Apostila de Calderaria by Agência Centro Oeste

Treinamento e Ensino TĂŠcnico de Qualidade Para Futuros Profissionais Qualificados

APOSTILA DE CALDERARIA

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Sumário Legislação e normatização .............................................................................................................. 2 Noções de Grandezas físicas e unidades .................................................................................... 29 Tipo de Caldeira e a Utilização do Vapor ..................................................................................... 44 Caldeiras flamotubulares .............................................................................................................. 53 Caldeiras aquatubulares ............................................................................................................. 61 Caldeiras elétricas ...................................................................................................................... 76 Instrumentos e dispositivos de controle de caldeira ..................................................................... 79 Operação de caldeiras .............................................................................................................. 103 Tratamento de água de alimentação de caldeiras ...................................................................... 134 Tratamento de água de alimentação de caldeiras elétricas ........................................................ 154 Manutenção de caldeiras .......................................................................................................... 159 Prevenção contra explosões e outros riscos .............................................................................. 164

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Legislação e normalização Normas regulamentadoras Toda a operação industrial, pela complexidade e riscos envolvidos, está obrigada a seguir legislação específica, que trata de Segurança do Trabalho. Esta legislação, no Brasil, é veiculada através de Normas Reguladoras (NR’s) aprovadas pelo Ministério do Trabalho através da Portaria 3.241/78. Além destas NR’s, de observância obrigatória, a operação industrial não dispensa outros regulamentos, específicos de cada área de aplicação. O não atendimento às Normas Reguladoras importará em multas e/ou interdição da empresa infratora. Atualmente são 33 Normas Reguladoras, que tratam dos seguintes assuntos: NR-1: disposições gerais NR-2: inspeção prévia NR-3: embargo e interdição NR-4: serviços especializados de segurança e medicina do trabalho NR-5: CIPA NR-6: E.P.I’s NR-7: exames médicos NR-8: edificações NR-9: riscos ambientais NR-10: serviços de eletricidade NR-11: transporte, movimentação e armazenamento de materiais NR-12: máquinas e equipamentos NR-13: caldeiras e vasos de pressão NR-14: fornos NR-15: atividades e operações insalubres NR-16: atividades e operações perigosas

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NR-17: ergonomia NR-18: obras de construção, demolição e reparos NR-19: explosivos NR-20: líquidos combustíveis e inflamáveis NR-21: trabalho a céu aberto NR-22: trabalhos subterrâneos NR-23: proteção contra incêndio NR-24: condições sanitárias e de conforto nos locais de trabalho NR-25: resíduos industriais NR-26: sinalização de segurança NR-27: registros profissionais do MTb NR-28: fiscalização e penalidade NR-29: segurança e saúde no trabalho portuário NR-30: segurança e saúde no trabalho aquaviário NR-31: segurança e saúde no trabalho na agricultura, pecuária, silvicultura, exploração florestal e aquicultura NR-32: segurança e saúde no trabalho em serviços de saúde NR-33: segurança e saúde nos trabalhos em espaços confinados

Neste curso, vamos estudar a NR-13, que trata das normas de segurança e operação no trato com caldeiras e vasos de pressão. Veja agora o seu texto integral: NR-13 13.1 Caldeiras a Vapor - Disposições Gerais.

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13.1.1 Caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia, excetuando-se os refervedores e equipamentos similares utilizados em unidades de processo. 13.1.2 Para efeito desta NR, considera-se "Profissional Habilitado" aquele que tem competência legal para o exercício da profissão de engenheiro nas atividades referentes a projeto de construção, acompanhamento operação e manutenção, inspeção e supervisão de inspeção de caldeiras e vasos de pressão, em conformidade com a regulamentação profissional vigente no País. 13.1.3 Pressão Máxima de Trabalho Permitida - PMTP ou Pressão Máxima de Trabalho Admissível - PMTA é o maior valor de pressão compatível com o código de projeto, a resistência dos materiais utilizados, as dimensões do equipamento e seus parâmetros operacionais. 13.1.4 Constitui risco grave e iminente a falta de qualquer um dos seguintes itens: a) válvula de segurança com pressão de abertura ajustada em valor igual ou inferior a PMTA; b) instrumento que indique a pressão do vapor acumulado; c) injetor ou outro meio de alimentação de água, independente do sistema principal, em caldeiras combustível sólido; d) sistema de drenagem rápida de água, em caldeiras de recuperação de álcalis; e) sistema de indicação para controle do nível de água ou outro sistema que evite o superaquecimento por alimentação deficiente. 13.1.5 Toda caldeira deve ter afixada em seu corpo, em local de fácil acesso e bem visível, placa de identificação indelével com, no mínimo, as seguintes informações: a) fabricante; b) número de ordem dado pelo fabricante da caldeira; c) ano de fabricação; d) pressão máxima de trabalho admissível; e) pressão de teste hidrostático; f) capacidade de produção de vapor; g) área de superfície de aquecimento; h) código de projeto e ano de edição.

