Caldeiras - geradores de vapor

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SERGIPE Máquinas Térmicas - Eletromecânica Apostila de geradores de vapor

GERADORES DE VAPOR - CALDEIRAS

1. INTRODUÇÃO Entende-se por sistema gerador de vapor (caldeira), o conjunto de equipamentos, tubulações e acessórios destinados a produção de vapor saturado ou superaquecido a diversas pressões de trabalho, utilizando-se da energiatérmica. Na prática a dotam-se alguns nomes, a saber:  Caldeiras de Vapor: são os geradores de vapor mais simples, queimam algum tipo de combustível como fonte geradora de calor.  Caldeiras de Recuperação: são aqueles geradores que não utilizam combustíveis como fontes geradoras de calor, aproveitando o calor residual de processos industriais (gás de escape de motores, gás de alto forno, deturbinas, etc.).  Caldeiras de Água Quente: são aqueles em que o fluido não vaporiza, sendo o mesmo aproveitado em fase líquida (calefação, processos químicos).  Geradores Reatores Nucleares: são aqueles que produzem vapor utilizando como fonte de calor a energia liberada por combustíveis nucleares (urânio enriquecido). Vapor de água é usado como meio de geração, transporte e utilização de energiadesde os primórdios do desenvolvimento industrial. Inúmeras razões colaboraram para a geração de energia através do vapor. A água é o composto mais abundante e, portanto de fácil obtenção e baixo custo. Na forma de vapor tem alto conteúdo de energia por unidade de massa e volume. As relações temperatura e pressão de saturação permitem utilização como fonte de calor a temperaturas médias e de largautilização industrial com pressões de trabalho perfeitamente toleráveis pela tecnologia disponível, já há muito tempo. 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 outros setores industriais, como metalúrgico, metal-mecânico, eletrônica, etc.,pode-se utilizar de vapor como fonte de aquecimentos de diversos processos. Vapor saturado tem a grande vantagem de manter temperatura constante durante a condensação 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 controledireto de temperatura.A faixa de temperaturas até 170 ºC utiliza vapor saturado até 10 kgf/cm2 , cuja temperatura de saturação é 183 ºC. Nesta faixa está a grande maioria de pequenos e médios consumidores de vapor. Maiores temperaturas são possíveis a custa do aumento da pressão de saturação, o que implica num maior custo de investimento devido à necessidade de aumento da resistência mecânica erequisitos de fabricação e inspeção do gerador de vapor. O limite da temperatura de vapor saturado é o ponto crítico, a 374 ºC e 218 atmosferas. Vapor superaquecido é utilizado e produzido para geração de energia elétrica ou mecânica em ciclos termodinâmicos, e neste caso a limitação de temperaturas de trabalho fica por conta dos materiais de construção empregados. Não é vantajoso utilizar-se vaporsuperaquecido para processos de aquecimento a temperaturas mais altas, já que perderíamos a facilidade de controle de temperatura e diminuiríamos drasticamente a disponibilidade de energia por unidade de massa ou volume de vapor. Vapor superaquecido é utilizado e produzido para geração de energia elétrica ou mecânica em ciclos termodinâmicos, e neste caso a limitação de temperaturas de trabalho ficapor conta dos materiais de construção empregados. As caldeiras são classificadas em: a) Aquotubulares – nas quais a água e o vapor circulam por dentro dos tubos. b) Flamotubulares - nas quais os gases de combustão circulam por dentro dos tubos. c) Elétricas – utilizam o efeito Joule para gerar calor a partir da energia elétrica. São convenientes quando houver disponibilidade de energia elétrica...
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