Este documento discute diferentes tipos de caldeiras, seus componentes e operação. Ele descreve caldeiras flamotubulares, aquatubulares e elétricas, além de componentes como fornalhas, acessórios e sistemas de combustão e circulação de água.

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CALDEIRAS
Considerações Gerais
Eduardo TeixeiraNeto- Curso de Operadoresde Processo – RPR 2017

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Sumario
1. Considerações Gerais 6
1.1. TERMOS LIGADOS AOS GERADORES DE VAPOR 7
2. COMPONENTES CLÁSSICOS 8
3. TIPOS DE CALDEIRAS 10
3.1 CALDEIRAS FLAMOTUBULARES 12
3.1.1 CALDEIRAS HORIZONTAIS 13
3.1.2 CALDEIRAS VERTICAIS 18
3.2 Caldeiras Aquatubulares 19
3.2.1 CALDEIRAS AQUOTUBULARES DE TUBOS RETOS 20
3.2.2 CALDEIRAS AQUOTUBULARES DE TUBOS CURVOS 23
3.2.3 CIRCULAÇÃO DA ÁGUA EM CALDEIRAS AQUOTUBULARES. 26
3.2.4 CALDEIRAS DE CIRCULAÇÃO POSITIVA FORÇADA 27
3.3 CALDEIRAS ELÉTRICAS 29
3.3.1 TIPOS DE CALDEIRAS ELÉTRICAS 30
4. FORNALHAS 33
4.1 CLASSIFICAÇÃO DAS FORNALHAS 33
4.2 Fornalhas sob Suporte 34
4.2.1 Fornalha de Suporte Estático 34
4.2.2 Fornalha de Suporte Movimentado 41
4.3 Fornalha de Queima em Suspensão 45
4.3.1 Queimadores de Combustíveis Líquidos 45
4.3.2 QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS GASOSOS 48
4.3.3 QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS PULVERIZADOS 49
5. ACESSÓRIOS E DISPOSITIVOS DE CALDEIRAS 51

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5.1 APARELHOS DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA 51
5.1.1 INJETORES 51
5.1.2 BOMBAS ALTERNATIVA 52
5.1.3 BOMBAS CENTRÍFUGAS 53
5.1.4 CONTROLE AUTOMÁTICO DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 53
5.1.4.1 APARELHO DE CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA LIGA-
DESLIGA. 54
5.1.4.2 APARELHOS DE CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA
MODULANTE 55
5.2 ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTÍVEL 60
5.2.1 CONTROLE AUTOMÁTICO DE COMBUSTÃO 61
5.3 ALIMENTAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 61
5.4 VISOR DE NÍVEL 62
5.5 MANÔMETROS 63
5.6 DISPOSITIVOS DE SEGURANÇA 65
5.6.1 VÁLVULAS DE SEGURANÇA 65
5.6.2 PROTEÇÃO E CONTROLE DE CHAMA 68
5.7 DISPOSITIVOS DE CONTROLE 69
5.7.1 PRESSOSTATOS 69
5.7.2 CHAVE SEQÜÊNCIAL 70
5.7.3 VÁLVULAS E TUBULAÇÕES 70
5.7.4 OUTROS ACESSÓRIOS 75
5.7.4.1 PREAQUECEDOR DE AR 75
5.7.4.2 ECONOMIZADOR 77
5.7.4.3 SUPERAQUECEDORES 79
5.7.4.4 PURGADORES 81

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6. TIRAGEM 82
6.1 TIRAGEM NATURAL 82
6.2 TIRAGEM FORÇADA E INDUZIDA 82
6.3 TIRAGEM MISTA OU BALANCEADA 83
6.4 CONTROLE DE TIRAGEM 84
6.5 CHAMINÉ 84
7. COMBUSTÃO E COMBUSTÍVEL 85
7.1 DEFINIÇÕES 85
7.2 CÁLCULO DO AR NECESSÁRIO À COMBUSTÃO - COMBUSTÍVEL
LÍQUIDOS 87
7.3 ESTEQUIOMETRIA DA COMBUSTÃO 88
7.4 CONTROLE DE AR EM EXCESSO E EM FALTA 88
8. ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DAS CALDEIRAS 90
8.1 UNIDADES ADOTADAS 90
8.2 ANÁLISE DA ÁGUA 91
8.3 TRATAMENTOS E APARELHAGENS 93
8.3.1 TRATAMENTOS EXTERNOS 93
8.3.1.1 ABRANDAMENTO 96
8.3.1.2 DESMINERALIZAÇÃO 97
8.3.1.3 DESGASEIFICAÇÃO 97
8.3.1.4 REMOÇÃO DA SÍLICA 101
8.3.2 TRATAMENTO INTERNO 101
8.4 CONSIDERAÇÕES FINAIS 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 estas temperaturas não devem 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:
1. Quilo de vapor ou tonelada de vapor por hora (kg/h,t/h).
2. BHP - “boiler horse-power”, onde 1BHP  15,65 kg/h.
3. Quilo de vapor por metro quadrado (kg/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.
T
= vazão em massa de vapor fornecido, vazão em massa de combustível (kg/h).
hs, he = entalpia do vapor de saída, entrada (kJ/kg)
PCI = poder calorífico inferior do combustível queimado (kJ/kg).
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, Pré-aquecedores 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.

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1. Cinzeiro Lugar onde depositam as cinzas e ou eventualmente restos de
combustíveis que atravessam o suporte de queima sem completarem sua
combustão.
2. Fornalha Local onde se instala a início do processo de queima, seja para a
queima de combustíveis sólidos, líquidos ou gasosos.
3. 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.
4. 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
5. Superaquecedor
Responsável pela elevação da temperatura do vapor saturado gerado na caldeira. Todo o
vapor ao passar por este aparelho se superaquece.
6. 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.
7. 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.
8. 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.
9. 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.

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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
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) Aquatubulares

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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
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 autossustentadas

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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:
3.1 CALDEIRAS FLAMOTUBULARES
Este foi o primeiro tipo de caldeira construída. É também chamada de tubo-de-fogo,
tubo-de-fumaça ou piro tubular, 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
t/h, saturado e pressões não superiores a 17 kgf/cm2. Maiores produções e pressões
determinam a utilização de caldeiras aquatubulares.
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%.

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Podemos ainda classificar as caldeiras flamotubulares em: HORIZONTAIS E
VERTICAIS.
Fig.3.1
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 Cornuália, 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.

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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.
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).

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Fig.3.4
D) Caldeiras Locomotivas ou Locomóveis:
Também é do tipo multitubulares. 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 dá um exemplo de caldeira escocesas com 3 voltas de chama.
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.

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Fig.3.6

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Fluxo de gás em caldeiras tipo escocesa
Fig. 3.7
3.1.2 CALDEIRAS VERTICAIS
Este tipo de caldeira tem as mesmas características da caldeira horizontal
multitubulares.
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.

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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 semiautomáticas embora se encontre ainda pequenas caldeiras piro tubulares
operando normalmente. Os dispositivos automáticos mais comumente encontrados são
os alimentadores de água e de óleo.
3.2 Caldeiras Aquatubulares
Somente foi possível a obtenção de maiores produções de vapor, a pressões elevadas e
altas temperaturas com o aparecimento das caldeiras aquatubulares (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 aquatubular 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.

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Circulação de água em uma caldeira aquatubular
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 aquatubular aumenta sua capacidade, aumenta também seu
tamanho, quantidade de tubos e por consequência as perdas de cargas no circuito
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
t/h com pressões de 150 a 200 kgf/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 uma vasta variedade de tipos construtivos conforme veremos na
classificação a seguir:
- Caldeiras aquatubulares de tubos retos, podendo, os tambores estarem colocados no
sentido longitudinal ou transversal.
- Caldeiras aquatubulares de tubos curvos, que podem apresentar de um a mais de
quatro tambores, no sentido longitudinal ou transversal.
- Caldeiras aquatubulares de circulação positiva.

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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
Caldeira de tubos retos e tambor longitudional
Fig.3.10

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Caldeira aquatubular de tubos retos e tambor transversal
Fig.3.11
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

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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 mandrilhamento, 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.
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.

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Fig.3.14
Fig.3.15
Dentro da categoria de tubos curvos cabe analisar em separado, uma versão que mantém
grande projeção no mercado consumidor: a caldeira aquatubular compacta de operação
totalmente automatizada, conforme esquema da figura 3.16.

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Corte de uma caldeira aquatubular compacta
Fig.3.16
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.

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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 à 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. Daí conclui-se que a circulação controlada por meios forçados é
fundamental nas caldeiras e altíssimas pressões, normalmente acima de 160 kgf/cm2.
Circulação Natural de água no interior dos tubos, diferentes concepções.
Fig.3.17
3.2.4 CALDEIRAS DE CIRCULAÇÃO POSITIVA
FORÇADA

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Há dois tipos de concepções que se distinguem pelo sistema de circulação, todas
utilizando como meio de circulação uma bomba centrífuga de construção especial, para
resistir às altas pressões de operação das unidades.
No 1º tipo, toda água introduzida na caldeira circula uma só vez, através do
economizador, caldeira e superaquecedor, transformando-se diretamente em vapor. A
bomba de alimentação injeta na caldeira exatamente a quantidade de vapor a produzir.
No 2º tipo, além da bomba de alimentação existe outra destinada a recirculação da água
na caldeira.
As caldeiras de circulação positiva apresentam inúmeras vantagens como a ausência de
limite de pressão, e de capacidade, conhecendo-se exemplos com pressões supercríticas.
Além disso apresentam dimensões menores, aplicam tubos de pequeno diâmetro (da
ordem de 25 a 28mm), ausência de formação de depósitos internos, geram vapor
instantaneamente, exibem rendimentos altos e dispensam grandes tambores. Em
contrapartida exigem apurado controle da água de alimentação e manutenção cuidadosa
na bomba de circulação associado a aperfeiçoados e sensíveis instrumentos de controle.
A primeira concepção de caldeira de circulação forçada foi dada por Benson, a qual se
caracteriza pela construção monotubular, através da qual circula a água
unidirecionalmente, desde a entrada até a saída, já no estado de vapor, conforme
esquema da figura 3.18
Fig.3.18
Existe também a caldeira Belser ou Sulzer, que é a mesma caldeira Benson acrescida de
um tambor separador intermediário entre a seção geradora de vapor e o super aquecedor

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conforme figura 3.19. Esta coleta cerca de 4% da água evaporada para aquecimento da
água de alimentação.
A caldeira “Le Mont” aproveitou a ideia do tambor separador com bomba de
recirculação (figura 3.20). A bomba de circulação opera com pressão superior a da
caldeira consumindo de 0,5 a 0,6% da energia produzida pela própria caldeira.

