Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Prepare-se para as provas com trabalhos de outros alunos como você, aqui na Docsity
Encontra documentos específicos para os exames da tua universidade
Prepare-se com as videoaulas e exercícios resolvidos criados a partir da grade da sua Universidade
Responda perguntas de provas passadas e avalie sua preparação.
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Comparativo entre Geradores Aquatubulares e Flamotubulares
Tipologia: Trabalhos
1 / 7
Esta página não é visível na pré-visualização
Não perca as partes importantes!
PROFESSOR: Nelson Stenger
Joinville, 16 de Novembro de 2009.
Vapor de água é usado como meio de geração, transporte e utilização de energia desde os primórdios do desenvolvimento industrial. Inúmeras razões colaboraram para a geração de energia através do vapor. A água é o composto mais abundante da Terra e, portanto, de fácil obtenção e baixo custo. Na forma de vapor tem alto conteúdo de energia por unidade de massa e volume.
Toda indústria de processo químico tem vapor como principal fonte de aquecimento: reatores químicos, trocadores de calor, evaporadores, secadores e inúmeros processos e equipamentos térmicos. Mesmo em outros setores industriais, como metalúrgico, metal-mecânico, têxtil, eletrônica, etc., pode-se utilizar de vapor como fonte de aquecimentos de diversos processos.
Vapor saturado tem a grande vantagem de manter a temperatura constante durante a condensação e à pressão constante. A pressão de condensação do vapor saturado controla indiretamente a temperatura dos processos. O controle de pressão, por ser um controle mecânico de ação direta é conseguido muito mais facilmente que o controle direto de temperatura.
Caldeira ou gerador de vapor é um equipamento que se destina a gerar vapor através de uma troca térmica entre o combustível e a água, sendo que isto é feito por este equipamento construído com chapas e tubos cuja finalidade é fazer com que água se aqueça e passe do estado líquido para o gasoso, aproveitando o calor liberado pelo combustível que faz com as partes metálicas da mesma se aqueçam e transfiram calor à água produzindo o vapor.
Na produção de energia mediante aplicação do calor que desprendem os combustíveis ao serem queimados nos geradores de vapor desenvolvem-se o seguinte processo: a água recebe calor através da superfície de aquecimento; atingida a temperatura de ebulição, muda de estado transformando-se em vapor sob determinada pressão, superior à atmosférica, para uso externo. A potência calorífica do combustível converte-se assim em energia potencial no vapor, que na sua vez transforma-se em energia mecânica por meio de máquinas térmicas adequadas para a obtenção de energia elétrica, hidráulica ou pneumática.
Efetuaremos um estudo comparativo para examinar as vantagens e inconvenientes que apresentam ambos os tipos:
1) Grau de combustão, vaporização específica e capacidade:
Antes de começar a tratar o tema definiremos os termos grau de combustão, e grau de vaporização específica:
G r a u d e c o m b u s t ã o V a p o r i z a ç ã o e s p e c í f i c a T i p o d e C a l d e i r a^ C a r v ã o^ P e t r ó l e o^ C a r v ã o^ P e t r ó l e o k g / m 2 h G k g / m 2 h S k g / m 2 h V k g / m 2 h G k g / m 2 h S k g / m 2 h V F l a m o t u b u l a r e s 1 2 0 - 1 8 0 1 , 5 - 2 , 5 - 1 1 0 0 1 4 0 0^ a 3 0 - 3 5 3 0 - 3 5 A q u o t u b u l a r e s 2 5 0 - 4 0 0 5 , 1 - 8 1 5 0 - 2 0 0 1 8 0 0 3 3 0 0^ a 3 0 - 3 5 7 0 - 1 0 0
Da tabela acima se deduz que as caldeiras aquotubulares possuem maior vaporização específica que as flamotubulares, o que significa que pode ser obtida uma elevada capacidade (peso de vapor/hora) com caldeiras de pouco peso e volume. Como a capacidade ou potência de uma caldeira, consideradas constantes as outras condições, depende da extensão e posição da sua superfície de aquecimento com respeito à fornalha, nas aquotubulares, os tubos vaporizadores permitem obter uma considerável área de aquecimento em um espaço reduzido, especialmente nas do tipo leve que são constituídas com tubos de pequeno diâmetro limitando a câmara de combustão.
2) Peso e volume:
Para igual capacidade, as caldeiras aquotubulares ocupam um volume menor, sendo também de peso menor que as flamotubulares. A diminuição de peso é conseqüência direta da eliminação dos invólucros, casco ou corpo cilíndrico de grande diâmetro e espessura, como também na redução da quantidade de água, aproximadamente a décima parte da contida nas caldeiras cilíndricas.
