CONHECENDOASCALDEIRAS. EdsonLuizNeri-RosylenedosSantosCarvalho-SthenyoRibeirodeSouza

Transcrição

1 CONHECENDOASCALDEIRAS EdsonLuizNeri-RosylenedosSantosCarvalho-SthenyoRibeirodeSouza CONTROLEDEPROCESSOSINDUSTRIAIS

2

3 Autor Edson Luiz Neri Atuando no setor de Educação, Tecnologia e Inovação, do SENAI do Distrito Federal nos últimos 20 anos. Graduado em Ciências e Pedagogia, Pós Graduado em Consultoria Empresarial e EaD, Elaboração de Planos de Negócios e Plano de Marketing pelo Ibemec, extensão em Marketing na ESPM, Desenvolvimento, Elaboração e Vendas de Serviços Técnicos e Tecnológicos, pelo SENAI SC, Gestão de Projetos, Elaboração de Projetos, adquiriu experiência em Coordenação de Projetos, realização de eventos de educação, e atua como palestrante e educador. Rosylene dos Santos Carvalho Atuando no setor de Educação e Tecnologia, do SENAI do Distrito Federal nos últimos 06 anos. Licenciada em Pedagogia, Pós Graduada em Psicopedagogia. Atua também como Técnica em Segurança do Trabalho, há mais de 15 anos, prestando Consultoria à empresas, elaborando laudos técnicos, elaboração de materiais didáticos e diagnósticos na área de Segurança, além da Instrutoria no SENAI e diversas outras empresas de educação. Sthenyo Ribeiro de Souza Atuando no setor de Educação, Tecnologia e Inovação, do SENAI do Distrito Federal nos últimos 03 anos. Graduado em Engenharia de Controle e Automação e Técnico Mecânico. Atuou no SENAI no suporte em estudos de viabilidade técnica e econômica, para na implantação de novos produtos e serviços. Prospecção de mercado para serviços de educação e tecnologia. Proposição de condições adequadas de infraestrutura, material didático, recursos para realização de cursos e serviços técnicos. Revisão Grupo NT Projeto Gráfico NT Editora Editoração Eletrônica NT Editora Ilustração Márcio Rocha Jorge Olaff Capa NT Editora NT Editora, uma empresa do Grupo NT SCS Q.2 Bl. D Salas 307 e 308 Ed. Oscar Niemeyer CEP Brasília DF Fone: (61) sac@grupont.com.br - e V 1.0 Conhecendo as Caldeiras / NT Editora. -- Brasília: p. : il. ; 21,0 X 29,7 cm. ISBN 1. Doenças profissionais 2. Segurança e saúde do trabalhador 3. controle de riscos. Copyright 2014 por NT Editora. Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida por qualquer modo ou meio, seja eletrônico, fotográfico, mecânico ou outros, sem autorização prévia e escrita da NT Editora.

4 LEGENDA ÍCONES Prezado(a) aluno(a), Ao longo dos seus estudos, você encontrará alguns ícones na coluna lateral do material didático. A presença desses ícones o(a) ajudará a compreender melhor o conteúdo abordado e também como fazer os exercícios propostos. Conheça os ícones logo abaixo: Saiba Mais Esse ícone apontará para informações complementares sobre o assunto que você está estudando. Serão curiosidades, temas afins ou exemplos do cotidiano que o ajudarão a fixar o conteúdo estudado. Importante O conteúdo indicado com esse ícone tem bastante importância para seus estudos. Leia com atenção e, tendo dúvida, pergunte ao seu tutor. Dicas Esse ícone apresenta dicas de estudo. Exercícios Toda vez que você vir o ícone de exercícios, responda às questões propostas. Exercícios Ao final das lições, você deverá responder aos exercícios no seu livro. Bons estudos!

5 Sumário 1. CONHECENDO AS CALDEIRAS Tipos de caldeiras PARTES DE UMA CALDEIRA PREVENÇÃO CONTRA EXPLOSÕES E NOÇÕES DE SAÚDE E SEGURANÇA NO TRABALHO Panorama histórico sobre segurança do trabalho Segurança do Trabalho no Brasil Riscos ocupacionais Medidas de Controle ACIDENTES DO TRABALHO Causas Riscos gerais de acidentes e riscos à saúde Legislação...47 BIBLIOGRAFIA NT Editora