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Principio Sulzer Princípio Le Mont
Fig.3.19 Fig.3.20
3.3 CALDEIRAS ELÉTRICAS
São basicamente constituídas pelo casco ou tambor, contendo uma cuba interna e os
eletrodos, um por fase. O casco é um vaso de pressão, cilíndrico-vertical, isolado
termicamente e convenientemente aterrado. A cuba é isolada eletricamente por meio de
porcelanas adequadas.
A alimentação de energia elétrica é feita através de três eletrodos-suportes, sendo um
por fase, dispostos a 1200 e fixados com isoladores na parte superior do tambor. Na
extremidade inferior dos eletrodos suporte estão montados os eletrodos de contato, os
quais ficam dentro da cuba imersos em água.
A corrente elétrica, passando através da água, no interior da cuba, provoca seu
aquecimento e vaporização.
A água pura é considerada um mau condutor de CORRENTE ELÉTRICA, portanto
devem-se adicionar determinados sais à mesma para que se possa obter uma
determinada CONDUTIVIDADE.

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Alguns fabricantes recomendam a adição cáustica ou fosfato tri sódico na água de
alimentação (observe que esta deve ser calculada e colocada após o tratamento químico
da água de alimentação).
A quantidade se vapor gerada (Kg/h) depende diretamente dos seguintes parâmetros:
- Condutividade da água;
- Nível da água;
- Distância entre os eletrodos.
3.3.1 TIPOS DE CALDEIRAS ELÉTRICAS
a) Tipo Eletrodo Submerso: geralmente destinado a trabalhar com pressões de vapor
não muito elevadas (aproximadamente 15 Kgf/cm2.). A figura 3.21 mostra um dos
possíveis esquemas, utilizando o sistema de eletrodos submersos a baixa tensão (220 a
440 V), existe também nessa modalidade a alta tensão (3800 a 13800 V).
b) Tipo Jato de Água (cascata): destinada a pressões de vapor elevadas e grandes
quantidades de vapor. Observe um dos possíveis esquemas na figura 3.22, disponíveis
apenas para alta tensão (3,8 a 13,8 kV).
c) Tipo Resistência: destinada, geralmente, a pequenas produções de vapor. Na maioria
das vezes são do tipo horizontal, utilizando resistências de imersão.
 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DAS CALDEIRAS ELÉTRICAS
- Não necessita de área para estocagem de combustível;
- Ausência total de poluição (não há emissão de gases);
- Baixo nível de ruído;
- Modulação da produção de vapor de forma rápida e precisa;
- Alto rendimento térmico (aproximadamente 98,0%);
- Melhora do Fator de Potência e Fator de Carga;
- Área reduzida para instalação da caldeira;
- Necessidade de aterramento da caldeira de forma rigorosa;
- Tratamento de água rigoroso.

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28
Caldeira elétrica tipo eletrodo submerso (baixa tensão)
Fig.3.21
1 - Corpo da Caldeira
2 - Eletrodo
3 - Câmara de Vapor
4 - Bomba de Circulação
5 - Bomba de Alimentação de Água
6 - Eliminador de Água
7 - Válvula de Segurança

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Caldeira Elétrica tipo eletrodo jateado
Fig.3.22
Legenda:
1- Válvula de Descarga de Fundo 8 - Eletrodo
2 - Bomba de Circulação 9 - Cilindro com Injetores
3 - Válvula Controle de Vazão 10- Injetores
4 - Válvula de Segurança 11- Contra eletrodos
5 - Haste do Condutor 12- Aquecedor de Partida
6 - Isoladores 13- Entrada de Água de Alimentação
7 - Válvula de Saída de vapor

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30
4. FORNALHAS
Fornalha é a denominação genérica que se dá para o local onde se queima o combustível
e donde partem os produtos desta combustão. É formada por duas partes distintas:
1- O aparelho de combustão
2- A câmara de combustão
O aparelho de combustão compreende um conjunto de componentes que oferecem as
condições necessárias para a queima de combustível. Exemplos de aparelhos de
combustão são as grelhas rotativas, as grelhas basculantes, o queimador a óleo, a gás,
etc.
A câmara de combustão é representada por um volume adequadamente dimensionado
onde se desenvolve a chama e se completa a combustão, além de propiciar a proteção e
os suportes necessários para o aparelho de combustão.
A fornalha deve evaporar toda a umidade do combustível e destilar suas substâncias
voláteis, elevar a temperatura do combustível até a combustão espontânea
proporcionando uma combustão completa, criar turbulência para misturar o ar e o
combustível e finalmente impedir a troca de calor entre os gases quentes produzidos e o
ambiente.
No interior da fornalha as paredes devem ser revestidas com uma camada de tijolos
refratários responsáveis por reter o calor no interior da fornalha, por isso devem ter
refratariedade e alto ponto de fusão, resistência ao choque térmico e dilatação quase
nula.
A fixação desses tijolos é feita com argamassa refratária. Os principais componentes
dos materiais refratários são o óxido de sílica, óxido de magnésio, grafite e silício.
Recomenda-se, quando da utilização de tijolos refratários novos, que se aplique pouco
calor nos primeiros momentos e se vá aumentando gradativamente, até atingirem suas
características de operação.
4.1 CLASSIFICAÇÃO DAS FORNALHAS
Várias são as maneiras de se classificar este componente importante dos geradores de
vapor, sendo assim optou-se pela classificação que engloba todas as fornalhas em
apenas duas categorias:
1- Fornalhas que queimam sobre suporte
2- Fornalhas de queima em suspensão
A primeira categoria engloba todas as fornalhas que queimam combustíveis sólidos à
granel, grosseiramente divididos, picados e britados.

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31
A segunda se preocupa com a queima de combustíveis líquidos, gasosos ou sólidos
finamente pulverizados que podem ser queimados em suspensão.
4.2 Fornalhas sob Suporte
As fornalhas sob suporte congregam uma série de concepções construtivas
especificamente projetadas para a obtenção das melhores condições necessárias aos
variados combustíveis disponíveis para a queima.
Segundo a quantidade de combustível manipulado, seu grau de divisão e mecanização
da alimentação, as fornalhas sobre suporte são subdividas em dois grupos:
 Fornalhas de suporte estático
 Fornalhas de suporte movimentado
4.2.1 Fornalha de Suporte Estático
Neste grupo incluímos todas as fornalhas onde o combustível introduzido, permanece
praticamente em repouso sob o suporte até sua completa extinção. Se enquadram nesse
grupo, as seguintes fornalhas:
 Fornalha de Grelhas Planas
São adequadas para a queima de lenha em toras de um metro. A figura 4.1 mostra a
instalação de uma grelha plana em caldeira flamotubular.
O suporte todo costuma possuir ligeira inclinação para a parte posterior de 10 a 15 graus
para facilitar o manuseio do combustível durante os períodos de movimentação das
toras a que são submetidos.
A aplicação deste tipo de grelha é limitada a caldeiras com capacidade de gerar até 15
tv/h. A partir desta capacidade o suprimento manual do combustível se complica o
ponto de inviabilizá-lo. Projetos maiores, jamais deveriam adotar este sistema de
queima sob pena de contribuir para o desperdício de reversas florestais comprometidas
com outros programas mais coerentes com a economia da Nação.

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32
Grelha Plana: a- caixa de fogo; b- suporte da grelha; c- barras de grelha; d- ponte de
fornalha
Figura 4.1
Fornalha de Grelha em Escada
Como o nome sugere, esta grelha é construída por placas de FOFO, formando degraus,
apoiados em travessões inclinados. O combustível é arrastado ou projetado no início do
plano inclinado, desce até formar um monte equilibrado, preenchendo todo o suporte. A
figura 4.2 apresenta quatro exemplos de grelha tipo escada. Em seguida na figura 4.3,
apresenta-se algumas disposições construtivas dos travessões inclinados que servem de
apoio às placas que compõem os degraus.
Estas grelhas, quando alimentadas mecanicamente se prestam para caldeiras de até 20
tv/h. Acima deste valor, há outros processos mais adequados e de mais fácil
manutenção.

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33
Quatro exemplos de grelhas em escada
Fig. 4.2

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34
Componentes da grelha de escada
Fig. 4.3
 Grelha Resfriada Inclinada
É uma variante da grelha anterior e consta de um plano inclinado constituído pelos
próprios tubos de circulação de água da caldeira. Esses tubos, afastados um do outro,
cerca de 60 a 120 mm são soldados em dois coletores, um alimenta o feixe inclinado e o
outro que recebe a água em circulação conectado com o resto da caldeira (figura 4.4).
Aplicam-se em unidades geradoras de até 100 t/h para a queima de qualquer biomassa,
mesmo aquelas contendo teores de umidade superiores a 50%. Se prestam, pois, para
queimar cavacos de lenhas, resíduos florestais, resíduos industriais, cascas de cereais e
outras biomassas.

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35
Gerador de Vapor com Grelhas Inclinadas
Fig. 4.4
 Fornalhas Celulares
Extremamente simples, versáteis e satisfatória quanto a performance, são verdadeiras
câmaras de alvenaria refratária, sobre cujo piso, o combustível é despejado, formando
um monte que recebe ar insuflado em todos os planos, proporcionando a secagem
parcial e queima. São utilizados para queima de diferentes biocombustíveis, como:
cavacos, casca de madeira, serragem, cascas de cereais e de lenha, porém a aplicação
mais generalizada tem sido na queima de bagaço de cana. A figura 4.5 mostra como
opera uma fornalha deste tipo, identificando os tubeiros sopradores de ar, geralmente
introduzidos com uma velocidade entre 8 a 15 m/s.

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Fornalha celular
Fig. 4.5
 Fornalhas com Grelhas Basculantes
A figura 4.6 apresenta um projeto de caldeira com grelhas basculantes para queima de
casca de arroz. As fornalhas desta categoria se aplicam para caldeiras de até 150 tv/h
Como se observa no desenho, a grelha é formada por piso plano constituído por placas
perfuradas, observe que o ar ingressa por baixo do piso basculante. As placas se apoiam
em travessões lisos que giram em torno de mancais laterais mediante a ação de um
pistão pneumático, que também pode ser visto pela figura 4.7. A cada ação do pistão
corresponde um basculante, durante o qual as cinzas caem no cinzeiro. Esta concepção
construtiva possui alimentação de combustível sempre por projeção. Há dois tipos de
distribuidores, um denominado aspegidor pneumático e outro mecânico (figura 4.7).

