Sistemas Térmicos de Potência - 2015
O objetivo dessa aula é mostrar os componentes das caldeiras flamotubulares e aquatubulares.
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Caldeiras Flamotubulares
As caldeiras flamotubulares, também conhecidas por tubos de fumaça são construídas de forma que a água circule ao redor do conjunto de tubos de transferência de calor, montados apoiados em placas de aço chamados espelhos, formando um feixe.
Pelo interior desses tubos circulam os gases produtos da combustão.
Essas caldeiras geralmente produzem vapor saturado.
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Caldeiras Flamotubulares
A figura 1 mostra a água circundando a fornalha e os tubos de troca de calor e pelo lado interno da fornalha e dos tubos circula os gases da combustão.
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Caldeiras Flamotubulares
Passe ou passagem: Os gases da combustão atravessam os tubos da caldeira por uma, duas ou três vezes.
A caldeira flamotubular pode ser definida em termo de número de passagens.
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Caldeiras Flamotubulares
A figura ilustra uma caldeira de três passes:
Um no interior da fornalha, indo até à câmara de reversão posterior,
outro, através dos tubos inferiores vindo da câmara de reversão posterior até à câmara de reversão anterior e,
o terceiro através dos tubos superiores indo da câmara de reversão anterior até à saída para o chaminé.
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Caldeiras Flamotubulares
Taxa de vaporização específica:
É a produção de vapor por unidade de superfície de troca de calor dos tubos e fornalha. Nas caldeiras flamotubulares varia de 25 à 40 kg/m2h.
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Caldeiras Flamotubulares
Tipo de fornalha: As caldeiras flamotubulares podem ser construídas com fornalhas internas, externas ou mistas.
As fornalhas internas são mais apropriadas para combustíveis líquidos ou gasosos.
Já as externas são mais apropriadas para combustíveis sólidos.
As caldeiras de fornalhas mistas, são geralmente adaptações de caldeiras projetadas para combustíveis líquidos para queimarem alternativamente, combustíveis sólidos.
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Caldeiras Flamotubulares
Consumo de combustível:
As caldeiras flamotubulares movidas à BPF ou APF, consomem aproximadamente 0,075 kg de combustível para produzir 1 kg de vapor à 8 kgf/cm2, partindo da água à 20 oC.
Ou seja, produz 13,3 kg de vapor por quilo de combustível
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Caldeiras Flamotubulares
Rendimento:
É a razão entre a energia absorvida por cada quilo de água ao sair da fase líquida, na condição de entrada na caldeira, até alcançar a fase vapor saturado, na pressão de operação; e a energia fornecida à caldeira pelo combustível para produzir cada quilo de vapor.
As caldeiras flamotubulares apresentam rendimento na ordem de 84%.
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Caldeiras Flamotubulares
Tamanho das Caldeiras Flamotubulares:
As caldeiras flamotubulares geralmente são dimensionadas para produzir vapor saturado seco , com pressão inferior à 15 Kgf/cm2 e na taxa de vapor de 20.000 kg/h de vapor.
Caldeiras flamotubulares com pressão e taxa de produção de vapor superior às mencionadas, não são recomendadas por implicarem em caldeiras de dimensões exageradas; sendo mais recomendável usar caldeiras aquatubulares.
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Caldeiras Flamotubulares
Tamanho das Caldeiras Flamotubulares:
As caldeiras flamotubulares são muitas vezes chamadas de caldeiras compactas porque são montadas sobre um chassi onde são fixados todos os dispositivos necessário para o seu funcionamento com segurança.
Para colocá-la em funcionamento, basta ligá-la à rede de energia elétrica, de combustível e de distribuição de vapor.
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Caldeiras Flamotubulares
Tamanho das Caldeiras Flamotubulares:
As caldeiras flamotubulares são muitas vezes chamadas de caldeiras compactas porque são montadas sobre um chassi onde são fixados todos os dispositivos necessário para o seu funcionamento com segurança.
Para colocá-la em funcionamento, basta ligá-la à rede de energia elétrica, de combustível e de distribuição de vapor.
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Caldeiras Flamotubulares
As caldeiras Flamotubulares apresentam como vantagens:
Baixo custo.
Construção simples.
Facilidade de manutenção.
Exigir pouca alvenaria.
Ser bastante reforçada.
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Caldeiras Flamotubulares
Apresentam como desvantagens:
Rendimento inferior às caldeiras aquotubulares.
Demora para atingir o ponto de operação, devido o grande volume de água que acumula.
Pressão limitada em aproximadamente 15 Kgf/cm2.
Pequena taxa de vaporização específica.
Dificuldade para instalação de economizador e superaquecedor
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Caldeiras Flamotubulares
Corpo das Caldeiras Flamotubulares: As partes essenciais de uma caldeira flamotular são:
Corpo cilíndrico externo (casco).
Fornalha.
Tubos.
Espelho frontal.
Espelho traseiro.
Câmara de reversão frontal.
Câmara de reversão traseira.
Trapézio.
Câmara de saída dos gases.
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Caldeiras Aquatubulares
Componentes Principais
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Tambor separador ou tubulão de vapor –
corpo cilíndrico de aço que recebe a água
de alimentação.
O tambor tem a função a acumulação de
um certo volume de água como reserva,
garantir a pureza do vapor mediante
extrações e tratamento químico interno e
separar o vapor do líquido permitindo
que apenas o vapor saturado saia para os
superaquecedores.
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Componentes Principais
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A água é distribuída para as paredes e
feixe tubular convectivo. Durante o seu
retorno para o tambor ocorre a mudança
de fase de parte da água para vapor. As
caldeiras aquotubulares de pequena e
média capacidade podem possuir um ou
dois tambores a mais, conectados por
feixes tubulares;
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Componentes Principais
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fornalha – local da caldeira onde
ocorre a queima de combustível;
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Componentes Principais
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paredes d’agua ou superfície
evaporadora
tubos que interligam o tambor
superior aos coletores inferiores,
revestindo a parte interior das
paredes da fornalha. É onde ocorre a
mudança de fase da água para vapor.
A troca de calor ocorre por radiação e
por convecção dos gases de
combustão;
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Componentes Principais
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superaquecedor
trocador de calor localizado após a câmara
de combustão com a função de
superaquecer o vapor proveniente do vapor.
Os tubos do superaquecedor trabalham em
condições térmicas mais severas que os
demais tubos da caldeira, uma vez que a
capacidade de resfriamento do vapor é
menor que a da água.
É no superaquecedor que o fluido de
trabalho apresenta maior temperatura;
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Componentes Principais
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economizador ou aquecedor da água de
alimentação
é um trocador de calor com a função de
aquecer a água de alimentação antes de
sua entrada no tambor.
Os economizadores utilizam a energia
residual dos gases de combustão
resultando no aumento da eficiência da
caldeira;
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Componentes Principais
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pré-aquecedor de ar
trocador de calor cujo objetivo elevar a
temperatura do ar recuperando a energia
uma parte da energia residual dos gases de
combustão.
Caldeiras Aquatubulares
Lora, E.E.S. Nascimento M.A.R. Geração termelétrica: planejamento, projeto e operação. Ed. Interciência, 1° ed 2004
Santos, A. M, Apostila de Máquinas Térmicas, Universidade de São Paulo, São Carlos 2012
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