OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO DE CALDEIRAS 1 GENERALIDADES

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1 1 GENERALIDADES 1.1 Pressão interna de um vaso A caldeira é um equipamento bastante complexo que através de seus vários componentes operando de forma sincronizada, serve para produzir vapor a ser utilizado como vetor energético na indústria seja para produção de potência seja para produção de calor de processo. Utiliza a queima de um combustível na seção própria denominada câmara de combustão e, através da energia radiante da combustão e dos efeitos convectivos dos gases quentes assim gerados produz o vapor na outra seção especializada ou caldeira propriamente dita, que normalmente é composta de tubulões, headers e paredes dágua. Os dois grandes modelos são as caldeiras flamatubulares e as caldeiras aquatubulares. Caldeiras Flamatubulares: a câmara de água e de vapor fica na parte externa dos tubos e, os gases quentes circulam no interior dos tubos. A entrada dos tubos geralmente se situa na saída da câmara de combustão. Caldeiras Aquatubulares: as câmaras de água e vapor são distribuídas pelos tubos e paredes dágua e, os gases quentes e a energia radiante liberada na queima do combustível, circulam na parte externa desses componentes. Assim a câmara de combustão é praticamente independente dos tubos. Fig. 1 Caldeira flamatubular (LIMA, Rolando Nonato Oliveira. Máquinas Térmicas I. DCTEF UFSJ, 2003.) As figuras 1 e 2 mostram detalhes de cada modelo e, as considerações que se seguem discutem em detalhe cada caso. Existe também um modelo alternativo de caldeira raramente empregado, as caldeiras elétricas, que se valem de uma resistência elétrica para produzir o vapor. São usadas em situações muito específicas e, raramente são encontradas em unidades industriais. Os circuitos básicos e essenciais das caldeiras são: (a) circuito de combustível e ar que alimentam os queimadores da câmara de combustão produzindo energia radiante e gases quentes; (b) circuito água/vapor composto no geral de economizador, tubulões, paredes d água superaquecedor por onde circula a água a ser vaporizada e fornecida como vapor na forma de produto utilizável; 1

2 (c) circuito de gases de exaustão que permite a circulação e exaustão dos gases. Fig. 2 Caldeira aguatubular típica ((LIMA, Rolando Nonato Oliveira. Máquinas Térmicas I. DCTEF UFSJ, 2003.) Os termos mais utilizados na área de produção de vapor via caldeiras: Economizador: seção da caldeira onde se faz o pré-aquecimento da água de alimentação que normalmente entra na forma de líquido comprimido e, que ao sofrer o pré-aquecimento chega na caldeira na forma de líquido saturado. Normalmente aproveita o efeito convectivo dos gases de exaustão. Pré-aquecedor de Ar: o ar de alimentação da câmara de combustão normalmente deve ser préaquecido para melhorar o desempenho energético da caldeira. Esse equipamento cumpre esse papel também aproveitando o efeito convectivo dos gases. Superaquecedor: nas caldeiras mais poderosas e normalmente aquelas que são destinadas à produção de potência o vapor deve ser superaquecido. Assim essas caldeiras são equipadas com esse acessório que normalmente aproveita energia radiante e efeitos convectivos e, cuja função final é superaquecer o vapor produzido. Tiragem: produção de fluxo de ar e de gases para circulação dentro da caldeira. Pode ser natural (normalmente quando se aproveita de efeitos de massa específica diferente de fluídos quentes e frios) 2

3 ou artificial (quando se utilizam equipamentos mecânicos para se conseguir o efeito, podendo ser forçada ou induzida conforme visto em itens anteriores). VTF: (ventilador de tiragem forçada) é um soprador de ar que insufla o ar de combustão para dentro da câmara de combustão. VTI: (ventilador de tiragem induzida) é um exaustor colocado no circuito da chaminé para facilitar a exaustão dos gases produzidos na câmara de combustão. Classes de Vapor: características mais usuais do vapor encontrado em aplicações industriais. As classes mais usuais são: (a) vapor de alta 30 ~ 80 kgf/cm2 e até 500 C ; (b) vapor de média 15 ~ 30 kgf/cm2 e até 435 C; (c) vapor de baixa 3 ~ 15 kgf/cm2 e até 350 C. Blown-Down: sistema de descarga de lama do fundo da caldeira para manter a qualidade da água. Pode ser automático ou manual; Ramonagem: limpeza das tubulações internas da caldeira para retirada de fuligem e incrustações através de jatos de vapor direcionados às diversas superfícies encontradas no trajeto dos gases. Conjunto das partes de uma caldeira 1.2 Unidades da grandeza pressão e o relacionamento existente entre elas A pressão possui vários tipos de unidade. Os sistemas de unidade MKS, CGS, gravitacional e unidade do sistema de coluna de líquido são utilizados tendo como referência a pressão atmosférica e são escolhidas, dependendo da área de utilização, tipos de medida de pressão, faixa de medição, etc. 3

4 Em geral são utilizados para medição de pressão, as unidades Pa, N/m², kgf/cm², mhg, mh2o, lbf/pol2, Atm e bar. A seleção da unidade é livre, mas geralmente deve-se escolher uma grandeza para que o valor medido possa estar na faixa de 0,1 a Assim, as sete unidades anteriormente mencionadas, além dos casos especiais, são necessárias e suficiente para cobrir as faixas de pressão utilizadas no campo da instrumentação industrial. Suas relações podem ser encontradas na tabela de conversão a seguir. Tabela de Conversão de Unidades de Pressão 1.3 Conceitos de temperatura e calor Temperatura: É uma medida da energia cinética, isto é, da energia de vibração das moléculas que compõem um certo corpo. Quanto mais intensa é a vibração das moléculas, maior será a temperatura do corpo em questão. É justamente a diferença de temperatura entre dois corpos que promove a transferência de calor. Temperatura é a grandeza física relacionada ao movimento das partículas de um corpo. É a quantificação da energia térmica de um corpo. Unidades: oc, of, R. Calor: É uma forma de energia térmica em trânsito, ou seja, está sempre se transferindo de um corpo com maior temperatura para um corpo de menor temperatura. O calor não pode ser armazenado; o que pode ser feito é apenas facilitar ou dificultar sua transferência. As moléculas constituintes da matéria estão em contínuo movimento, denominado agitação térmica. A energia cinética associada a esse movimento é chamada energia térmica. A energia térmica de um corpo pode variar. A energia térmica pode transferir-se de um corpo para outro quando entre eles houver uma diferença de temperatura. A energia térmica em trânsito é denominada calor. A medida da quantidade de calor trocada entre dois corpos é, portanto, uma medida de energia. A unidade de energia do Sistema Internacional é o joule (J). No entanto, utiliza-se, também como medida das quantidades de calor, a caloria (símbolo cal), unidade estabelecida antes de se entender o calor como forma de energia. Sabe-se atualmente que: 1 caloria= 4,186 joules. 1.4 Diferença entre calor e temperatura É comum confundir calor e temperatura como conceitos equivalentes, ou imaginar que o calor pode ser armazenado. 4

5 Calor é o nome dado à energia térmica quando ela é transferida de um corpo a outro, motivada por uma diferença de temperatura entre os corpos. É energia térmica em trânsito. No verão, um lago pode armazenar energia térmica durante o dia e transferi-la ao ambiente à noite na forma de calor. Temperatura é a grandeza física que permite medir quanto um corpo está quente ou frio. Está relacionada à energia cinética das partículas de um corpo, à energia de movimento das partículas. A chama de uma vela pode estar numa temperatura mais alta que a água do lago, mas o lago tem mais energia térmica para ceder ao ambiente na forma de calor. 1.5 Modos de transferência de calor Numa caldeira ocorrem os três processos: Condução: do tubo para água ou para o vapor. Convecção: dos gases para os tubos. Radiação: da chama para os tubos E é necessário para: Aquecer e vaporizar a água. Superaquecer o vapor. Fatores que influenciam a troca de calor: - Temperatura da chama e dos gases - Turbulência e choque dos gases com os tubos. - Acumulação de fuligem fora do tubo. - Condutibilidade térmica do material. - Incrustações no interior do tubo. - Turbulência da água e do vapor no interior do tubo. Quando existe uma diferença de temperatura entre dois sistemas (duas regiões), a mesma tende a desaparecer espontaneamente, pelo aparecimento da forma de energia calor. Ao conjunto de fenômenos que caracterizam os mecanismos da transmissão de energia na forma de calor denomina-se Transferência de Calor. Teoricamente a transferência de calor pode ocorrer isoladamente por condução, convecção ou radiação. No entanto, praticamente, as três formas citadas ocorrem simultaneamente, ficando a critério do interessado o estudo da possibilidade de serem desprezadas uma ou duas das formas, em função do problema analisado. Condução: É um método no qual o calor flui pelo contato direto, molécula a molécula, do corpo. Ocorre normalmente em corpos sólidos. Nas caldeiras, a condução ocorre no metal dos tubos e dispositivos de troca térmica, onde o calor flui da face de maior temperatura (em contato com os gases quentes ou fornalha) para a de menor temperatura (por onde circula a água). 5

6 Fig. 3 - Mecanismos de transferência de calor. Placas planas (a) e cilindro (b). Para placas planas (Figura 3a), a equação de Fourier é dada por: onde: é o fluxo de calor [W]; k é a condutividade térmica [W/m.K]; A é a área normal ao fluxo de calor [m2]; ΔT é a diferença de temperatura [K]; Δx é a espessura da placa [m]. Para o caso de cilindros (Figura 3b), tem-se: onde: é o fluxo de calor [W]; k é a condutividade térmica [W/m.K]; L é o comprimento do cilindro [m2]; ΔT é a diferença de temperatura [K]; r1 é o raio interno do cilindro [m]. r2 é o raio externo do cilindro [m]. Convecção: É um processo que consiste basicamente na transferência de calor envolvendo corpos fluidos (líquidos ou gases). A convecção é sinal de movimento, podendo ser natural ou forçada. Nas caldeiras, ocorre transferência de calor por convecção dos gases quentes para as superfícies dos tubos e das superfícies aquecidas dos tubos para a água. 6

7 onde: é o fluxo de calor [W]; α é o coeficiente de convecção [W/m2.K]; A é a área normal ao fluxo de calor [m2]; ΔT é a diferença de temperatura [K]; O coeficiente de convecção depende das propriedades do fluido e da configuração do escoamento e, normalmente, seus valores são tabelados para as situações e fluidos mais comuns, o que reduz o problema à aplicação da equação acima. Radiação : É um processo predominante em temperaturas mais elevadas (acima de 500ºC). O calor neste caso é transmitido por meio de ondas eletromagnéticas. Altamente dependente da diferença de temperatura. Numa caldeira, ocorre transferência por radiação do fogo para a área irradiada da fornalha. Como os corpos reais não são radiadores perfeitos, isto é, corpos negros, eles irradiam menos energia que um corpo negro à mesma temperatura. A razão entre o poder emissivo do corpo real e o pode emissivo do corpo negro é denominada de emissividade. Assim, tem-se: 1.6 Expressão que traduz calor sensível De acordo com a definição, sabemos que calor é energia térmica em trânsito que flui entre os corpos em razão da diferença de temperatura entre eles. Dessa forma, imagine uma barra de ferro que receba ou perca certa quantidade de calor Q. Esse calor que a barra ganhou ou perdeu é denominado de calor sensível, pois ele provoca apenas variação na temperatura do corpo, sem que aconteça mudança no seu estado de agregação, ou seja, se o corpo é sólido continua sólido e o mesmo acontece com os estados líquidos e gasosos. Também chamado de calor específico, o calor sensível, determinado pela letra c (minúscula), é avaliado da seguinte forma: cal/g. C. Esta relação informa a quantidade de calor que um grama de substância deve receber ou ceder para que nela aconteça a variação de um grau de temperatura. Essa é uma unidade prática, ou seja, a que é mais utilizada no dia-a-dia. Contudo, no Sistema Internacional de Unidades (SI) o calor específico pode ser dado de duas formas: J/kg. K ou em J/kg. C. Calor sensível é a quantidade de calor necessária para variar a temperatura de um corpo sem que haja variação do estado físico da matéria, ou seja, se um corpo está no estado sólido, sua temperatura pode variar para mais ou para menos e seu estado de agregação das moléculas continua o mesmo (sólido). A equação que mede a quantidade de calor cedida ou recebida por um corpo é: Q = m.c. T Onde: Q = quantidade de calor m = massa da substância c = calor específico T = variação da temperatura 7

8 Calor sensível é o que acarreta variação de temperatura ao ser recebido ou perdido por um corpo. 1.7 Conceito de calor específico O calor específico de uma substância mede numericamente a quantidade de calor recebida ou perdida por um grama da substância ao sofrer a variação de temperatura 1 C, sendo usualmente expressa em cal/g 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 14,5 C para 15,5 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: Onde c é o calor específico, C é a capacidade térmica e m é a massa. 1.8 Exemplo de transferência de calor a temperatura constante Diferente do calor sensível, quando fornecemos energia térmica a uma substância, sua temperatura não varia, mas seu estado de agregação se modifica, esse é o chamado calor latente. Esta é a grandeza física que informa a quantidade de energia térmica (calor) que uma unidade de massa de uma substância deve perder ou receber para que ela mude de estado físico, ou seja, passe do sólido para o líquido, do líquido para o gasoso e assim por diante. Determinado pela letra L, o calor latente de uma substância é calculado através da razão entre a quantidade de calor (Q) que a substância deve receber ou ceder e a massa (m) da mesma, ou seja, matematicamente temos: L = Q/m O calor latente pode ser positivo ou negativo. Quando positivo indica que o material está recebendo calor e quando negativo, indica que está perdendo calor. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de calor latente é o joule por quilograma (J/Kg), mas na prática utiliza-se muito a caloria por grama (cal/g). Calor latente quando o efeito produzido pelo fornecimento de calor é a mudança de estado, não havendo variação de temperatura. 1.9 Comparação das unidades de grandeza de calor Calor é energia. A unidade de calor no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o joule (J). Na prática é muito usada uma outra unidade de calor, muito antiga, do tempo do calórico, a caloria. Por definição, uma caloria (1 cal) é a quantidade de calor que deve ser transferida a um grama de água para produzir a variação de temperatura de 1oC, rigorosamente, de 14,5 C para 15,5 C. Em suas experiências, Joule estabeleceu a relação entre essas duas unidades, encontrando: 1 cal = 4,18 J 8

9 A unidade quilocaloria ( kcal) é muito usada para medidas de quantidade de calor. 1 kcal = cal = 103 cal A British Thermal Unit (BTU) é uma unidade técnica usada para quantidade de calor. É muito utilizada em manuais para caracterizar equipamentos e máquinas que envolvem energia térmica. 1 BTU = 252,4 cal = J 1.10 Conceitos de vapor saturado, úmido e superaquecido O vapor é a água no estado gasoso. Esta mudança de estado é proporcionada pelo efeito direto do calor e inverso da pressão. Quanto maior for a pressão, mais elevada será a temperatura de vaporização da água e mais energia o vapor transportará pelas moléculas de água que o constitui. Ao se condensar, a mesma energia que as moléculas absorveram para passar para fase vapor é liberada para o meio, resultando aí na transferência de energia na forma de calor. Geradores de vapor ou Caldeiras são equipamentos destinados a mudar o estado da água, do liquido para o de vapor, a fim de ser usado em: (a) aquecimento; (b) acionamento de máquinas motrizes (turbinas, bombas e máquinas alternativas); (c) em processos industriais (indústrias de alimentos, bebidas, papel e celulose, têxtil, metalúrgica, Química); (d) esterilização; (e) Geração de energia elétrica, etc. Naturalmente que, com esta mesma finalidade, outros fluidos de trabalho (fluidos térmicos) poderiam ou podem ser empregados. A preferência pelo vapor de água como fluido de trabalho é justificada pelo seu elevado calor específico e pela ampla disponibilidade da água no meio industrial. Mecanismo de transformação líquido-vapor: Fornecendo calor à água, variamos a sua entalpia (quantidade de energia por kg de massa) e seu estado físico. Quanto mais aquecermos, mais aumentaremos sua temperatura e, conseqüentemente, sua densidade diminuirá, tornando-se mais leve. À medida que fornecermos calor ao líquido, suas moléculas vão adquirindo energia até conseguirem vencer as forças que as mantém ligadas (na forma líquida). A rapidez da formação do vapor será tal qual for a intensidade do calor fornecido. A pureza da água e a pressão absoluta exercida sobre ela são os fatores que irão impor a temperatura na qual se produz a ebulição. Assim, quanto menor for a pressão, menor será a temperatura de ebulição da água. Tabela 1 Dependendo da sua aplicação o vapor pode ser saturado ou superaquecido. 9

10 Vapor saturado: É um vapor úmido, contendo pequenas gotículas de água, sendo obtido da vaporização direta da mesma. Quando este tipo de vapor se condensa, cede calor latente. É usado para aquecimento direto ou indireto. Vapor superaquecido: É obtido através do aquecimento conveniente do vapor saturado, resultando em um vapor seco. É usado para transferência de energia cinética, ou seja, para geração de trabalho mecânico (turbinas). Fig. 3 Plano temperatura Entropia ( Geradores de vapor Fig. 4 Estados da água ( Geradores de vapor A maioria dos processos industriais envolve o uso de vapor saturado, com pressões inferiores a 10 bar (1000 kpa). Em serviços de acionamento mecânico usa-se vapor superaquecido e as pressões de trabalho são normalmente maiores, alcançando em alguns casos valores supercríticos. Existem centrais termelétricas operando com pressões da ordem de 250 bar (25 MPa) Dependendo da sua aplicação o vapor pode ser saturado ou superaquecido; 10

