Caldeiras apostila, Manual de Termodinâmica. Centro Universitário de Brasília (UniCEUB)
gabimarchetti
gabimarchetti22 de julho de 2015

Caldeiras apostila, Manual de Termodinâmica. Centro Universitário de Brasília (UniCEUB)

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Microsoft Word - Caldeiras - Apostila

ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento - GTR.O

CALDEIRAS

CALDEIRAS

CALDEIRAS - 1

ÍNDICE

1. CONSIDERAÇÕES GERAIS ................................................................................................... 5

1.1. TERMOS LIGADOS AOS GERADORES DE VAPOR ....................................................... 6

2. COMPONENTES CLÁSSICOS ............................................................................................... 7

3. TIPOS DE CALDEIRA ............................................................................................................. 9

3.1 CALDEIRAS FLAMOTUBULARES ................................................................................... 11

3.1.1 CALDEIRAS HORIZONTAIS .......................................................................................... 12

3.1.2 CALDEIRAS VERTICAIS ................................................................................................ 16

3.2 CALDEIRAS AQUOTUBULARES ..................................................................................... 18

3.2.1 CALDEIRAS AQUOTUBULARES DE TUBOS RETOS ................................................ 19

3.2.2 CALDEIRAS AQUOTUBULARES DE TUBOS CURVOS ............................................ 21

3.2.3 CIRCULAÇÃO DA ÁGUA EM CALDEIRAS AQUOTUBULARES. ............................ 24

3.2.4 CALDEIRAS DE CIRCULAÇÃO POSITIVA FORÇADA .............................................. 25

3.3 CALDEIRAS ELÉTRICAS .................................................................................................. 27

3.3.1 TIPOS DE CALDEIRAS ELÉTRICAS ............................................................................. 28

4. FORNALHAS ......................................................................................................................... 31

4.1 CLASSIFICAÇÃO DAS FORNALHAS .............................................................................. 31

4.2 FORNALHAS SOB SUPORTE ............................................................................................ 32

4.2.1 FORNALHA DE SUPORTE ESTÁTICO ......................................................................... 32

4.2.2 FORNALHA DE SUPORTE MOVIMENTADO .............................................................. 39

4.3 FORNALHA DE QUEIMA EM SUSPENSÃO ................................................................... 43

4.3.1 QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS ....................................................... 43

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CALDEIRAS - 2

4.3.2 QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS GASOSOS ....................................................... 46

4.3.3 QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS PULVERIZADOS .......................... 48

5. ACESSÓRIOS E DISPOSITIVOS DE CALDEIRAS ............................................................ 49

5.1 APARELHOS DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA ................................................................ 49

5.1.1 INJETORES ....................................................................................................................... 50

5.1.2 BOMBAS ALTERNATIVA .............................................................................................. 50

5.1.3 BOMBAS CENTRÍFUGAS ............................................................................................... 51

5.1.4 CONTROLE AUTOMÁTICO DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO .................................... 52

5.1.4.1 APARELHO DE CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA LIGA- DESLIGA. ........................................................................................................................ 52

5.1.4.2 APARELHOS DE CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA MODULANTE .... 54

5.2 ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTÍVEL .............................................................................. 58

5.2.1 CONTROLE AUTOMÁTICO DE COMBUSTÃO ........................................................... 59

5.3 ALIMENTAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA ..................................................................... 59

5.4 VISOR DE NÍVEL ................................................................................................................ 60

5.5 MANÔMETROS ................................................................................................................... 61

5.6 DISPOSITIVOS DE SEGURANÇA ..................................................................................... 63

5.6.1 VÁLVULAS DE SEGURANÇA ....................................................................................... 63

5.6.2 PROTEÇÃO E CONTROLE DE CHAMA ....................................................................... 66

5.7 DISPOSITIVOS DE CONTROLE ........................................................................................ 67

5.7.1 PRESSOSTATOS .............................................................................................................. 67

5.7.2 CHAVE SEQÜÊNCIAL .................................................................................................... 68