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13.1.5.1 Além da placa de identificação devem constar, em local visível, a categoria da caldeira, conforme definida no subitem 13.1.9 desta NR, e seu número ou código de identificação. 13.1.6 Toda caldeira deve possuir, no estabelecimento onde estive instalada, a seguinte documentação, devidamente atualizada: a) "Prontuário da Caldeira", contendo as seguintes informações: - código de projeto e ano de edição; - especificação dos materiais; - procedimentos utilizados na fabricação, montagem, inspeção final e determinação da PMTA; - conjunto de desenhos e demais dados necessários para o monitoramento da vida útil da caldeira; - características funcionais; - dados dos dispositivos de segurança; - ano de fabricação; - categoria da caldeira; b) "Registro de Segurança", em conformidade com o subitem 13.1.7; c) "Projeto de Instalação", em conformidade com o item 13.2; d) "Projetos de Alteração ou Reparo", em conformidade com os subitens 13.4.2 e 13.4.3; e) "Relatórios de Inspeção", em conformidade com os subitens 13.5.11, 13.5.12 e 13.5.13. 13.1.6.1 Quando inexistente ou extraviado, o "Prontuário da Caldeira" deve ser reconstituído pelo proprietário, com responsabilidade técnica do fabricante ou de "Profissional Habilitado", citado no subitem 13.1.2, sendo imprescindível a reconstituição das características funcionais, dos dados dos dispositivos de segurança e dos procedimentos para determinação da PMTA. 13.1.6.2 Quando a caldeira for vendida ou transferida de estabelecimento, os documentos mencionados nas alíneas "a", "d", e "e" do subitem 13.1.6 devem acompanhá-la. 13.1.6.3 O proprietário da caldeira deverá apresentar, quando exigido pela autoridade competente do Órgão Regional do Ministério do Trabalho, a documentação mencionada no subitem 13.1.6. 13.1.7 O "Registro de Segurança" deve ser constituído de livro próprio, com páginas numeradas, ou outro sistema equivalente onde serão registradas: a) todas as ocorrências importantes capazes de influir nas condições de segurança da caldeira; b) as ocorrências de inspeções de segurança periódicas e extraordinárias, devendo constar o nome legível e assinatura de "Profissional Habilitado", citado no subitem 13.1.2, e de operador de caldeira presente na ocasião da inspeção. 13.1.7.1 Caso a caldeira venha a ser considerada inadequada para uso, o "Registro de Segurança" deve conter tal informação e receber encerramento formal. 13.1.8 A documentação referida no subitem 13.1.6 deve estar sempre à disposição para consulta dos operadores, do pessoal de manutenção, de inspeção e das representações dos

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trabalhadores e do empregador na Comissão Interna de Prevenção de Acidentes - CIPA, devendo o proprietário assegurar pleno acesso a essa documentação. 13.1.9 Para os propósitos desta NR, as caldeiras são classificadas em 3 categorias, conforme segue: a) caldeiras da categoria A são aquelas cuja pressão de operação é igual ou superior a 1960 kPa (19.98 Kgf/cm²); b) caldeiras da categoria “C” são aquelas cuja pressão de operação é igual ou inferior a 588 KPa (5.99 Kgf/cm²) e o volume interno é igual ou inferior a 100 litros; c) caldeiras da categoria “B” são todas as caldeiras que não se enquadram nas categorias anteriores. 13.2 Instalação de Caldeiras a Vapor 13.2.1 A autoria do "Projeto de Instalação" de caldeiras a vapor, no que concerne ao atendimento desta NR, é de responsabilidade de "Profissional Habilitado", conforme citado no subitem 13.1.2, e deve obedecer aos aspectos de segurança, saúde e meio ambiente previstos nas Normas Regulamentados, convenções e disposições legais aplicáveis. 13.2.2 As caldeiras de qualquer estabelecimento devem ser instaladas em "Casa de Caldeiras" ou em local específico para tal fim, denominado "Área de Caldeiras". 13.2.3 Quando a caldeira for instalada em ambiente aberto, a "Área de Caldeiras" deve satisfazer aos seguintes requisitos: a) estar afastada de, no mínimo, 3 (três) metros de: - outras instalações do estabelecimento; de depósitos de combustíveis, excetuando-se reservatórios para partida com até 2000 (dois mil) litros de capacidade; - do limite de propriedade de terceiros; - do limite com as vias públicas; b) dispor de pelo menos 2 (duas) saídas amplas, permanentemente desobstruídas e dispostas em direções distintas; c) dispor de acesso fácil e seguro, necessário à operação e à manutenção da caldeira, sendo que, para guarda-corpos vazados, os vãos devem ter dimensões que impeçam a queda de pessoas; d) ter sistema de captação e lançamento dos gases e material particulado, provenientes da combustão, para fora da área de operação atendendo às normas ambientais vigentes; e) dispor de iluminação conforme normas oficiais vigentes;- f) ter sistema de iluminação de emergência caso operar à noite. 13.2.4 Quando a caldeira estiver instalada em ambiente fechado, a "Casa de Caldeiras" deve satisfazer aos seguintes requisitos: (Alterado pela Portaria SIT n.º 57, de 19 de junho de 2008) 6