11 Fig. 5 Geração de energia elétrica utilizando vapor (turbina) ( Geradores de vapor 1.11 Tipos de caldeiras e suas utilizações, partes principais Podemos classificar as Caldeiras através de diferentes aspectos: 1) segundo a fonte energética utilizada, poderíamos classificar estas em dois grupos: as Caldeiras a combustíveis e as Caldeiras elétricas. Neste módulo nos concentraremos nas Caldeiras a combustíveis. Neste tipo de caldeira são aproveitados os gases quentes da combustão para transferir calor à água. 2) Quanto à posição dos gases quentes e da água: Aquatubulares (Aquotubulares) Flamatubulares (Fogotubulares, Pirotubulares) 3) Quanto à posição dos tubos: Verticais Horizontais Inclinados 4) Quanto à forma dos tubos: Retos Curvos 5) Quanto à natureza da aplicação: Fixas Portáteis móveis (geração de força e energia) Marítimas Podemos observar que existem várias classificações de caldeiras de vapor. A escolha de um tipo de caldeira se faz principalmente em função de: Tipo de serviço 11

12 Tipo de combustível disponível Equipamento de combustão Capacidade de produção Pressão e temperatura do vapor Outros fatores de caráter econômico De forma geral, as caldeiras possuem basicamente os seguintes elementos: Fig. 6 Caldeira Aquotubular, Fixa, Vertical ( Geradores de vapor Componentes: Fornalha - Principal equipamento para a queima do combustível. Entre as suas funções estão incluídas: a mistura ar-combustível, a atomização e vaporização do combustível e a conservação de uma queima contínua da mistura. De acordo com o tipo e com a qualidade de combustível disponível, podemos ter fornalhas para queima em suspensão, queima em grelha ou queima em leito fluidizado. As fornalhas de queima em suspensão: têm aplicação mais abrangente, permitem a queima de óleo, carvão pulverizado, ou mesmo gás natural. Podem também ser empregados neste tipo de fornalhas combustíveis de biomassa tais como; casca de arroz, Serragem e outros resíduos industriais com potencial energético. 12

13 As fornalhas com grelha ou leito Fluidizado: têm aplicação restrita a unidades de pequeno e médio porte e são projetadas para consumo de combustível sólido. O elevado teor de cinzas de grande parte dos combustíveis sólidos (carvão mineral, e outros combustíveis menos nobres) justifica a adoção de queima por leito fluidizado ou mesmo outros processos alternativos de combustão direta. Outras funções que são realizadas pela fornalha: - Evapora a umidade do combustível; - Destilar as substancia voláteis do combustível; - Elevar a temperatura do combustível; - Proporcionar uma combustão completa; - Criar turbulência para misturar o ar e o combustível; - Impedir a troca de calor entre os gases quentes e o ambiente externo. Os elementos básicos de uma fornalha são: - Os queimadores (quando a queima é por suspensão); - Ventiladores de ar; - Bombas de alimentação de óleos; - Sistemas de ignição; - Dispositivos de controle; - Dispositivos de segurança. As fornalhas são projetadas de acordo com o tipo e quantidade de combustível. O tipo de queima pode ser em suspensão, grelha ou leito fluidizado. Queima em suspensão: é usada para combustíveis: - líquidos; - gasosos; - sólidos particulados (pulverizados na câmara de combustão). Queima em grelha ou leito fluidizado: para uso com combustíveis sólidos. Aspectos importantes no projeto de uma Fornalha Em termos gerais, o projeto de uma fornalha deve considerar os seguintes aspectos: 1. Ter um volume apropriado ao tipo e à quantidade de combustível que se deseja queimar: - O volume deve ser suficiente para garantir uma combustão eficiente; - Volumes pequenos podem implicar em combustão parcial com presença de material ainda combustível nos gases que deixam a fornalha; - Volumes grandes (maiores superfícies de troca de calor irradiação) podem implicar em menores temperaturas na câmara, a ponto de dificultar o processo de ignição das partículas de combustível. 2. Altura compatível com a circulação de água nos tubos e tempo efetivamente gasto para queimar o combustível no interior da câmara: - A altura deve ser definida de modo a não prejudicar a circulação natural da água no interior dos tubos; 13

14 - Se a circulação for deficiente haverá risco de superaquecimento localizado. Se a altura for insuficiente; - A altura deve ser adequada para garantir queima total do combustível; - Se a altura for insuficiente poderá ocorrer queima de gases combustíveis no topo da fornalha ou temperatura muito elevadas, não recomendáveis aos tubos dos superaquecedores. 3. Disposição adequada dos queimadores de modo a evitar qualquer contato direto da chama com os tubos de água - Eventual contato da chama com os tubos da parede d`água pode provocar uma elevada troca de calor ao ponto de atingir um regime de evaporação de filme nos tubos de água da parede e o conseqüente superaquecimento do material dos tubos. A disposição dos queimadores depende do: - Tipo de combustível; - Tipo de fornalha; - Tipo de caldeira. Disposição frontal: é comum na maioria das fornalhas a carvão pulverizado e fornalhas a óleo. Disposição vertical: neste caso os queimadores são projetados para lançar a chama para baixo. Deve-se prever o percurso e o tempo necessário para que a combustão se complete no fundo da câmara. É utilizado em fornalhas com queima de carvão pulverizado Disposição de canto: os queimadores são posicionados nos cantos da fornalha de modo a criar um movimento rotacional de alta turbulência no núcleo da chama. Provoca uma combustão rápida e homogênea. Fig. 7 Disposição dos queimadores ( Geradores de vapor Paredes de água: cumprem duas funções a) Refrigerar as paredes da fornalha; b) Aumentar a superfície de troca de calor produzindo mais vapor. As paredes são normalmente compostas de tubos regularmente espaçados numa parede de tijolos refratários. Por trás dos tubos ou dos tijolos refratários são colocadas varias camadas de isolante. Tem como desvantagem a dificuldade de manutenção. 14

15 Fig. 8 Condições de refrigeração moderada Fig. 9 Alta capacidade de absorção de calor Fig 10 Tubos aletados Fig.11 Tubos soldados 4. Dimensões apropriadas das grelhas (no caso de queima de combustíveis sólidos) preliminarmente, o tamanho da grelha pode ser determinado pela taxa de carregamento da fornalha. 5. Forma apropriada para câmara - Deve favorecer a queima; - Deve favorecer o fluxo regular dos gases da combustão; - Em geral o formato das câmaras de combustão é retangular; - Podem ser encontradas em formato circular ou hexagonal. 6. Temperatura compatível com o equipamento e com o próprio combustível que se deseja queimar - As paredes de água são um fator preponderante para estabelecer a temperatura de equilíbrio dentro da câmara. - Normalmente a temperatura encontra-se na faixa de 1000 a 1200oC. - Em casos particulares esta faixa é ampliada para oC. - Quando se queima carvão fóssil deve-se tomar cuidado com a temperatura de fusão das cinza (entre 1300 a 1500oC). 15

16 - Se ultrapassar a temperatura de fusão das cinzas na câmara, pode haver aglomeração dessas cinzas nas paredes dá água ou nos superaquecedores. - Do ponto de vista do combustível, a câmara deve-se operar com temperaturas adequadas que assegurem a combustão plena, sem comprometer a segurança da instalação - O fluxo de calor entre os gases da combustão e as paredes de água no interior da fornalha varia entre: kw/m2 para queima de óleo kw/m2 para queima de carvão pulverizado. Cinzeiro: local de deposição das cinzas e restos de combustível que caem da fornalha. Superaquecedor: consiste de um ou mais feixes tubulares, destinados a aumentar a temperatura do vapor gerado na caldeira. Em unidades de porte maior, os superaquecedores são projetados para absorverem energia por radiação e convecção. Reaquecedor: tem função equivalente a dos superaquecedores. A sua presença torna-se necessária quando se deseja elevar a temperatura do vapor proveniente de estágios intermediários de uma turbina. Os superaquecedores e os reaquecedores podem ser de tipo radiante, convectivos ou semiradiantes. Radiantes: são instalados no teto ou na seção de saída da fornalha. Em decorrência disso, o mecanismo de transferência de calor predominantemente é a radiação. Com o aumento na carga da caldeira, a temperatura do vapor, na saída do superaquecedor, diminui. Na hipótese de aumento da carga, o acréscimo na quantidade de calor transferido por radiação (que depende, fundamentalmente, da máxima temperatura dos gases na fornalha) é menos significativa que a variação na produção de vapor e, consequentemente, que o aumento da vazão de vapor no superaquecedor, o que implica na queda de temperatura do mesmo. Convectivos: são instalados após a fornalha nos dutos horizontal ou vertical de gases. A troca de calor ocorre predominantemente por convecção. Neste tipo observa-se o aumento da temperatura final do vapor com o aumento da carga da caldeira. Isto é conseqüência do acréscimo na vazão e velocidade dos gases de combustão nos dutos da caldeira (aumenta a vazão de combustível fornecida na fornalha), sendo que o acréscimo na quantidade de calor transferida no superaquecedor, predomina sobre o acréscimo na vazão de vapor, o que leva ao aumento da temperatura do vapor. Semi-radiantes: os superaquecedores semiradiantes possuem uma característica temperatura do vapor/carga da caldeira que resulta da combinação entre as características dos superaquecedores radiantes e convectivos. Grelhas: utilizadas para amparar o material dentro da fornalha, podendo ser fixas, rotativas e inclinadas. Economizador Utilizando o calor residual dos gases, aquece a água de alimentação e a já existente no tambor. É normalmente instalado após os superaquecedores. Além de melhorar o rendimento da unidade, sua instalação minimiza o choque térmico entre a água de alimentação. Os economizadores podem ser classificados como: Simples e Duplos. Os economizadores podem ser de tipo evaporativo, quando neles evapora uma fração da água de alimentação. Caso isto não aconteça, eles são chamados de não-evaporativos. Podem ser construídos de tubos lisos ou aletados, sendo que o aletamento permite que eles sejam mais compactos. O diâmetro dos tubos utilizados está entre 20 e 38 mm. Aos economizadores corresponde entre 10 e 20% da energia útil transferida num gerador de vapor. 16

17 Pré-aquecedor de Ar Aproveita o calor residual dos gases de combustão pré-aquecendo o ar utilizado na queima de combustível. Aquece o ar entre 120 e 300 ºC, dependendo do tipo de instalação e do tipo de combustível queimado. São basicamente trocadores de calor que permite a transferência de calor entre os produtos da combustão e o ar que será utilizado posteriormente na combustão. Os tipos mais difundidos de preaquecedores de ar são: Tubular: é o mais comum, geralmente constituído de tubos de mm montados em arranjo triangular. Regenerativo: Placas metálicas absorvem calor quando em contato com os gases, e cedem para o ar quando entram em contato com este. São conhecidos, também, como preaquecedores Ljungstrons. Podem ser horizontais ou verticais e operam em movimento de rotação, com velocidades entre 1 e 3 rpm. De tubos de calor: Contém uma substância que evapora em contato com os gases quentes e condensa quando em contato com o ar, transferindo-lhe calor. Atemperadores A instalação dos atemperadores é fundamental para o controle da temperatura do vapor superaquecido e a operação eficiente da central termelétrica nas condições estabelecidas em projeto. Estes podem ser de superfície ou de mistura. O atemperador de superfície consiste de um trocador de calor instalado na linha principal de vapor. Pelo interior dos tubos circula urna parte da água de alimentação da linha que vai para o economizador. Alterando a vazão de água de alimentação que circula pelo atemperador, é possível controlar a temperatura do vapor superaquecido. No aquecedor de mistura, o controle da temperatura do vapor é realizado injetando condensado no fluxo de vapor superaquecido. Tiragem do ar e dos gases da combustão A tiragem tem como finalidade suprir a quantidade de ar necessária para queima do combustível e forçar a circulação dos gases por todas as superfícies de troca de calor até serem exauridos pela chaminé. Tiragem natural: criada por efeito exclusivo da chaminé, suficiente para garantir suprimento de ar e remover os gases de exaustão. A tiragem natural é típica de caldeiras antigas, de pequena capacidade, e com pouca superfície convectiva; têm como desvantagem a influência das condições climáticas e da pressão atmosférica. Tiragem forçada: exercida por sopradores na entrada da fornalha, fornecendo ar sob pressão para combustão e facilitando a remoção dos gases pela chaminé; a potência necessária para operar tais sopradores varia entre 4 a 6% da capacidade da caldeira. Tiragem induzida: garantida por ventiladores de exaustão, que geram uma pressão ligeiramente negativa no interior da fornalha. Tiragem balanceada: como resultado da combinação de tiragem forçada com tiragem induzida, O ventilador de tiragem induzida normalmente é de maior capacidade do que o de tiragem forçada, devido ao volume de gases de exaustão ser maior do que o volume de ar. No caso da tiragem balanceada a pressão no interior da caldeira é menor que a atmosférica, o que evita a saída de chama e gases, mas, ao mesmo tempo, provoca infiltrações de ar. Retentor de Fuligem: tem como função separar a fuligem, resultante da queima não estequiométrica do combustível, dos gases antes dos mesmos saírem pela chaminé. Outros Componentes 17

18 Visor de Nível: é um tubo de vidro colocado no tambor de vapor, que tem por finalidade dar ao operador a noção exata da altura onde se encontra a água da caldeira. Controlador de Nível: são equipamentos que controlam o nível de água na caldeira. Podem ser constituídos de várias formas, sendo os mais usados os de eletrodos e o sistema de bóia. Alarme de Falta D água: sinal sonoro e luminoso que dispara quando o nível de água na caldeira está muito baixo. Indicadores de Pressão (manômetros): são instrumentos utilizados para medir a pressão de líquidos, gases e vapores. Pressostatos: são dispositivos de segurança que comandam o regime de trabalho das caldeiras, de acordo com a pressão do vapor. Válvulas de Segurança: têm como função promover o escape do excesso do vapor caso a pressão de trabalho venha a ser ultrapassada e os outros dispositivos não atuem. Válvulas: têm como função interromper ou regular a passagem de um fluido. - De retenção: colocadas nas linhas de vapor e óleo para evitar o refluxo; - De extração de fundo (dreno): permite a retirada de impurezas da água que se deposita no fundo do tambor de vapor; - De descarga lenta: tem como função assegurar uma perfeita vedação no sistema; - Solenóide: comandada eletricamente, abre ou fecha a passagem de um fluido; - De alívio: para retirar o excesso de pressão no aquecedor de óleo das caldeiras; - De escape de ar: controla a saída ou entrada de ar na caldeira, no início e no fim das operações Funcionamento de caldeiras aquatubular, flamatubular e elétrica Uma das classificações básicas das caldeiras leva em conta a posição relativa dos gases queimados e do fluido a ser vaporizado. As caldeiras primitivas consistiam de um grande recipiente cheio de água que era aquecido por fogo na sua parte inferior. O grande volume de água em estado de ebulição gerava situações de grande risco caso fosse excedido a pressão máxima admissível. Para diminuir a quantidade de água em ebulição, aumentar a superfície de contato gás-metalágua e maximizar a transferência de calor, foram criadas primeiros as caldeiras flamotubulares e mais tarde as caldeiras aquotubulares. - Quando a água circula em tubos cercados pelos gases queimados temos as caldeiras Aquotubulares - Quando ocorre o inverso, é dizer os gases quentes circula por tubos imersos em água temos as caldeiras Flamotubulares. 18

19 Caldeiras Flamotubulares As caldeiras flamotubulares são também conhecidas por caldeiras Fumotubulares ou Pirotubulares, e são construídas de forma que a água circule ao redor de um feixe de tubos montados entre espelhos. Os gases da combustão circulam por dentro dos tubos em duas ou mais passagens em direção à chaminé por onde são lançados ao meio ambiente. O esquema a seguir mostra uma caldeira Flamotubular com duas passagens - A primeira passagem ocorre na própria fornalha onde predomina a troca de calor por radiação. - A segunda passagem ocorre por dentro dos tubos onde a troca de calor se desenvolve por uma combinação de radiação e convecção. As caldeiras Flamotubulares são construídas com fornalhas internas ou externas e podem ser classificadas como verticais ou horizontais. Caldeiras Verticais 19

20 Caldeira Flamotubular Vertical Descrição dos componentes 1 Cinzeiro 17 Tampas de limpeza 2 Bomba de água 18 Manômetro com cifão 3 Grelha plana 19 Válvula principal de vapor 4 Registro de purga 20 Espelho superior 5 Parede interna 21 Visor de nível 6 Fornalha imersa 22 Placa de identificação 7 Casco cilíndrico 23 Registro de alimentação de água 8 Isolamento térmico 24 Válvula de retenção 9 Tampa de inspeção 25 Registro de vapor 10 Tubos de gases 26 Injetor de água a vapor 11 Válvula de segurança com alavanca 27 Espelho inferior 12 Coletor de fuligem 28 Câmara de água 13 Chaminé 29 Tampa de carga 14 Duto de gases 30 Peneira de sucção 15 Deflector de gases 31 Porta do cinzeiro (regulador de ar) 16 Coletor de gases As caldeiras verticais consistem de um corpo cilíndrico fechado nas extremidades por placas circulares, contendo furos regularmente distribuídos. Os furos permitem fixar tubos verticais, assegurando a passagem dos gases quentes da combustão desde a fornalha até a chaminé. A água permanece no interior do corpo cilíndrico, envolvendo a superfície externa dos tubos, através do qual se processa a transferência de calor. 20