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Caldeira Aquatubular com Grelha Basculante
Fig.4.6
Aspegidor de Combustível Sólido Tipo Mecânico
Fig. 4.7
4.2.2 Fornalha de Suporte Movimentado

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Grandes números de concepções construtivas se enquadram nesta segunda subdivisão
de fornalhas de suporte. As principais características que se distinguem das anteriores,
reside no seguinte:
- Alimentação contínua e mecanizada do combustível
- Suportes constituídos por componentes que percorrem toda extensão do plano inferior
da fornalha com movimento contínuo assegurado por acionamento mecânico.
De acordo com o mecanismo aplicado para provocar o deslocamento do combustível,
distingue-se os seguintes tipos:
- Grelha caminhante por arraste;
- Grelha com alimentação por baixo;
- Grelha oscilante;
- Grelha com esteira contínua.
 Grelha Caminhante por Arraste
Trata-se de uma grelha inclinada constituída de elementos articulados que promovem
um movimento alternativo das placas de suporte. Há placas móveis e fixas, todas
apoiadas por estruturas de ferro fundido. As placas móveis, mediante ação de um
mecanismo correm guiadas sobre as fibras, deslocando o leito do combustível no
sentido do plano inclinado no movimento de vai e vem. O movimento é lento, de forma
a provocar um deslocamento com velocidade de queima necessária à caldeira, esta
grelha também é conhecida pelo nome de grelha vai e vem.
A figura 4.8 ilustra este tipo de grelha com inclinação aproximada de 20o em que a
rosca sem fim (a) força o carvão sobre as barras de suporte (b) apoiadas nas vigas de
acionamento (c) movimentadas por uma engrenagem regulável (d) que lhe confere o
movimento de vai e vem. O cilindro (e) é responsável por projetar a escória mais leve
ao reservatório de escória (i) que recebe também detritos da grelha pela saída (k). O
ventilador (f) introduz o ar de combustão que penetra na grelha pelas câmaras de
corrente de ar inferior (g); regulado por “dampers” através do controle da corrente de ar
inferior (h). Bocais de ar (l), localizados acima da grelha, auxiliam na queima do pó de
carvão em suspensão e do coque volátil.

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Fig. 4.8
 Grelha de Alimentação por Baixo
O combustível é admitido por meio de uma rosca (a), acionada por motor elétrico (h)
com transmissão por engrenagens (g), que continuamente projeta o combustível na parte
inferior da grelha. A grelha (c) propriamente dita é inclinada e transversalmente
apresenta dupla inclinação de ambos os lados do canal central (b), de forma que o
combustível caminhe do centro para os lados, onde é totalmente queimado sobre a
grelha de combustão (d), conforme representação na figura 4.9 (seção A-B).
O carvão, a medida que é forçado a subir para as partes superiores do leito, vai se
aquecendo eliminando os voláteis e incandescendo-se. Atingindo o topo do leito, o
carvão rola sobre si mesmo lateralmente até sua extinção total na grelha de combustão.
As laterais recebem as cinzas que são basculadas por meio de alavancas (e), caindo em
seguida nos cinzeiros. A escória é direcionada para a saída f da figura 4.9.

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Fig. 4.9
 Grelha Oscilante
São grelhas que provocam o caminhamento do combustível sob o suporte, graças a
impulsos produzidos por mecanismo oscilante (figura 4.10).
Grelha com Movimento Oscilatório
Fig. 4.10
O suporte é constituído por placas perfuradas, uma ao lado da outra, formando um piso
ligeiramente inclinado para o fundo. Estas placas são fixadas em barras, as quais, por
sua vez, se reúnem a lâminas flexíveis.
Estas lâminas flexíveis, no lado oposto às barras, são rigidamente fixadas a uma
estrutura solidamente chumbada no concreto da fundação. A grelha é adaptável para a

41. eteX
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queima de qualquer combustível de biomassa e do carvão com médio e baixo teor de
cinzas. Carvão com alto poder calorífico, fundem as placas e inutilizam a fornalha, fato
este que tem limitado sua aplicação.
Modelo mais avançado é a grelha oscilante resfriada que queima carvão com alto poder
calorífico pois contém, junto ao piso da grelha tubos resfriados pela própria água da
caldeira além de apresentar na sua parte inferior compartimentos por onde passa o ar de
combustão.
 Grelha com Esteira Contínua
Também conhecidas como grelha rotativa, lembra um transportador, onde os óleos das
correntes recebem as placas perfuradas que formam o piso do leito. Foram concebidos
com a finalidade de desempenhar automaticamente boas condições de carregamento,
distribuição do combustível e extração de cinzas (figura 4.11).
Fig. 4.11
Entre todas é a de montagem mais complexa porque envolve uma mecanização mais
elaborada, são utilizadas para aplicação em caldeiras de produção superiores a 39 t/h até
150 t/h.
4.3 Fornalha de Queima em Suspensão
São as fornalhas usadas quando se queima óleos, gases ou combustíveis sólidos
pulverizados, utilizando para tal, equipamento especial chamado maçarico ou
combustor, responsável pela dispersão do combustível na fornalha de forma

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homogênea. Cada classe de fornalha emprega queimadores especiais para proporcionar
as condições de queima adequada. Conforme o tipo de combustível empregado,
podemos ter:
- Queimadores de combustíveis líquidos;
- Queimadores de combustíveis gasosos;
- Queimadores de combustíveis sólidos pulverizados.
4.3.1 Queimadores de Combustíveis Líquidos
Os combustíveis líquidos são queimados nas câmaras de combustão, sempre em
suspensão, na forma pulverizada por meio de vários processos.
a) Pulverização a ar - O óleo escoa por gravidade ou por impulsão de uma bomba de
baixa pressão, o ar é insuflado por ventilador, sendo o veículo responsável pela
pulverização do óleo em gotículas (figura 4.12)
Maçarico a Óleo Com Pulverização a Ar
Fig. 4.12
Conforme a pressão do ar, os queimadores são denominados de baixa pressão (até 500
mmca) ou de média pressão (da ordem de 100 mmca). São indicados para unidades de
pequeno porte, queimando uma quantidade máxima de 50 kg óleo/h. O ar de
pulverização, denominado ar primário, representa 20% do ar total necessário à
combustão. Opera com 30 a 40% de excesso de ar e apresentam uma pulverização não
uniforme, dificultando a regulagem da queima. Uma concepção mais moderna deste
tipo, procura dar uma rotação aos dois fluxos, o que tem permitido uma melhora na sua
performance (figura 4.13).

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43
Queimador de Ar Comprimido com Rotação do Fluido Auxiliar Primário
Fig. 4.13
b) Pulverização a vapor - Substituem o ar pelo vapor produzido na própria caldeira,
promovendo uma pulverização mais fina e fortemente acentuada pelo aquecimento.
Tem o inconveniente de parte do calor produzido na combustão ser consumido pelo
vapor, quando este for saturado (figura 4.14).
Maçarico a Óleo com Atomização a Vapor
Fig. 4.14

44. eteX
44
Queimador de Copo Rotativo
Fig. 4.15
Uma versão melhorada do princípio acima exposto é o queimador de “copo rotativo”,
largamente aplicado nos geradores de vapor limitados à capacidade de queima de 500
kg óleo/h, embora alguns tipos especiais com alta rotação (10000 rpm) chegam a
capacidade de 3000 kg óleo/h. O funcionamento baseia-se na formação de um filme de
óleo no interior de um copo tronco cônico girando a alta rotação (3600 rpm), que projeta
o combustível na forma de um anel cônico de encontro a um fluxo de ar rotativo de alta
pressão. As colisões de ambos fluidos provocam simultaneamente a pulverização e a
mistura do combustível com o comburente (figura 4.15).
c) Pulverização mecânica: Caracterizados pela ausência completa de peças rotativas,
garantindo a pulverização do óleo por escoamento estrangulado em alta velocidade
através de orifícios de pequenas dimensões (figura 4.16). A energia necessária para o
líquido atravessar o orifício em alta velocidade é mantida por uma bomba de
engrenagens.

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45
Fig.4.16
4.3.2 QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS
GASOSOS
Graças ao estado gasosos, o gás é o combustível mais simples de ser queimado pois a
mistura com o comburente se processa de forma muito mais fácil do que com qualquer
outro combustível, podendo ter sua velocidade de ignição consideravelmente aumentada
mediante pré-aquecimento do suprimento do comburente. Basicamente distinguem-se
dois tipos:
 Queimadores de mistura
 Queimadores de difusão.
Os primeiros promovem a mistura do ar com o gás antes de injetá-los na câmara de
combustão (figura 4.17), já os queimadores de difusão têm por princípio injetar ambos
os fluidos separadamente, proporcionando a mistura de ambos no interior da câmara de
combustão, tendo concepções que insuflam cada fluido em correntes paralelas (figura
4.18.a), cruzadas (figura 4.18.b) ou ainda turbulentas (figura 4.18.c).

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Queimador de Mistura, esquemático
Fig.4.17
(a) (b) (c)
Esquema dos três tipos de Queimadores de difusão: a) em correntes paralelas, b)
cruzadas e c) turbulentas.
Fig.4.18
Existem também queimadores de difusão para queimar a combinação de gás e óleo é até
carvão pulverizado, encontrados nas grandes unidades geradoras de vapor.
4.3.3 QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS
SÓLIDOS PULVERIZADOS
As utilizações dos combustíveis sólidos apresentam como exemplo mais importante o
carvão mineral utilizado nas grandes unidades geradoras de vapor das centrais Termo
Elétricas. Há, contudo, outras matérias orgânicas pulverizadas e resíduos de processos
industriais que servem a queima, como é o caso do bagaço de cana, o bagacilho, a borra
de café, a serragem e resíduos florestais macerados, que são reduzidos a tamanhos de

47. eteX
47
alguns milímetros e queimados em suspensão, quando insuflados na câmara de
combustão.
A figura 4.19 mostra, de forma esquemática um queimador a carvão pulverizado tipo
ciclone que associa a injeção pneumática com a formação de forte movimento vorticoso
no interior da câmara de combustão, existindo concepções mais modernas que distribui
os queimadores (geralmente em número de quatro) tangencialmente à câmara de
combustão.
O processo possibilita a queima de combustíveis sólidos finos de carvão com alto teor
de cinzas, aproveita os finos resultantes da preparação do próprio carvão e admite a
queima de grandes quantidades, assegurando sua aplicação nas grandes caldeiras,
possibilitando uma larga faixa de controle de combustão.
Fig.4.19
Em contrapartida apresenta algumas desvantagens, a principal representada pela maior
facilidade das partículas escaparem para o meio ambiente, acompanhada da
complexidade da aparelhagem de preparação do combustível, do consumo de energia
para acionamento das máquinas e do calor dispendido na secagem do carvão.
A redução parcial do tamanho das pedras de carvão para 10 a 20mm de diâmetro se
processa com britadores de martelo. Após a britagem segue-se a secagem do carvão
pelos mais variados aparelhos cilindrícos rotativos. Para a pulverização definitiva usam-
se moinhos de rolos, de bolas ou cônicos e o transporte do pó de carvão efetua-se
normalmente por via pneumática geralmente a alta pressão.
5. ACESSÓRIOS E DISPOSITIVOS DE
CALDEIRAS
5.1 APARELHOS DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA
A cada quilograma de vapor extraído da caldeira, deve corresponder equivalente
quantidade de água injetada. Não se verificando a reposição, o nível de água, no interior