3) Pressão e grau de superaquecimento do vapor:
As maiores caldeiras flamotubulares construídas atingem valores de pressão da ordem de 25kg/cm². Como a espessura com que deve ser construído o casco aumenta proporcionalmente com a pressão e diâmetro, observa-se que ultrapassando determinados limites, seria necessário construir caldeiras com chapa de espessura tal que tornaria sua execução não somente difícil, como de custo excessivamente elevado e de peso conseqüentemente exagerado. Pelas razões expostas entre outras a pressão acima pode ser considerada como limite máximo para este tipo de gerador. As caldeiras aquotubulares usando somente coletores e tubos de pequeno diâmetro são construídas com placas de menor espessura, portanto são mais aptas para vaporizar sob maior pressão, pelo motivo de que, para um maior valor deste parâmetro, ao diminuir o diâmetro do recipiente, a espessura do metal capaz de suportá-la diminui proporcionalmente. Conforme o grau de superaquecimento do vapor que for necessário obter nos geradores aquotubulares, o superaquecimento é instalado em qualquer lugar no percurso dos gases, desde a fornalha até os canais de fumaça, com o que poderão ser atingidas temperaturas maiores que no caso de caldeiras flamotubulares. Nas caldeiras flamotubulares os superaquecedores devem ser colocados no interior dos tubos o que reduz a secção de passagem dos gases dificultando também a limpeza, ou também na caixa de fumaça onde a temperatura não é suficientemente elevada, condições estas que as tornam menos aptas que as aquotubulares para a produção de vapor superaquecido.
4) Tempo necessário para atingir a pressão de operação:
Como os geradores aquotubulares contem uma pequena quantidade de água por m² de superfície de aquecimento e, além disso, a dilatação das diferentes partes pode efetuar-se independentemente do resto da caldeira, a pressão de operação ocorre em um menor período de tempo que as flamotubulares (ao redor de 4 horas ou menos). Já nas flamotubulares o período necessário para que a dilatação se realize em forma lenta e gradual pode exceder de 24 horas em caldeiras de grandes dimensões. As caldeiras cilíndricas flamotubulares, devido a sua estrutura e construção rígida, são altamente sensíveis às mudanças bruscas de temperatura; estas ocasionam deformações permanentes que podem afetar a sua resistência obrigando a reparos difíceis e onerosos. O equilíbrio térmico das diferentes partes de uma caldeira aquotubular estabelece-se rapidamente como conseqüência da sua menor massa e da ativa circulação de água no seu interior.
5) Qualidade da água de alimentação:
Uma das vantagens das caldeiras flamotubulares se comparada com as aquotubulares, consiste na possibilidade de alimentá-las com água natural, no entanto, nas aquotubulares é condição fundamental o emprego de água tratada para evitar não somente a formação de incrustações sobre a superfície de aquecimento, como também a produção de espuma e ebulição, conjuntamente com vapor. Em todos os casos é conveniente o uso de água tratada.
9) Vida útil:
Define-se como vida útil de um gerador a quantidade de horas de fogo que pode suportar em condições normais de funcionamento, isto é, vaporizando à pressão máxima de trabalho admissível para a qual tem sido projetada. Como nas caldeiras aquotubulares, os tubos vaporizadores e superaquecedores constituem a parte mais exposta, a durabilidade destas é uma função da vida destes elementos. A experiência tem demonstrado que este tipo de caldeira apresenta menor resistência que as flamotubulares, o que é perfeitamente justificável por serem mais severas as condições de operação. A troca de tubos em uma caldeira aquotubular é uma operação relativamente rápida e fácil; nas caldeiras flamotubulares após um determinado número de anos de trabalho, além do problema da inutilização de tubos, é comum apresentarem entre outros, problemas como deformação das fornalhas, corrosão ou desgaste reduzindo dimensões úteis de partes metálicas, fissuras, fendas e outras descontinuidades, desnivelamentos, e outras dilatações ou contrações térmicas reversíveis ou irreversíveis, etc. A vida útil de uma caldeira depende fundamentalmente do método de trabalho que tenha sido realizado, do sistema de vaporização (regime constante ou variável), da qualidade da água de alimentação, freqüência das limpezas externas e internas etc. Por todos esses motivos, não é possível determinar, sem cometer erros consideráveis, o tempo médio de vida para cada caldeira. Dependerá, além dos cuidados mencionados, da experiência e dedicação do pessoal a cargo destas.
Conclui-se que o uso de caldeiras de água quente continua a fazer sentido tanto na indústria como nos serviços. Trata-se de uma forma de gerar calor de modo simples, mas acima de tudo muito econômica. Devemos concluir dois fatos importantes: a seleção de uma caldeira deve ser feita tendo em vista os pré-requisitos do projeto, levando em conta as vantagens e desvantagens de cada uma; a correta operação e uma manutenção cuidada são economicamente rentáveis, e uma condição indispensável à redução das emissões.