21 As caldeiras com fornalha interna possuem uma câmara de água envolvendo a câmara de combustão Estas caldeiras são facilmente transportáveis, exigem pequenas fundações e apresentam grande facilidade de instalação. São caldeiras de baixo rendimento térmico (da ordem de 65%). São construídas de 2 a 30 m2, com vaporização específica de 15 a 16 kg vapor/h m2. São construídas para suportar pressões de até 10 kgf/cm2. Caldeiras Horizontais: podem ser encontradas com fornalhas internas ou externas Com fornalha interna:cornovaglia Lancashire (Lancaster) Locomóveis Locomotivas Escocesas Com fornalha externa: Multitubulares de 2 ou 3 voltas de chama Caldeiras Cornovaglia e Lancashire: Ambas caldeiras obedecem a mesma concepção. Tem um corpo cilíndrico horizontal de grandes dimensões, contendo internamente tubos de fogo de grande diâmetro por onde circula os gases da combustão transferindo calor para água través do contato com os tubos. Caldeira Cornovaglia: Esta caldeira possui apenas um tubo de fogo. Apresenta grandes dimensões; em torno de 100 m2 de superfície. Tem baixo rendimento térmico. A sua pressão máxima é limitada em torno de 10 kgf/cm2. A sua capacidade específica varia em torno de 12 a 14 kg de vapor por m2 de superfície. Caldeira Lancashire Também conhecida como Caldeira Lancaster. Representa uma evolução da caldeira Cornovaglia. As caldeiras Lancaster possuem até quatro tubos internos, o que permite maior capacidade e maior pressão de trabalho. Apresentam uma grande área de aquecimento, alcançando valores em torno de 120 a 140 m2. Algumas unidades atingem de 15 a 18 kg de vapor por m 2 de superfície de aquecimento. Caldeiras Locomóveis e Locomotivas A caldeira locomóvel é uma caldeira multitubular em que a fornalha é revestida por dupla parede metálica, formando uma câmara por onde circula a água do corpo principal. Geralmente possuem apenas uma passagem de gases quentes. Os gases quentes são produzidos na fornalha, atravessam o interior dos tubos e alcançam a chaminé pelo espelho posterior. Esta caldeira é uma adaptação das caldeiras usadas em locomotivas. É uma unidade estacionaria de grande portabilidade, ideal para pequenas instalações de potência quando acopladas a um motor a vapor São usadas em locais onde há disponibilidade de insumo energético; campos de petróleo, serrarias, etc. Suportam pressões de até 18 kgf/cm2. Alcançam capacidades em torno de 8000 kg de vapor/h. 21

22 As caldeiras locomotivas são do mesmo tipo construtivo das locomoveis, mas não são estacionarias. Estas são projetadas para operar com variações súbitas de demanda de vapor, mesmo as custas de rendimento térmico. São bastante sofisticadas. Algumas possuem superaquecedores. Caldeiras locomotivas Caldeiras Escocesas: As caldeiras escocesas foram concebidas inicialmente para serviços marítimos, pois reúnem as vantagens das caldeiras multitubulares e a compacticidade assegurada por uma fornalha interna. É o tipo mais moderno e evoluído de caldeiras flamotubulares. Tem dimensões reduzidas quando comparadas com as caldeiras flamotubulares convencionais. Essas unidades operam com óleo ou gás. A circulação dos gases produtos da combustão é garantida por por ventiladores (tiragem mecânica). Os gases circulam com grande velocidade, 20 a 25 m/s, permitindo a obtenção de elevado índice de transmissão de calor. As unidades compactas alcançam elevado rendimento térmico, da ordem de 80%. As unidades compactas incorporam numa única peça todos os equipamentos indispensáveis a sua operação; queimador de óleo, bomba para alimentação de água, controles automáticos, etc. A perda por radiação é muito baixa, não ultrapassando 1%. São fabricadas unidades para produção máxima de vapor em torno de 10 ton. de vapor/h e pressão máxima de 18 kgf/cm2. 22

23 Caldeira Flamotubular Escocesa Caldeiras Aquotubulares Estas caldeiras se diferenciam das caldeiras flamotubulares principalmente pelo fato da água circular pelos tubos enquanto que os gases quentes da combustão circulam pela superfície externa dos tubos. A introdução da caldeira aquotubular tornou possível a obtenção de grandes quantidades de vapor de água. Estas caldeiras nada mais são que um feixe de tubos, que constituem a principal superfície de absorção de calor, ligados a dois tambores ou tubulões. Os tubos podem estar também dispostos na forma de paredes de água na fornalha da caldeira. Os tubos permitem a obtenção de grandes superfícies de transferência de calor Um cuidado especial deve ser tomado neste tipo de caldeiras com o tratamento da água devido à possibilidade de gerar incrustações no interior dos tubos e comprometer o funcionamento da caldeira. A produção de vapor varia desde pequenos valores até capacidades da ordem de 800 ton vapor/ h, pressões de 150 a 200 kgf/cm2 e temperaturas de 450 a 500 oc. Existem também algumas unidades com pressões supercríticas, acima de 250 kgf/cm2. A circulação da água no interior dos tubos pode ser do tipo natural, assistida ou forçada. Através do arranjo dos tubos é possível a concepção de uma série de caldeiras, tais como as de tubos retos ou tubos curvos com um ou vários tambores. 23

24 Caldeira Flamotubular horizontal Caldeiras aquotubulares de circulação natural: Neste tipo de caldeiras a circulação da água nos tubos é do tipo natural e ela ocorre devido a diferenças de densidade entre a água situada na parte mais fria da caldeira e a água aquecida e misturada com bolhas de vapor na região onde ocorre forte transferência de calor. Numa situação convencional á água desce pelos tubos traseiros situados na parte mais fria da caldeira e sobe, já em mistura água e vapor, pelos tubos da caldeira situados nas zonas mais quentes. Estas caldeiras são geralmente construídas com paredes de água e feixes tubulares. O número de tambores é variável A circulação é a característica principal da maioria das caldeiras aquotubulares, entretanto sua abrangência é limitada nas unidades de grande porte até pressões da ordem de 160 bar onde a circulação fica comprometida devido à pequena diferença entre os pesos específicos do liquido e vapor. As figuras mostram as diferentes concepções de caldeiras aquotubulares de circulação natural. O sentido da circulação da água é indicado em cada esquema. Caldeira com Arranjo de tubos retos: Estas caldeiras podem usar os tambores de forma longitudinal (no mesmo sentido dos tubos) ou de forma transversal em relação ao feixe de tubos. Os tubos retos podem ficar inclinados em relação ao plano horizontal em ângulos de 20o, 25o, 30o ou 45o. Todos os tubos do feixe de tubos são iguais e paralelos. 24

25 Os tubos de circulação de água são normalmente de 4 pol. Comprimentos que variam entre 5 a 7 m e conectados a um único coletor ou diversos coletores sinuosos denominadas câmaras onduladas. São bastante utilizadas devido, entre outras coisas, a possuírem fácil acesso aos tubos para fins de limpeza ou troca, causarem pequena perda de carga e exigirem chaminés de descarga dos gases pequenas. Os tubos de água, os coletores e os tambores formam um circuito fechado por onde circula a água. A água entra pela parte inferior do tambor, desce pelo interior do coletor posterior e sobe pelos tubos inclinados onde se forma o vapor. A mistura de vapor e água ascende rapidamente pelo coletor frontal retornando ao tambor onde tem lugar a separação entre o vapor e a água. Estas caldeiras podem ser adaptadas à produção de energia e possuem um apreciável volume de água, fator importante para várias aplicações. Sua superfície de aquecimento varia de 67 a m², com pressões de até 45 kgf/cm2 para capacidades variando de 3 a 30 ton. vapor/h. Seu inconveniente, se restringe no fato de que os tubos terminam em coletores cujas paredes devem estar em esquadro com a linha central dos tubos para que as juntas de vapor possam se encaixar aos extremos dos tubos contra as paredes dos coletores, e por possuírem baixa vaporização específica, da ordem. de 20 a 25 kg.v/m2. Caldeira com Arranjo de tubos curvos: O emprego de tubos curvos possibilita maior flexibilidade de projeto, praticamente não oferecendo limites aos aumentos na capacidade de geração de vapor. Esta característica as torna de grande importância e utilidade na geração de vapor em centrais térmicas As primeiras caldeiras se caracterizavam por possuírem um numero elevado de tambores aos quais estavam unidos os tubos. Havia a preocupação de que as caldeiras contassem com um grande volume de água, a exemplo das flamotubulares Cornovaglia a quem vinham substituir. Com o decorrer do tempo foi diminuindo o número de tambores, sendo usual atualmente, por motivos de segurança, economia e pra eliminar o uso de peças de grande diâmetro, caldeiras de 1 a 2 tambores. As de um único tambor são utilizadas em unidades de alta pressão e capacidade. Este tipo de caldeiras é bastante sensível ao tratamento da água, exigindo um controle sistemático, que será tanto maior quanto maior for a pressão de trabalho. A vaporização específica é da ordem de 28 a 30 kg vapor/h m2, atingindo em torno de 50 kg vapor/h m2 para caldeiras com de tiragem forçada dos gases quentes. Caldeiras aquotubulares de circulação assistida: As caldeiras de circulação assistida são geralmente construídas com paredes de água e um único tambor separador. São também conhecidas como caldeiras de circulação auxiliada ou circulação acelerada. O principio de funcionamento é o mesmo das caldeiras de circulação natural, com a diferença que a água do tambor é continuamente movimentada por bombas de recirculação. São usadas bombas de alta vazão e pequeno salto de pressão, especialmente projetado para operarem com água quente. As caldeiras de circulação assistida são projetadas para operarem desde a pressão zero até valores próximos da pressão crítica da água. As primeiras unidades receberam a denominação de caldeiras La Mont e foram construídas para atenderem usinas termoelétricas de médio e de grande porte. Pequenas unidades podem ser encontradas disponíveis comercialmente. 25

26 Além de apresentarem alta eficiência térmica, tem a vantagem de atingir rapidamente a condição de regime operacional. As bombas de recirculação eliminam os problemas inerentes à circulação natural, dispensando a instalação de tubos de grande diâmetro. Tubos de diâmetro reduzido (25 a 35 mm) representam uma economia de material e eficiência troca de calor com os gases de combustão. Para evitar problemas de cavitação no bocal de sucção da bomba, estas são montadas na base da caldeira, abaixo do tambor separador. Caldeiras aquotubulares de circulação forçada: Nas caldeiras de circulação natural a diferença de pesos específicos da água de alimentação fria, com a água aquecida misturada com bolhas de vapor é a responsável pela movimentação da água no circuito. Fatores como incrustações, variações de carga, etc., acabam por tornarem-se obstáculos a esta circulação, portanto, apesar de vários cuidados tomados, não se consegue uma circulação orientada, ou como é chamada, uma circulação positiva. Baseado nisto substituiu-se a circulação por gravidade pela circulação forçada por uma bomba de alimentação. Diferenciam-se das caldeiras de circulação assistida pela não recirculação da água, de modo que a água é forçada a fluir numa única passagem pela tubulação pela própria ação de uma bomba de alimentação. As caldeiras de circulação forçada são também conhecidas por caldeiras de passe forçado e foram desenvolvidas para atenderem usinas termoelétricas de alta potência. As caldeiras de passe forçado dispensam a instalação de tubos de grande diâmetro e não há o inconveniente com a inclinação do feixe de tubos e com o sentido de circulação da água. A diminuição do diâmetro dos tubos, permite aumentar o circuito de tubos podendo dispor os mesmos em forma de uma serpentina contínua formando o revestimento da fornalha, melhorando-se assim a transmissão de calor e reduzindo-se o tamanho dos tambores, coletores e tornando mínimo o espaço requerido. As primeiras unidades receberam a denominação de caldeiras Benson e foram construídas para atenderem usinas termoelétricas de grande porte. A Sulzer apresentou seu modelo trabalhando com uma pressão a 140 kgf/cm2 e com sensíveis aparelhos para controlar o superaquecimento desejado através do controle da combustão e da circulação de água. Baseados no modelo da Sulzer, a La Mont e a Velox desenvolveram seus modelos chamados de circulação favorecida por possuírem uma bomba de recirculação que trabalha no primeiro caso com pressões superiores à da caldeira de 40lb/pol² em média, tendo aplicação satisfatória em caldeiras de recuperação consumindo menos de 1% da energia produzida. Na caldeira Velox, que alcança rendimento térmico de até 90% e por isto vem adquirindo grande aceitação na Europa, os gases da câmara de combustão são comprimidos de 1 a 2 kg/crn2 por meio de um ventilador acionado por uma turbina a gás que utiliza os gases de escape da caldeira. Devido a compressão, há um aumento da densidade dos gases e de sua velocidade até valores próximos a 200 m/s, melhorando-se assim a transmissão de calor em alguns casos com coeficientes 15 vezes maiores que nos casos comuns. Por este motivo a caldeira requer aproximadamente l/4 do espaço e pesa um sétimo (1/7) do valor de geradores convencionais de mesma capacidade de produção de vapor. Vantagens (gastubular) 26

27 são compactos formato padrão»»tempo de fabrico reduzido fácil limpeza fácil substituição dos tubos pouco sensível a oscilações da carga»»ideal para períodos de pontas baratas para gamas de produção até18 ton/h Desvantagens lentidão no arranque funcionamento para baixas e médias pressões baixa/média produção de fluido térmico necessidade de 2 ou 3 queimadores p/ maiores produções e pressões Aplicações: pequenas e médias unidades industriais, aquecimento de edifícios públicos e particulares. Pressão máxima: 12 a 13 bar com 1 tubo de fogo 26 a 27 bar com 2 tubos de fogo aproximadamente 30 bar com 3 tubos de fogo Temperatura máxima vapor sobreaquecido atécerca de 420 oc Produção máxima e carga térmica: 14 ton/h vapor, para 1 tubo de fogo; a que corresponde uma carga térmica (CT) no tubo de fogo de cerca de 10,5 MW (Nota: CT=B*PCI) carga térmica por superfície de aquecimento: 27,9 a 34,9 kw/m2 produção por superfície de aquecimento: 40 a 50 kg/m2 Temperatura de saída dos produtos combustão da caldeira: - Fuel óleo»180 a 200 oc - Gás natural»80 a 100 ºC Caldeira aquotubular fluido térmico dentro dos tubos feixe de tubos ligados a cilindros inferiores e a um superior, chamado barrilete produtos de combustão na área de passagem entre as paredes de tubos inversão dos gases em zona de interrupção de uma das paredes pequeno volume de fluido quente Vantagens 27

28 grandes pressões P» bar grandes produções M» ton/h rapidez de arranque fácil adaptação a diferentes tipos de combustível Desvantagens grandes dimensões sensíveis às variações bruscas de carga grandes exigências na qualidade da água de alimentação devido àelevada pressão de funcionamento elevado custo grande complexidade de montagem Aplicação: unidades industriais de maior dimensão diversas, centrais termoeléctricas, caldeiras de óleo térmico Gama de pressão : Até cerca de 120 bar»circulação natural Acima de 120 bar»circulação forçada: com 1 ou 2 bombas Até próximo da pressão crítica»circulação forçada (normalmente 1 só passagem monotubulares) Produção máxima e carga térmica: produção: para médias pressões (60 a 100 bar)»40 a 50 ton/h carga térmica/volume da câmara de combustão: - 0,23 a 0,93 MW/m3(caldeiras terrestres); - 1,16 MW/m3(caldeiras marítimas) - Em função do nºde queimadores: 0,4 a 0,7 MW/m3»1 queimador 0,9 a 1,1 MW/m3»2 queimadores Temperatura de saída dos produtos da combustão da caldeira: - Fuel óleo»180 a 200 oc - Gás natural»80 a 100 ºC Caldeiras elétricas: As caldeiras elétricas já foram muito utilizadas numa época em que havia excesso de oferta de energia elétrica (de origem hidráulica) e por conta de incentivos tarifários para o seu uso. 28

29 São equipamentos de concepção bastante simples, basicamente compostas de um vaso de pressão onde a água é aquecida por eletrodos ou resistências elétricas. Nas caldeiras com resistências elétricas, a água é aquecida através de resistências elétricas blindadas imersas diretamente no líquido. Nas caldeiras com eletrodos, o aquecimento da água é obtido pela passagem de corrente elétrica diretamente através da água, que se aquece por efeito Joule. As caldeiras elétricas são fáceis de usar e de automatizar Alta eficiência, da ordem de 95%, podendo ser maior em casos especiais. Ausência de Poluição ambiental Manutenção simples Não há necessidade de área para estocagem de combustível Resposta rápida a variações no consumo de vapor Atualmente o custo de operação de uma caldeira elétrica é bastante elevado em razão dos custos da energia elétrica Assim, embora a caldeira elétrica tenha alta eficiência, deve ser analisada a viabilidade de sua troca por outro equipamento utilizando outros insumos energéticos. Caldeiras de Recuperação: são aqueles geradores que não utilizam combustível como fonte geradora de calor, aproveitando o calor residual de processos industriais (gás de escape de motores, gás de alto forno, de turbinas, etc.) Basicamente é um trocador de calor operando em contracorrente, composto por uma série de seções: Superaquecedor Evaporador Economizador Estas seções são montadas geometricamente em seqüência desde a entrada do gás até a sua saída, visando maximizar a recuperação de calor dos gases e a geração de vapor. Cabe destacar que essas seções também são partes integrantes das caldeiras convencionais. Numa central termoelétrica de ciclo combinado, o gás de escape de uma turbina a gás pode servir como insumo energético para uma unidade de ciclo a vapor. Basta para isso o uso de uma caldeira de recuperação. Em alguns projetos, a queima de um combustível suplementar pode ser necessária visando aumentar a geração de vapor na caldeira e a potência gerada pelo ciclo a vapor. A figura a seguir mostra uma caldeira de recuperação com arranjo na horizontal e outra com arranjo na vertical. 29