48. eteX
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da caldeira, começa a baixar. Enquanto, as superfícies metálicas, expostas ao contato
dos gases quentes, estiverem banhados pela água, nenhum dano ocorre ao equipamento.
No momento, porém, que o nível ultrapassar o limite mínimo ao estabelecido,
compromete-se a segurança da unidade. Criam-se condições de ruptura das paredes
metálicas ou mesmo de explosões devido o superaquecimento da placa metálica. Por
essa razão, cabe ao operador, embora auxiliado pela automação do processo de
alimentação, vigiar permanentemente o nível exibido pelo visor transparente existente
na caldeira.
A introdução da água, nos Geradores de Vapor, se faz com os aparelhos de
Alimentação.
Sob o ponto de vista termodinâmico, o aparelho de alimentação, realiza um trabalho
representado pelo deslocamento de uma massa de água associada a uma pressão capaz
de vencer as resistências oferecidas pelo circuito. A figura 5.1, apresenta um esquema
típico de instalação de alimentação de água, com bomba centrífuga, controlada
automaticamente por uma válvula.
Esquema de uma Linha de Alimentação de Água de Caldeira
Fig. 5.1
5.1.1 INJETORES
São equipamentos para alimentação de água usados em pequenas caldeiras de comando
manual e também foram muito empregados em locomotivas a vapor. Seu princípio,
simples, baseia-se no uso do próprio vapor de caldeira ou de ar comprimido que é
injetado dentro do aparelho, onde existem os cônicos divergentes e as válvulas de
retenção, de controle, e de sobrecarga, conforme figura 5.2.

49. eteX
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Quando o ar ou vapor passa pelos cônicos divergentes, forma vácuo, faz com que a
válvula de admissão seja aberta e arrasta por sucção a água do reservatório para dentro
da caldeira. Se a água entra em excesso, sai através de uma válvula de sobrecarga.
Injetor de Água
Fig.5.2
5.1.2 BOMBAS ALTERNATIVA
Também conhecidas como bombas de pistões, de ação direta ou de deslocamento
positivo, podem ser acionadas por motores elétricos ou a vapor.
A bomba acionada eletricamente tem sido aplicada em pequenas caldeiras que operam
em pressões elevadas, pois as bombas centrífugas para altas pressões dificilmente
atingem pequenas capacidades.
Sua constituição esquemática, representada na figura 5.3, conta com uma câmara, duas
válvulas de retenção e um êmbolo.

50. eteX
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Bomba Alternativa ou de Êmbolo
Fig.5.3
As bombas acionadas a vapor mais difundidas são as denominadas Bombas duplex a
vapor ou também conhecidas por burrinhos, disponíveis no mercado para atender
geradores com produções de vapor até 50 t/hora e pressões até 21 kgf/cn2. Nestas o
vapor aciona o par de pistões de maior diâmetro movimentando assim os pistões
menores de injeção de água.
Estes tipos de bombas, devido a presença de lubrificação contínua dos cilindros,
apresentam o inconveniente de arrastarem óleo para o interior da caldeira, por isso,
geralmente, cumprem o papel de bomba de reserva.
5.1.3 BOMBAS CENTRÍFUGAS
São bombas que têm dado os melhores resultados, pela simplicidade de seus
componentes, facilidade de manutenção, pela grande vazão que nos oferece, atingindo
até 500.000 litros de água por hora, e por operar em regime contínuo, ao contrário das
bombas alternativas onde a alimentação se processa em golpes contínuos.
Seu funcionamento consiste em um disco com um jogo de palhetas que giram em alta
velocidade e fazem a sucção da água. Cada disco forma um estágio, cuja quantidade
pode variar de acordo com a capacidade da bomba. Nas caldeiras de baixa pressão
empregam-se bombas com apenas um estágio e nas de alta pressão são usados
multiestágios.
As bombas centrífugas são passíveis de serem acionadas por motores elétricos ou por
turbinas a vapor, estas últimas aplicáveis apenas em geradores de maiores capacidades e
pressões. Podem, ainda, ter carcaça cilíndrica e bipartida.
5.1.4 CONTROLE AUTOMÁTICO DE ÁGUA DE
ALIMENTAÇÃO

51. eteX
51
Os aparelhos de controle automático de alimentação dividem-se em dois grupos,
identificados pelo critério de funcionamento (liga-desliga) ou modulante.
5.1.4.1 APARELHO DE CONTROLE DE
ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA LIGA- DESLIGA.
Há dois aparelhos básicos que respondem por esta característica; um denominado
Regulador de Nível com Eletrodo e o outro Regulador de Nível com Bóia.
 Regulador De Nível Com Eletrodos
Este sistema consiste em aproveitar a condutividade elétrica da água, através de três
eletrodos que podem ser de aço inoxidável e tamanhos diferentes, correspondendo, cada
tamanho, a um nível de água: o central, o máximo e o mínimo. Este dispositivo é
montado na parte superior do tambor de vapor, e os eletrodos estão ligados a um relé de
nível de água que, através de seus contatos, comandará a bomba de alimentação de
água.
A bomba entrará em funcionamento quando a água atingir a ponta de eletrodo central e
deverá parar quando a água atingir o eletrodo de nível máximo ( o menor eletrodo). Se o
nível da água atingir a ponta do eletrodo maior o relé desligará o queimador ou em
alguns sistemas poderá fazer funcionar um alarme que dará ao operador a indicação do
defeito (figura 5.4).
 Regulador De Nível Com Bóia
Poderão ser construídos de várias formas, mas os principais constam de uma garrafa que
é ligada ao tambor de vapor e uma boia que flutua no seu interior. Qualquer flutuação
do nível interno é transmitida a esta boia, presa na parte superior por uma haste (3),
conforme fig. 5.5.
A haste movimenta-se dentro do recipiente (5), e ao passar pelo campo magnético (2)
produzido pelo imã permanente (1) faz movimentar a célula de mercúrio (4) pelo pino
pivotado (A). A bomba assim fica dependendo do sistema liga-desliga, das chaves de
mercúrio, alimentando ou não a caldeira.

52. eteX
52
Indicador De Nível Com Eletrodo, onde: E = Eletrodo; VVN -1 e 2 = Válvula do visor
de nível superior e inferior; VDN = Válvula do dreno de nível; VDRN = Válvula de
dreno reguladora de nível; CN = Coluna de nível e TP-1 e 2 = Torneiras de prova 1 e 2.
Fig.5.4
Demonstração Esquemática de um Regulador de Nível com Bóia usando Chaves de
Mercúrio
Fig.5.5
5.1.4.2 APARELHOS DE CONTROLE DE
ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA MODULANTE

53. eteX
53
 Elemento Termostático Para Controle De Nível
Tem a finalidade de controlar o fluxo da água na caldeira. Seu funcionamento baseia-se
no princípio da dilatação dos corpos pelo calor (figura 5.6).
Sua construção é bastante simples. É formado por dois tubos concêntricos, sendo que o
tubo externo é o tubo de expansão e o interno serve para fazer a ligação com o tambor
de vapor pela sua parte superior, onde recebe uma quantidade de vapor. Faz também a
ligação com o tambor de vapor em um ponto correspondente ao nível mínimo,
recebendo, portanto, pela parte de baixo, água do tambor de vapor.
O tubo termostático abrange quase toda a extensão da fornalha, sendo que em uma das
extremidades é rigidamente ligado a serpentina de aquecimento e a outra extremidade
permanece livre, a fim de poder dilatar-se e mover a válvula de admissão da água.
Quando a caldeira está com uma queima total, a extremidade livre do tubo termostático
mantém a válvula de admissão em posição que passe, apenas, a água para repor a
quantidade que está sendo evaporada.
Se houver uma baixa no nível de água, aumentará a temperatura do elemento
termostático, devido ao aumento da quantidade do vapor dentro do tubo. Com isso, o
tubo se dilata movimentando o conjunto de comando da válvula de admissão da água,
fazendo com que a mesma se abra dando passagem à água de alimentação.
À medida que a água vai entrando no tambor, a quantidade de vapor dentro do tubo
termostático também vai diminuindo, dando lugar à água que é bem mais fria que o
vapor, fazendo, desta forma, com que o tubo, que se havia expandido pelo calor, agora
se contraia em virtude da mudança de temperatura: à medida que a temperatura diminui
no interior do tubo, este se contrai, fazendo com que o conjunto de comando faça a
redução da entrada de água até que o nível seja equilibrado.
O nível normal de água na caldeira poderá ser elevado ou baixado à vontade, dentro de
limites razoáveis. Uma porca de regulagem, localizada na extremidade do tubo, pode ser
girada para proporcionar o nível desejado mesmo com a caldeira em funcionamento.
Um amortecedor protege o regulador contra esforços bruscos quando a válvula está
fechada e o tubo de expansão está contraído

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Controle De Nível Proporcional A Um Elemento De Ação Mecânica Por Efeito
Termostático
Fig.5.6
 Elemento Termo hidráulico Para Controle De Nível
Uma outra concepção, conforme figura 5.7, denomina-se controle de nível termo
hidráulico, que opera agora graças à dilatação e contração da água contida numa câmara
cilíndrica anelar fechada.

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Controle de Nível Proporcional a um Elemento com Princípio de Atuador Termo
Hidráulico
Fig.5.7
O sistema compreende um duplo cilindro concêntrico, instalado com uma inclinação
pré-definida em relação ao nível interno da caldeira. O primeiro, aletados em toda
extensão, forma uma camisa fechada, enquanto o interno une-se ao tambor de forma a
receber as oscilações do nível de água.
O tubo externo, por sua vez, liga-se pela parte inferior ao diafragma de uma válvula de
controle. Pela conexão superior desta camisa introduz-se água limpa até o fluido
transbordar.
A caldeira entrando em operação, apenas uma parcela desta câmara entra em contato
com o vapor o qual promove o aquecimento e consequente dilatação da parte
correspondente de água. O aumento de volume reflete sobre o diafragma da válvula de
controle, portanto sobre o orifício de passagem de água de alimentação.

