SISTEMAS TÉRMICOS DE POTÊNCIA

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1 SISTEMAS TÉRMICOS DE POTÊNCIA CALDEIRAS E COMPONENTES Prof. Dr. Ramón Silva

2 Sistemas Térmicos de Potência O objetivo dessa aula é mostrar os componentes das caldeiras flamotubulares e aquatubulares. Prof. Dr. Ramón Silva

3 As caldeiras flamotubulares, também conhecidas por tubos de fumaça são construídas de forma que a água circule ao redor do conjunto de tubos de transferência de calor, montados apoiados em placas de aço chamados espelhos, formando um feixe. Pelo interior desses tubos circulam os gases produtos da combustão. Essas caldeiras geralmente produzem vapor saturado. Prof. Dr. Ramón Silva

4 A figura 1 mostra a água circundando a fornalha e os tubos de troca de calor e pelo lado interno da fornalha e dos tubos circula os gases da combustão. Prof. Dr. Ramón Silva

5 Passe ou passagem: Os gases da combustão atravessam os tubos da caldeira por uma, duas ou três vezes. A caldeira flamotubular pode ser definida em termo de número de passagens. Prof. Dr. Ramón Silva

6 A figura ilustra uma caldeira de três passes: Um no interior da fornalha, indo até à câmara de reversão posterior, outro, através dos tubos inferiores vindo da câmara de reversão posterior até à câmara de reversão anterior e, o terceiro através dos tubos superiores indo da câmara de reversão anterior até à saída para o chaminé. Prof. Dr. Ramón Silva

7 Taxa de vaporização específica: É a produção de vapor por unidade de superfície de troca de calor dos tubos e fornalha. Nas caldeiras flamotubulares varia de 25 à 40 kg/m 2 h. Prof. Dr. Ramón Silva

8 Tipo de fornalha: As caldeiras flamotubulares podem ser construídas com fornalhas internas, externas ou mistas. As fornalhas internas são mais apropriadas para combustíveis líquidos ou gasosos. Já as externas são mais apropriadas para combustíveis sólidos. As caldeiras de fornalhas mistas, são geralmente adaptações de caldeiras projetadas para combustíveis líquidos para queimarem alternativamente, combustíveis sólidos. Prof. Dr. Ramón Silva

9 Consumo de combustível: As caldeiras flamotubulares movidas à BPF ou APF, consomem aproximadamente 0,075 kg de combustível para produzir 1 kg de vapor à 8 kgf/cm 2, partindo da água à 20 o C. Ou seja, produz 13,3 kg de vapor por quilo de combustível Prof. Dr. Ramón Silva

10 Rendimento: É a razão entre a energia absorvida por cada quilo de água ao sair da fase líquida, na condição de entrada na caldeira, até alcançar a fase vapor saturado, na pressão de operação; e a energia fornecida à caldeira pelo combustível para produzir cada quilo de vapor. As caldeiras flamotubulares apresentam rendimento na ordem de 84%. Prof. Dr. Ramón Silva

11 Tamanho das Caldeiras Flamotubulares: As caldeiras flamotubulares geralmente são dimensionadas para produzir vapor saturado seco, com pressão inferior à 15 Kgf/cm 2 e na taxa de vapor de kg/h de vapor. Caldeiras flamotubulares com pressão e taxa de produção de vapor superior às mencionadas, não são recomendadas por implicarem em caldeiras de dimensões exageradas; sendo mais recomendável usar caldeiras aquatubulares. Prof. Dr. Ramón Silva

12 Tamanho das Caldeiras Flamotubulares: As caldeiras flamotubulares são muitas vezes chamadas de caldeiras compactas porque são montadas sobre um chassi onde são fixados todos os dispositivos necessário para o seu funcionamento com segurança. Para colocá-la em funcionamento, basta ligá-la à rede de energia elétrica, de combustível e de distribuição de vapor. Prof. Dr. Ramón Silva

13 Tamanho das Caldeiras Flamotubulares: As caldeiras flamotubulares são muitas vezes chamadas de caldeiras compactas porque são montadas sobre um chassi onde são fixados todos os dispositivos necessário para o seu funcionamento com segurança. Para colocá-la em funcionamento, basta ligá-la à rede de energia elétrica, de combustível e de distribuição de vapor. Prof. Dr. Ramón Silva

14 As caldeiras Flamotubulares apresentam como vantagens: Baixo custo. Construção simples. Facilidade de manutenção. Exigir pouca alvenaria. Ser bastante reforçada. Prof. Dr. Ramón Silva

15 Apresentam como desvantagens: Rendimento inferior às caldeiras aquotubulares. Demora para atingir o ponto de operação, devido o grande volume de água que acumula. Pressão limitada em aproximadamente 15 Kgf/cm 2. Pequena taxa de vaporização específica. Dificuldade para instalação de economizador e superaquecedor Prof. Dr. Ramón Silva

16 Corpo das Caldeiras Flamotubulares: As partes essenciais de uma caldeira flamotular são: Corpo cilíndrico externo (casco). Fornalha. Tubos. Espelho frontal. Espelho traseiro. Câmara de reversão frontal. Câmara de reversão traseira. Trapézio. Câmara de saída dos gases. Prof. Dr. Ramón Silva

17 Funcionamento Prof. Dr. Ramón Silva

18 Funcionamento Prof. Dr. Ramón Silva

19 Caldeiras Aquatubulares Componentes Principais Prof. Dr. Ramón Silva

20 Caldeiras Aquatubulares Componentes Principais Tambor separador ou tubulão de vapor corpo cilíndrico de aço que recebe a água de alimentação. O tambor tem a função a acumulação de um certo volume de água como reserva, garantir a pureza do vapor mediante extrações e tratamento químico interno e separar o vapor do líquido permitindo que apenas o vapor saturado saia para os superaquecedores. Prof. Dr. Ramón Silva

21 Caldeiras Aquatubulares Componentes Principais A água é distribuída para as paredes e feixe tubular convectivo. Durante o seu retorno para o tambor ocorre a mudança de fase de parte da água para vapor. As caldeiras aquotubulares de pequena e média capacidade podem possuir um ou dois tambores a mais, conectados por feixes tubulares; Prof. Dr. Ramón Silva

22 Caldeiras Aquatubulares Componentes Principais fornalha local da caldeira onde ocorre a queima de combustível; Prof. Dr. Ramón Silva

23 Caldeiras Aquatubulares Componentes Principais paredes d agua ou superfície evaporadora tubos que interligam o tambor superior aos coletores inferiores, revestindo a parte interior das paredes da fornalha. É onde ocorre a mudança de fase da água para vapor. A troca de calor ocorre por radiação e por convecção dos gases de combustão; Prof. Dr. Ramón Silva

24 Caldeiras Aquatubulares Componentes Principais superaquecedor trocador de calor localizado após a câmara de combustão com a função de superaquecer o vapor proveniente do vapor. Os tubos do superaquecedor trabalham em condições térmicas mais severas que os demais tubos da caldeira, uma vez que a capacidade de resfriamento do vapor é menor que a da água. É no superaquecedor que o fluido de trabalho apresenta maior temperatura; Prof. Dr. Ramón Silva

25 Caldeiras Aquatubulares Componentes Principais economizador ou aquecedor da água de alimentação é um trocador de calor com a função de aquecer a água de alimentação antes de sua entrada no tambor. Os economizadores utilizam a energia residual dos gases de combustão resultando no aumento da eficiência da caldeira; Prof. Dr. Ramón Silva

26 Caldeiras Aquatubulares Componentes Principais pré-aquecedor de ar trocador de calor cujo objetivo elevar a temperatura do ar recuperando a energia uma parte da energia residual dos gases de combustão. Prof. Dr. Ramón Silva

27 Caldeiras Aquatubulares Funcionamento Prof. Dr. Ramón Silva

28 Caldeiras Aquatubulares Funcionamento Prof. Dr. Ramón Silva

29 Caldeiras Aquatubulares Funcionamento Prof. Dr. Ramón Silva

30 Caldeiras Aquatubulares Lora, E.E.S. Nascimento M.A.R. Geração termelétrica: planejamento, projeto e operação. Ed. Interciência, 1 ed 2004 Santos, A. M, Apostila de Máquinas Térmicas, Universidade de São Paulo, São Carlos 2012 Prof. Dr. Ramón Silva

31 Sistemas Térmicos de Potência Prof. Dr. Ramón Silva