30 Ciclo combinado 30

31 1.13 Diferenças entre caldeiras a combustíveis sólidos de caldeiras a combustíveis líquidos e de caldeiras a gás. Caldeiras a Combustíveis Sólidos Esses combustíveis exigem normalmente preparação prévia, onde se inclui a secagem, a trituração, e em casos mais sofisticados a liquefação ou gaseificação, passando a ser designado por combustível sintético. Inúmeros são os combustíveis sólidos que podem ser aplicados para queima em caldeiras. Eles tanto podem ser combustíveis naturais como derivados, como apresentados a seguir: Combustíveis Sólidos Naturais - Madeira - Turfa - Carvão mineral - Bagaço de cana, etc. Combustíveis sólidos Derivados - Carvão vegetal - Coque de carvão - Coque de petróleo, etc. Para uso nas caldeiras destinadas a geração de vapor para a termoeletricidade, o carvão mineral é o mais utilizado, por ser aquele encontrado com mais facilidade na natureza. As caldeiras a carvão mais antigas utilizavam o carvão mineral na forma de pedras. Este combustível era muitas vezes introduzido nas caldeiras de forma manual tornando o processo de geração de calor bastante irregular. O carvão britado como é conhecido, é lançado em grelhas móveis que estão instaladas na parte inferior das fornalhas, abaixo das quais é insuflado ar para a combustão. Modernamente as caldeiras utilizam o carvão pulverizado. Apesar de o nosso país possuir uma grande reserva de carvão mineral na região sul, a qualidade deste produto é muito inferior a encontrada em outros países. O carvão mineral tanto pode ser obtido em minas de grande profundidade, como em reservas superficiais. As usinas térmicas de Santa Catarina (Complexo Termelétrico Jorge Lacerda) utilizam carvões de minas, enquanto a Usina Presidente Médici situada em Candiota, utiliza carvão de superfície. O poder calorífico dos carvões minerais é muito inferior ao dos combustíveis derivados de petróleo além de possuir inúmeras impurezas inertes ao processo de combustão. Os constituintes inertes mais presentes nos carvões estão as cinzas, o enxofre e a umidade, sendo que em alguns casos as cinzas atingem percentuais em torno de 40 a 50% dependendo de sua origem. Para minimizar a baixa qualidade dos carvões, eles são beneficiados por processos de lavagens denominados de flotação, tanto junto a mina de onde são extraídos, como em alguns, casos após o transporte antes de ser colocado nos pátios das usinas. Apesar disto o carvão de melhor qualidade é separado para ser enviado a processos siderúrgicos considerados mais nobres. As caldeiras a carvão de alta eficiência efetuam a sua pulverização em moinhos transformando o combustível num fino pó que pode ser facilmente arrastado pelo fluxo de ar em direção aos queimadores através de dutos. Este ar, bem como os próprios moinhos são previamente aquecidos não só para facilitar a queima como para evitar que o carvão devido a sua umidade se aglomere nos dutos. 31

32 As fornalhas das caldeiras a carvão são bem maiores que as de óleo para que haja tempo de permanência suficiente da mistura até a queima total. Maiores também são todas as dimensões dos dutos de circulação dos gases bem como os espaçamentos entre os tubos dos feixes de troca de calor, em decorrência do grande volume de gases produzidos somados as cinzas contidas no carvão. Caldeiras à carvão requerem além dos equipamentos já citados, os seguintes: Sistema de correias transportadoras para levar o carvão até o silo da caldeira. Silo para armazenamento do carvão que será utilizado na caldeira Tanque de captação de cinzas pesadas no fundo das caldeiras, com sistema de transporte destas cinzas. Grande quantidade de sopradores de fuligem para eliminarem continuamente os depósitos sobre os tubos. Sistema de proteção contra a incidência direta das cinzas nos feixes de troca de calor para evitar a erosão(telhas de sacrifício) Sistema de captação de cinzas leves levadas com os gases em direção a chaminé (coletores e precipitadores). Caldeiras a Combustíveis Líquidos Os combustíveis líquidos são de transporte fácil por bombeamento, há exceção do heavy fuel oil, cuja elevada viscosidade exige aquecimento prévio no depósito e nas tubagens. Um filtro e um permutador de calor para aquecimento suplementar são recomendados para proporcionar uma melhor combustão. Os principais combustíveis líquidos utilizados nas caldeiras são: Óleo combustível Óleo diesel Resíduo de vácuo Descreveremos algumas características destes combustíveis: Óleo Combustível O óleo combustível é obtido a partir da mistura de um derivado de petróleo pesado, resíduo de vácuo ou resíduo asfáltico, com derivados mais leves, adicionados com a finalidade de especificar a viscosidade. Os derivados mais utilizados para esta diluição são: óleo decantado, óleo pesado de reciclo de FCC, óleo leve de reciclo, resíduo aromático, diesel e querosene. As viscosidades máximas admissíveis para os óleos combustíveis, comercializados no Brasil, são padronizados pelo Departamento Nacional de Combustíveis (DNC), agrupadas em nove faixas. A especificação do DNC prevê, para cada viscosidade, duas faixas de teor de enxofre: o óleo A de alto teor (com até 5% de enxofre para o óleo 1 e até 5,5% de enxofre para os óleos 2 a 9) e o óleo B de baixo teor (com menos de 1% de enxofre). Assim, um óleo combustível com viscosidade de SSF a 50 ºC e 3% de enxofre é classificado para faturamento como óleo 5A. Óleo Ponto Teor de Viscosidade Teor de de Combustível Enxofre Sedimentos Fulgor Tipos ºC 1A 66 % Peso SSF a 50 ºC (máx.) 5,0 600 % Peso 2,0 32

33 2A 66 5, ,0 3A 66 5, ,0 4A 66 5, ,0 5A 66 5, ,0 6A 66 5, ,0 7A 66 5, ,0 8A 66 5, ,0 9A 66 5,5 Sem Limite 2,0 1B 66 1, ,0 2B 66 1, ,0 3B 66 1, ,0 4B 66 1, ,0 5B 66 1, ,0 6B 66 1, ,0 7B 66 1, ,0 8B 66 1, ,0 9B 66 1,0 Sem Limite 5,0 C 66-2,1 a 26,0 em volume cst a 37,8 ºC Cinzas - 0,10% (máx.) para o tipo C Tabela de Classificação dos Combustíveis Um óleo A é mais barato que um óleo B da mesma faixa de viscosidade. Dentro de uma mesma faixa de teor de enxofre, quanto maior a faixa de viscosidade em que o óleo for enquadrado mais barato ele fica. O DNC também limita o teor máximo de água e sedimentos a 2,0% em volume. O teor de água obtido por destilação é somado ao teor de sedimentos obtido por extração. Quantidades de água e sedimentos entre 1,0% e 2,0%, embora aceitáveis, devem ser deduzidas da quantidade fornecida por ocasião do faturamento. Resíduo de Vácuo A PETROBRÁS consome nos fornos e caldeiras da maioria de suas refinarias resíduo de vácuo puro. Ou seja, o produto de fundo da torre de destilação a vácuo é encaminhado diretamente para consumo sem nenhum tipo de diluição. Quando consumido diretamente, sem passar por tancagem, o produto não necessita de aquecimento adicional, já que a temperatura de retirada do produto da torre, 380 ºC, é maior do que a temperatura necessária para queima, 240 a 270 ºC. Assim, o controle de temperatura é feito através da mistura do resíduo de vácuo retirado da bateria de preaquecimento de carga de um ponto, com temperatura mais elevada que o desejado, com resíduo de outro ponto, com temperatura inferior à desejada. Este combustível, também, é fornecido para grandes consumidores, para utilização em fornos e caldeiras, sendo enquadrado para efeito de faturamento como óleo 8A. Óleo Diesel 33

34 É o combustível padrão para motores diesel, e, praticamente, toda a produção brasileira é consumida para aquela finalidade. No passado foi maior a utilização do óleo diesel como combustível industrial, mas, com um evento das refinarias nacionais, produzindo uma maior gama de derivados, procurou-se soluções mais econômicas para combustão contínua, substituindo-se o óleo diesel por produtos menos nobres. É ainda utilizado em algumas caldeiras domiciliares e nos queimadores que trabalham em sistema automático aquecendo produtos que exigem um combustível com baixo teor de enxofre. As caldeiras são construídas de acordo com o tipo de combustível que irá utilizar. As caldeiras que utilizam combustíveis líquidos possuem características bem definidas para isto. Como sabemos toda queima só ocorre após uma mistura adequada entre as moléculas do combustível com as moléculas do comburente e numa determinada temperatura. Assim, apesar do combustível inicialmente se apresentar na forma líquida, é necessário transformá-lo em gás para que a queima ocorra, e normalmente esta transformação ocorre à saída dos queimadores após o líquido ter sido cuidadosamente pulverizado, aquecido, e colocado em contato com o ar. Uma caldeira para queima de líquidos, em especial os mais viscosos, necessita de componentes auxiliares que facilitem este processo, tais como: Instalações adequadas para recebimento e manuseio do combustível, incluindo tanques para armazenamento com capacidades adequadas ao consumo e oferta do produto no mercado. Instalações de aquecimento para elevar a temperatura do combustível previamente a sua entrada na caldeira, facilitando desta forma sua atomização e queima. A entrada do combustível frio na fornalha além de proporcionar uma má queima, faz com que parte do calor ali existente seja utilizado para levar as moléculas a temperatura da reação de combustão e consequentemente reduzindo a eficiência do processo. Pelo mesmo motivo, sempre que possível as caldeiras de combustível líquido devem possuir sistemas para aquecimento prévio do ar destinado a queima, conhecidos como pré aquecedores de ar. Os queimadores utilizados nestas caldeiras devem ser compatíveis com as características do óleo em uso. Como uma caldeira é projetada e construída para uso por muitos anos, é comum que devido ao aparecimento de novos processos de refino que os combustíveis do mercado modifiquem suas especificações. É portanto necessário que os usuários de caldeiras estejam permanentemente atentos as especificações reais do produto que utiliza para segurança e eficiência do processo. Quando for modificado o tipo de óleo, é necessário que novos queimadores sejam adquiridos ou o sistema existente seja adaptado. As fornalhas para combustíveis líquidos devem possuir dimensões suficientes para que o processo de transformação para o estado gasoso ocorra, assim como toda a queima em seu interior sob qualquer condição de carga. A queima em locais fora da fornalha, denominada de combustão secundária, além de ocasionar um descontrole em todos os parâmetros do processo, causa danos aos equipamentos da caldeira, muitas vezes irrecuperáveis a curto prazo. Como a queima de combustíveis líquidos em uma caldeira não é uma das prioridades para o uso dos combustíveis líquidos, o óleo destinado a este fim são os chamados óleos residuais, e sempre apresentam inúmeras impurezas que podem provocar danos tanto ao sistema de bombeio e queima, como podem ser carreados com os produtos da combustão produzindo efeitos nocivos as superfícies de troca de calor e dutos. Nas caldeiras de combustível líquido as tubulações e equipamentos do sistema de manuseio devem ser convenientemente isoladas termicamente para evitar a troca de calor com o meio ambiente e evitar expor as superfícies aquecidas ao contato humano. Quanto maior for a viscosidade do combustível, maior será a elevação da temperatura e consequentemente maiores cuidados devem ser dedicados ao isolamento das tubulações. Combustíveis Gasosos 34

35 Têm armazenado sob pressão (podendo estar no estado líquido). Durante o seu transporte em tubagens sofre várias reduções de pressão, devendo atingir o queimador no estado gasoso e com uma temperatura não muito baixa Gás Combustível de Refinaria É um combustível gasoso, de baixo peso molecular médio, que não se liqüefaz por compressão, dificultando seu armazenamento. O gás combustível, geralmente, é uma corrente secundária do processamento em unidades de refinação e petroquímica (craqueamento catalítico, coqueamento retardado, reforma catalítica, pirólise) resultante do craqueamento térmico de frações mais pesadas. Antes de ser destinado como combustível, esta corrente, geralmente, passa por unidades de tratamento, onde é retirado o H2S, e por unidades de fracionamento onde são retiradas frações utilizadas pela indústria petroquímica. É obrigatoriamente consumido na própria refinaria/petroquímica que o originou ou em indústrias vizinhas, interligadas através de gasodutos. Gás Natural O gás natural é encontrado em reservatórios subterrâneos naturais, associado ou não ao petróleo, donde é extraído através da perfuração de poços. Após ser produzido, antes de ser enviado para consumo como combustível, geralmente, passa por unidades de processamento (PGN) que retiram deste gás as frações mais pesadas. Estas frações podem ser incorporadas às correntes de gás liqüefeito de petróleo e gasolina, ou servir como matéria prima de unidades petroquímicas. A seguir, apresentamos algumas análises típicas deste combustível: 35

36 Para fornecimento a consumidores externos à PETROBRÁS, o DNC exige o cumprimento da especificação abaixo: As caldeiras projetadas para a queima de gás são em geral muito mais simples que as utilizadas para os demais combustíveis. Isto se explica pelo fato do gás não requerer nenhum aquecimento prévio para ser queimado nas fornalhas, não necessitar de grandes reservatórios para sua estocagem, e por ser um combustível de alto rendimento contendo poucas impurezas. Os ciclos combinados associando uma ou mais turbinas a gás à caldeiras de recuperação tem se apresentado como uma das melhores opções para a geração da termoeletricidade. Estas caldeiras podem ou não serem dotadas de queimadores e se destinam a produzir vapor aproveitando o calor residual contido nos gases ao deixarem a exaustão da turbina a gás. Também tem sido muito utilizada a modificação de caldeiras, inicialmente projetadas para queima de óleo, para passarem a atuar alternativamente ou simultaneamente com queima de gás, são as denominadas caldeiras de queima mista. 2 SISTEMAS E DISPOSITIVOS DE CALDEIRAS 2.1 Funcionamento dos tipos de queimadores mais utilizados Os queimadores são compostos de: Registro: Regula a quantidade de ar dando forma a chama. O registro pode ser: Primário: mistura no queimador (comprimento da chama). Secundário: mistura na fornalha (largura da chama). Maçarico: Tem a função de receber o combustível e atomizá-lo. Os maçaricos são classificados da seguinte maneira: Quanto ao combustível, o maçarico pode ser: para óleo, para gás ou misto. 36

37 Queimador para queima combinada (óleo e gás) Quanto à atomização, o maçarico pode ser: a vapor, a ar ou mecânica A atomização a vapor requer vapor superaquecido e pressão superior à do óleo. Maçarico a óleo com atomização a vapor A atomização a ar é usada para combustíveis de baixa viscosidade. A atomização mecânica requer alta pressão e baixa viscosidade. Bloco Refratário - Suas finalidades são: manter a mistura homogênea, manter a temperatura e dar forma à chama. O posicionamento errado da lança do queimador em relação o bloco refratário leva ao gotejamento e acumulo de óleo não queimado na fornalha. 37

38 Bloco refratário (ângulo da chama) Atomização e queimadores Para que a combustão ocorra, é necessário que exista o maior contato possível do combustível com o oxigênio do ar de combustão. Para isso acontecer quando se usa um combustível líquido, é preciso aumentar sua superfície específica. Isso é feito na fase de atomização, ou seja, quando o combustível é transformado em gotículas. Os tipos de atomização podem ser: Mecânico, no qual a atomização se dá por óleo sob pressão ou por ação centrífuga (copo rotativo), Por fluido auxiliar, no qual a atomização acontece com o auxílio do próprio vapor ou com ar comprimido. O queimador que emprega a atomização por óleo sob pressão, também denominado jatopressão, é normalmente empregado em instalações de grande porte nas quais predomina o fator econômico e em instalações marítimas, devido não só ao menor consumo de energia, como principalmente devido à economia de água. A pulverização de óleo combustível é produzida pela passagem do óleo sob alta pressão através de um orifício. A pressão do óleo varia normalmente de 60 a 140 psi, mas pode atingir valores bem maiores e é produzida por uma bomba. 38

39 O queimador que usa a atomização por ação centrifuga emprega um processo que consiste em injetar combustível no interior de um elemento rotativo (copo nebulizador). O óleo injetado no interior do copo é forçado pela ação centrifuga da rotação (3000 a 8000 rpm) contra as paredes internas desse copo que, devido à sua conicidade, faz o óleo mover-se para fora dele. A atomização por fluido auxiliar, mais comumente adotada, pode ser feita através de ar a alta pressão e através de vapor. Os queimadores com atomização de ar a alta pressão possuem um compressor que faz a geração de ar primário. Quanto maior a pressão do ar primário menor sua quantidade na porcentagem total de ar necessário; complementa-se com ar secundário, facilitando o controle da combustão. A pressão de operação do ar no queimador é superior a 1,5 kgf/cm² e este tipo de queimador pode ser utilizado também com atomização a vapor. A atomização a vapor é semelhante à do ar, na qual o vapor passa por um estreitamento arrastando consigo o combustível em forma de gotículas. O consumo de vapor é de 0,15 a 0,40 kg de vapor por kg de óleo combustível. 39

40 Além dos queimadores descritos, temos que descrever particularidades dos queimadores a gás que, em um sistema de combustão, têm as seguintes funções: Fornecer o gás combustível e o comburente à câmara de combustão, fixando adequadamente o posicionamento da chama; Misturar convenientemente o gás combustível e o comburente; Proporcionar os meios necessários para manter uma ignição contínua da mistura gás combustível/ar (evitando a extinção da chama). Para utilizar um sistema de queima de gás natural ou outro, é necessária uma adaptação do sistema de queima normal a óleo. Para essa adaptação, utilizam-se obrigatoriamente os seguintes equipamentos: Reguladores de vazão; 40