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À medida que o nível oscila, a água contida na câmara recebe contato com maior ou
menor superfície de aquecimento, respondendo com variações nas dilatações e
contrações do fluido de maneira a transmitir à válvula de controle, posições diferentes
de ingresso ou interrupção da passagem da água.
 Controle de Nível Pneumático
A figura 5.8 exibe uma versão mais moderna de controle de nível em caldeiras,
introduzindo o ar comprimido como fluido auxiliar.
Fig.5.8
5.2 ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTÍVEL
No caso de combustível líquido o fornecimento não deve ser feito diretamente do
tanque principal para o consumo e sim passar por um reservatório intermediário,
evitando-se problemas de flutuação de carga e baixa temperatura do combustível no
bombeamento. Esse reservatório deve ser instalado no circuito mais próximo da bomba
de óleo tendo antes um filtro da bomba, uma válvula de gaveta e a linha de retorno do
excedente ao depósito, sendo sua principal finalidade o aquecimento de óleo (figura
5.9).
Devido à quantidade do “Fuel oil” fornecido com alto teor de parafina o sistema de
aquecimento deve ser misto (eletricidade e vapor), a fim de elevar e manter a
temperatura do óleo acima do ponto de fluidez (ponto de baixa viscosidade).

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Caso o óleo combustível seja muito viscoso, ele deve ser recirculado no sistema de
preaquecimento até atingir a temperatura ideal, antes de ser admitido na caldeira para
não entupir o pulverizador, em razão da viscosidade imprópria.
No início de funcionamento, quando o óleo não está ainda a uma temperatura ótima de
pulverização, deve-se usar querosene.
Bomba de óleo combustível
Fig.5.9
No caso dos combustível sólidos a alimentação pode ser manual ou mecanizada No caso
de alimentação manual de combustível sólido deve ser armazenada na casa da caldeira
uma quantidade suficiente para até duas horas, evitando-se o acúmulo de combustível
que retira a liberdade de ampla circulação que o operador deve ter..
5.2.1 CONTROLE AUTOMÁTICO DE
COMBUSTÃO
Três são as grandezas relacionadas com o problema de malha aberta que responde pela
regulagem automática da combustão:
 o consumo de combustível
 o consumo de ar para a combustão
 a extração dos gases formados
Os controles destas três grandezas visam:

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 Manter o suprimento de calor da fonte supridora, de acordo com a demanda do
processo.
 Assegurar um mínimo de consumo de combustível para atingir as condições
propostas, ou seja, alcançar a máxima eficiência;
 Manter as condições de operação da fornalha dentro de parâmetros satisfatórios.
No fundo os objetivos são os mesmos. A quantidade de combustível se ajusta com a
pressão da caldeira, de modo que uma queda na pressão significa falta de combustível, e
excesso, significa combustível a mais. Portanto a regulagem da pressão de forma a
mantê-la dentro dos limites fixados na operação, implica necessariamente na
modificação do suprimento de combustível.
A intervenção nesta fonte de calor determina a modificação do volume de ar necessário
à sua queima, dentro dos parâmetros compatíveis com uma combustão perfeita. Esta
variação provocada na formação de volumes de gases de combustão, deve ser vigiada
por uma ação paralela, que garanta a sua (gases) extração completa de forma a assegurar
uma pressão definida na câmara de combustão da caldeira.
5.3 ALIMENTAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
É feita através do quadro de comando que é o componente da caldeira onde estão os
dispositivos elétricos que permitem a operação da caldeira. Para o caso das caldeiras
com alimentação a combustível líquido eles são mais complexos pois comandam o
acendimento automático e o controle da chama, além de outros comandos como o de
nível de água que controla as bombas de alimentação e os relés de alta pressão.
No caso de caldeiras de alimentação por combustível sólido (lenha) os quadros de
comando são mais simples pois basicamente possuem apenas o comando de nível
automático que controla o funcionamento das bombas de alimentação de água e o
aumento de pressão.
Os comandos são colocados em um armário que os abrigam da poeira e umidade, tais
comandos são basicamente:
 Seleção do comando manual ou automático;
 Chave de ligar e desligar a bomba d’água;
 Chave de liga e desliga o ventilador de exaustão;
 Alarme sonoro de advertência;
 Lâmpada piloto;
 Chaves magnéticas de ligação do nível automático.
5.4 VISOR DE NÍVEL
Consiste em um tubo de vidro colocado no tambor de vapor (figura 5.10) e que tem a
finalidade de dar ao operador a noção exata da altura onde se encontra a água da
caldeira. Na maioria das caldeiras o nível de água é exatamente no centro do tubo de
vidro, o que corresponde ao centro do tambor de vapor. Existem, porém, caldeiras que
não seguem esta regra cabendo ao operador certificar-se do quanto corresponde a marca
de nível dos indicadores.

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Visor de nível
Fig.5.10
Manter o nível de água da caldeira é um importante papel do operador que terá que
dispensar-lhe uma especial atenção.
Antes de se iniciar a operação da caldeira, deve ser feita uma drenagem no nível, a fim
de que se eliminem algumas impurezas que por ventura tenha-se localizado no nível ou
nas conexões do mesmo. Nas caldeiras manuais, o nível é importantíssimo porque dará
ao operador uma noção exata de quanto a água deverá ser introduzida na caldeira.
5.5 MANÔMETROS
Aparelho com o qual se mede a pressão de gases, de vapores e de outros fluídos. É
muito utilizado na indústria, entre outros fins, para verificar a pressão de caldeiras e de
vasos sob pressão.
O conhecimento desta pressão é obrigatório, não só sob o ponto de vista de segurança,
como também, para a operação econômica e segura da caldeira.
A figura 5.11 mostra as partes Internas, de forma esquemática, de um manômetro de
Bourdon padrão cujo funcionamento baseia-se na tendência de flexão, que experimenta
um tubo de bronze curvado, de seção elíptica, quando é aplicada, em seu interior, uma
pressão superior à atmosfera. Geralmente o tubo se curva em arco de circunferência. Ao
atuar a pressão no interior do tubo, sua extremidade livre descreve um pequeno
movimento, que é ampliado mediante um sistema de alavancas que atuam sobre o setor
dentado, fazendo girar a agulha indicadora.
Existem vários tipos de manômetros: manômetro tubular, manômetro com líquido
amortecedor (glicerina ou silicone), manômetro diferencial, e outros tipos que são
abordados em instrumentação e controle não constituindo objetivo principal do presente
curso.

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A escala de um manômetro pode ser graduada em quilograma, força por centímetro
quadrado (Kgf/cm2), em atmosferas (atm.), em libras-força por polegada quadrada
(lbf/pol2 ou psi), ou em qualquer outra unidade de pressão. A tabela abaixo dá a
correspondência entre estas unidades.
atm Kgf/cm2 psi
1 1,033 14,22
0,96 1 14,7
0,065 0,068 1
Partes internas de um manômetro de Bourdon
Fig.5.11
A indicação em psi é usual no sistema inglês e no Brasil utiliza-se mais correntemente
indicações em kgf/cm2.
Os manômetros, de um modo geral, indicam a pressão relativa (também denominada
pressão manométrica) e não a “pressão absoluta”. Isso quer dizer que, para se obter a
pressão dita “absoluta”, tem-se que somar à pressão indicada no manômetro, a pressão
atmosférica local (pressão absoluta = pressão manométrica + pressão atmosférica).
Cada caldeira tem uma capacidade de pressão determinada. Sendo assim, os
manômetros utilizados em cada caldeira devem ter a escala apropriada. A pressão
máxima de funcionamento da caldeira deverá estar sempre marcada sobre a escala do
manômetro, com um traço feito a tinta vermelha, para servir de alerta ao operador no
controle da pressão.

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5.6 DISPOSITIVOS DE SEGURANÇA
5.6.1 VÁLVULAS DE SEGURANÇA
Sua função é de promover o escape de excesso do vapor, caso a pressão máxima do
trabalho permitida da caldeira venha a ser ultrapassada, e os outros dispositivos de
segurança venha a falhar.
Quando uma caldeira possui duas válvulas de segurança, uma delas deverá abrir com
5% acima da pressão máxima de trabalho permitida e a outra com 10% acima da
pressão máxima permitida.
Para garantir um perfeito funcionamento da válvula de segurança, deve-se observar o
seguinte:
 Todas as válvulas de segurança deverão ser experimentadas uma vez ao dia,
acionando-se a alavanca de teste manual.
 Promover a inspeção das sedes das válvulas pelo menos uma vez por ano.
 Fazer periodicamente um teste de funcionamento da válvula. Isto se faz
colocando um manômetro aferido na caldeira e, em seguida, fechando todas as
saídas de vapor até que a válvula comece a funcionar. Para a aferição da válvula
devem ser observadas as porcentagens acima indicadas, e também deve-se
observar que durante o teste a pressão máxima da caldeira não deve ultrapassar
10% da pressão máxima permitida.
As válvulas de contrapeso são as mais simples, porém não atendem os requisitos atrás
anunciados. Sua vedação nem sempre impede vazamentos contínuos.
As válvulas de mola predominam nos dias de hoje. Há dois tipos de válvulas de mola:
 De baixo curso;
 De alto curso.
No primeiro tipo, a pressão do vapor atuando sobre a área do disco de vedação, abre
totalmente a válvula.
No segundo tipo, a ação de pressão abre parcialmente a válvula. O vapor escapando,
projeta-se sobre um disco provido de anel de regulagem que provoca a mudança de
direção do fluido. A força de reação completa a abertura da válvula.
Estas válvulas são muito mais perfeitas, abrindo e fechando instantaneamente.
Os fabricantes fornecem estas válvulas nas dimensões adequadas, desde que se
forneçam a vazão e pressão do vapor.
As válvulas de segurança exigem cuidados especiais desde a sua instalação.
Na instalação deve-se:

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 Evitar choques;
 Acertar o prumo (velocidade da válvula)
 Evitar alterar a regulagem original do fabricante.
Na operação:
 Não permitir acréscimo de peso na válvula;
 Testar diariamente seu funcionamento;
 Eliminar vazamentos contínuos.
As válvulas de segurança evitam, portanto, a contínua elevação da pressão no gerador
de vapor. Válvulas de segurança corretamente dimensionadas devem:
1. Abrir totalmente a uma pressão definida, evitando o desprendimento de vapor
antecipadamente.
2. Permanecer aberta enquanto não houver queda de pressão, ou seja, retorno da
pressão para as condições de trabalho do gerador.
3. Fechar instantaneamente e com perfeita vedação logo após a queda de pressão.
4. Permanecer perfeitamente vedada para pressões inferiores à sua regulagem.
Para assegurar esta performance, as válvulas de segurança devem ser fabricadas, sob
controle de qualidade, instaladas corretamente e ser submetidas a sistemáticas inspeções
e mantidas em condições de funcionamento perfeito.
Podemos encontrar, basicamente, dois tipos de válvulas de segurança:
1. De contrapeso (figura 5.12)
2. De mola (figura 5.13)