5.7.3 VÁLVULAS E TUBULAÇÕES ........................................................................................ 68

5.7.4 OUTROS ACESSÓRIOS ................................................................................................... 73

CALDEIRAS

CALDEIRAS - 3

5.7.4.1 PREAQUECEDOR DE AR ............................................................................................ 73

5.7.4.2 ECONOMIZADOR ......................................................................................................... 76

5.7.4.3 SUPERAQUECEDORES ............................................................................................... 77

5.7.4.4 PURGADORES .............................................................................................................. 79

6. TIRAGEM ............................................................................................................................... 80

6.1 TIRAGEM NATURAL ......................................................................................................... 80

6.2 TIRAGEM FORÇADA ......................................................................................................... 80

6.3 TIRAGEM MISTA OU BALANCEADA............................................................................. 81

6.4 CONTROLE DE TIRAGEM ................................................................................................ 82

6.5 CHAMINÉ ............................................................................................................................. 82

7. COMBUSTÃO E COMBUSTÍVEL ....................................................................................... 83

7.1 DEFINIÇÕES ........................................................................................................................ 83

7.2 CÁLCULO DO AR NECESSÁRIO À COMBUSTÃO - COMBUSTÍVEL LÍQUIDOS ... 85

7.3 ESTEQUIOMETRIA DA COMBUSTÃO ............................................................................ 86

7.4 CONTROLE DE AR EM EXCESSO E EM FALTA ........................................................... 87

8. ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DAS CALDEIRAS ................................................................. 88

8.1 UNIDADES ADOTADAS .................................................................................................... 88

8.2 ANÁLISE DA ÁGUA ........................................................................................................... 89

8.3 TRATAMENTOS E APARELHAGENS ............................................................................. 91

8.3.1 TRATAMENTOS EXTERNOS......................................................................................... 91

8.3.1.1 ABRANDAMENTO ....................................................................................................... 94

8.3.1.2 DESMINERALIZAÇÃO ................................................................................................. 95

8.3.1.3 DESGASEIFICAÇÃO .................................................................................................... 96

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8.3.1.4 REMOÇÃO DA SÍLICA ................................................................................................. 99

8.3.2 TRATAMENTO INTERNO .............................................................................................. 99

8.4 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................................ 99

9. BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................... 101

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1. CONSIDERAÇÕES GERAIS

Atualmente, graças a todos os aperfeiçoamentos e a intensificação da produção industrial, a caldeira ocupa um lugar muito importante pois gera o vapor indispensável a muitas atividades, não só para movimentar máquinas mas também para limpeza (esterilização), aquecimento, e participação direta no processo produtivo, como matéria-prima.

Além da indústria, outras empresas, utilizam, cada vez mais vapor gerado pelas caldeiras, como por exemplo: restaurantes, hotéis, hospitais, frigoríficos.

Caldeira é um trocador de calor que, trabalhando com pressão superior à pressão atmosférica, produz vapor, a partir da energia térmica fornecida por uma fonte qualquer. É constituída por diversos equipamentos integrados, para permitir a obtenção do maior rendimento térmico possível e maior segurança.

Esta definição abrange todos os tipos de caldeiras, sejam as que vaporizam água, mercúrio ou outros fluídos e que utilizam qualquer tipo de energia, inclusive a elétrica.

Quase sempre, a fonte produtiva de calor é um combustível especificamente utilizado com esta finalidade mas podem ser aproveitados, também, entre outros calores residuais de processos industriais, escape de motores Diesel ou turbinas a gás. Neste caso, o equipamento é chamado "Caldeira de Recuperação".

Algumas vezes, o fluído permanece no estado líquido, apenas com temperatura elevada para ser aproveitado nos processos de aquecimento (calefação), formando, deste modo, a linha de caldeiras de água quente.

A produção de vapor pode ser conseguida, também, pela absorção da energia térmica desprendida pela fissão do urânio.

O material contido neste trabalho, se refere, principalmente, às caldeiras que produzem vapor d’água, a partir de combustíveis sólidos ou líquidos.