41 Válvula solenóide; Pressostatos e válvulas reguladoras; Manômetros especiais para gases; Lança de queima principal para melhor homogeneização e Materiais para instalação elétrica, tubos e conexões. Segurança na construção de queimadores Em relação à segurança de operação, os queimadores são construídos visando garantir: Controle e estabilidade da chama: essa função é realizada pelo bocal, pelo disco difusor, e pelo sistema de dosagem de combustível; Interrupção do fornecimento de combustível em caso de anomalia: essa função é executada pelo programador e sensor de chama e pelos sistemas de bloqueio de combustível; Bloqueio da entrada de combustível na câmara de combustão durante a parada do queimador: essa é a função das válvulas de bloqueio e segurança e do pressostato de ar; Ausência de gases explosivos na câmara de combustão no momento da ignição: essa é a função da rotina da pré-purga ou da pré-ventilação. 2.2 Análise de um queimador Os queimadores utilizados em uma caldeira, têm por finalidade converter o combustível líquido a ser queimado em gás, conversão esta que ocorre em alguns casos, no momento que se segue à entrada do combustível na fornalha e em outros casos, ainda no próprio queimador. Existem vários tipos de maçaricos utilizados na operação de uma caldeira: - Fixos - Retráteis - Retráteis com inclinação - Outros Os maçaricos fixos, após serem colocados no tubo guia da fornalha e parafusados, não sofrem nenhum deslocamento ou inclinação, permanecendo sempre na posição em que foram colocados. Os maçaricos retráteis, após serem colocados no tubo guia da fornalha e parafusados, sofrem um deslocamento axial, deslocamento este efetuado pelo operador para ajuste do cone da chama, na fornalha. Os maçaricos retráteis com inclinação, ao serem colocados no tubo guia da fornalha e parafusados, sofrem deslocamento axial e inclinação, sendo esta, em geral de 45º para cima e 45º para baixo. O deslocamento e a inclinação são comandados pelo operador, com a finalidade de ajustar a chama e melhorar as condições de temperatura do vapor principal. As caldeiras possuem ignitores cuja função é prover uma chama adequada para o acendimento (queima inicial) de um maçarico, seja ele de óleo diesel, gás, ou óleo combustível. Um maçarico nunca pode ser aceso com a chama de outro maçarico, mas somente com a chama do ignitor correspondente. O ignitor por sua vez, também necessita de uma fonte de calor para seu acendimento, que no caso é uma centelha proveniente de uma vela de ignição elétrica, que recebe tensão através de um transformador. Esta centelha não é constante, permanece por alguns segundos (10 a 15) quando o transformador é desenergizado. Caso o ignitor não acenda durante o período em que o transformador está energizado, nova operação para acendimento do mesmo terá que ocorrer. Normalmente os ignitores são instalados junto aos maçaricos ou tangenciais a eles. 41

42 2.3 Funcionamento do sistema de alimentação e seus dispositivos Dispositivos de alimentação Injetores - Usados em instalações de pequeno porte Características das Bombas: Centrifugas de múltiplos estágios Alta pressão de descarga Recalque de um tanque com pressão positiva Recirculação Mais de uma com diferentes acionadores Bomba centrífuga de múltiplos estágios Forçada Em caldeiras de circulação forçada, bombas de circulação são colocadas no circuito do tubo de descida do tambor para assegurar esta circulação da água através das paredes d água. Orifícios instalados na entrada de cada circuito de água mantêm um fluxo proporcional de água através do circuito. A bomba de circulação da caldeira succiona de um coletor, o qual é suprido pelos tubos de descida de água do tambor (em geral em número de quatro). Pela linha de descarga da bomba, a água entra no coletor traseiro e frontal das paredes d água. No coletor de entrada dos tubos da parede d água, a água da caldeira passa através de filtros e em seguida através de orifícios suprindo os tubos das paredes da fornalha, a linha de recirculação do economizador e os elementos espaçadores resfriados a água. A água sobe pelos tubos da fornalha, absorvendo calor. A mistura de água e vapor resultante é coletada por coletores de saída e descarregada no tambor de vapor através de tubos de alívio. No tambor de vapor, este e a água são separados. A água da caldeira se mistura com a água de 42

43 alimentação vinda do economizador e flui através dos tubos de descida para o coletor de sucção da bomba de circulação da caldeira, reiniciando o fluxo. Circulação Natural Em caldeiras de circulação natural, ou seja, por convecção, a água e o vapor fluem em um número relativamente grande de circuitos tubulares ( tubos de descida e tubos da parede d água), estes últimos são aquecidos externamente. A circulação positiva é altamente importante no sucesso da operação da caldeira. A força que produz a circulação, é a diferença de peso entre a coluna d água sem vapor e a coluna igual de mistura água-vapor. Essa força deve vencer a resistência ao fluxo. Esta, varia com a velocidade, ou seja, se a força disponível para fazer a mistura circular é maior que a resistência ao fluxo em uma dada velocidade, o fluxo irá aumentar até que a resistência equilibre a força disponível. Se a força disponível for menor que a resistência, o fluxo irá decrescer até o equilíbrio ser alcançado. 2.4 Funcionamento do visor de nível Visor de Nível A NR-13 não permite operação sem visores. São redundantes. Possuem válvulas de bloqueio e dreno. Nas Caldeiras Flamotubulares, os visores normalmente são instalados de modo que nível indicado garanta a presença de água no balão acima da última carreira de tubos. Nas Caldeiras Aguatubulares geralmente, o nível deve ficar situado em uma faixa de 50 a 70% do diâmetro do tubulão superior. 43

44 2.5 Sistema de controle de nível É feito variando-se a vazão da água de alimentação para caldeira. Exemplo de controle de nível Os sistemas podem ser: Com bóia Com eletrodos Termostáticos Termo-hidráulicos Com transmissão de pressão diferencial. 44

45 2.6 Funcionamento dos medidores/sensores de pressão, dos dispositivos de segurança e dos dispositivos auxiliares Indicadores de Pressão São aparelhos com os quais se mede a pressão de gases, vapores e outros fluídos. É muito utilizado na indústria para verificar a pressão de caldeiras e de vasos de pressão, entre outros fins. É imprescindível o uso de manômetros nas caldeiras, os quais devem ser ligados diretamente ao espaço ocupado pelo vapor. Devem ser graduados nas unidades apropriadas com aproximadamente duas vezes a pressão de trabalho e, em nenhum caso, inferior a 1,5 vezes. Cada caldeira deverá dispor de uma ligação para um manômetro aferidor. A NR-13 não permite a operação sem instrumento que indique a pressão de operação. O Combustível é função da pressão. PMTP (Pressão máxima de trabalho Permitida) é função do projeto. Manômetro Dispositivos de Segurança Válvula de Segurança: É um dispositivo capaz de descarregar todo o vapor gerado pela caldeira para a atmosfera, sem que a pressão interna da caldeira ultrapasse a P.M.T.A. (Pressão Máxima de Trabalho Admissível), com a válvula totalmente aberta. VÁLVULA DE SEGURANÇA E ALÍVIO São válvulas que têm por finalidade a proteção pessoal e a proteção de linhas e equipamentos. É uma válvula de auto-operação, usando a energia do próprio fluido para a sua operação, abertura ou fechamento. Válvula de Segurança. Dispositivo automático de alívio de pressão, atuada pela pressão estática na entrada do obturador e caracterizada pela abertura instantânea e isso ocorre quando o fluido é um vapor ou gás. 45

46 Válvula de Alívio. Dispositivo automático de alívio de pressão, atuada pela pressão estática na entrada do obturador e caracterizada pela abertura lenta à medida que a pressão aumenta acima da pressão de ajuste, o que ocorre com o trabalho com líquidos. Válvula de Segurança e Alívio. É denominada válvula de segurança e alívio aquela que trabalha com líquidos e gases. Aplicação. São usadas na proteção de tubulações conseqüentemente na proteção das vidas humanas. e equipamentos contra sobre-pressão e, Identificação das partes de uma válvula de Segurança e Alívio Intertravamento É constituído de dispositivos destinados a proteger a caldeira e o sistema em caso de alguma anormalidade. Atuam normalmente apagando a caldeira. Utilizam elementos sensores (pressostatos, termostatos etc...) e reles. O elemento final de proteção são as válvulas de combustível. Válvulas operadas por intertravamento São válvulas mantidas abertas ou fechadas quando determinadas condições são satisfeitas. 46

47 Fotocélula Os sistemas de proteção contra falhas de chama compostos por fotorresistores ou fotocélulas são aplicáveis em caldeira que queimam líquidos, gases ou sólidos pulverizados e devem ser mantidos sob supervisão contínua, para evitar o procedimento incorreto de partida e a falta de chama por qualquer motivo. São dispositivos sensibilizados pela luz da chama do queimador. Na falta de chama. desencadeia uma série de operações automaticamente, visando a segurança da caldeira. Ex: Fecha a válvula de combustível para o queimador. Detector de chama Analizadores São exemplos de analisadores: O2 Para medir o excesso de ar nos gases de combustão (teste de orsat). CO Para os gases de combustão CO2 Para os gases de combustão ph Para a água da caldeira. Condutividade Para a água da caldeira. Sílica Para a água da caldeira. 47

48 Piloto São dispositivos usados para o acendimento do queimador principal. Funcionam com gás combustível ou GLP. Como fonte de ignição (ignitor), são usados eletrodos, produzindo um arco voltaico. Queimador piloto Ignição com eletrodos Desaeradores Têm dupla função: Aquecer a água e Remover gases dissolvidos (Co2 e O2) Funcionamento: A água é pulverizada para quebrar sua tensão superficial e aquecida através da passagem de vapor em contra corrente. Liberando os gases dissolvidos que são arrastados para a atmosfera pelo vapor. Desaerador mecânico Sistema de óleo 48

49 É constituído por: TQ de Óleo, Permutador e Bomba Tanque de óleo - Conforme o tipo de óleo necessita aquecimento para manter viscosidade. Cuidados: Evitar arraste de água ou temperatura acima de 100ºC (pode espumar). Evitar temperatura acima de 180ºC. Forma sulfeto de ferro que em contato com ar (quando TQ esvaziado) pode entrar em combustão. Permutadores de óleo - Trocam calor com vapor. São usados para acertar a temperatura do óleo em função da viscosidade necessária no queimador (normalmente 32 a 64 cst no bico do queimador -150 a 300 SSU). Utiliza-se gráfico e análise de laboratório para atingir viscosidade indicada pelo fabricante ou tabela genérica. Bombas de óleo São usadas para manter o suprimento para os maçaricos. Há mais de uma com diferentes acionadores. Funcionam em circuito fechado com controle de pressão através do retorno para tanque ou sucção da bomba. Fluxograma do sistema de óleo Sopradores de fuligem Têm a função de remover fuligem depositada nos tubos. Há um tubo perfurado conectado a rede de vapor. São dos seguintes tipos: Fixos (rotação) e Retráteis (rotação e deslocamento longitudinal). 49

50 Sopradores de fuligem Válvula Solenóide: é um equipamento auxiliar de controle e destina-se a cortar rapidamente o suprimento de combustível em caso de falha de chama. Dispositivos Auxiliares Os dispositivos auxiliares mais importantes na caldeira são: - Pressostato: Controla a pressão da caldeira, de modo a não permitir que ela ultrapasse um certo valor preestabelecido. - Programador: Tem como finalidade promover um ciclo com a seqüência de acendimento. - Acionamento do ventilador - Purga da fornalha - Acendimento do piloto - Abertura da válvula de combustível - Desligamento do piloto -Término da seqüência do acendimento, ficando disponível para novo ciclo - Modulação de fogo baixo para fogo alto. - Ventiladores: São equipamentos necessários para a purga de gases da fornalha e o insuflamento de ar para combustão - Quadro de Comando: É a parte da caldeira onde estão os dispositivos que permitem todas as operações necessárias ao seu funcionamento. 2.7 Características das válvulas e das tubulações Numa caldeira encontram-se os mais diversos tipos de válvulas e tubulações, cujas especificações vão depender das classes de pressão e temperatura, e do fluido empregado. Válvulas Válvula é um acessório que raramente percebemos o seu funcionamento e, normalmente, ignoramos a sua importância. Sem os sistemas modernos de válvulas, não haveria água pura e fresca em abundância nos grandes centros, o refino e distribuição de produtos petrolíferos seriam muito lentos e não existiria aquecimento automático nas casas. 50

51 Por definição, uma válvula é um acessório destinado a bloquear, restabelecer, controlar ou interromper o fluxo de uma tubulação. As válvulas de hoje podem, além de controlar o fluxo, controlar o nível, o volume, a pressão, a temperatura e a direção dos líquidos e gases nas tubulações. Essas válvulas, por meio da automação, podem ligar e desligar, regular, modular ou isolar. Seu diâmetro pode variar de menos de uma polegada até maiores que 72 polegadas. Podem ser fabricadas em linhas de produção, em bronze fundido, muito simples e disponível em qualquer loja de ferramentas ou até ser o produto de um projeto de precisão, com um sistema de controle altamente sofisticado, fabricada de uma liga exótica de metal para serviço em um reator nuclear. As válvulas podem controlar fluidos de todos os tipos, do gás mais fino a produtos químicos altamente corrosivos, vapores superaquecidos, abrasivos, gases tóxicos e materiais radioativos. Podem suportar temperaturas criogênicas à de moldagem de metais, e pressões desde altos vácuos até pressões altíssimas. As principais válvulas numa caldeira são: - Válvula principal de saída de vapor - Válvula de alimentação de água - Válvula de retenção e de alívio - Válvulas de descarga - Válvulas de serviço - Válvulas de vapor - Válvulas de respiro - Válvulas de injeção de produtos químicos - Válvulas de descarga contínua Podemos destacar os seguintes tipos de válvulas Válvulas de bloqueio que estabelecem ou interrompem o fluxo dos líquidos ou do vapor. Válvulas de bloqueio Válvulas de controle Normalmente com acionamento pneumático com comando da sala de controle, com as seguintes finalidades: - Controle da água de alimentação - Controle da temperatura do vapor - Controle dos combustíveis - Controle do vapor de atomização 51

52 - Controle de ar pra combustão (dampers) Válvulas motorizadas - Localizadas no Tubulão, no Superaquecedor e na Saída. Purgadores Têm a finalidade de eliminar o condensado. O não funcionamento do purgador provoca acúmulo de condensado e martelo hidráulico. Havendo passagem direta há perda de rendimento (maior troca térmica ocorre quando há mudança de estado). Purgador bimetálico Filtros Têm a finalidade de reter impurezas. São usados Principalmente em linhas de óleo e condensado. Juntas de expansão Têm a Finalidade de absorver total ou parcialmente as dilatações térmicas das tubulações. Tubulações Tubo é um conduto fechado, oco, geralmente circular destinado ao transporte de fluidos. Tubulação é um conjunto de tubos, conexões, válvulas e acessórios formando uma linha para a condução de fluidos. As linhas de tubulação devem ser: - De materiais e diâmetros diferentes; conforme material transportado(inox para produtos químicos). - Isoladas para evitar perda de calor (água de alimentação, óleo combustível, condensado). - Aquecidas para manter temperatura (óleo). - Com curvas de dilatação e purgadores para evitar golpes de aríete (vapor). - Identificadas. As principais tubulações de uma caldeira são: - Água 52

53 - Óleo (combustível) - Vapor - Gás combustível - Condensado - Produtos químicos Tubos sem costura São tubos que não apresentam emendas em sua seção transversal, são obtidos de tarugos por meio de laminação. Tubos com costura São tubos que apresentam emendas (solda/costura) em sua seção transversal. Essa emenda pode ser longitudinal para tubos obtidos através de chapas ou helicoidal para tubos obtidos através de bobinas. Limpeza nas tubulações Após a montagem e antes de entrar em operação toda a tubulação deverá ser limpa. Essa limpeza é geralmente realizada com água e todas as bombas, válvulas com anéis de vedação resilientes, medidores e outros equipamentos sujeitos a danos com materiais sólidos deverão ser protegidos por meio de filtros provisórios. As válvulas de retenção, as de controle, as de segurança e alívio e as placas de orifício deverão ser retiradas para se realizar a limpeza. As tubulações destinadas a condução de água potável devem, além da limpeza, serem desinfetadas com uma solução de água e cloro. Pressão de teste O teste de pressão é chamado de teste hidrostático porque é normalmente realizado com água. O teste com ar comprimido só deverá ser realizado em tubulações de grandes diâmetros para a condução de gases onde o peso da água poderia causar danos na tubulação e na suportação. A pressão de teste com ar comprimido deverá ser de apenas 10% acima da pressão de projeto e deverá ser realizada em etapas, a primeira com 25% da pressão de trabalho, a segunda com 50%, a terceira com 75% e por fim com 100% da pressão de teste. Em cada uma das etapas deverá ser verificada a existência de vazamentos nas juntas por meio de espuma. Entre as etapas a pressão deve subir vagarosamente até a pressão da etapa seguinte. ISOLAMENTO TÉRMICO Introdução O isolamento térmico tem por principal finalidade a conservação da energia em tubulações e equipamentos que trabalham em baixas ou altas temperaturas. O isolamento térmico também tem por finalidade a proteção pessoal e a prevenção de superfícies sujeitas à condensação ou o congelamento do vapor d água do ar. Isolamento térmico a quente O objetivo principal do isolamento térmico de linhas quentes é a conservação da energia evitando a troca de energia com o meio ambiente e ainda a proteção pessoal. 53