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a) constituir prédio separado, construído de material resistente ao fogo, podendo ter apenas uma parede adjacente a outras instalações do estabelecimento, porém com as outras paredes afastadas de, no mínimo, 3 (três) metros de outras instalações, do limite de propriedade de terceiros, do limite com as vias públicas e de depósitos de combustíveis, excetuando-se reservatórios para partida com até 2.000 (dois mil) litros de capacidade; b) dispor de pelo menos 2 (duas) saídas amplas, permanentemente desobstruídas e dispostas em direções distintas; c) dispor de ventilação permanente com entradas de ar que não possam ser bloqueadas; d) dispor de sensor para detecção de vazamento de gás quando se tratar de caldeira a combustível gasoso. e) não ser utilizada para qualquer outra finalidade; f) dispor de acesso fácil e seguro, necessário à operação e à manutenção da caldeira, sendo que, para guarda-corpos vazados, os vãos devem ter dimensões que impeçam a queda de pessoas; g) ter sistema de captação e lançamento dos gases e material particulado, provenientes da combustão para fora da área de operação, atendendo às normas ambientais vigentes; h) dispor de iluminação conforme normas oficiais vigentes e ter sistema de iluminação de emergência. 13.2.5 Constitui risco grave e iminente o não-atendimento aos seguintes requisitos: a) para todas as caldeiras instaladas em ambiente aberto, as alíneas "b" , "d" e "f" do subitem 13.2.3 desta NR; b) para as caldeiras da categoria “A” instaladas em ambientes fechados, as alíneas "a", "b", "c", "d", "e", "g" e "h" do subitem 13.2.4 desta NR; (Alterado pela Portaria SIT n.º 57, de 19 de junho de 2008) c) para as caldeiras das categorias “B” e “C” instaladas em ambientes fechados, as alíneas "b", "c", "d", "e", "g" e "h" do subitem 13.2.4 desta NR. (Alterado pela Portaria SIT n.º 57, de 19 de junho de 2008) 13.2.6 Quando o estabelecimento não puder atender ao disposto nos subitens 13.2.3 ou 13.2.4, deverá ser elaborado "Projeto Alternativo de Instalação", com medidas complementares de segurança que permitam a atenuação dos riscos. 13.2.6.1 O "Projeto Alternativo de Instalação" deve ser apresentado pelo proprietário da caldeira para obtenção de acordo com a representação sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento.