Para produzir o vapor d'água, é necessário que haja a combustão na caldeira.

Quanto mais alta a viscosidade do combustível, mais difícil será a sua nebulização, ou seja, mais difícil será a sua divisão em gotículas. O preaquecimento do óleo combustível é fundamental para atingir os limites adequados de viscosidade necessários para uma boa pulverização.

Tendo em vista a variação de viscosidade do óleo combustível, a temperatura de aquecimento não é fixa, devendo ser ajustada quando necessário. É importante salientar que esta temperatura não deve aproximar-se muito do ponto de fulgor do óleo combustível.

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1.1. TERMOS LIGADOS AOS GERADORES DE VAPOR

• CAPACIDADE DO GERADOR DE VAPOR

É o quanto a caldeira produz de vapor, podendo ser representada por:

a) quilo de vapor ou tonelada de vapor por hora (kgv/h,.tv/h). b) BHP - “boiler horse-power”, onde 1BHP ≅ 15,65 kg/h. c) Quilo de vapor por metro quadrado (kgv/m2 )de superfície de aquecimento.

• SUPERFÍCIE DE AQUECIMENTO

É a área de tubulação (placa metálica) que recebe o calor dos gases quentes responsável por vaporizar a água (m2).

• CALOR ÚTIL

É a parcela de calor produzida pelo combustível que se transferiu para a água formando vapor.

• EFICIÊNCIA TÉRMICA

É a relação entre o calor útil e o conteúdo térmico total do combustível queimado.

ηT =

m hv hv

m PCI

v s e

c

.

.

( )

m mV C

⋅ ⋅

, = vazão em massa de vapor fornecido, vazão em massa de combustível (kg/h). hvs, hve = entalpia do vapor de saída, entrada (kJ/kg) PCI = poder calorífico inferior do combustível queimado (kJ/kg).

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2. COMPONENTES CLÁSSICOS

Atualmente os geradores de vapor de grande porte são constituídos de uma associação de componentes, de maneira a constituírem um aparelho complexo, principalmente quando destinados a queima de combustível sólidos que incluem superaquecedores, economizadores, préaquecedores de ar, captadores de fuligem, extratores mecânicos de cinza, e outros. As unidades menores destinadas a gerar vapor de calefação em pequenas e médias indústrias dispensam a quase totalidade dos componentes citados anteriormente. Assim sendo, os componentes clássicos das caldeiras são listados a seguir, com a ressalva que nem todos os componentes abaixo, necessariamente, fazem parte de todos os geradores de vapor.

A. Cinzeiro Lugar onde depositam as cinzas e ou eventualmente restos de combustíveis que atravessam o suporte de queima sem completarem sua combustão.

B. Fornalha Local onde se instala a início do processo de queima, seja para a queima de combustíveis sólidos, líquidos ou gasosos.

C. Câmara de combustão Volume onde se deve extinguir toda a matéria combustível antes dos produtos de combustão atingirem e penetrarem no feixe de absorção do calor por convecção. Esta câmara por vezes se confunde com a própria fornalha dela fazendo parte, Outras vezes separa-se completamente. A câmara de combustão pode ser constituída pela própria alvenaria refratária, ou revestida de tubos (parede de água), ou integralmente irradiada.

D. Caldeira de vapor Corresponde ao vaso fechado, à pressão, com tubos, contendo a água no seu interior, que ao receber calor se transforma em vapor

E. Superaquecedor Responsável pela elevação da temperatura do vapor saturado gerado na caldeira. Todo o vapor ao passar por este aparelho se superaquece.

F. Economizador Onde a temperatura da água de alimentação sofre elevação, aproveitando o calor sensível residual dos gases da combustão, antes de serem eliminados pela chaminé.

G. Aquecedor de ar Também conhecido como pré-aquecedor de ar, cuja função é aquecer o ar de combustão para a seguir introduzi-lo na fornalha, graças ao aproveitamento do calor sensível dos gases da combustão.