54 Isolamento térmico 2.8 O processo de tiragem Tiragem é o processo pelo qual se garante a admissão de ar na fornalha e a circulação dos gases de combustão através de todo o sistema, até a saída para a atmosfera. A tiragem deve vencer a perda de carga do sistema e o ventilador deverá ser dimensionado para esse fim. O valor da perda de carga através do sistema determina o processo de tiragem a ser usado. Assim, a tiragem pode ser: natural ou mecânica (forçada, induzida ou mista). Tiragem natural A tiragem natural é o processo no qual a diferença de pressão gerada pela diferença de densidade entre os gases quentes e o ar frio na entrada da fornalha provoca o escoamento natural dos gases de combustão para a chaminé. A altura da chaminé limita a entrada de ar para combustão. A tiragem natural tem por base três fatores: a altura da chaminé, a temperatura ambiente e a temperatura dos gases quentes. Tiragem mecânica A tiragem mecânica utiliza equipamentos mecânicos para promover o suprimento de ar quando as perdas de carga ultrapassam determinado limite. A função da chaminé, nesse caso, limita-se ao lançamento dos gases para pontos mais altos, favorecendo sua dissipação na atmosfera. Ela pode ser forçada, induzida ou mista. A tiragem forçada é o processo pelo qual o suprimento de ar para o interior da fornalha é feito por um ventilador centrífugo. As caldeiras com tiragem forçada possuem a fornalha pressurizada e precisam ter boa vedação das paredes para evitar fuga dos gases da combustão para o ambiente. A tiragem induzida consiste em aspirar os gases por meio de ventilador com função de exaustor ou ejetor. A aspiração com ejetor a vapor encontra aplicações nas locomotivas e caldeiras marítimas. A tiragem mista emprega dois ventiladores, dos quais um tem a finalidade de fornecer o ar para dentro da caldeira e outro com a função de retirá-lo (ventilador-exaustor) 54

55 Atualmente, os equipamentos com recursos eletrônicos sofisticados aplicados às caldeiras modernas reproduzem esses efeitos por meio de: Diferencial de temperatura; Diferencial de pressão; Diferencial de extração; Quantidade de oxigênio; Coloração da chama detectada por meio de sensores (fotocélulas). Chaminé A chaminé é uma parte importante na caldeira. Ela ajuda na tiragem (saída dos gases da combustão) devido à diferença de pressão atmosférica que existe entre a sua base e o seu topo, provocada pela diferença de temperatura dos gases de combustão. Pode ser constituída de chapas de aço ou alvenaria de tijolo comum, porém em qualquer um dos casos sua construção deve ser rigorosamente projetada e executada, levando-se em conta a quantidade de gases que deverá passar pela chaminé, a velocidade destes gases, a temperatura (tanto na base como no topo) e a pressão atmosférica local. Também deve ser observado que não haja qualquer fenda que possibilite uma entrada falsa de ar. 3 OPERAÇÃO DE CALDEIRAS 3.1 Operações básicas para a partida e a parada da caldeira A operação de caldeiras de combustíveis sólidos ou líquidos/gasosos prevê as seguintes etapas: a pré-partida, a partida, a operação propriamente dita e a parada. Pré-partida das caldeiras de combustíveis sólidos 55

56 A pré-partida das caldeiras de combustíveis sólidos prevê as seguintes etapas: Verificação do nível de água no tanque de abastecimento; Verificação e realização do alinhamento da alimentação de água; Verificação geral das válvulas e instrumentos da caldeira; Verificação das condições operacionais da bomba de água de alimentação; Drenagem dos indicadores e controladores de nível (garrafa e visor) e teste do sistema de segurança (alarme e trip ); Abertura dos drenos e dampers (ou persianas) do superaquecedor, onde for aplicável; Ajuste do nível de água da caldeira na posição operacional; Verificação das condições operacionais dos ventiladores e sistema de tiragem da caldeira; Verificação das condições de alimentação elétrica dos painéis de comando e sinalização; Verificação da quantidade disponível de combustível e manutenção desse material próximo à caldeira; Verificação do funcionamento do mecanismo de alimentação de combustível; Verificação do funcionamento do mecanismo de acionamento das grelhas (rotativas ou basculantes); Partida das caldeiras de combustíveis sólidos A partida prevê as seguintes etapas: Colocação de combustível seco, fino e um pouco de combustível líquido para facilitar a combustão inicial; Acendimento do fogo com tocha ou outro sistema disponível; Alimentação da fornalha de maneira a garantir aquecimento gradual dos refratários e grelhas da caldeira; Fechamento do respiro do tubulão superior após garantir eliminação total do ar, nas caldeiras que não possuem superaquecedor; Abertura lenta da válvula de saída de vapor para evitar golpe de aríete, quando a pressão de trabalho da caldeira é atingida e há liberação do vapor para consumo; Fechamento do respiro (damper) do superaquecedor nas caldeiras que possuem superaquecedor. Operação normal das caldeiras de combustíveis sólidos A operação normal de uma caldeira para combustíveis sólidos mantém a seguinte rotina: Observação atenta do nível de água da caldeira, fazendo os ajustes necessários; Observação das temperaturas do economizador e pré-aquecedor de ar, quando aplicável; Observação das indicações dos dispositivos de controle de temperatura e pressão, fazendo os ajustes necessários; Realização de todos os testes de rotina da caldeira; Verificação dos tanques de suprimento de água a fim de confirmar se estão sendo suficientemente abastecidos; Verificação da reposição de combustível; Vistoria nos equipamentos a fim de detectar qualquer anormalidade (ruído, vibrações, superaquecimento); 56

57 Verificação da temperatura dos gases da chaminé a fim de detectar se está dentro dos parâmetros normais; Observação da combustão através dos visores e da chaminé fazendo os ajustes necessários; Regulagem nos dampers quando necessário; Sopragem periódica de fuligem conforme rotina de cada equipamento, onde seja aplicável; Realização de descargas de fundo conforme recomendações do laboratório de análise de água; Fazer as anotações exigidas pelos superiores; Manutenção da ordem e da limpeza da casa de caldeiras; Notificação a outro operador habilitado ou a um superior para que se efetue sua substituição em caso de necessidade de se afastar da casa de caldeiras; Se a caldeira apagar subitamente durante a operação normal, a retomada do processo de acendimento somente deverá ocorrer após garantia de completa purga e exaustão dos gases remanescentes. Parada das caldeiras de combustíveis sólidos Para fazer a parada das caldeiras, procede-se da seguinte forma: Sopragem de fuligem (ramonagem) em caldeiras aquatubulares dotadas destes dispositivos; Interrupção da alimentação de combustível e execução dos cuidados necessários com relação aos alimentadores (pneumáticos, rotativos, etc.); Manutenção do nível de água ajustando-o, conforme a vaporização que irá ocorrer e a quantidade de combustível disponível na fornalha; Desligamento dos ventiladores e exaustores se o combustível remanescente na fornalha não é suficiente para geração de vapor; Abafamento da caldeira por meio do fechamento dos dampers e portas de alimentação da fornalha, garantindo vedação contra entradas de ar frio; Fechamento da válvula de saída de vapor; Abertura do respiro da caldeira, ou do superaquecedor, onde existir um; Basculamento das grelhas para possibilitar limpeza da fornalha. Após a parada, devem ser tomadas as providências necessárias quanto ao registro dos motivos da parada no livro da caldeira e as próximas ações a serem providenciadas. Pré-partida das caldeiras de combustível líquido e/ou gasoso Para as caldeiras de combustível líquido ou gasoso, a pré-partida acontece na seguinte seqüência de etapas: Verificação do nível dos tanques de água e de combustível; Verificação e execução do alinhamento da alimentação de água; Verificação e execução do alinhamento da alimentação de combustível e limpeza dos sistemas de filtros, se necessário; Para caldeiras a óleo combustível, início do processo de aquecimento e controle de temperatura até atingir temperatura suficiente para circulação do óleo; Acionamento da bomba e inicio da circulação de óleo até que a temperatura ideal do combustível para a partida da caldeira seja atingida; Verificação geral das válvulas e instrumentos da caldeira; 57

58 Verificação das condições operacionais das bombas de alimentação de água e de combustível; Drenagem dos indicadores e controladores de nível (garrafa e visor) e teste do sistema de segurança (alarme e trip); Ajuste do nível de água da caldeira na posição operacional; Abertura de drenos e respiros da caldeira; Abertura de drenos e respiros do superaquecedor, nas caldeiras que os possuem. Verificação das condições de alimentação elétrica dos painéis de comando e sinalização; Verificação das condições operacionais dos ventiladores e do sistema de tiragem da caldeira; Verificação, onde houver, das condições operacionais do compressor de ar utilizado na atomização do combustível; Verificação do posicionamento e condições dos eletrodos de ignição; Limpeza da fotocélula. Partida das caldeiras de combustível líquido e/ou gasoso Para dar a partida na caldeira, a seqüência é a seguinte: Ventilação ou purga da fornalha por um período suficiente para garantir a eliminação total de gases; Partida do compressor de ar para atomização, onde for aplicável; Verificação se os valores de temperatura e pressão do combustível são ideais para acendimento; Acendimento do queimador piloto; Alinhamento lento da válvula manual de combustível, certificando-se de que a caldeira está acesa; Para caldeiras com mais de um queimador, a seqüência de acendimento recomendada pelo fabricante deve ser obedecida; Ajuste das condições de queima, garantindo estabilidade de chama; Desligamento do queimador piloto e verificação da estabilidade da chama; Aquecimento gradual com acompanhamento para não danificar o refratário e tubos respeitando-se a curva de aquecimento recomendada para cada tipo de caldeira; Verificação, durante a fase de aquecimento, de quaisquer anormalidades nos equipamentos e nos instrumentos indicadores de controle, tomando as providências para os ajustes necessários; Fechamento do respiro do tubulão superior, após garantir eliminação total do ar em caldeiras que não possuem superaquecedor; Passagem do controle da caldeira para o automático quando as condições de pressão atingirem valores preestabelecidos para tal, conforme procedimento operacional; Atingida a pressão de operação, abertura lenta da válvula de saída de vapor para evitar o golpe de aríete e para liberar o vapor para consumo; Fechamento do respiro do superaquecedor, se houver. Operação normal das caldeiras de combustível líquido e/ou gasoso Para a operação normal de caldeiras de combustível líquido e/ou gasoso, o operador deve seguir as seguintes recomendações: Observação atenta do nível de água da caldeira, fazendo os ajustes necessários; Observação das temperaturas do economizador e préaquecedor de ar, onde existirem; 58

59 Observação das indicações dos dispositivos de controle de temperatura e pressão, fazendo os ajustes necessários; Realização de todos os testes de rotina da caldeira; Verificação do abastecimento dos tanques de suprimento de água; Verificação da reposição de combustível; Vistoria nos superaquecimento). equipamentos, observando qualquer anormalidade (ruído, vibrações, Verificação dos parâmetros de temperatura dos gases da chaminé; Observação da combustão através dos visores e da chaminé fazendo os ajustes necessários; Regulagem nos dampers quando necessário; Sopragem periódica de fuligem conforme rotina de cada equipamento; Realização de descargas de fundo conforme recomendações do laboratório de análise de água; Execução das anotações exigidas pelos superiores e dos registros necessários no livro da caldeira; Manutenção da ordem e da limpeza da casa de caldeiras; Nunca se ausentar da casa de caldeira sem notificar algum colega ou superior para que se efetue a substituição; Se a caldeira apagar subitamente durante sua operação normal, retomar o processo de acendimento somente após garantia de completa purga e exaustão dos gases remanescentes. Parada das caldeiras de combustível líquido e/ou gasoso A parada é feita através das seguintes etapas: Sopragem de fuligem (ramonagem) em caldeiras dotadas destes dispositivos; Interrupção da alimentação de combustível, fazendo a purga da linha, uma parte para queima e o restante para uma linha de retorno. No caso de queima de óleo combustível, a purga da linha pode ser feita com óleo menos viscoso o qual não poderá passar pelo aquecedor de óleo que deverá ser desligado. Para linha de gás, esta purga poderá ser feita com injeção de vapor; Apagamento dos queimadores obedecendo à seqüência recomendada pelo fabricante da caldeira; Para caldeiras de óleo combustível, deve-se desligar a bomba de alimentação de óleo; Ventilação da fornalha para exaustão completa de gases remanescentes; Drenagem dos visores de nível, fazendo os ajustes necessários para manter a caldeira com nível operacional; Após a exaustão da fornalha, desativação do ventilador e abafamento da caldeira fechando todos os dampers e registros de ar; Fechamento da válvula de saída de vapor e bloqueamento de todos os pontos de drenagem da caldeira; Interrupção da alimentação de água; Abertura do respiro da caldeira ou do superaquecedor. Após a parada, devem ser tomadas as providências quanto ao registro dos motivos da parada no livro da caldeira e as próximas ações a serem implementadas. 59

60 3.2 Processo de regulagem de controle da caldeira. Além das rotinas de pré-partida, partida, operação e parada, devem ser realizados os controles de temperatura e de pressão. Os controles de temperatura mais importantes em uma caldeira são: Controle de temperatura do ar; Controle de temperatura dos gases de combustão; Controle de temperatura do óleo combustível; Controle de temperatura do vapor em caldeiras com superaquecedor; Controle de temperatura de água de alimentação. Em uma caldeira, a temperatura do vapor gerado está diretamente ligada à sua pressão. Por isso, não é possível realizar o controle somente da temperatura. Para o vapor superaquecido, o controle e ajuste de temperatura pode ser feito através de dessuperaquecimento, que consiste em diminuir a temperatura do vapor pela injeção de água. Assim, o controle da temperatura do vapor é realizado por meio do controle das condições de regulagem da relação combustível x ar, que afetam diretamente a pressão do vapor gerado. O controle de temperatura do ar é realizado no preaquecedor de ar e no economizador e deve ser feito a fim de aumentar o rendimento em termos de combustão. O controle de temperatura dos gases de combustão é feito para detectar o aparecimento de temperaturas altas na saída dos gases de combustão. Quando essa temperatura se eleva, isso pode ser sintoma de alguma anormalidade operacional, dentre as quais: Caldeira suja, com deficiência de troca térmica; Queda de material refratário, mudando o caminho preferencial dos gases; Juntas de amianto não dão perfeita vedação; Tamanho de chama maior que o aceitável; Excesso de ar na fornalha, causando aumento de velocidade dos gases. Os controles de temperatura do óleo devem ser dimensionados e ajustados para garantir a circulação e a viscosidade ideal de pulverização para queima no queimador. O controle de temperatura pode ser feito na regulagem do termostato ou do Set Point dos controladores. O controle de temperatura da água de alimentação tem o objetivo principal de garantir uma faixa de temperatura ideal para favorecer a desgaseificação da água. Normalmente este controle é feito por uma controladora que está ligada à malha do sistema de alimentação. Os controles de pressão mais importantes de uma caldeira são: Controle da pressão da água de alimentação; Controle da pressão do ar; Controle da pressão da fornalha; Controle da pressão do combustível; Controle da pressão do vapor. 60

61 O controle da pressão da água faz parte da malha de controle. Em caso de baixa pressão de água de alimentação, que pode ser causado por uma parada da bomba ou problemas mecânicos com a bomba, ocorre o desarme da caldeira. A atuação para sanar o problema pode ser feita manual ou automaticamente, ligando-se uma bomba reserva, por exemplo. O controle de pressão de ar é executado regulando-se a ventilação/exaustão de modo a evitarse pressão muito acima ou muito abaixo das recomendadas no interior da fornalha. O controle de pressão da fornalha é muito importante para evitar vazamentos de gases para o ambiente de trabalho, ou ocorrência de infiltrações de ar falso e frio que altera o rendimento da caldeira. A regulagem e o controle da pressão do combustível são muito importantes para a eficiência da combustão, afetando a atomização e a dispersão do combustível. As variações de pressão podem causar problemas inclusive de desarme da caldeira. A regulagem de controle de pressão de vapor deve ser executada diretamente no vapor, de modo que seja alcançada a pressão requerida pelos consumidores. Deve-se tomar especial atenção para que a pressão de vapor não suba a níveis acima da pressão de trabalho, pois irá gerar perdas de insumos (água, produtos químicos, combustível etc.) através da abertura das válvulas de alívio e segurança do sistema. Otimização da combustão O controle e a otimização da combustão são fatores importantes na economia de combustíveis e preservação do meio ambiente. A melhor eficiência da combustão é obtida observando-se fatores como: uso do queimador adequado, nebulização perfeita, porcentagem correta de ar, manutenção periódica no equipamento, análise contínua dos gases, etc.. Para otimizar o processo de combustão, podem-se utilizar os seguintes meios: Pré-aquecimento do ar de combustão, Pré-aquecimento do combustível; Controle de tiragem; Análise e controle da combustão por instrumentos. 3.3 Fornecimento de energia de uma caldeira Controle do fornecimento de energia Nas caldeiras de combustível sólido, a regulagem da energia para geração de vapor é feita mediante atuação na dosagem de combustível (manual ou automaticamente), em sintonia com a injeção de ar para melhoria da combustão. Nas caldeiras de combustível líquido ou gasoso, mediante sinal recebido do controle de pressão do vapor, haverá atuação na abertura da válvula de admissão de combustível, também em sintonia com a vazão de ar para ajuste e melhoria da combustão. 3.4 Controle do nível de água de uma caldeira Nível de água Basicamente, a regulagem e o controle de nível para controladores tipo bóia, necessitam de intervenção mecânica, alterando-se as dimensões da haste entre as chaves liga/desliga. 61

62 Para controladores com eletrodos, esta regulagem exige alteração nas dimensões dos eletrodos, em função da deposição/corrosão dos eletrodos. Para os controladores termostático e hidráulico, esta regulagem necessita de ajustes na válvula automática de admissão de água. Este ajuste deve ser realizado sempre que o nível real estiver fora da posição ideal de operação. Para os controladores do tipo de transmissão por pressão diferencial, a regulagem é feita mediante ajuste do set point no próprio controlador. O controle de nível pode ser de um elemento, para caldeiras menores. Pode ser 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. Este controle permite uma antecipação no controle de nível. Controle de nível a três elementos 3.5 Elementos poluentes decorrentes da operação 62