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13.2.6.2 Quando não houver acordo, conforme previsto no subitem 13.2.6.1, a intermediação do órgão regional do MTb poderá ser solicitada por qualquer uma das partes, e, persistindo o impasse, a decisão caberá a esse órgão. 13.2.7 As caldeiras classificadas na categoria “A” deverão possuir painel de instrumentos instalados em sala de controle, construída segundo o que estabelecem as Normas Regulamentadoras aplicáveis. 13.3 Segurança na Operação de Caldeiras. 13.3.1 Toda caldeira deve possuir "Manual de Operação" atualizado, em língua portuguesa, em local de fácil acesso aos operadores, contendo no mínimo: a) procedimentos de partidas e paradas; b) procedimentos e parâmetros operacionais de rotina; c) procedimentos para situações de emergência; d) procedimentos gerais de segurança, saúde e de preservação do meio ambiente. 13.3.2 Os instrumentos e controles de caldeiras devem ser mantidos calibrados e em boas condições operacionais, constituindo condição de risco grave e iminente o emprego de artifícios que neutralizem sistemas de controle e segurança da caldeira. 13.3.3 A qualidade da água deve ser controlada e tratamentos devem ser implementados, quando necessários para compatibilizar suas propriedades físico-químicas com os parâmetros de operação da caldeira. 13.3.4 Toda caldeira a vapor deve estar obrigatoriamente sob operação e controle de operador de caldeira, sendo que o não atendimento a esta exigência caracteriza condição de risco grave e iminente. 13.3.5 Para efeito desta NR será considerado operador de caldeira aquele que satisfizer pelo menos uma das seguintes condições: a) possuir certificado de "Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras" e comprovação de estágio (b) prático conforme subitem 13.3.11; b) possuir certificado de "Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras" previsto na NR 13 aprovada pela Portaria 02, de 08/05/84; c) possuir comprovação de pelo menos 3 (três) anos de experiência nessa atividade, até 08 de maio de 1984. 13.3.6 O pré-requisito mínimo para participação como aluno, no "Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras" é o atestado de conclusão do 1° grau.

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13.3.7 O "Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras" deve, obrigatoriamente: a) ser supervisionado tecnicamente por "Profissional Habilitado" citado no subitem 13.1.2; b) ser ministrado por profissionais capacitados para esse fim; c) obedecer, no mínimo, ao currículo proposto no Anexo I-A desta NR. 13.3.8 Os responsáveis pela promoção do "Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras" estarão sujeitos ao impedimento de ministrar novos cursos, bem como a outras sanções legais cabíveis, no caso de inobservância do disposto no subitem 13.3.7. 13.3.9 Todo operador de caldeira deve cumprir um estágio prático, na operação da própria caldeira que irá operar, o qual deverá ser supervisionado, documentado e ter duração mínima de: a) caldeiras da categoria A: 80 (oitenta) horas; b) caldeiras da categoria B: 60 (sessenta) horas; c) caldeiras da categoria C: 40 (quarenta) horas. 13.3.10 O estabelecimento onde for realizado o estágio prático supervisionado, deve informar previamente à representação sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento: a) período de realização do estágio; b) entidade, empresa ou profissional responsável pelo "Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras"; c) relação dos participantes do estágio. 13.3.11 A reciclagem de operadores deve ser permanente, por meio de constantes informações das condições físicas e operacionais dos equipamentos, atualização técnica, informações de segurança, participação em cursos, palestras e eventos pertinentes. 13.3.12 Constitui condição de risco grave e iminente a operação de qualquer caldeira em condições diferentes das previstas no projeto original, sem que: a) seja reprojetada levando em consideração todas as variáveis envolvidas na nova condição de operação; b) sejam adotados todos os procedimentos de segurança decorrentes de sua nova classificação no que se refere a instalação, operação, manutenção e inspeção. 13.4 Segurança na Manutenção de Caldeiras 13.4.1 Todos os reparos ou alterações em caldeiras devem respeitar o respectivo código do projeto de construção e as prescrições do fabricante no que se refere a: a) materiais; b)

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procedimentos de execução; c) procedimentos de controle de qualidade; d) qualificação e certificação de pessoal. 13.4.1.1 Quando não for conhecido o código do projeto de construção, deve ser respeitada a concepção original da caldeira, com procedimento de controle do maior rigor prescrito nos códigos pertinentes. 13.4.1.2 Nas caldeiras de categorias “A” e “B”, a critério do "Profissional Habilitado", citado no subitem 13.1.2, podem ser utilizadas tecnologia de cálculo ou procedimentos mais avançados, em substituição aos previstos pêlos códigos de projeto. 13.4.2 "Projetos de Alteração ou Reparo" devem ser concebidos previamente nas seguintes situações: a) sempre que as condições de projeto forem modificadas; b) sempre que forem realizados reparos que possam comprometer a segurança. 13.4.3 O "Projeto de Alteração ou Reparo" deve: a) ser concebido ou aprovado por "Profissional Habilitado", citado no subitem 13.1.2; b) determinar materiais, procedimentos de execução, controle de qualidade e qualificação de pessoal. 13.4.4 Todas as intervenções que exijam mandrilamento ou soldagem em partes que operem sob pressão devem ser seguidas de teste hidrostático, com características definidas pelo "Profissional Habilitado", citado no subitem 13.1.2. 13.4.5 Os sistemas de controle e segurança da caldeira devem ser submetidos à manutenção preventiva ou preditiva. 13.5 Inspeção de Segurança de Caldeiras 13.5.1 As caldeiras devem ser submetidas a inspeções de segurança inicial, periódica e extraordinária, sendo considerado condição de risco grave e iminente o não atendimento aos prazos estabelecidos nesta NR. 13.5.2 A inspeção de segurança inicial deve ser feita em caldeiras novas, antes da entrada em funcionamento, no local de operação, devendo compreender exames interno e externo, teste hidrostático e de acumulação. 13.5.3 A inspeção de segurança periódica, constituída por exames interno e externo, deve ser executada nos seguintes prazos máximos: a) 12 (doze) meses para caldeiras das categorias “A”, “B” e “C”; b) 12 (doze) meses para caldeiras de recuperação de álcalis de qualquer categoria;