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Fig.5.12
Fig.5.13
5.6.2 PROTEÇÃO E CONTROLE DE CHAMA

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Caldeiras que usam queimadores de sólidos pulverizados (carvão), líquidos (BPF,
diesel,) ou gasosos (gás combustível, GLP,) necessitam de um sistema de proteção e
controle de chama para supervisionar principalmente:
 Procedimento incorreto de ligação;
 Falta de chama por qualquer motivo.
Ocorrendo uma destas falhas, a fornalha da caldeira ficaria sujeita a uma explosão, caso
não houvesse a interrupção imediata do fornecimento do combustível.
Conforme a concentração da mistura (ar/combustível), a magnitude de explosão poderá
se tornar perigosa, causando danos ao equipamento e provocando risco de vida ao seu
operador.
A maior parte dos casos de explosão, ocorrem durante o acendimento da chama.
Os dispositivos usualmente empregados nestes sistemas de proteção são dos seguintes
tipos:
POR TERMOELÉTRICOS
São formados por lâminas bi metálicas (lâminas de metais diferentes) e de uma chave
elétrica. As lâminas bi metálicas ficam instaladas no caminho dos gases e também estão
ligadas ao circuito, de tal modo, que não é possível acender o queimador com a chave
aberta. Acendendo a caldeira, o calor dos gases desprendidos dilata as lâminas,
queimando-se a caldeira as lâminas e se contraem abrindo e interrompendo o circuito
elétrico do queimador.
POR CÉLULAS FOTOELÉTRICAS
Trata-se de um sistema bem aperfeiçoado que trabalha com uma célula fotoelétrica, um
amplificador e um relé. O seu funcionamento é baseado na coloração das chamas. Se
estas se apagarem a luminosidade no interior da fornalha será diminuída, a célula
fotoelétrica comandará o amplificador e o relé que abrirá seus contatos, interrompendo
o circuito dos queimadores.
Os sistemas fotocondutivos para segurança de chama têm quase o mesmo
funcionamento dos fotoelétricos, sendo modificado o tipo de célula. Utiliza-se das
irradiações infravermelhas das chamas e faz uso de amplificadores especial.
Os amplificadores conseguem estabelecer diferenças entre o calor das chamas e o calor
dos refratários da fornalha.
Estes controladores funcionam como equipamentos de segurança, fazendo com que a
caldeira seja parada e religada automaticamente, controlando perfeitamente a água de
alimentação e os limites de pressão.
Também efetua a parada de emergência comandada pelo circuito de segurança.
5.7 DISPOSITIVOS DE CONTROLE

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Estes dispositivos são projetados para garantir que a caldeira funcione em perfeita
segurança.
5.7.1 PRESSOSTATOS
PRESSOSTATO DE CONTROLE DE MÁXIMA PRESSÃO DA CALDEIRA
Tem a finalidade de controlar a pressão interna da caldeira por meio de um comando
para os queimadores (figura 5.14).
É constituído de um fole metálico (ou de um diafragma) que comanda uma chave
elétrica por meio de um dispositivo de regulagem da pressão. À medida que diminui a
pressão dentro da caldeira o fole (ou diafragma) se contrai, fechando o circuito elétrico,
dando partida ao queimador. Quando a pressão for restabelecida o fole (ou diafragma)
se dilata e fará a abertura dos contatos, interrompendo o funcionamento dos
queimadores. Nas caldeiras semiautomática e chave interrompe o circuito do
queimador, quando atingida a pressão de corte e mantém o circuito travado, impedindo
que seja reacendido manualmente, até que seja atingida a pressão de operação.
Fig.5.14
 Pressostatos modular
De construção quase idêntica ao pressostatos de máxima pressão, faz a regulagem do
óleo e do ar para os queimadores. A sua diferença para o pressostatos acima, é que este
não faz a simples partida ou parada de motor da bomba de combustível e regulador de ar
nos pontos preestabelecido de pressão.
Ele regula a velocidade do motor nas pressões intermediárias às prefixadas, dando um
perfeito equilíbrio ao regulador de ar-combustível.

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Todo este trabalho é conseguido através do motor modulador que consiste (além dos
enrolamentos do motor) de um relé de equilíbrio e de um reostato de balanceamento.
Portanto o motor trabalha junto com o reostato da chave moduladora.
5.7.2 CHAVE SEQÜÊNCIAL
Tem a finalidade de promover na caldeira um ciclo completo de operações ou seja:
1. Modulação automática
2. Ignição elétrica
3. Apagar a caldeira por motivo de segurança
4. Limitar a pressão
5. Promover a ignição automaticamente.
Seu funcionamento é parecido com o do pressostatos modulador, só que ao invés de
apresentar o reostato para regulagem de velocidade do motor, apresenta um conjunto de
contatos, sendo destinados um para cada operação a ser feita. Portanto quando termina
um ciclo de operação, imediatamente, começa outro.
5.7.3 VÁLVULAS E TUBULAÇÕES
 Válvula Solenoide
São comandados eletricamente, abrindo e fechando, dando passagem ao óleo, e vapor.
Um bom lubrificante para a haste móvel da válvula solenoide é o grafite em pó.
Nas cadeiras flamotubulares com queima a óleo ou a gás, o óleo diesel, ou gás, para a
chama piloto é controlada por uma válvula solenoide, dotada de uma bobina, que,
quando energizada, atrai o obturador pelo campo eletromagnético formado, abrindo a
passagem do combustível.
 Válvula Principal De Saída De Vapor
Permite a vazão de todo o vapor produzido pela caldeira. Na maior parte das aplicações
são válvulas do tipo globo, por assegurarem controle mais perfeito da vazão.
A válvula conhecida como gaveta, aplica-se em grandes unidades, sem responsabilidade
sobre o controle da vazão.
 Válvula De Alimentação
Destinam-se a permitir ou interromper o suprimento de água no gerador de vapor. São
do tipo globo com passagem reta (figura 5.15).

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Fig.5.15
 Válvulas de Escape de Ar
Outra válvula do tipo globo que controla a saída ou entrada de ar na caldeira, nos inícios
e fins de operação. Apresenta dimensões de ¾ “a 1”.
 Válvula de Retenção
Geralmente, á válvula de alimentação permanece totalmente aberta. As válvulas de
retenção, colocadas logo após a anterior, impedem o retorno da água sob pressão do
interior da caldeira (figura 5.16).
figura 5.16

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 Válvulas de Descarga
Também conhecidas como válvulas de dreno, permitem a purga da caldeira.
Estão sempre ligadas às partes mais inferiores das caldeiras. O lodo do material sólido
em suspensão, geralmente acumulado no fundo dos coletores ou também inferiores das
caldeiras é projetado violentamente para fora da unidade, quando se abrem estas
válvulas.
Há dois tipos de válvulas de descarga que se instalam em série:
1. Válvula de descarga lenta, cuja função principal é assegurar a perfeita vedação
do sistema. É uma válvula de passagem reta do tipo globo.
2. Válvula de descarga rápida, que abre a secção plena instantaneamente,
assegurando a vazão da água com violência capaz de arrastar os depósitos
internos.
Além da descarga de fundo, caldeira de certo porte, recebem outro sistema de descarga
para assegurar uma dessalinização contínua da água, feita por meio de válvula globo
agulha.
 Válvula de Vapor de Serviço
É uma válvula do tipo globo, cuja secção corresponde a 10% da válvula principal. Sua
função é assegurar o suprimento de vapor para acionamento de órgãos da própria
caldeira, como:
 Bombas de alimentação
 Aquecimento de óleo
 Injetores
 Válvulas de Introdução de Produtos Químicos e de Descarga Contínua
São ambas do tipo globo agulha de fina regulagem.
A primeira emprega-se quando se procede o tratamento interno de água da caldeira,
permitindo a vazão regulada de produtos químicos.
A segunda assegura a descarga contínuo da caldeira, a fim de manter a concentração de
sólidos totais em solução na água, aquém dos limites máximos permitidos para evitar
incrustações.
 Válvulas de Alívio
É uma válvula instalada na parte superior do Pré-aquecedor de óleo, para evitar que o
óleo combustível atinja pressões superiores aos níveis adequados no mesmo.
 Tubulações
Rede geral de alimentação de água.

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Esta rede se inicia no fornecedor de água para a caldeira.
A rede de água não deve ter vazamentos.
É recomendável que a água sofra um tratamento químico antes de ser bombeada para
dentro da caldeira.
Considerando que foi feito o tratamento, a água é bombeada para o interior da caldeira,
passando antes pelo Pré-aquecedor (se a caldeira assim estiver equipada).
Nesse trecho, dependendo da caldeira, há todo um jogo de dispositivos automáticos que
controlam o momento em que deve ser a água adicionada e o momento que ela já é
suficiente, ativando e desativando a bomba.
Se a água for lançada na parte onde tem vapor, estando ela bem mais fria, provocará um
choque térmico, que poderá causar sérias consequências. Portanto, a admissão é feita
abaixo do nível de água e o mais distante possível da fornalha.
Não se deve injetar água fria em caldeira quente quando o nível d’água estiver baixo.
Deve-se diminuir o fogo a até apagá-lo, esfriando a caldeira. Caso isto não seja
observado, corre-se o risco do choque térmico e da provável implosão da caldeira.
Rede Geral de Óleo Combustível
Esta rede começa no reservatório principal de combustível, conduzindo o mesmo até a
bomba e daí ao combustor. Os esquemas de distribuição do combustível variam, pois
dependem do projeto do fabricante.
De maneira geral, dispositivos elétricos controlam a bomba e dosam o fluxo de
combustível para a mistura correta com o ar.
Se a rede de água não deve ter vazamentos, esta menos ainda. Os combustíveis são
inflamáveis, portanto podem provocar acidentes. Além disso, criam ainda outra
condição insegura no trabalho, pois eliminam o atrito e o operador pode acidentar-se por
quedas, etc.
Rede de Drenagem
Esta é a rede que sai da parte mais baixa da caldeira e vai terminar fora da caldeira.
Próximo da caldeira ela tem uma válvula comum. A rede conduz uma mistura de água e
vapor para um local protegido, onde não possa atingir algumas pessoas. O objetivo é
drenar a caldeira, isto é, eliminar os detritos, sujeiras e composto de corrosão que se
acumulam dentro dela.
Esta rede, normalmente, é acionada manualmente e convém estar protegida.
Rede de Vapor
O vapor é um fluido pouco corrosivo, para o qual os diversos materiais podem ser
empregados, até a sua temperatura limite de resistência mecânica aceitável.