63 Principais poluentes nas caldeiras Partículas sólidas ou material particulado: Fumaça, Fuligem, Fuligem ácida e Cinzas. Monitoramento de particulados Opacimetros - Medem a opacidade dos gases que saem pela chaminé Funcionamento: 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 a luz visível transmitida através dos gases. 63

64 Opacímetro Ciclone Lavador de gases Filtro de manga Precipitador eletrostático Leis ambientais sobre particulados A resolução nº 8 do CONAMA fixa como limite máximo de Densidade Colorimétrica 20%, equivalente a Escala de Ringelmann nº1, exceto na operação de ramonagem e partida do equipamento. 64

65 A resolução nº 8 do Conselho Nacional do Meio Ambiente fixa como limite máximo de partículas totais 350 gramas por milhão de quilocalorias (para óleo combustível) e 1500 gramas por milhão de quilocaloria (para carvão mineral). Monóxido de carbono - É um gás inodoro e sem cor, formado na combustão incompleta de qualquer combustível contendo carbono. Altamente tóxico. É função de: Temperatura dos gases, Excesso de ar na combustão, Câmara de combustão. Obs.: A Secretaria Estadual de Meio Ambiente (RJ) fixa limites para os casos de queima incompleta (Monóxido de Carbono - CO) em 9 ppm de concentração média em intervalo de 8 horas. Óxidos de nitrogênio (NO e NO2) - Problemas que causam: Formação de acido nítrico (HNO3) e conseqüente formação de chuva ácida, destruição da camada de ozônio. Podem ser formados através do: Nitrogênio do combustível (pouco significativo), Nitrogênio do ar. A partir do nitrogênio do ar podem ser: Térmicos, Rápidos. Óxidos de enxofre - Na combustão, S é transformado em SO2. SO2 na presença de pentóxido de vanádio (catalisador) é convertido em SO3. SO3 em presença de água (vapor) forma acido sulfúrico (zona fria). SO3 em presença de sulfatos alcalinos formam escorias (zona quente). Formas de prevenção: Combustível com baixo teor de enxofre. Excesso de ar baixo. Temperatura dos gases acima do ponto de orvalho. Obs.: O CONAMA fixa como limite máximo de Dióxido de Enxofre (So2) 5000 gramas por milhão de quilocalorias. A resolução do CONAMA Nº 8 de 06/12/90 estabelece, limites máximos para emissão de poluentes no ar. É importante lembrar que as legislações estaduais e municipais podem ser mais restritivas nunca mais brandas que a federal. O Banco Mundial estabelece seus próprios padrões a serem respeitados para fins de obtenção de financiamento. 3.6 Principais falhas de operação, suas causas e providências a serem tomadas As caldeiras, em geral, possuem grande quantidade de equipamentos e instrumentos, e quando estes apresentam algum tipo de defeito, nem sempre sua correção é fácil. Em qualquer situação, no entanto, o operador deverá aplicar rigorosamente as normas de segurança e os procedimentos indicados no manual de operação do equipamento fornecido pelo fabricante. Os principais itens que podem apresentar defeitos em operação são: Sistema de alimentação de combustível Sistema de alimentação de água; Controle de nível; Controle de combustão; Controle de pressão. Para melhor entendimento, as tabelas apresentadas a seguir mostram alguns tipos de defeitos, causas e providências a serem tomadas pelo operador ou pelos responsáveis pela manutenção da caldeira. Alimentação de óleo combustível Defeitos A bomba de óleo pesado não Causas prováveis Defeito no sistema de comando Providências Ler as instruções de manutenção. 65

66 funciona. A bomba não fornece pressão ou fornece pressão insuficiente. A bomba funciona. de óleo diesel não elétrico. Defeito no combustível. circuito de óleo Defeito mecânico da bomba. O motor não gira. A bomba está engripada. Temperatura alta demais. Temperatura baixa demais. Aquecimento elétrico não funciona. Aquecimento a vapor não funciona Regulagem mal feita Válvula automática de vapor não fecha. Válvula manual de vapor fechada. Purgador não funciona. Regulagem mal feita. Termostato desregulado ou danificado. Fusíveis queimados. Bobina da chave queimada. Corrente não chega na bobina da chave eletromagnética. Resistência queimada. Válvula de vapor fechada. Purgador não funciona. O termostato ou a válvula solenóide do aquecedor desregulada ou danificada. Pesquisar no manual o capítulo referente ao sistema automático de combustão, no item manômetro de pressão não registra pressão. Ler as instruções de manutenção. Ler as instruções de manutenção Desmontar a bomba e verificar estado das engrenagens. Consultar as instruções de manutenção. Corrigir a regulagem do óleo. Ler as instruções de manutenção. Abrir válvula. Examinar e trocar, se necessário. Corrigir regulagem do óleo. Verificar o termostato. Regulá-lo ou substituí-lo. Verificar e trocar. Trocar bobina. Examinar o circuito elétrico e verificar funcionamento da chave. Trocar resistência. Abrir a válvula. Examinar e trocar, se necessário. Verificar o estado do termostato ou da válvula. 3.7 Vistoria diária Roteiro de vistoria diária Durante o funcionamento normal da caldeira, o operador deve seguir um roteiro de vistoria, com o objetivo de garantir um perfeito funcionamento do gerador de vapor. Um roteiro de vistoria pode incluir: - Verificação do abastecimento correto do tanque de água de alimentação da caldeira; - Verificação, no caso de caldeira a óleo, do nível e da temperatura do óleo nos seus depósitos, e do termômetro e manômetro da linha de óleo próximo ao queimador; - Exame dos manômetros e termômetros de ar, água e gases de combustão; - Controle do nível de água através dos indicadores existentes na caldeira; - Verificação da lubrificação dos equipamentos; - Execução das descargas de fundo conforme exigido pelo laboratório de qualidade da água; - Verificação do funcionamento das diversas bombas existentes; - Verificação do funcionamento dos ventiladores; - Observação da combustão da fornalha, através dos visores e da cor da fumaça na chaminé; - Movimentação periódica de todas as válvulas, para evitar que estas fiquem presas; - Teste do regulador e do visor de nível, várias vezes ao dia, verificando se os dispositivos de operação e segurança estão atuando normalmente; - Verificação do funcionamento dos pressostatos e do sistema de acendimento; 66

67 - Teste da fotocélula, para verificar se há corte de chama quando ela é escurecida com um tampão; - Teste das válvulas de segurança, conforme recomendação do fabricante ou conforme recomendado pela NR-13; - Preenchimento do relatório de vistoria diária fornecida pelos supervisores. A seguir, um exemplo de roteiro de vistoria. ROTEIRO DE VISTORIA DIÁRIA (Exemplo) OPERAÇÕES I SISTEMA DE COMBUSTÃO 1A Compressor Nível de óleo Pressão do ar Refrigeração Temperatura 1B Ventilador Temperatura dos mancais Folga das correntes do ventilador Rolamentos (estado geral) 1C Bomba de óleo Temperatura dos mancais da bomba de óleo combustível Redutor (estado geral) e nível de óleo (até ¼ de engrenagens conduzidas) 1D Circuito de óleo Temperatura do óleo combustível Pressão do óleo combustível 1E - Ignição Pressão do óleo diesel do piloto II - Sistema de Alimentação de água Funcionamento da bomba de água Situação da gaxeta da bomba Temp. água de alim. no tq. Condensado Indicador de nível da água Descarga da coluna de nível Desc. de fundo (conferir c/ trat. água) III Comando automático Pressão máxima de trabalho DATA / / Operador TEMPO (horas) Padrão de funcionam Normal 82 Kpa Normal Normal Normal Normal Normal Normal Normal 120oC 206 Kpa 820 Kpa Normal Normal 90oC Normal Sim Sim 820 Kpa 67

68 Diferencial de pressão p/ modulação Funcionamento da fotocélula IV - Diversos Lubrificação geral Temperatura dos motores Temp. dos gases de comb. da chaminé Descarga da válvula de segurança Kpa Normal Normal Normal 120oC Sim 3.8 Operação de um sistema com o mínimo de duas caldeiras Operação de um sistema de várias caldeiras Um sistema operacional onde existem várias caldeiras em operação paralela, possui algumas particularidades de segurança que devem ser atendidas. Por isso, o operador deverá conhecer: A rede de distribuição de vapor e seus consumidores; Os pontos mais críticos de bloqueio e interligação dos sistemas; A flexibilidade operacional em função da disponibilidade de vapor. Em um sistema com várias caldeiras é necessário que cada uma delas possa ser isolada das demais. Para isso, é necessária a instalação de uma válvula de retenção após a válvula principal de saída de vapor; Além disso, a carga das caldeiras operando em paralelo é regulada normalmente pela controladora de pressão do coletor. A figura a seguir mostra um esquema de 3 caldeiras operando em paralelo. 3.9 Procedimentos tomados em situações de emergência Procedimento em situações de emergência Todas as ocorrências de emergência deverão ser atendidas de acordo com o indicado no manual de operação da caldeira. Dentre essas emergências, é possível citar: Retrocesso; Nível de água baixo; Nível de água alto; Pressão do vapor acima do normal; Falhas em partes sob pressão. Retrocessos 68

69 Este fenômeno ocorre quando a pressão interna da caldeira aumenta bruscamente, podendo afetar o ambiente na sala e área das caldeiras, com risco de graves acidentes. Os retrocessos podem ser causados por: Vazamento do sistema de alimentação de óleo, com acúmulo de resíduos de combustível no interior da fornalha; Falhas no sistema de ignição; Defeito ou falha no sistema de tiragem da caldeira; Tentativas de acender o queimador a partir de uma parede incandescente; Procedimento incorreto no acendimento da caldeira; Abertura da boca de visita da fornalha de forma indevida; Alimentação de combustível sólido pulverizado de maneira incorreta. Para evitar esses problemas, deve-se: Evitar o acúmulo de óleo ou gás no interior da fornalha. Todo óleo que eventualmente se acumulou no piso da fornalha deve ser retirado e a fornalha deve ser completamente ventilada antes de ser acesa; Manter as válvulas dos queimadores sempre em boas condições de vedação; Nunca tentar reacender um queimador através do calor das paredes incandescentes; Não fazer mais que duas tentativas de acendimento após concluída a purga; Nunca abrir a boca da fornalha de forma brusca. Os procedimentos posteriores deverão incluir a interrupção do suprimento de combustível e o desligamento do queimador, para eliminar a causa desta ocorrência. Nível de água baixo O nível de água baixo pode ter as seguintes causas: Falha no sistema de controle automático de nível; Válvula de retenção da linha de água dando passagem; Falta de água de alimentação; Falta de atenção do operador; Defeito no sistema de alimentação de água (bombas, turbinas, motor elétrico, filtros, etc.); Cavitação na bomba. Para evitar esses problemas deve-se: Efetuar revisões de rotina nos sistemas de controle de nível; Manter atenção constante ao sistema de alimentação de água (tanques, bombas, válvulas, etc.); Fazer manutenção preventiva do sistema de alimentação de água; Manter atenção ao nível de água quando se fizer as descargas de fundo. O nível de água baixo com o calor da fornalha agindo sobre os tubos secos provocará deformações no invólucro, danos ao refratário, vazamento d água e danos aos tubos. Neste caso, deveremos proceder da seguinte forma: Cortar alimentação de ar e combustível; Fechar válvula de saída de vapor, e respiro do superaquecedor; 69

70 Testar visores de nível confirmando nível real da caldeira; Alimentar a caldeira e retomar processo de acendimento supondo que o nível esteja visível; Não repor água para evitar choque térmico na caldeira caso o nível no visor não seja visível; Proceder resfriamento lento na caldeira, para posterior inspeção e identificação do motivo da queda de nível. Nível de água alto O nível de água alto pode ter como causas prováveis: Falha no sistema automático de controle de nível; Falta de atenção do operador; Falha no sistema de alimentação de água Controle de alimentação de água no modo manual. Para evitar esses problemas deve-se: Efetuar revisões de rotina nos sistemas de controle de nível; Manter atenção constante ao sistema de alimentação de água; Manutenção preventiva do sistema de alimentação de água. Como formas de atuação neste tipo de ocorrência, deve-se: Cortar alimentação de água (desligando a bomba, fechando a válvula, etc.); Testar visores de nível, certificando-se se o nível é real; Atuar na descarga contínua após confirmação do valor real do nível alto, Atuar na descarga de fundo tomando todos os cuidados necessários após terem sido esgotados todos os recursos; Informar o ocorrido à manutenção. Pressão do vapor acima do limite normal Quando a pressão do vapor está acima do limite normal, podem existir duas situações: a válvula de segurança não abre ou a válvula de segurança abre, mas a pressão continua a subir. Isso pode ter a seguintes causas: Sede da válvula de segurança está emperrada; Válvula de segurança desregulada; Válvula de segurança subdimensionada; Caldeira com controle no modo manual. Os problemas podem ser evitados da seguinte forma: Nunca alterar a regulagem da válvula de segurança, caso seja necessária esta alteração registrar o novo valor no registro de segurança da caldeira; Testar regularmente a válvula de segurança de acordo com procedimentos do fabricante; No caso da válvula estar subdimensionada, providenciar sua substituição, atualizando a respectiva documentação da válvula e da caldeira. Como providências, a alimentação de combustível deve ser completamente cortada e a evolução da pressão deve ser acompanhada. Conforme a tendência de subida de pressão, deve-se providenciar abertura da válvula de alívio de pressão onde houver. 70

71 Para caldeiras de combustível sólido, além da providência acima, deve-se parar ventiladores e fechar todas as entradas e saídas de ar da caldeira. Falhas em partes sob pressão Sempre que ocorre uma ruptura de tubos ou que há um grande vazamento de vapor, é necessária uma ação imediata para evitar danos pessoais, a fim de se reduzirem os efeitos da avaria, de modo que o restante da instalação sofra o menos possível. Para isso, procede-se da seguinte maneira: Cortar alimentação de combustível; Se houver mais de uma caldeira operando em paralelo, fechar a válvula de vapor da caldeira avariada; Manter o nível de água pelo tempo que for possível evitando choque térmico, protegendo os tubos e refratários, favorecendo o resfriamento lento da caldeira; Manter os ventiladores ligados pelo tempo que for possível de modo a expulsar o vapor pela chaminé; Abrir as válvulas de segurança, a menos que a pressão apresente tendência de queda; Se não for possível manter o nível de água, cortar a alimentação imediatamente, fechar as válvulas de alimentação e parar a bomba; Depois de ocorrer a despressurização da caldeira, parar ventiladores e efetuar processo de resfriamento natural. Podem ser considerados ainda como emergência outros tipos de ocorrência, tais como: Queda de uma parede refratária causando superaquecimento da chaparia; Paradas de ventiladores; Parada de energia elétrica dos painéis de comando; Pane no sistema de instrumentação. Nesses casos, deve-se: Fechar a válvula principal da saída de vapor e cortar o combustível; Manter nível de água dentro da faixa operacional; Fazer avaliação da situação, e caso haja previsão de normalização, manter a caldeira pressurizada, se possível; Caso a situação custe a se normalizar, entrar em procedimento de parada da caldeira Os riscos de acidente e os riscos à saúde durante uma operação Os principais riscos de acidentes são: Choques elétricos, Queimaduras, Quedas. Riscos à saúde: - Condições ergonômicas não condizentes. - Ruído - Desconforto térmico - Exposição dos olhos a radiação infravermelha - Fumaças, gases e vapores. - Riscos inerentes ao manuseio, armazenagem e processamento do combustível. 71

72 Prevenção: Os riscos de acidentes na operação de caldeiras são controláveis pela prática da técnica correta em todas as fases: projeto, construção, inspeção de qualidade, operação, manutenção e inspeção Riscos de explosão Importância do risco de explosão: - Por se encontrar presente durante todo o tempo de operação. - Em razão da violência com que as explosões se manifestam. - Por envolver não só o pessoal de operação, como também os que trabalham na proximidade, a comunidade e a clientela. - Por que sua prevenção deve ser considerada em todas as fases: projeto, fabricação, operação, manutenção, etc. Origem dos riscos: - Diminuição de resistência, que pode ser decorrente do superaquecimento ou da modificação da estrutura do material. - Diminuição da espessura, que pode advir da corrosão ou da erosão. - Aumento da pressão que pode ser decorrente de falhas diversas, operacionais ou não. Causas de explosões no lado da água: - Superaquecimento - Choque térmico - Defeitos de mandrilagem - Falhas em juntas soldadas - Mudança na estrutura metalúrgica - Corrosão - Elevação da pressão Explosões no lado dos gases: Acontecem na condição em que a fornalha se encontra inundada com a mistura combustívelcomburente. Causada pela perda momentânea da chama; com isto a atmosfera da fornalha será enriquecida com a mistura e a explosão ocorrerá, deflagrada pelo sistema de ignição ou por partes incandescentes da fornalha ou ainda a chama de outro queimador que tenha permanecido aceso Operação de uma caldeira Este item será visto por ocasião de visitas a instalações reais de caldeiras. 4 MANUTENÇÃO DE CALDEIRAS 4.1 As impurezas da água e suas conseqüências 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: 72

73 - Até 50 ppm de CaCo3... mole - 50 a 100 ppm de CaCo3... meio dura - Acima de 100 ppm de CaCo3... 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. 4.2 Os diferentes tipos de tratamento da água de alimentação Método de tratamento de água Externos: Clarificação Abrandamento Desmineralização Desgaseificação Remoção de sílica Internos: À base de fosfato À 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 sódios 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. Neste processo são utilizadas certas substância 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. - Desgaseificação. São empregados equipamentos 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 73