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H. Canais de gases São trechos intermediários ou finais de circulação dos gases de combustão até a chaminé. Estes canais podem ser de alvenaria ou de chapas de aço conforme a temperatura dos gases que neles circulam.

I. Chaminé É a parte que garante a circulação dos gases quentes da combustão através de todo o sistema pelo chamado efeito de tiragem. Quando a tiragem, porém, é promovida por ventilador exaustor, sua função se resume no dirigir os gases da combustão para a atmosfera. Neste caso se diz que a tiragem é induzida. A circulação dos gases também poderá ser assegurada por um ventilador soprador de ar de combustão com pressão suficiente para vencer toda a perda de carga do circuito. Neste exemplo, a tiragem se diz forçada.

Tomando por base a unidade mais complexa, a figura 2.1 permite identificar os componentes clássicos e o princípio de funcionamento da instalação.

Princípio de funcionamento de uma unidade complexa com fornalha para queima de lenhas em toras

Fig.2.1

CALDEIRAS

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3. TIPOS DE CALDEIRAS

Existem diversas formas para se classificar as caldeiras. Por exemplo, elas podem ser classificadas sob os seguintes aspectos:

• Quanto à Localização Água-Gases:

A) Flamotubulares

Verticais

Horizontais

Fornalhas corrugadas

Traseira seca

Traseira molhada

Observação: Todos os tipos acima com 1,2 ou 3 passes.

B) Aquotubulares

Tubos retos

Tubos curvos

Perfil A

Perfil D

Perfil O

Lâmina, cortina ou parede de água

C) Mistas

• Quanto à Energia Empregada para o Aquecimento:

A) Combustíveis

Sólidos

Líquidos

Gases

B) Elétricas

Jatos-de-água

Eletrodos submersos

Resistores

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C) Caldeiras de Recuperação

Gases de outros processos

Produção de soda ou licor negro

D) Nuclear

• Quanto à Montagem:

A) Caldeiras pré-montadas (compactas)

B) Caldeiras montadas em campo

• Quanto à Sustentação:

A) Caldeiras auto-sustentadas

B) Caldeiras suspensas

C) Sustentação mista

• Quanto à Circulação de Água:

A) Circulação natural

B) Circulação forçada

C) Combinada

• Quanto ao Sistema de Tiragem:

A) Tiragem natural

B) Tiragem forçada

C) Tiragem balanceada ou induzida

Aguardaremos, neste trabalho, a classificação quanto à localização relativa água- gases e, à parte, as Caldeiras Elétricas:

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3.1 CALDEIRAS FLAMOTUBULARES

Este foi o primeiro tipo de caldeira construída. É também chamada de tubo-de-fogo, tubo-de-fumaça ou pirotubular, por causa dos gases quentes provenientes da combustão que circulam no interior dos tubos em um ou mais passes, ficando a água por fora dos mesmos. É o tipo de caldeira mais simples. Muito usada em locomotivas e navios, mesmo com o aparecimento de caldeiras mais modernas, este tipo ainda continua em uso.Posteriormente, com alguns aperfeiçoamentos, passou a chamar-se caldeira escocesa.

Segundo o esquema, notamos que a caldeira tipo flamotubular não passa de um cilindro externo que contém a água e um cilindro interno destinado à fornalha. Sua tiragem ou saída de gases é normal. A carcaça é construída de chapas que variam de espessura de acordo com o porte da caldeira e a sua pressão pode variar entre 5 a 10 quilogramas-força por centímetro quadrado, sendo que as maiores unidades atingem a produção de 6 tv/h, saturado e pressões não superiores a 17 kgf/cm2. Maiores produções e pressões determinam a utilização de caldeiras aquotubulares.

Sucessivos estudos visando ao aperfeiçoamento das caldeiras revelaram que a temperatura oscilava entre 316 a 4270 (graus Celsius), que era perdida na chaminé. Resolveram aproveitar esta perda, a fim de reduzir o custo do combustível que, na época era o carvão mineral.

