incandescentes da fornalha, ou ainda, por outro queimador, no caso de a perda da chama ocorrer em um queimador, enquanto outros funcionam. Algumas caldeiras flamotubulares possuem válvulas de alívio instaladas nos espelhos dianteiros. Essas válvulas são mantidas fechadas por ação de molas durante o funcionamento normal da caldeira e, se abrem para fora, quando a pressão da fornalha supera a pressão exercida pelas molas, ou seja, no momento de uma explosão. Porém, o alívio da pressão nem sempre é obtida, dada a violência com que as explosões acontecem, fazendo voar até os espelhos, nos casos mais extremos. Pode haver também casos de pequenas explosões em que essas válvulas são lançadas fora, e, como se localizam próximas à altura da cabeça do operador, podem criar riscos adicionais OUTROS RISCOS DE ACIDENTES E RISCOS À SAÚDE Outras condições determinam situações de risco de acidentes no ambiente das caldeiras, em particular, para os operadores. Uma das situações é o risco de queimaduras na sala de caldeiras por água quente, vapor, óleo aquecido, tubulações e depósitos desprotegidos, etc. Deve-se considerar ainda, o risco de queimaduras por contato com produtos cáusticos, normalmente empregados para neutralizar o ph da água da caldeira, como o hidróxido de sódio e outros produtos químicos. P á g i n a 161

162 NR-13 Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo Na casa de caldeira ou nas caldeiras instaladas ao tempo, há riscos consideráveis de quedas de mesmo nível, em virtude de óleo impregnado no piso ou de poças de óleo, se o local de trabalho não for convenientemente limpo. As quedas de níveis diferentes representam maiores perigos, pois existem caldeiras de diversos tamanhos, podendo atingir alturas de até dezenas de metros. Nessas caldeiras há necessidade de acesso do operador a diversos níveis, seja para observação de visores de fornalha, de sistemas de alimentação, de válvulas, etc. Do ponto de vista ergonômico, as caldeiras têm evoluído muito nos últimos anos, existindo hoje, caldeiras que possuem câmaras de vídeo para que o operador possa observar e exercer à distância, e confortavelmente sentado à frente de um painel, o controle das fornalhas, do nível, dos sistemas de alimentação, etc. Entretanto, essas não são em geral, as condições frequentemente encontradas. Em termos ergonômico, o corpo de um operador de caldeira é solicitado muitas vezes por movimentos desordenados e excessivos, localizados ou generalizados: visores mal posicionados, manômetros instalados em ângulos inadequados, válvulas emperradas e que possuem volantes exageradamente pequenos, regulagem de chamas que exigem operações iterativas, etc. Figura Condições ergonômicas incorretas: fechamento / abertura de válvulas;atuação de botoeiras; Olhos expostos à radiação infravermelha em operações de regulagem de chama e em observações prolongadas de superfícies incandescentes; Chama da caldeira, exigindo uso de EPIs para verificação da mesma. A presença de ruído de baixa frequência dos queimadores e de alta frequência proporcionada por vazamentos de vapor (acidentais ou intencionalmente provocados pelas válvulas de segurança) constitui um espectro sonoro peculiar e variável ao longo da jornada de trabalho. P á g i n a 162

163 NR - 13 Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras Desconforto térmico nas operações de caldeiras é muito frequente e de fácil constatação, porém a sobrecarga térmica para ser identificada, exige a análise de cada caso em particular, sendo necessário para tanto, não só avaliações com termômetros de globo e de bulbo úmido, como também exames médicos e acompanhamento individual. Há também riscos de os operadores terem os olhos expostos à radiação infravermelha em operações de regulagem de chama e em observações prolongadas de superfícies incandescentes. Fumaças, gases e vapores expelidos pela chaminé representam, em certas condições, riscos não somente aos operadores, como também à comunidade, ou seja, pelo risco de intoxicação por monóxido de carbono, por exemplo. Caldeiras operantes com carvão, lenha, bagaço de cana, biomassa e outras oferecem ainda, riscos inerentes ao manuseio, armazenagem e processamento do combustível. Figura Alimentação de caldeira: manual e automática, Atuação de Válvula de Segurança (PSV), provocando grandes ruídos respectivamente Figura Chaminé de Caldeira a combustível sólido e Operação de Caldeira a combustível sólido P á g i n a 163