74 Os tratamentos internos baseiam-se 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 - 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 necessária a adição de ácidos para o controle do ph e da alcalinidade porque 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 hidrazina. - Controle do teor de cloretos e sódios totais. Quando a concentração de cloretos se torna 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. 4.3 Tratamento de água de alimentação Este item será realizado com kits para análise de água. 4.4 Tipos de manutenção de caldeiras Todo tratamento para ter bons resultados depende de um controle eficiente e sistemático, quer dos parâmetros químicos e físicos, como de certas operações e procedimentos. Controle químico 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 recomendada 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. 74

75 Cuidado especial deve ser tomado 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 de cada vez. Porém o mais correto é misturarem-se todos os produtos e adicionar-se à medida que a bomba de alimentação alimenta a caldeira. Isso pode ser conseguido colocando-se uma bomba dosadora ligada junto com a bomba de alimentação. Limpeza química de caldeiras As superfícies internas da caldeira, ainda que a água seja bem tratada, acumulam certa quantidade de depósitos de várias naturezas através do tempo. A experiência tem mostrado que uma limpeza química regular (a cada 5 ou 6 anos) apresenta bons resultados. Observa-se assim, o desaparecimento de certos problemas de corrosão que são notados quando não é feita a limpeza regularmente. O rendimento da caldeira também melhora, podendo chegar a uma redução de consumo de até 20%. Existem vários agentes de limpeza, mas o mais usado é o ácido clorídrico misturado a um inibidor, para evitar a corrosão acentuada das partes internas da caldeira. Proteção de caldeiras contra corrosão Esta proteção baseia-se fundamentalmente em evitar a entrada de ar na caldeira. O método mais fácil de conseguir impedir esta entrada é pelo enchimento da caldeira com água (a própria água de alimentação). Também pode ser feito um selo de nitrogênio, que é um gás inerte. Nesse caso, injeta-se N2 no espaço vazio da caldeira até uma pressão de 3 a kgf/cm2. Caso a caldeira tenha de ser drenada, a proteção contra corrosão baseia-se em evitar que a umidade se deposite sobre os metais. Isso pode ser conseguido aquecendo-se a caldeira com lâmpadas ou resistências elétricas ou usando agentes dissecantes (sílica gel ou alumina ativada). 5 LEGISLAÇÃO E NORMALIZAÇÃO 5.1 A importância das Normas Regulamentadoras Vasos de pressão estão sempre submetidos simultaneamente à pressão interna e à pressão externa. Mesmo vasos que operam com vácuo estão submetidos a estas pressões, pois não existe vácuo absoluto. O que usualmente denomina-se vácuo é qualquer pressão inferior à atmosférica. O vaso é dimensionado considerando-se a pressão diferencial resultante atuando sobre as paredes, que poderá ser maior internamente ou externamente. Há casos em que o vaso de pressão deve ser dimensionado pela condição de pressão mais severa, a exemplo de quando não exista atuação simultânea das pressões interna e externa. Vasos de pressão podem ser construídos de materiais e formatos geométricos variados em função do tipo de utilização a que se destinam. Desta forma existem vasos de pressão esféricos, cilíndricos, cônicos etc, construídos em aço carbono, alumínio, aço inoxidável, fibra de vidro e outros materiais. Os vasos de pressão podem conter líquidos, gases ou misturas destes. Algumas aplicações são: armazenamento final ou intermediário, amortecimento de pulsação, troca de calor, contenção de reações, filtração, destilação, separação de fluidos, criogenia etc. 75

76 A NR-13 aplica-se a vasos de pressão instalados em unidades industriais, e outros estabelecimentos públicos ou privados, tais como: hotéis, hospitais, restaurantes etc. Essa norma também é aplicável a equipamentos instalados em navios, plataformas de exploração e produção de petróleo etc desde que não exista regulamentação oficial específica. 5.2 A Norma Regulamentadora 13 (NR-13) 13.1 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, excetuando-se os refervedores e equipamentos similares utilizados em unidades de processo Para efeito desta NR, considera-se "Profissional Habilitado" aquele que tem competência legal para o exercício da profissão de engenheiro nas atividades referentes a projeto de construção, acompanhamento operação e manutenção, inspeção e supervisão de inspeção de caldeiras e vasos de pressão, em conformidade com a regulamentação profissional vigente no País Pressão Máxima de Trabalho Permitida - PMTP ou Pressão Máxima de Trabalho Admissível - PMTA é o maior valor de pressão compatível com o código de projeto, a resistência dos materiais utilizados, as dimensões do equipamento e seus parâmetros operacionais Constitui risco grave e iminente a falta de qualquer um dos seguintes itens: a) válvula de segurança com pressão de abertura ajustada em valor igual ou inferior a PMTA; ( ) b) instrumento que indique a pressão do vapor acumulado; ( ) c) inj7etor ou outro meio de alimentação de água, independente do sistema principal, em caldeiras combustível sólido; ( ) d) sistema de drenagem rápida de água, em caldeiras de recuperação de álcalis; ( ) e) sistema de indicação para controle do nível de água ou outro sistema 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: ( / I2) a) fabricante; b) número de ordem dado pelo fabricante da caldeira; c) ano de fabricação; d) pressão máxima de trabalho admissível; e) pressão de teste hidrostático; 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, devem constar, em local visível, a categoria da caldeira, conforme definida no subitem desta NR, e seu número ou código de identificação Toda caldeira deve possuir, no estabelecimento onde estive instalada, a seguinte documentação, devidamente atualizada: a) "Prontuário da Caldeira", contendo as seguintes informações: ( / I3) - código de projeto e ano de edição; - especificação dos materiais; 76

77 - procedimentos utilizados na fabricação, montagem, inspeção final e determinação da PMTA; - 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 subitem ; ( / I4) c) "Projeto de Instalação", em conformidade com o item 13.2; ( / I4) d) "Projetos de Alteração ou Reparo", em conformidade com os subitens e ; ( / I4) e) "Relatórios de Inspeção", em conformidade com os subitens , e Quando inexistente ou extraviado, o "Prontuário da Caldeira" deve ser reconstituído pelo proprietário, com responsabilidade técnica do fabricante ou de "Profissional Habilitado", citado no subitem , sendo imprescindível a reconstituição das características funcionais, dos dados dos dispositivos de segurança e dos procedimentos para determinação da PMTA. ( / I3) Quando a caldeira for vendida ou transferida de estabelecimento, os documentos mencionados nas alíneas "a", "d", e "e" do subitem devem acompanhá-la O proprietário da caldeira deverá apresentar, quando exigido pela autoridade competente do órgão regional do Ministério do Trabalho, a documentação mencionada no subitem ( / I4) O "Registro de Segurança" deve ser constituído de livro próprio, com páginas numeradas, ou outro sistema 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 periódicas e extraordinárias, devendo constar o nome legível e assinatura de "Profissional Habilitado", citado no subitem , e de operador de caldeira presente na ocasião da inspeção Caso a caldeira venha a ser considerada inadequada para uso, o "Registro de Segurança" deve conter tal informação e receber encerramento formal. ( / I4) A documentação referida no subitem 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 proprietário assegurar pleno acesso a essa documentação. ( / I3) Para os propósitos desta NR, as caldeiras são classificadas em 3 (três) categorias, conforme segue: 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 (cem) litros; c) caldeiras da categoria B são todas as caldeiras que não se enquadram nas categorias anteriores 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 "Profissional Habilitado", conforme citado no subitem 77

78 13.1.2, e deve obedecer aos aspectos de segurança, saúde e meio ambiente previstos nas Normas Regulamentados, 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, 3,00m (três metros) de: ( / I4) - outras instalações do estabelecimento; - de depósitos de combustíveis, excetuando-se reservatórios para partida com até 2000 (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 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; ( / I4) 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; / I4) f) ter sistema de iluminação de emergência caso operar à noite Quando a caldeira estiver instalada em ambiente fechado, a "Casa de Caldeiras" deve satisfazer aos seguintes requisitos: (Alterado pela Portaria SIT n.º 57, de 19 de junho de 2008) 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, 3,00m (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 2 (dois) mil litros de capacidade; ( / I4) b) dispor de pelo menos 2 (duas) saídas amplas, permanentemente desobstruídas 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; g) 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; ( / I3) h) 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; i) dispor de iluminação conforme normas oficiais vigentes e ter sistema de iluminação de emergência Constitui risco grave e iminente o não-atendimento aos seguintes requisitos: a) para todas as caldeiras instaladas em ambiente aberto, as alíneas "b", "d" e "f" do subitem desta NR; 78

79 b) para as caldeiras da categoria A instaladas em ambientes fechados, as alíneas "a", "b", "c", "d", "e", "g" e "h" do subitem desta NR; (Alterado pela Portaria SIT n.º 57, de 19 de junho de 2008) c) para as caldeiras das categorias B e C instaladas em ambientes fechados, as alíneas "b", "c", "d", "e", "g" e "h" do subitem desta NR. (Alterado pela Portaria SIT n.º 57, de 19 de junho de 2008) Quando o estabelecimento não puder atender ao disposto nos subitens ou , deverá ser elaborado "Projeto Alternativo de Instalação", com medidas complementares de segurança que permitam a atenuação dos riscos O "Projeto Alternativo de Instalação" deve ser apresentado pelo proprietário da caldeira para obtenção de acordo com a representação sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento Quando não houver acordo, conforme previsto no subitem , a intermediação do órgão regional do MTb poderá ser solicitada por qualquer uma das partes, e, persistindo o impasse, a decisão caberá a esse órgão As caldeiras classificadas na categoria A deverão possuir painel de instrumentos instalados em sala de controle, construída segundo o que estabelecem as Normas Regulamentadorass aplicáveis. ( / I4) 13.3 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: ( / I3) 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, constituindo condição de risco grave e iminente o emprego de artifícios que neutralizem sistemas de controle e segurança da caldeira. ( / I2) 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. ( /I4) Toda caldeira a vapor deve estar obrigatoriamente sob operação e controle de operador de caldeira, sendo que o não - atendimento a esta exigência caracteriza condição de risco grave e iminente Para efeito desta NR, será considerado operador de caldeira aquele que satisfizer pelo menos uma das seguintes condições: a) possuir certificado de "Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras" e comprovação de estágio prático (b) conforme subitem ; b) possuir certificado de "Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras" previsto na NR 13 aprovada pela Portaria n 02, de ; c) possuir comprovação de pelo menos 3 (três) anos de experiência nessa atividade, até 08 de maio de O pré-requisito mínimo para participação como aluno, no "Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras" é o atestado de conclusão do 1 grau O "Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras" deve, obrigatoriamente: a) ser supervisionado tecnicamente por "Profissional Habilitado" citado no subitem ; 79

80 b) ser ministrado por profissionais capacitados para esse fim; c) obedecer, no mínimo, ao currículo proposto no Anexo I-A desta NR 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 subitem 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: ( / I4) a) caldeiras da categoria A: 80 (oitenta) horas; b) caldeiras da categoria B: 60 (sessenta) horas; c) caldeiras da categoria C: 40 (quarenta) horas O estabelecimento onde for realizado o estágio prático supervisionado, deve informar previamente à representação sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento: ( / I3) a) período de realização do estágio; b) entidade, empresa ou profissional responsável pelo "Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras"; c) relação dos participantes do estágio A reciclagem de operadores deve ser permanente, por meio de constantes informações das condições físicas e operacionais dos equipamentos, atualização técnica, informações de segurança, participação em cursos, palestras e eventos pertinentes. ( / I2) Constitui condição de risco grave e iminente a operação de qualquer caldeira em condições diferentes das previstas no projeto original, sem que: a) seja reprojetada levando em consideração todas as variáveis envolvidas na nova condição de operação; b) sejam adotados todos os procedimentos de segurança decorrentes de sua nova classificação no que se refere a instalação, operação, manutenção e inspeção Segurança na manutenção de caldeiras Todos os reparos ou alterações em caldeiras devem respeitar o respectivo código do projeto de construção e as prescrições do fabricante no que se refere a: ( / I4) a) materiais; b) procedimentos de execução; c) procedimentos de controle de qualidade; d) qualificação e certificação de pessoal Quando não for conhecido o código do projeto de construção, deve ser respeitada a concepção original da caldeira, com procedimento de controle do maior rigor prescrito nos códigos pertinentes Nas caldeiras de categorias A e B, a critério do "Profissional Habilitado", citado no subitem , podem ser utilizadas tecnologia de cálculo ou procedimentos mais avançados, em substituição aos previstos pêlos códigos de projeto "Projetos de Alteração ou Reparo" devem ser concebidos previamente nas seguintes situações: ( / I3) a) sempre que as condições de projeto forem modificadas; 80

81 b) sempre que forem realizados reparos que possam comprometer a segurança O "Projeto de Alteração ou Reparo" deve: ( / I3) a) ser concebido ou aprovado por "Profissional Habilitado", citado no subitem ; b) determinar materiais, procedimentos de execução, controle qualificação de pessoal Todas as intervenções que exijam mandrilamento ou soldagem em partes que operem sob pressão devem ser seguidas de teste hidrostático, com características definidas pelo "Profissional Habilitado", citado no subitem ( / I4) Os sistemas de controle e segurança da caldeira devem ser submetidos à manutenção preventiva ou preditiva. ( / I4) 13.5 Inspeção de segurança de caldeiras As caldeiras devem ser submetidas a inspeções de segurança inicial, periódica e extraordinária, sendo considerado condição de risco grave e iminente o não - atendimento aos prazos estabelecidos nesta NR. ( ) A inspeção de segurança inicial deve ser feita em caldeiras novas, antes da entrada em funcionamento, no local de operação, devendo compreender exames interno e externo, teste hidrostático e de acumulação 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) 12 (doze) 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; d) 40 (quarenta) meses para caldeiras especiais conforme definido no item Estabelecimentos que possuam "Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos", conforme estabelecido no Anexo II, podem estender os períodos entre inspeções de segurança, respeitando os seguintes prazos máximos: a) 18 meses para caldeiras de recuperação de álcalis e as das categorias B e C ; (Alterada pela Portaria SIT n.º 57, de 19 de junho de 2008) b) 30 (trinta) meses para caldeiras da categoria A 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 "Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos" 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; c) não apresentem variações inesperadas na temperatura de saída dos gases e do vapor durante a operação; d) exista análise e controle periódico da qualidade da água; e) exista controle de deterioração dos materiais que compõem as principais partes da caldeira; f) seja homologada como classe especial mediante: 81

82 - acordo entre a representação sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento e o empregador; - intermediação do órgão regional do MTb, solicitada por qualquer uma das partes quando não houver acordo; - decisão do órgão regional do MTb quando persistir o impasse Ao completar 25 (vinte e cinco) anos de uso, na sua inspeção subseqüente, as caldeiras devem ser submetidas a rigorosa avaliação de integridade para determinar a sua vida remanescente e novos prazos máximos para inspeção, caso ainda estejam em condições de uso. ( / I4) Nos estabelecimentos que possuam "Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos", citado no Anexo II, o limite de 25 (vinte e cinco) anos pode ser alterado em função do acompanhamento das condições da caldeira, efetuado pelo referido órgão As válvulas de segurança instaladas em caldeiras devem ser inspecionadas periodicamente conforme segue: ( / I4) a) pelo menos 1 (uma) vez por mês, mediante acionamento manual da alavanca, em operação, para caldeiras das categorias B e C; b) desmontando, inspecionando e testando em bancada as válvulas flangeadas e, no campo, as válvulas soldadas, recalibrando-as numa freqüência compatível com a experiência operacional da mesma, porém respeitando-se como limite máximo o período de inspeção estabelecido no subitem ou , se aplicável para caldeiras de categorias A e B Adicionalmente aos testes prescritos no subitem , as válvulas de segurança instaladas em caldeiras deverão ser submetidas a testes de acumulação, nas seguintes oportunidades: ( / I4) a) na inspeção inicial da caldeira; b) quando forem modificadas ou tiverem sofrido reformas significativas; c) quando houver modificação nos parâmetros operacionais da caldeira ou variação na PMTA; d) quando houver modificação na sua tubulação de admissão ou descarga 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 por "Profissional Habilitado", citado no subitem , ou por "Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos", citado no Anexo II Inspecionada a caldeira, deve ser emitido "Relatório de Inspeção", que passa a fazer parte da sua documentação. ( / I4) Uma cópia do "Relatório de Inspeção" deve ser encaminhada pelo "Profissional Habilitado", citado no subitem , num prazo máximo de 30 (trinta) dias, a contar do término da inspeção, à representação sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento O "Relatório de Inspeção", mencionado no subitem , deve conter no mínimo: a) dados constantes na placa de identificação da caldeira; 82

83 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 e testes executados; g) resultado das inspeções e providências; h) relação dos itens desta NR ou de outras exigências legais que não estão sendo atendidas; i) conclusões; j) recomendações e providências necessárias; k) data prevista para a nova inspeção da caldeira; l) nome legível, assinatura e número do registro no conselho profissional do "Profissional Habilitado", citado no subitem e nome legível e assinatura de técnicos que participaram da inspeção Sempre que os resultados da inspeção determinarem alterações dos dados da placa de identificação, a mesma deve ser atualizada. ( / I1) BIBLIOGRAFIA ALTAFINI, Carlos Roberto. Apostila sobre caldeiras. Curso de Engenharia Mecânica Universidade de Caxias do Sul, CALDEIRAS. Disponível em Acesso em 14/10/2009. LIMA, Rolando Nonato Oliveira. Máquinas Térmicas I. DCTEF UFSJ, SENAI Departamento regional de São Paulo. Operação de caldeiras. Treinamento de segurança na operação de caldeiras,