O problema foi resolvido, aumentando a superfície de aquecimento da água colocando tubos em quantidade suficiente e forçando os gases quentes a passarem pelos tubos em passes, depois, pela tiragem na chaminé. Com isso, o rendimento foi aumentado, embora esse tipo de caldeiras não tivesse eficiência superior a 60%.

Podemos, ainda classificar as caldeiras flamotubulares em: HORIZONTAIS E VERTICAIS.

Fig.3.1

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3.1.1 CALDEIRAS HORIZONTAIS

A) Caldeira Cornuália:

Consta de um cilindro colocado inteiramente no sentido horizontal, ligando a fornalha até o local de saída dos gases. Seu funcionamento é simples, apresenta baixo rendimento e sua pressão não ultrapassa 10 Kg/cm2 (figura 3.1).

B) Caldeira Lancaster:

Sua construção é idêntica à Conuália, podendo apresentar de dois a quatro tubos internos.(figura 3.2)

Caldeira Cornuália e tipos de caldeiras lancaster, corte transversal

Figura 3.2

Estes tipos de caldeiras são chamados de tubo-de-fogo-direto; porque os gases percorrem os tubos da caldeira uma única vez.

Dentro ainda das caldeiras flamotubulares horizontais de fogo direto existem as multitubulares, que contam com vários tubos internos conforme pode ser visto na figura 3.3.

Há caldeiras que apresentam Tubos-de-fogo e de retorno; os gases desprendidos durante a combustão na fornalha, circulam por tubos que os fazem retornar ao lado da fornalha e em seguida para a chaminé.

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Caldeira flamotubular horizontal - multitubular Fig.3.3

C) Caldeiras Multitubulares de Fornalha Externa:

O aquecimento é feito diretamente na base do cilindro e os gases retornam pelos tubos-de-fogo. A fornalha pode ser construída em alvenaria e ocupa quase a extensão do cilindro (figura 3.4).

Fig.3.4

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D) Caldeiras Locomotivas ou Locomóveis:

Também é do tipo multitubular. Sua característica principal é a fornalha que apresenta uma dupla parede em chapa, por onde circula a água. Quando o combustível é lenha ou carvão, possui, na parte inferior um conjunto de grelhas que servem para manter a lenha em posição de queima e dar escoamento às cinzas. Estas são captadas em uma caixa colocada logo abaixo das grelhas, chamadas de cinzeiro.

Quando se trata de locomotivas, o cinzeiro, além de ser um dispositivo de segurança, é também, um regulador de tiragem, tanto na locomotiva parada como em marcha. (Fig.3.5)

O largo emprego deste tipo de caldeira se deve à facilidade de transferência de um local para outro, podendo ser acionada mecanicamente onde não houver energia elétrica.

Fig.3.5

E) Caldeiras Escocesas ou Compactas:

Este tipo de caldeira teve largo emprego na Marinha, por ser construída de forma que todos os equipamentos colocados formam uma única peça. Seu diâmetro é bastante reduzido, sendo de fácil transporte e pode ser operada de imediato. Os gases produzidos na fornalha circulam várias vezes pela tubulação, sendo impulsionados por ventiladores. O combustível usado é unicamente óleo ou gás, podendo seu rendimento atingir a 83%. A figura 3.6 da um exemplo de caldeira escocesas com 3 voltas de chama.

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As caldeiras escocesas apresentam diversas disposições construtivas (figura 3.7) contando com traseira molhada, traseira seca, dois e três passes, fornalha corrugada, para aumentar a superfície de troca térmica, podendo ter queima de óleo, gás ou combustível sólido.

Fig.3.6

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Fluxo de gás em caldeiras tipo escocesa

Fig. 3.7

3.1.2 CALDEIRAS VERTICAIS

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Este tipo de caldeira tem as mesmas características da caldeira horizontal multitubular.

Os tubos são colocados verticalmente dentro do cilindro e a fornalha interna fica no corpo do cilindro. Existem tipos cuja fornalha é externa.