70. eteX
70
Os limites de temperatura estão fixados, principalmente em função da resistência à
fluência dos diversos materiais. Os tubos do aço (de qualquer tipo), são ligados com
solda de encaixe para diâmetro até 1 ½ - 2”, e com solda de topo para diâmetro maiores.
Em quaisquer tubulações para vapor, é muito importante a perfeita e completa
drenagem do condensado formado, por meio de purgadores. Para auxiliar a drenagem, é
feita, algumas vezes, a instalação dos tubos com um pequeno caimento constante na
direção do fluxo, principalmente em linhas de vapor saturado, onde é maior a formação
de condensado. Alguns projetistas têm por norma colocar, também, eliminadores de ar
nos pontos altos das tubulações.
Todas as tubulações de vapor devem ter isolamento térmico.
- Registro de saída de vapor - estabelece demanda de vapor para os utilizadores.
- Rede de vapor para preaquecimento óleo combustível no Pré-aquecedor
- Estabelece demanda de vapor preaquecimento de óleo combustível no Pré-aquecedor.
- Rede de vapor para preaquecimento do óleo combustível no tanque de armazenamento
- Estabelece demanda de vapor para preaquecimento do óleo combustível no tanque de
armazenamento.
5.7.4 OUTROS ACESSÓRIOS
5.7.4.1 PREAQUECEDOR DE AR
O Pré-aquecedor de ar é um equipamento que tem a finalidade de aproveitar o calor dos
gases no aquecimento do ar necessário à combustão (figura 5.17). O Pré-aquecedor
transfere o calor dos gases quentes para o ar que está entrando para a combustão.

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Fig.5.17
Classificação
Os Pré-aquecedores podem ser classificados de acordo com o princípio de operação,
em:
a) Pré-aquecedor regenerativo

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Nos Pré-
aquecedores regenerativos, o calor dos gases de combustão é transferido indiretamente
para o ar, através de um elemento de “armazenagem”, por onde passa o ar e o gás de
combustão, alternadamente, conforme desenho esquemático da figura 5.18.
Pré-aquecedor de ar regenerativo
Fig.5.18
b) Pré-aquecedor com colmeia metálica
Esse Pré-aquecedor é constituído de placas de aço finas e corrugadas que são aquecidas
quando da passagem dos gases de combustão e resfriadas quando da passagem do ar.
Seu formato assemelha-se a uma roda gigante, girando lenta e uniformemente (figura
5.19).
(Parte 4 de 4)

73. eteX
73
Fig.5.19
c) Pré-aquecedor com colmeia refratária
Os gases quentes, ao passarem pela colmeia refratária trocam o calor com o frio para a
combustão (figura 5.20).
Fig.5.20
5.7.4.2 ECONOMIZADOR
Sua finalidade é aquecer a água de alimentação da caldeira (ver esquema da figura
5.21). Está localizado na parte alta da caldeira entre o tambor de vapor e os tubos
geradores de vapor sendo que os gases são obrigados a circular através dele, antes de
saírem pela chaminé.

74. eteX
74
Fig.5.21
Existem vários tipos de economizadores e na sua construção podem ser empregados
tubos de aço maleável ou tubo de aço fundido com aletas. Os economizadores podem
ser:
SEPARADO
Usados nas caldeiras de baixa pressão (25 kg/cm2) e construído geralmente de tubos de
aço ou ferro fundido com aletas; no seu interior circula a água e por fora os gases de
combustão.
INTEGRAL
Empregado na maioria dos geradores de vapor, apesar de requerer mais cuidados que o
economizador em separado. Deverá ser retirado da água de alimentação todo o gás
carbônico e o oxigênio, isto porque, quando estes elementos são aquecidos aumentam a
corrosão dos tubos. Este economizador tem grande capacidade de vaporização e é
constituído por uma serpentina e tubos de aço maleável.
A corrosão nos tubos dos economizadores pode ser tanto de dentro para fora como de
fora para dentro. Os furos de fora para dentro são causados pelos gases que aquecem e
arrastam enxofre contido no óleo. Ao se juntarem com o oxigênio e com outros
elementos contidos nos gases, formam um poderoso agente corrosivo (Ácido sulfúrico,
por exemplo). Os furos de dentro para fora são causados pela circulação da água não
tratada que contém oxigênio e gás carbônico, principais agentes da corrosão interna dos
tubos.
5.7.4.3 SUPERAQUECEDORES
a) Considerações sobre o vapor saturado superaquecido.

75. eteX
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Se aquecermos água em um recipiente fechado, quando a água atingir uma certa
temperatura esta se transforma em vapor (temperatura de 100ºC aproximadamente, ao
nível do mar). Enquanto existir água dentro do recipiente, o vapor será saturado e a
temperatura não aumentará.
Mantendo-se o aquecimento até que toda a água se evapore teremos o vapor
superaquecido, com o consequente aumento de temperatura.
Este processo de superaquecimento do vapor seria impraticável nas caldeiras, pois
quando a água evaporasse, os tubos se queimariam e também não haveria uma demanda
suficiente na rede de vapor. Assim sendo, empregamos aparelhos destinados a elevar a
temperatura do vapor sem prejuízo para a caldeira.
O vapor saturado é mais indicado para uso em aquecimento, pois devido à mudança de
fase permite a troca de calor a temperatura constante, apresentando como inconveniente
a grande formação de condensado.
O vapor superaquecido é utilizado em turbinas a vapor, devido a ausência de umidade
exigida para operar nessas turbo máquinas por questões de deterioração das pás,
vibração e queda de rendimento. Contudo existem situações de utilização do vapor
superaquecido para aquecimento e processo, é o caso em que se tem extensas tubulações
de vapor, isto é, a parcela de calor de superaquecimento serve para vencer as perdas
térmicas da linha, chegando ao processo como vapor saturado com um mínimo de
umidade (~2%), necessário a determinados processos industriais.
b) Processo de superaquecimento de vapor
Para superaquecer o vapor empregam-se aparelhos denominados superaquecedores.
Estes aparelhos normalmente aproveitam os gases da combustão para dar o devido
aquecimento ao vapor saturado, transformando-o em vapor superaquecido.
Os superaquecedores são construídos de tubos de aço em forma de serpentina cujo
diâmetro varia de acordo com a capacidade da caldeira. Estes tubos podem ser lisos ou
aletados.
Quando instalados dentro das caldeiras estão localizados atrás do último feixe de tubos,
entre dois feixes de tubos, sobre os feixes de tubo ou ainda sobre a fornalha (figura
5.22). A caldeira pode apresentar o superaquecedor em separado (figura 5.23). Neste
caso, ele dependerá de uma fonte de calor para o aquecimento; normalmente, é instalada
uma outra fornalha.

76. eteX
76
Figura 5.22
Fig.5.23
5.7.4.4 PURGADORES
São dispositivos automáticos que servem para eliminar o condensado formado nas
linhas de vapor e nos aparelhos de aquecimento, sem deixar escapar vapor.
Os bons purgadores, além de remover o condensado, eliminam, também, o ar e outros
gases incondensáveis, (CO2, por exemplo), que possam estar presentes.

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6. TIRAGEM
É o processo de retirada da caldeira para a atmosfera, dos gases provenientes da
combustão. A tiragem pode ser efetuada de várias maneiras: natural, forçada e mista.
6.1 TIRAGEM NATURAL
Quando normalmente sem a ajuda de equipamentos especiais o ar entra na fornalha,
alimenta a chama e sai pela chaminé, graças a diferença de temperaturas existentes na
sua base e no seu topo.
6.2 TIRAGEM FORÇADA E INDUZIDA
No caso em que os gases são eliminados com a ajuda de ventiladores sopradores, a
tiragem chama-se forçada (figura 6.1), podendo apresentar várias disposições
construtivas. Suas dimensões, porém, dependem da capacidade da caldeira para um
suficiente suprimento de ar de combustão e para que os gases sejam totalmente
eliminados).
Nas caldeiras em que os gases são eliminados através de exaustores, aspirando os gases
e projetando-os para a atmosfera, a tiragem é chamada induzida (figura 6.2).
Tiragem Forçada
Fig.6.1
As caldeiras que possuem este tipo de tiragem são chamadas de caldeiras
despressurizadas e precisam ter muito boa vedação para evitar a entrada de ar falso,
através de suas paredes ou duplos invólucros.

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Tiragem Induzida
Fig.6.2
6.3 TIRAGEM MISTA OU BALANCEADA
Neste sistema, são empregados dois ventiladores sendo que um deles tem a finalidade
de introduzir o ar dentro da caldeira (ventilador soprador) e o outro tem a finalidade de
retirar o ar da caldeira (ventilador exaustor), conforme esquema da figura 6.3.
Tiragem mista
Fig.6.3
6.4 CONTROLE DE TIRAGEM
Para que uma caldeira possa ter um bom funcionamento, a tiragem tem que ser muito
bem controlada. Este controle é feito por registros colocados no circuito dos gases.
Estes registros constam de uma ou mais palhetas que podem ser comandadas manual ou
automaticamente, chamados de “dampers”.