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c) 24 (vinte e quatro) meses para caldeiras da categoria “A”, desde que aos 12 (doze) meses sejam testadas as pressões de abertura das válvulas de segurança; d) 40 (quarenta) meses para caldeiras especiais conforme definido no item 13.5.5. 13.5.4 Estabelecimentos que possuam "Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos", conforme estabelecido no Anexo II, podem estender os períodos entre inspeções de segurança, respeitando os seguintes prazos máximos: a) 18 meses para caldeiras de recuperação de álcalis e as das categorias “B” e “C”; (Alterada pela Portaria SIT n.º 57, de 19 de junho de 2008) b) 30 (trinta) meses para caldeiras da categoria “A”. 13.5.5 As caldeiras que operam de forma contínua e que utilizam gases ou resíduos das unidades de processo, como combustível principal para aproveitamento de calor ou para fins de controle ambiental podem ser consideradas especiais quando todas as condições seguintes forem satisfeitas: a) estiverem instaladas em estabelecimentos que possuam "Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos" citado no Anexo II; b) tenham testados a cada 12 (doze) meses o sistema de intertravamento e a pressão de abertura de cada válvula de segurança; c) não apresentem variações inesperadas na temperatura de saída dos gases e do vapor durante a operação; d) exista análise e controle periódico da qualidade da água; e) exista controle de deterioração dos materiais que compõem as principais partes da caldeira; f) seja homologada como classe especial mediante: - acordo entre a representação sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento e o empregador; - intermediação do órgão regional do MTb, solicitada por qualquer uma das partes quando não houver acordo; decisão do órgão regional do MTb quando persistir o impasse. 13.5.6 Ao completar 25 (vinte e cinco) anos de uso, na sua inspeção subseqüente, as caldeiras devem ser submetidas a rigorosa avaliação de integridade para determinar a sua vida remanescente e novos prazos máximos para inspeção, caso ainda estejam em condições de uso. 13.5.6.1 Nos estabelecimentos que possuam "Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos", citado no Anexo II, o limite de 25 (vinte e cinco) anos pode ser alterado em função do acompanhamento das condições da caldeira, efetuado pelo referido órgão.

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13.5.7 As válvulas de segurança instaladas em caldeiras devem ser inspecionadas periodicamente conforme segue: a) pelo menos uma vez por mês, mediante acionamento manual da alavanca, em operação, para caldeiras das categorias “B” e “C”; b) desmontando, inspecionando e testando em bancada as válvulas flangeadas e, no campo, as válvulas soldadas, recalibrando-as numa freqüência compatível com a experiência operacional da mesma, porém respeitando-se como limite máximo o período de inspeção estabelecido no subitem 13.5.3 ou 13.5.4, se aplicável para caldeiras de categorias “A” e “B”. 13.5.8 Adicionalmente aos testes prescritos no subitem 13.5.7, as válvulas de segurança instaladas em caldeiras deverão ser submetidas a testes de acumulação, nas seguintes oportunidades: a) na inspeção inicial da caldeira; b) quando forem modificadas ou tiverem sofrido reformas significativas; c) quando houver modificação nos parâmetros operacionais da caldeira ou variação na PMTA; d) quando houver modificação na sua tubulação de admissão ou descarga. 13.5.9 A inspeção de segurança extraordinária deve ser feita nas seguintes oportunidades: a) sempre que a caldeira for danificada por acidente ou outra ocorrência capaz de comprometer sua segurança; b) quando a caldeira for submetida à alteração ou reparo importante capaz de alterar suas condições de segurança; c) antes de a caldeira ser recolocada em funcionamento, quando permanecer inativa por mais de 6 (seis) meses; d) quando houver mudança de local de instalação da caldeira. 13.5.10 A inspeção de segurança deve ser realizada por "Profissional Habilitado", citado no subitem 13.1.2, ou por "Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos", citado no Anexo II. 13.5.11 Inspecionada a caldeira, deve ser emitido "Relatório de Inspeção", que passa a fazer parte da sua documentação. 13.5.12 Uma cópia do "Relatório de Inspeção" deve ser encaminhada pelo "Profissional Habilitado", citado no subitem 13.1.2, num prazo máximo de 30 (trinta) dias, a contar do término da inspeção, à representação sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento. 13.5.13 O "Relatório de Inspeção", mencionado no subitem 13.5.11, deve conter no mínimo: 12

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a) dados constantes na placa de identificação da caldeira; b) categoria da caldeira; c) tipo da caldeira; d) tipo de inspeção executada; e) data de início e término da inspeção; f) descrição das inspeções e testes executados; g) resultado das inspeções e providências; h) relação dos itens desta NR ou de outras exigências legais que não estão sendo atendidas; i) conclusões; j) recomendações e providências necessárias; k) data prevista para a nova inspeção da caldeira; l) nome legível, assinatura e número do registro no conselho profissional do "Profissional Habilitado", citado no subitem 13.1.2 e nome legível e assinatura de técnicos que participaram da inspeção. 13.5.14 Sempre que os resultados da inspeção determinarem alterações dos dados da placa de identificação, a mesma deve ser atualizada. 13.6 Vasos de Pressão - Disposições Gerais 13.6.1 Vasos de pressão são equipamentos que contêm fluidos sob pressão interna ou externa. 13.6.1.1 O campo de aplicação desta NR, no que se refere a vasos de pressão, está definido no Anexo III. 13.6.1.2 Os vasos de pressão abrangidos por esta NR estão classificados em categorias de acordo com o Anexo IV. 13.6.2 Constitui risco grave e iminente a falta de qualquer um dos seguintes itens: a) válvula ou outro dispositivo de segurança com pressão de abertura ajustada em valor igual ou inferior à PMTA, instalada diretamente no vaso ou no sistema que o inclui; b) dispositivo de segurança contra bloqueio inadvertido da válvula quando esta não estiver instalada diretamente no vaso; c) instrumento que indique a pressão de operação.

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13.6.3 Todo vaso de pressão deve ter afixado em seu corpo em local de fácil acesso e bem visível, placa de identificação indelével com, no mínimo, as seguintes informações: a) fabricante; b) número de identificação; c) ano de fabricação; d) pressão máxima de trabalho admissível; e) pressão de teste hidrostático; f) código de projeto e ano de edição. 13.6.3.1 Além da placa de identificação, deverão constar, em local visível, a categoria do vaso, conforme Anexo IV, e seu número ou código de identificação. 13.6.4 Todo vaso de pressão deve possuir, no estabelecimento onde estiver instalado, a seguinte documentação devidamente atualizada: a) "Prontuário do Vaso de Pressão" a ser fornecido pelo fabricante, contendo as seguintes informações: - código de projeto e ano de edição; - especificação dos materiais; procedimentos utilizados na fabricação, montagem e inspeção final e determinação da PMTA; - conjunto de desenhos e demais dados necessários para o monitoramento da sua vida útil; características funcionais; - dados dos dispositivos de segurança; - ano de fabricação; categoria do vaso; b) "Registro de Segurança" em conformidade com o subitem 13.6.5; c) "Projeto de Instalação" em conformidade com o item 13.7; d) "Projeto de Alteração ou Reparo" em conformidade com os subitens 13.9.2 e 13.9.3; e) "Relatórios de Inspeção" em conformidade com o subitem 13.10.8. 13.6.4.1 Quando inexistente ou extraviado, o "Prontuário do Vaso de Pressão" deve ser reconstituído pelo proprietário com responsabilidade técnica do fabricante ou de "Profissional Habilitado", citado no subitem 13.1.2, sendo imprescindível a reconstituição das características funcionais, dos dados dos dispositivos de segurança e dos procedimentos para determinação da PMTA. 13.6.4.2 O proprietário de vaso de pressão deverá apresentar, quando exigida pela autoridade competente do órgão regional do Ministério do Trabalho, a documentação mencionada no subitem 13.6.4. 13.6.5 O "Registro de Segurança" deve ser constituído por livro de páginas numeradas, pastas ou sistema informatizado ou não com confiabilidade equivalente onde serão registradas: 14