Esta caldeira é usada em locais onde o espaço é reduzido e não requer grande quantidade de vapor, mas alta pressão.

Os gases resultantes da queima na fornalha sobem pelos tubos e aquecem a água que se encontra por fora dos mesmos.

Fig. 3.8

Podem ser de fornalha interna (figura 3.8) ou de fornalha externa. Geralmente as fornalhas internas são envolvidas por uma câmara de água formada pelo prolongamento do corpo cilíndrico, já as caldeiras verticais de fornalha externa são aplicadas principalmente quando é usado combustível de baixo PCI (bagaço de cana, casca de laranja, madeira, carvão, etc.)

Atualmente a grande maioria das caldeiras flamotubulares em operação são automáticas ou semi-automáticas embora se encontre ainda pequenas caldeiras

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pirotubulares operando normalmente. Os dispositivos automáticos mais comumente encontrados são os alimentadores de água e de óleo..

3.2 CALDEIRAS AQUOTUBULARES

Somente foi possível a obtenção de maiores produções de vapor, a pressões elevadas e altas temperaturas com o aparecimento das caldeiras aquotubulares (tubos de água). O fato dos tubulões estarem situados fora dos corpos das caldeiras, a eles se unindo para constituírem um feixe tubular de água que compõe a parte principal de absorção de calor, permite a obtenção de grandes superfícies de aquecimento. A figura 3.9 representa uma seção transversal de feixe aquotubular unindo dois tambores, no interior dos tubos circula a água e por fora os gases quentes através do caminho formado pela alvenaria e chicanas internas.

Circulação de água em uma caldeira aquotubular

Fig.3.9

A água é vaporizada nos tubos que constituem a parede mais interna. Recebendo calor primeiro, vaporiza e sobe até o tambor superior, dando lugar à nova quantidade de água fria que será vaporizada e assim sucessivamente. Esse tipo de circulação de água, provocada apenas pela diferença de peso específico entre a água ascendente e descendente, é característica das chamadas caldeiras com circulação natural.

A medida que a caldeira aquotubular aumenta sua capacidade, aumenta também seu tamanho, quantidade de tubos e por conseqüência as perdas de cargas no circuito

Vapor nível de água tubulão de vapor

tubulão de lama descarga

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hidráulico tornando a circulação por meio de bombas necessária, são as chamadas caldeiras de circulação forçada.

A produção de vapor nestes tipos de caldeiras pode atingir capacidades de 600 até 750 tv/h com pressões de 150 a 200 kgt/cm2, temperaturas de 450 - 500 oC existindo unidades com pressões críticas (226 atm) e supercríticas (350 kgf/cm2).

A flexibilidade permitida pelo arranjo dos tubos que constituem os feixes ou parede d’água possibilitam um vasta variedade de tipos construtivos conforme veremos na classificação a seguir:

- caldeiras aquotubulares de tubos retos, podendo, os tambores estarem colocados no sentido longitudinal ou transversal.

- caldeiras aquotubulares de tubos curvos, que podem apresentar de um a mais de quatro tambores, no sentido longitudinal ou transversal.

- Caldeiras aquotubulares de circulação positiva.

3.2.1 CALDEIRAS AQUOTUBULARES DE TUBOS RETOS

Essas foram as primeiras caldeiras tubo-de-água que surgiram e tinham uma capacidade de produção de 3 a 30 toneladas-vapor/hora com pressões de até 45 Kg/cm2. Os projetos foram apresentados pelas firmas Babcok & Wilcox e a Steam Muller Corp.

Consiste em um feixe de tubos retos e paralelos que se interligam com o tambor de vapor, através de câmaras, sendo que através dos espaços existentes entre os tubos circulam os gases quentes. As figuras 3.10 e 3.11 são dois exemplos deste tipo de gerador de vapor com tambor longitudinal e transversal respectivamente

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Caldeira de tubos retos e tambor longitudional

Fig.3.10

Caldeira aquotubular de tubos retos e tambor transversal

Fig.3.11

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A figura 3.12 apresenta uma das formas de fixação dos tubos mais usadas na fabricação de caldeiras.