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6.5 CHAMINÉ
Ajudam a tiragem devido à diferença entra a sua base e o seu topo, provocada pela
diferença de temperatura dos gases da combustão.
As chaminés podem ser construídas de chapas de aço ou de alvenaria, empregando-se
tijolos comuns. Em qualquer dos casos, sua construção deve ser muito rigorosa,
levando-se em conta a quantidade e a velocidade dos gases da base, do tipo de material
empregado e a pressão atmosférica no local. Em nenhuma hipótese poderão existir
fendas que possibilitem a entrada falsa de ar.
Pela chaminé deverão sair o gás carbônico (CO2), vapor d’água (H2O) e outros
compostos. Isso, porém, na maioria das vezes não ocorre e junto com o gás carbônico
há um grande desprendimento de fuligem que contribui para a poluição da atmosfera.
A fumaça que sai pela chaminé, quando apresentar uma coloração clara, pode indicar
um pequeno excesso de ar e quando sua coloração for escura, indica a presença de
combustível não queimado pela deficiência na alimentação de ar, de forma a atingir uma
relação ar-combustível adequado.
A maneira mais segura de determinar as quantidades de gás carbônico que se
desprendam pela chaminé é fazer uma análise com aparelhos indicadores.
7. COMBUSTÃO E COMBUSTÍVEL
7.1 DEFINIÇÕES
COMBUSTÃO
A combustão é produzida pela reação química de duas substâncias: combustível e
comburente.
COMBUSTÍVEL
É a substância que queima e contém em sua composição, principalmente, carbono e
hidrogênio, além de outros que o compõe.
CLASSIFICAÇÃO DOS COMBUSTÍVEIS
Os combustíveis podem ser classificados em:
a) SÓLIDOS
Madeira, turfa, linhito, hulha, carvão vegetal, coque de carvão, coque de
petróleo,bagaço de cana etc.
b) LÍQUIDOS

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Petróleo, óleo de xisto, alcatrão, álcool e óleos vegetais.
c) GASOSO
metano, hidrogênio, GLP (butano e propanol), gás de coqueira (siderúrgica), gasogênio,
biogás, etc.
COMBURENTE
É o elemento que entra na reação de combustão como fonte de oxigênio.
REAÇÕES DA COMBUSTÃO
Na combustão, a reação que ocorre é denominada, basicamente, de oxidação. A fonte
usual é o oxigênio do ar atmosférico. O oxigênio está contido no ar atmosférico na
proporção de 23% em percentagem por peso atômico ou 21% em percentagem
volumétrica.
C + O2 CO2 + 8.100 Kcal/kg C
C + ½ O2 CO + 2.400 Kcal/kg C
2H2 + O2 2H2O (L) + 34100 Kcal/kg H2
S + O2 SO2 + 2.200 Kcal/kgS
Observa-se pelas reações anteriores, que se deve, sempre, orientar a queima no sentido
de se obter o CO2 pois assim se tem uma maior liberação de calor.
Na prática, queima-se combustíveis que não se compõem, apenas, de carbono (C), mas
também de hidrogênio (H2) e enxofre (S), conforme visto nas reações acima.
A combustão é completa quando todos elementos combustíveis contidos no combustível
em questão (C, H2 S, etc.), se combinam com o oxigênio do ar, fornecendo os produtos
finais correspondentes. A seguir é exposto as principais exigências de um eficiênte
processo de combustão:
1. O comburente deve formar com o combustível uma mistura homogênea. O uso
de queimadores apropriados, bem como a temperatura correta do óleo são
fatores essenciais para uma queima ideal. Estes fatores propiciam a gaseificação
do combustível.
2. O comburente deve estar em quantidade suficiente em relação ao combustível
para que a reação química da combustão seja completa. Deve-se trabalhar com o
mínimo de excesso de ar.
3. Quanto maior a viscosidade do combustível, mais difícil será a sua pulverização,
ou seja, mais difícil será a sua divisão em gotículas. O preaquecimento do óleo
combustível é fundamental para se atingirem os limites adequados de
viscosidade necessários para uma boa pulverização.

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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 devem aproximar-se muito do ponto de fulgor do óleo
combustível.
7.2 CÁLCULO DO AR NECESSÁRIO À
COMBUSTÃO - COMBUSTÍVEL LÍQUIDOS
A combustão é completa quando a quantidade de ar é a necessária e suficiente para
oxidar os elementos constituintes do combustível utilizado.
Havendo combustão incompleta teremos fuligem, aldeído e monóxido de carbono, além
de não ocorrer a liberação total do calor do combustível.
A quantidade teórica de ar necessária à combustão pode ser calculada pela seguinte
fórmula:
mtar = 11,5 C + 34,8 (H-O/8) + 4,35. S
Onde
mtar = massa teórica de ar necessária a combustão (kg ar/kg comb.).
Os percentuais de água, cinzas e enxofre são obtidos em laboratório, ou especificados
pelo fornecedor do combustível.
Exemplificando, podemos considerar a queima de um óleo combustível tipo A (BPF),
com a seguinte composição média:
C = 84%, H2 = 11%, S = 4% e O2 = 1%
mtar = (11,5 - 0,84) + 34,8 (0,11 - )+ (4,35 x 0,04)
mtar = 9,66 + 3,7845 + 0,174
mtar = 13,62 kg ar/kg óleo
Dessa forma, teremos: 13,6 kg ar/kg BPF
Considerando que o ar possuí 23% em percentagem por peso atômico do oxigênio,
então teremos:
O2 = 0,23 x 13,6 = 3,1 kg O2 / kg de BPF.
Exercício:
1). Calcular a relação ar/combustível teórico para um combustível com a seguinte
composição: C= 81%, H2= 10%, S = 8%, O2 = 0,5%, cinzas = 0,5%.

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2). Determine o volume de ar real necessário à queima do combustível do exercicio 1
nas seguintes condições de pressão e temperatura: 27ºC e 700 mmHg:
Solução:
PV = mRT
P = 700 mmHg = 93,325 (Kpa) , 1 bar = 102 Kpa = 750,064 mmHg.
T = 273 = 27 = 300 (K)
RAR =
mtar , calculado no exercicio 1.
7.3 ESTEQUIOMETRIA DA COMBUSTÃO
Proporção correta do volume de ar x combustível queimado:
Sabemos que a combustão é perfeita quando a quantidade de ar utilizada é a necessária
e suficiente para a completa combustão. Cada unidade de peso de determinado
combustível requer uma quantidade determinada de ar. Dependendo da temperatura
ambiente, esta quantidade de ar corresponderá a um dado volume.
Este volume de ar necessita entrar na câmara de combustão na proporção correta em
relação ao combustível queimado.
Se a proporção de ar e combustível não for mantida haverá insuficiência ou excesso de
ar e, consequentemente, perda de eficiência no processo.
Determinados combustíveis exigem maior ou menor excesso de ar, já que a combustão
perfeita é quase impraticável. Partindo-se de uma análise elementar de um óleo
combustível, chegou-se à conclusão que um quilo de óleo ao queimar, necessita de,
aproximadamente, 13,6 kg de ar. Como na prática não se consegue uma atomização
perfeita nem se garante que todo o ar admitido possa misturar-se intimamente com o
óleo durante o processo de combustão, é normal admitir-se um excesso de ar, além do
teoricamente necessário, a fim de se garantir a queima perfeita do combustível.
Logicamente é necessário controlar esse excesso de ar, de forma tal que ele atinja níveis
mínimos, pois o ar que não participa de combustão tende a retirar calor da chama, sem
contribuir para a reação, além do que, estaremos aquecendo um volume de ar
desnecessariamente, o que implicará num aumento de velocidade de circulação dos
gases quentes, com consequente perda de calor pela chaminé.
7.4 CONTROLE DE AR EM EXCESSO E EM
FALTA

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A forma mais prática e rápida de se calcular o calor perdido através dos gases de
combustão é pela medição de sua temperatura na base da chaminé, associando-se ao
teor de CO2 medido no mesmo ponto.
Como foi visto, sabemos que o excesso de ar reduz a percentagem de CO2 presente nos
gases de combustão, pois para o mesmo volume de CO2 teremos aumentado o volume
total dos gases.
As medições do teor de CO2 nos gases de combustão são efetuadas por meio de um
medidor de CO2 tipo “Firyte” ou “Orsat”. Esse tipo de medidor de CO2 funcionam pela
absorção deste gás por uma solução de hidróxido de potássio concentrada contida numa
coluna graduada, que fornece o teor de CO2 por leitura direta. Com a determinação dos
valores de CO2 e temperatura, obteremos informações tais como: a perda percentual de
calor pela chaminé e a percentagem de excesso de ar.
8. ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DAS
CALDEIRAS
As águas de alimentação de caldeiras provêm de fontes naturais como poços, lagos,
córregos, rios, e de outros mananciais contendo reservas deste fluido.
Conforme a sua procedência, tais águas podem conter diferentes produtos dissolvidos
ou em suspensão, em concentrações bem diversas.
O emprego direto das águas “in natura”, como água de alimentação de caldeiras,
implica num processo de evaporação da fase líquida, com consequentes concentrações
dos produtos minerais dissolvidos.
Outros produtos, entretanto, também se liberam, tais como gases dissolvidos existentes
na fonte fornecedora ou mesmo resultante da decomposição de matérias orgânicas
igualmente presentes.
Os resíduos, após a evaporação da fase líquida, formam depósitos sobre as superfícies
metálicas das caldeiras, com aderências de diferentes tipos, de conformidade com a
natureza do material acumulado. Certos produtos depositados, permanecem na forma de
um lodo de fácil remoção; outros se incorporam a própria parte metálica na forma de
resíduos resistentes, de remoção mais difícil, constituindo um depósito denominado
pelos caldeireiros de incrustações.
Como esses depósitos incrustantes, são fracos condutores de calor, seus acúmulos sobre
as superfícies metálicas tendem a criar maiores resistências ao escoamento do calor,
contribuindo para uma sensível diminuição do Coeficiente de Condutividade entre os
gases quentes e a água situada no interior da tubulação. Evidentemente, diante de uma
condição de trabalho que prejudica a troca de calor entre os fluidos do processo, a
caldeira, passa a produzir menor quantidade de vapor e a apresentar uma diminuição no
seu rendimento térmico.
8.1 UNIDADES ADOTADAS

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A unidade mais universal para exprimir a concentração das substâncias em solução nas
águas naturais é o ppm, ou seja, partes por milhão.
Conhecem-se outras unidades mais comuns nas análises inglesas:
gpg= grãos americanos por galão
pts/100.000= partes por 100.000 partes de água
gpg imp= grãos por galão inglês
Entre as diferentes unidades há as seguintes equivalências:
1 gpg = 17,1 ppm
1 ppm= 1 mg/l = 1 g/m3
1 ppm = 0,0583 gpg = 0,07 gpg imp = 10lb/1.000.000 galões ingleses
As análises são sempre feitas com referência ao volume de água e não ao pêso,
assumindo o pêso de 1 kg por cada litro de água sem levar em conta a correção pela
temperatura.
8.2 ANÁLISE DA ÁGUA
Toda água de alimentação deve ser conhecida e controlada. Baseado no fato de se
conhecer quais as impurezas normais das águas naturais, foram formulados métodos
simplificados suficientemente satisfatórios para assegurar um controle rotineiro.
O método consiste na determinação dos seguintes valores:
 Dureza
 Alcalinidade
 Cloretos
 Fosfatos
 pH
Certas águas obrigam a determinação de outros dados como sejam:
 Sólidos totais
 Resíduos calcinado
 Matéria orgânica
 Concentração de O2 livre.
 Sílica.
 Dureza - O grau de dureza exprime a concentração dos sais de cálcio seja na
forma de carbonato, sulfato silicato ou cloreto. Pode ser expressa em grau
alemão, francês ou inglês, entre os quais há uma relação: