Caldeiras a vapor

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UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
DISCIPLINA DE MÁQUINAS TÉRMICAS
APOSTILA SOBRE CALDEIRAS

Prof. Carlos Roberto Altafini

Semestre letivo 02/2

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As caldeiras representam um grande gasto de capital. Sua
operação segura e eficaz é freqüentemente crítica para garantirlucratividade. Portanto, é essencial o treinamento e o
desenvolvimento do pessoal responsável por esses equipamentos.
Falhas nas práticas bem estabelecidas de funcionamento das
caldeiras podem ser catastróficas.

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ASPECTOS GERAIS RELACIONADOS ÀS CALDEIRAS
Caldeira é o nome popular dado aos equipamentos geradores de vapor, cuja aplicação
tem sido ampla no meio industrial e também na geração deenergia elétrica nas chamadas
centrais termelétricas. Portanto, as atividades que necessitam de vapor para o seu
funcionamento, em particular, vapor de água pela sua abundância, têm como componente
essencial para sua geração, a caldeira. Esse equipamento, por operar com pressões acima da
pressão atmosférica, sendo na grande parte das aplicações industriais até quase 20 vezes
maior e nasaplicações para a produção de energia elétrica de 60 a 100 vezes maior, podendo
alcançar valores de até 250 vezes mais, constitui um risco eminente na sua operação. Vários
são os aspectos relacionados ao funcionamento das caldeiras, os quais serão tratados nesta
apostila: Principais conceitos da Termodinâmica envolvidos na operação de Caldeiras; Tipos
e classificação das Caldeiras e seus acessóriosprincipais; Riscos de explosões; Tratamento da
água de Caldeiras e Norma Regulamentadora Nº 13.

1. PRINCIPAIS CONCEITOS DA TERMODINÂMICA RELACIONADOS À
OPERAÇÃO DE CALDEIRAS


De modo geral, as substâncias podem existir em diferentes fases, que são a fase sólida,
fase líquida e a fase gasosa. Assim é definido fase uma porção homogênea de matéria.
Relacionado à fase gasosa da substância,utiliza-se com freqüência o nome vapor para

essa fase quando a substância está próxima de um estado em que parte da mesma pode
condensar-se. O comportamento pressão, volume e temperatura, que para os chamados
Gases Perfeitos é expresso pela equação pv = RT, para o vapor, que é considerado um gás
real, essa equação não representa muito bem comportamento mencionado. As equações de
estadoutilizadas para expressar o comportamento dos gases reais são em geral muito
complexas, inviabilizando de forma rápida os seus usos. Para tanto, utiliza-se na maioria das
aplicações em engenharia, os diagramas e as tabelas termodinâmicas para as diferentes fases
das substâncias. Nesses recursos, especialmente para as fases líquida e gasosa (vapor), são
apresentadas os diversos valores das propriedadestermodinâmicas: além das três identificadas
acima, título, entalpia e entropia.
Nas figuras 1, 2 e 3 são apresentados alguns diagramas para a água, nos quais são
identificados os diversos estados que essa substância pode assumir. Esses diagramas,

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especialmente aquele de Mollier (figura 3), por ser o mais completo, são muito úteis para
apresentar as propriedades termodinâmicas e paraauxiliar na visualização dos diversos
processos pelos quais uma substância pode passar.
É importante destacar aqui que o vapor d’água é utilizado como agente transportador
de energia em diversos processos industriais e nas centrais termelétricas. Isso se deve às
vantagens a seguir:


A água é a substância mais abundante sobre a Terra.



Possui grande conteúdo energético (entálpico).•

Pouco corrosivo.



Não é tóxico.



Não é inflamável nem explosivo.

Com base nos diagramas apresentados, algumas considerações são feitas:


A pressão identificada nos diagramas é a pressão absoluta, a qual é medida em
relação a um referencial fixo, dito absoluto. Desse modo, uma pressão medida
acima da pressão atmosférica local, que é variável (altura em relação...
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