Feixe de tubos expandidos nas câmaras onduladas (coletores ondulados) Fig.3.12

3.2.2 CALDEIRAS AQUOTUBULARES DE TUBOS CURVOS

A principal característica deste tipo, são os tubos curvos que se unem aos tambores por solda ou madrilamento, o que representa grande economia na fabricação e facilidade na manutenção. Além de serem bastantes práticas para limpar, possibilitam a produção de grande quantidade de vapor.

As primeiras caldeiras deste tipo foram idealizadas por Stirling. Apresentavam um número de tambores variados, e um grande volume de água. Na figura 3.13 apresentamos um esquema desse tipo de caldeira, com três tambores superiores e um inferior, existindo modelos com dois tambores inferiores.

Partindo deste modelo, foram projetadas novas caldeiras. Com o objetivo de se aproveitar melhor o calor irradiado na fornalha, reduziu-se o número e o diâmetro dos tubos, e acresceu-se uma parede de água em volta da fornalha o que serviu como meio de proteção ao refratário da mesma, diminuição da caldeira, eliminação total dos refratários de alta qualidade e vaporização mais rápida.

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Fig.3.13

A figura 3.14 representa uma caldeira com dois tambores transversais e parede de água, enquanto a figura 3.15 mostra uma caldeira com três tambores transversais.

Fig.3.14

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Fig.3.15

Dentro da categoria de tubos curvos cabe analizar em separado, uma versão que mantém grande projeção no mercado consumidor: a caldeira aquotubular compacta de operação totalmente automatizada, conforme esquema da figura 3.16.

Corte de uma caldeira aquotubular compacta Fig.3.16

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Com produções até 100 toneladas de vapor por hora e obtenção de eficiência térmica elevada (até 80%), estas unidades são oferecidas para pronto funcionamento, dispensado a montagem no campo, fazendo apenas as interligações e instalações elétricas-eletrônicas e hidráulicas.

Unidades não transportáveis num único pacote são fornecidas ou em blocos semi- compactos ou em componentes unitários desmontados, de tal maneira que no local de instalação estes componentes são unidos para completar a unidade.

3.2.3 CIRCULAÇÃO DA ÁGUA EM CALDEIRAS AQUOTUBULARES.

Os aços aplicados na construção das caldeiras expostas aos gases quentes precisam ser continuamente resfriados por água ou mistura água-vapor para conservarem suas qualidades de resistência, pois até a temperatura limite de 450ºC para os aços carbonos comuns, 590ºC para os aços martensíticos e 650ºC para outras ligas martensíticas, estes materiais conservam suas propriedades mecânicas. Ultrapassando estes limites as propriedades destes materiais utilizados na construção de caldeiras começam a diminuir sua resistência mecânica.

Assim sendo o resfriamento da superfície metálica que é submetida a tais temperaturas é vital para a segurança do equipamento. Cabe, portanto, a água este papel, seja no estado líquido, seja vapor, mediante uma circulação permanente, controlada e orientada.

Numa unidade convencional a circulação da água se processa livremente, graças a tendência natural provocada pela diferença de pesos específicos existentes entre a água situada nas partes mais frias da caldeira e aquela contida nas zonas de alta temperatura dos gases. A figura 3.17 apresenta quatro diferentes esquemas, cada um esclarecendo como se processa a circulação natural da água no interior dos tubos.

Sabe-se que a circulação natural da água fica mais comprometida a medida que a pressão se eleva. Constata-se que o vapor a pressão de 35 kgf/cm2 pesa por unidade de volume 45 vezes menos que a água; à 140 kgf/cm2 7,5 vezes menos e a 210 kgf/cm2 apenas 2,5 vezes. Dai concluí-se que a circulação controlada por meios forçados é fundamental nas caldeiras e altíssimas pressões, normalmente acima de 160 kgf/cm2.

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