6 APRESENTAÇÃO O curso Conhecendo as Caldeiras foi organizado em 24 horas e está dividido em 2 etapas: 1. Conhecendo as caldeiras; 2. Prevenção contra explosões e noções de saúde e segurança no trabalho. São objetivos deste curso mostrar: quais são os tipos de caldeiras e suas utilizações; as diversas partes de uma caldeira; o histórico da segurança no trabalho no Brasil; quais são os riscos ocupacionais envolvidos; que medidas de controle devem ser tomadas; causas e riscos de acidente de trabalho; o que diz a legislação trabalhista em favor do trabalhador. Com base nestes objetivos, você aprenderá na primeira etapa, informações detalhadas sobre Caldeiras, bem como seus tipos e partes. Já na segunda etapa você estudará um assunto de extrema importância: como se prevenir contra explosões e noções de saúde e segurança no trabalho. O curso Conhecendo as Caldeiras é destinado aos profissionais que já trabalham nessa área, bem como, profissionais da área de manutenção, segurança e áreas afins, que estejam interessados em ingressar na função de operar caldeiras. Espera-se com isso, um melhor atendimento às expectativas do mercado. Bom aprendizado! Conhecendo as Caldeiras 5

7

8 1. CONHECENDO AS CALDEIRAS Olá! É muito bom estar de volta. Preparados para continuar com o aprendizado? Vamos nessa! 1.1. Tipos de caldeiras Calor é o resultado da agitação de moléculas dentro dos corpos. É uma forma de energia que se transfere de um corpo para outro quando há diferença de temperatura entre eles. Essa transferência de calor se dá de três maneiras: por radiação, por condução e por convecção. Como forma de energia, o calor é usado pelo homem para produzir trabalho e um dos modos de conseguir isso é utilizando a transferência de calor para produzir vapor. Atualmente, muitas das indústrias usam vapor em seus processos de produção. A fim de atender a essa necessidade sempre crescente, a geração de vapor pode ser realizada nas caldeiras, nos equipamentos geradores de vapor, ou pelo aproveitamento do calor residual proveniente de alguns tipos de processos industriais, como a siderurgia. Siderurgia: Gases de altoforno. As siderúrgicas produzem os metais que são utilizados na construção civil, fabricação de automóveis e eletrodomésticos, e muitos outros seguimentos. Exercitando o conhecimento... Como vimos, a transferência de calor se dá de três maneiras, quais são elas? Marque a alternativa correta. a) Energia, calor e vapor. b) Radiação, condução e convecção. c) Medição, condução e vapor. Conhecendo as Caldeiras 7

9 Um breve histórico do vapor Que tal conhecer a história do vapor? Vamos lá! No primeiro século da era cristã, há mais de anos, um estudioso chamado Heron de Alexandria construiu uma espécie de turbina a vapor, chamada eolípila. Diametralmente: em sentidos diferentes. Nesse engenho, enchia-se uma esfera de metal com água que produzia vapor que se expandia e fazia a esfera girar quando saía por meio de dois bicos, colocados em posições diametralmente opostas. Todavia, embora isso movimentasse a esfera, nenhum trabalho útil era produzido por esse movimento e o sábio não conseguiu ver nenhuma utilidade prática para seu invento. Séculos mais tarde, a máquina a vapor foi a primeira maneira eficiente de produzir energia independentemente da força muscular do homem e do animal, da força do vento e das águas correntes. Sua invenção e seu uso foi uma das bases tecnológicas da Revolução Industrial. Em sua forma mais simples, as máquinas a vapor usam o fato de que a água, quando convertida em vapor se expande e ocupa um volume até vezes maior do que o original, quando sob pressão atmosférica. Esse é o segredo vapor. A primeira utilização efetiva de uma tecnologia do vapor só veio em 1698, com a patente da invenção de Thomas Savery, aperfeiçoada em 1712 por Thomas Newcomen e John Calley. A máquina de Newcomen captava o vapor gerado em uma caldeira e o enviava para um cilindro localizado acima dela. Um pistão era puxado para cima por um contrapeso. Depois que o cilindro ficava cheio de vapor, injetava-se água nele, fazendo o vapor condensar. Isso reduzia a pressão dentro do cilindro e fazia o ar externo empurrar o pistão para baixo. Um balancim era ligado a uma haste que levantava o êmbolo quando o pistão se movia para baixo. O vácuo resultante retirava a água de poços de mina inundados. Em 1782, o construtor de instrumentos escocês chamado James Watt projetou e patenteou a máquina rotativa de ação dupla na qual o vapor era introduzido de ambos os lados do pistão de modo a produzir um movimento para cima e para baixo. Isso tornou possível prender o êmbolo do pistão a uma manivela ou um conjunto de engrenagens para produzir movimento rotativo e permitiu que essa máquina pudesse ser usada para impulsionar mecanismos, girar rodas de carroças ou pás para movimentar navios em rios. 8 NT Editora

10 No fim do século XVIII, as máquinas a vapor produzidas por Watt e seu companheiro Matthew Boulton forneciam energia para fábricas, moinhos e bombas na Europa e na América. O aparecimento das caldeiras, que podiam operar com altas pressões e que foram desenvolvidas por Richard Trevithick na Inglaterra e por Oliver Evans nos Estados Unidos, no início do século XIX, tornou-se a base para a revolução dos transportes, uma vez que elas podiam ser usadas para movimentar locomotivas, barcos fluviais e, depois, navios. A máquina a vapor tornou-se a principal fonte produtora de trabalho do século XIX e seu desenvolvimento se deu no esforço de melhorar seu rendimento, a confiabilidade e a relação peso/potência. O advento da energia elétrica e do motor de combustão interna no século XX, todavia, condenaram pouco a pouco, nos países mais industrializados, a máquina a vapor ao quase esquecimento. TIPOS DE CALDEIRAS E SUAS UTILIZAÇÕES Geradores de vapor (caldeiras) são equipamentos complexos, fechados, destinados a produzir e acumular vapor de água à pressão maior que a atmosférica, por meio da aplicação de calor. É produzido vapor a partir da energia térmica, ou seja, da queima de algum tipo de combustível em fornalha apropriada. Em alguns casos, as fontes de calor podem ser eletrodos, resistências elétricas, fissão nuclear, gás, óleo, lenha, etc. As caldeiras podem ser classificadas de acordo com: classes de pressão; grau de automação; tipo de energia empregada; tipo de troca térmica. Nas classes de pressão, as caldeiras foram classificadas segundo a NR-13 em: categoria A: caldeira cuja pressão de operação é superior a 1960 kpa (19, 98kgf/cm²); categoria C: caldeiras com pressão de operação igual ou inferior a 588 kpa (5,99kgf/cm²) e volume interno igual ou inferior a 100 litros; categoria B: caldeiras que não se enquadram nas categorias anteriores. No grau de automação, as caldeiras podem se classificar em: manuais; semiautomática; automática. No tipo de energia empregada, elas podem ser do tipo: combustível sólido; líquido; gasoso; Conhecendo as Caldeiras 9

11 caldeiras elétricas; caldeiras de recuperação. Existem outras maneiras particulares de classificação, a saber: quanto ao tipo de montagem; circulação de água; sistema de tiragem (forma de extrair a fumaça de queima do combustível); tipo de sustentação. Exercitando o conhecimento... Marque a alternativa correta. Caldeiras da categoria A são aquelas cuja pressão de operação é igual ou superior a: a) 1960 kpa (19.98 kgf/cm²) b) 1360 kpa (16.95 kgf/cm²) c) 300 kpa (4.48 kgf/cm²) d) 588 KPa (5.99 kgf/cm²) e) 58.8 KPa (0.599 kgf/cm²) Caldeiras de tubos de fogo (fogotubular ou flamotubular) Flamotubulares ou fogotubulares: Tubos de fogo. As caldeiras flamotubulares ou fogotubulares são aquelas em que as chamas e os gases quentes provenientes da combustão passam pelo interior (por dentro) dos tubos, cedendo calor à água que os envolve. São de construção simples e podem ser classificadas quanto à disposição de seus tubos em: a) verticais; b) horizontais. CALDEIRAS VERTICAIS Nelas, os tubos são colocados verticalmente em um corpo cilíndrico, fechado nas extremidades por placas chamadas espelhos. Podem ser de fornalha interna ou externa. A fornalha interna, veja na figura ao lado, fica no corpo cilíndrico, logo abaixo do espelho inferior (entrada de gases quentes pelos tubos verticais). Os gases da combustão sobem por meio dos tubos, saindo pelo espelho superior (saída dos gases quentes), aquecendo e vaporizando a água que se encontra externamente a eles. As fornalhas externas são utilizadas, principalmente, para combustíveis de baixo poder calorífico, tais como lenha e bagaço de cana. 10 NT Editora

12 A figura ao lado demonstra a forma que os tubos são montados na caldeira, observe a quantidade. A parte em que os tubos são vistos é chamada de espelho superior. Os gases quentes saem da câmara de combustão, entram pelos tubos no espelho inferior e saem pelo espelho superior. A água que vai gerar o vapor circula entre dois espelhos, nos espaços existentes entre todos os tubos que vemos na figura. CALDEIRAS HORIZONTAIS Abrangem várias modalidades, desde as caldeiras Cornuália e Lancaster, de grande volume de água, até as modernas unidades compactas. As principais caldeiras horizontais apresentam tubulões internos, por onde passam os gases quentes. Caldeira Cornuália Formada basicamente por 2 cilindros horizontais unidos por placas planas. Seu funcionamento é bem simples, porém apresenta baixo rendimento. Para uma superfície de aquecimento de 100 m², apresenta grandes dimensões, o que limita o ganho de pressão. Neste tipo, a pressão não deve ir além de10 kg/cm². Caldeira Lancaster É constituída por duas (podendo chegar a 4) tubulações internas (fornalhas), alcançando superfície de aquecimento de até 140 m². Atingem até 18 kg de vapor por metro quadrado de superfície de aquecimento. Está em desuso. Exercitando o conhecimento... Quais os tipos de caldeira flamotubulares? Marque a alternativa correta. a) Apenas horizontal b) Apenas vertical c) Vertical e horizontal Conhecendo as Caldeiras 11

13 Nestas caldeiras, o vapor gerado serve para movimentar a própria caldeira e os vagões. Atualmente é mais vista em museus, pois é movida a carvão ou lenha como combustível. A caldeira locomóvel é do tipo multitubular, apresentando uma dupla parede metálica, por onde circula a água do próprio corpo. Entre suas maiores vantagens está a facilidade de transferência de local e proporcionar acionamento mecânico em lugares desprovidos de energia elétrica. São construídas para pressão de até 21 kgf/cm² e vapor superaquecido. Caldeira escocesa Passe: é a passagem do gás quente da combustão por um conjunto de tubos imersos na água. Esse tipo de caldeira, veja na figura ao lado, foi concebido para uso marítimo, por ser bastante compacta. Os gases quentes, oriundos da combustão, podem circular em 2, 3 e até 4 passes. Esse tipo de caldeira é construída completa, ou seja, pode ser transportada e instalada para operação de imediato. Essas caldeiras operam exclusivamente com óleo ou gás, e a circulação dos gases é feita por ventiladores. Alcançam rendimentos de até 83%. Caldeira multitubular Este tipo possui vários tubos de fumaça. Podem ser de três tipos: tubos de fogo diretos: os gases percorrem o corpo da caldeira uma única vez; tubos de fogo de retorno: os gases provenientes da combustão na tubulação da fornalha circulam pelos tubos de retorno (veja na figura abaixo); tubos de fogo diretos e de retorno: os gases quentes circulam pelos tubos diretos e voltam pelos de retorno. Acabamos de ver os principais tipos de caldeiras flamotubulares ou fogotubulares e o esquema básico de suas formas construtivas. 12 NT Editora

14 Caldeiras de tubos de água (aquatubular) Com a evolução dos processos industriais, aumentou muito a necessidade de caldeiras com maior rendimento, menor consumo, rápida geração e grandes quantidades de vapor. Baseados nos princípios da transferência de calor e na experiência com os tipos de caldeiras existentes, os fabricantes inverteram a forma de geração de calor: trocaram os tubos de fogo por tubos de água, o que aumentou muito a superfície de aquecimento, surgindo a caldeira aquatubular. Os gases de combustão envolvem os tubos por onde circula a água. Esse tipo de caldeira baseia-se no princípio da convecção. Por esse princípio, quando um líquido é aquecido, as partículas aquecidas ficam mais leves e sobem, enquanto que as partículas frias, que são mais pesadas, descem. Recebendo calor, elas tornam a subir, formando um movimento contínuo, até que a água entre em ebulição. A imagem demonstra a planta de uma grande caldeira aquatubular, instalada em uma indústria de álcool e açúcar. Esta planta possui o prédio da caldeira e o sistema de filtragem completa dos resíduos provenientes da queima do bagaço de cana, o principal combustível desse seguimento da indústria. A filtragem serve para controlar resíduos que serão lançados na atmosfera, esse controle deve ser rigoroso, pois o não atendimento implica em multas altíssimas e, em alguns casos, pode levar à interdição da fábrica até que se resolva o problema. Sobem: evaporam. Álcool e açúcar: sucroalcooleira. Prédio da caldeira: prédio, pois passa de 15 m de altura. Para se ter uma ideia, a caldeira A ocupa uma área de aproximadamente 600 m², bem diferente da caldeira B, que ocupa em média 11 m². Porém o tamanho é justificado pela capacidade de geração de vapor, que é de 130 toneladas de vapor hora (TVH), aproximadamente 76 vezes superior às convencionais de menor porte, movidas a óleo ou gás. Podemos dividir as caldeiras aquatubulares em três grupos principais: a) caldeiras aquatubulares de tubos retos; b) caldeiras aquatubulares de tubos curvos; c) caldeiras aquatubulares de circulação positiva. Conhecendo as Caldeiras 13

15 A caldeira elétrica é um equipamento que transforma energia elétrica em energia térmica, transmitindo-a para um fluido apropriado (geralmente água) e transformando-o em vapor. Principio de funcionamento A produção do vapor em uma caldeira elétrica baseia-se em um princípio pelo qual a corrente elétrica, ao atravessar qualquer condutor, encontra resistência à sua livre circulação e desprende calor (efeito Joule). A água pura é considerada um mau condutor de corrente elétrica. Portanto, para que se possa obter a condutividade desejada devem ser adicionados a ela determinados sais. Alguns fabricantes recomendam a adição de produtos para o ajuste da condutividade (soda cáustica, fosfato trissódico, etc.) na água de alimentação. Essa adição deve ser calculada e colocada após o tratamento químico da água de alimentação, com acompanhamento por técnicos especializados de empresas químicas especialistas em tratamento de água para caldeiras. Características Por não queimar combustível para produzir vapor, a caldeira elétrica é diferente das outras caldeiras. Por isso, ela não possui fornalha, ventiladores, queimadores e chaminé. As principais características das caldeiras elétricas são: não necessita de área para estocagem de combustível; ausência total de poluição (não há emissão de gases); baixo nível de ruído; modulação da produção de vapor de forma rápida e precisa; alto rendimento térmico (aproximadamente 98%); melhora do Fator de Potência e Fator de Carga; área reduzida para instalação da caldeira; necessidade de aterramento da caldeira de forma rigorosa; tratamento de água rigoroso. A quantidade de vapor gerada (kgf/h) depende diretamente dos seguintes parâmetros: condutividade da água; nível de água; distância entre os eletrodos. 14 NT Editora

16 Tipos de caldeiras elétricas com eletrodos: condutores metálicos por onde uma corrente elétrica entra num sistema ou sai dele; é geralmente destinada a trabalhar com pressões de vapor não muito elevadas (aproximadamente 15kgf/cm²). Com resistências elétricas: fontes de calor onde ele é gerado pela passagem da corrente elétrica por um condutor, principio idêntico ao do chuveiro elétrico; é destinada, geralmente, à produção de vapor em pequenas quantidades. Na maioria das vezes é do tipo horizontal, utilizando resistências de imersão. Com jatos de água (cascata): é usada para aplicações de maior produção de vapor; o casco é construído na posição vertical. Internamente, possui um elemento denominado corpo da cascata, que tem como função criar jatos de água que incidem sobre os eletrodos e destes aos contraeletrodos. possui uma bomba de circulação que coleta água no fundo da caldeira e alimenta o corpo da cascata. O controle de pressão é feito pelo volume de água introduzido no corpo da cascata. A seguir a representação esquemática de uma caldeira de jatos de água. Conhecendo as Caldeiras 15

17 a. corpo da caldeira h. válvula de controle de alimentação b. eletrodo i. saída de vapor c. contraeletrodo j. válvula de respiro (vent) d. corpo da cascata l. válvula de segurança e. bomba de circulação m. controle de nível de água f. bomba de alimentação n. descarga de fundo g. válvula de controle de produção Você chegou ao final da lição. Por meio desta, você pôde conhecer os vários tipos de caldeiras existentes. Quanto conhecimento adquirido não é mesmo? Mas ainda vem muito pela frente. Você está pronto? 16 NT Editora

18 Exercícios Questão 1- As caldeiras podem ser classificadas, segundo a NR-13, em: a) caldeiras da categoria A, B e C. b) caldeiras da categoria A, B e D. c) caldeiras da categoria A, C e E. d) caldeiras da categoria B, C e D. Parabéns, você finalizou esta lição! Agora responda às questões ao lado. Questão 2 - A transmissão de calor pode se dar por: a) condução, convecção, radiação. b) condução, convecção, irradiação. c) convecção, radiação, aquecimento. d) resfriamento, condução, radiação. Questão 3 - As caldeiras flamotubulares têm: a) alto rendimento térmico. b) capacidade de produção limitada. c) limitação da pressão de operação. d) partida rápida. Questão 4 - Por que a água totalmente pura não é recomendada para caldeiras elétricas? a) Porque ela é uma boa condutora de corrente elétrica. b) Porque ela é mais limpa. c) Porque ela é mais barata para a indústria. d) Porque ela é um mau condutor de corrente elétrica. Questão 5 - As caldeiras aquatubulares... a) queimam qualquer tipo de combustível. b) não precisam de materiais refratários. c) não podem gerar vapor superaquecido. d) geram vapor na pressão máxima de 25 kgl/cm². Conhecendo as Caldeiras 17