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a) todas as ocorrências importantes capazes de influir nas condições de segurança dos vasos; b) as ocorrências de inspeção de segurança. 13.6.6 A documentação referida no subitem 13.6.4 deve estar sempre à disposição para consulta dos operadores do pessoal de manutenção, de inspeção e das representações dos trabalhadores e do empregador na Comissão Interna de Prevenção de Acidentes - CIPA, devendo o proprietário assegurar pleno acesso a essa documentação inclusive à representação sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento, quando formalmente solicitado. 13.7 Instalação de Vasos de Pressão 13.7.1 Todo vaso de pressão deve ser instalado de modo que todos os drenos, respiros, bocas de visita e indicadores de nível, pressão e temperatura, quando existentes, sejam facilmente acessíveis. 13.7.2 Quando os vasos de pressão forem instalados em ambientes fechados, a instalação deve satisfazer os seguintes requisitos: (Alterado pela Portaria SIT n.º 57, de 19 de junho de 2008) a) dispor de pelo menos 2 (duas) saídas amplas, permanentemente desobstruídas e dispostas em direções distintas; b) dispor de acesso fácil e seguro para as atividades de manutenção, operação e inspeção, sendo que, para guardacorpos vazados, os vãos devem ter dimensões que impeçam a queda de pessoas; c) dispor de ventilação permanente com entradas de ar que não possam ser bloqueadas; d) dispor de iluminação conforme normas oficiais vigentes; e) possuir sistema de iluminação de emergência. 13.7.3 Quando o vaso de pressão for instalado em ambiente aberto, a instalação deve satisfazer as alíneas "a", "b", "d" e "e" do subitem 13.7.2. 13.7.4 Constitui risco grave e iminente o não atendimento às seguintes alíneas do subitem 13.7.2: - "a", "c" "d" e "e" para vasos instalados em ambientes fechados; (Alterado pela Portaria SIT n.º 57, de 19 de junho de 2008) - "a" para vasos instalados em ambientes abertos; - "e" para vasos instalados em ambientes abertos e que operem à noite. 13.7.5 Quando o estabelecimento não puder atender ao disposto no subitem 13.7.2 deve ser elaborado "Projeto Alternativo de Instalação" com medidas complementares de segurança que permitam a atenuação dos riscos.

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13.7.5.1 O "Projeto Alternativo de Instalação" deve ser apresentado pelo proprietário do vaso de pressão para obtenção de acordo com a representação sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento. 13.7.5.2 Quando não houver acordo, conforme previsto no subitem 13.7.5.1, a intermediação do órgão regional do MTb poderá ser solicitada por qualquer uma das partes e, persistindo o impasse, a decisão caberá a esse órgão. 13.7.6 A autoria do "Projeto de Instalação" de vasos de pressão enquadrados nas categorias “I”, “II” e “III”, conforme Anexo IV, no que concerne ao atendimento desta NR, é de responsabilidade de "Profissional Habilitado", conforme citado no subitem 13.1.2, e deve obedecer aos aspectos de segurança, saúde e meio ambiente previstos nas Normas Regulamentadoras, convenções e disposições legais aplicáveis. 13.7.7 O "Projeto de Instalação" deve conter pelo menos a planta baixa do estabelecimento, com o posicionamento e a categoria de cada vaso e das instalações de segurança. 13.8 Segurança na Operação de Vasos de Pressão 13.8.1 Todo vaso de pressão enquadrado nas categorias “I” ou “II” deve possuir manual de operação próprio ou instruções de operação contidas no manual de operação de unidade onde estiver instalado, em língua portuguesa e de fácil acesso aos operadores, contendo no mínimo: a) procedimentos de partidas e paradas; b) procedimentos e parâmetros operacionais de rotina; c) procedimentos para situações de emergência; d) procedimentos gerais de segurança, saúde e de preservação do meio ambiente. 13.8.2 Os instrumentos e controles de vasos de pressão devem ser mantidos calibrados e em boas condições operacionais. 13.8.2.1 Constitui condição de risco grave e iminente o emprego de artifícios que neutralizem seus sistemas de controle e segurança. 13.8.3 A operação de unidades que possuam vasos de pressão de categorias "I" ou "II" deve ser efetuada por profissional com "Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processos", sendo que o não atendimento a esta exigência caracteriza condição de risco grave e iminente. 13.8.4 Para efeito desta NR será considerado profissional com "Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo" aquele que satisfizer uma das seguintes condições: a) possuir certificado de "Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo" expedido por instituição competente para o treinamento;

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b) possuir experiência comprovada na operação de vasos de pressão das categorias “I” ou “II” de pelo menos 2 (dois) anos antes da vigência desta NR. 13.8.5 O pré-requisito mínimo para participação, como aluno, no "Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo" é o atestado de conclusão do 1º grau. 13.8.6 O "Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo" deve obrigatoriamente: a) ser supervisionado tecnicamente por "Profissional Habilitado" citado no subitem 13.1.2; b) ser ministrado por profissionais capacitados para esse fim; c) obedecer, no mínimo, ao currículo proposto no Anexo I-B desta NR. 13.8.7 Os responsáveis pela promoção do "Treinamento de Segurança na Operação de Unidades de Processo" estarão sujeitos ao impedimento de ministrar novos cursos, bem como a outras sanções legais cabíveis, no caso de inobservância do disposto no subitem 13.8.6. 13.8.8 Todo profissional com "Treinamento de Segurança na Operação de Unidade de Processo" deve cumprir estágio prático, supervisionado, na operação de vasos de pressão com as seguintes durações mínimas: a) 300 (trezentas) horas para vasos de categorias “I” ou “II”; b) 100 (cem) horas para vasos de categorias “III”, “IV” ou “V’. 13.8.9 O estabelecimento onde for realizado o estágio prático supervisionado deve informar previamente à representação sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento: a) período de realização do estágio; b) entidade, empresa ou profissional responsável pelo "Treinamento de Segurança na Operação de Unidade de Processo"; c) relação dos participantes do estágio. 13.8.10 A reciclagem de operadores deve ser permanente por meio de constantes informações das condições físicas e operacionais dos equipamentos, atualização técnica, informações de segurança, participação em cursos, palestras e eventos pertinentes. 13.8.11 Constitui condição de risco grave e iminente a operação de qualquer vaso de pressão em condições diferentes das previstas no projeto original, sem que: a) seja reprojetado levando em consideração todas as variáveis envolvidas na nova condição de operação;

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b) sejam adotados todos os procedimentos de segurança decorrentes de sua nova classificação no que se refere à instalação, operação, manutenção e inspeção. 13.9 Segurança na Manutenção de Vasos de Pressão 13.9.1 Todos os reparos ou alterações em vasos de pressão devem respeitar o respectivo código de projeto de construção e as prescrições do fabricante no que se refere a: a) materiais; b) procedimentos de execução; c) procedimentos de controle de qualidade; d) qualificação e certificação de pessoal. 13.9.1.1 Quando não for conhecido o código do projeto de construção, deverá ser respeitada a concepção original do vaso, empregando-se procedimentos de controle do maior rigor, prescritos pelos códigos pertinentes. 13.9.1.2 A critério do "Profissional Habilitado", citado no subitem 13.1.2, podem ser utilizadas tecnologias de cálculo ou procedimentos mais avançados, em substituição aos previstos pelos códigos de projeto. 13.9.2 "Projetos de Alteração ou Reparo" devem ser concebidos previamente nas seguintes situações: a) sempre que as condições de projeto forem modificadas; b) sempre que forem realizados reparos que possam comprometer a segurança. 13.9.3 O "Projeto de Alteração ou Reparo" deve: a) ser concebido ou aprovado por "Profissional Habilitado", citado no subitem 13.1.2; b) determinar materiais, procedimentos de execução, controle de qualidade e qualificação de pessoal; c) ser divulgado para funcionários do estabelecimento que possam estar envolvidos com o equipamento. 13.9.4 Todas as intervenções que exijam soldagem em partes que operem sob pressão devem ser seguidas de teste hidrostático, com características definidas pelo "Profissional Habilitado", citado no subitem 13.1.2, levando em conta o disposto no item 13.10. 13.9.4.1 Pequenas intervenções superficiais podem ter o teste hidrostático dispensado, a critério do "Profissional Habilitado", citado no subitem 13.1.2.

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13.9.5 Os sistemas de controle e segurança dos vasos de pressão devem ser submetidos à manutenção preventiva ou preditiva. 13.10 Inspeção de Segurança de Vasos de Pressão 13.10.1 Os vasos de pressão devem ser submetidos a inspeções de segurança inicial, periódica e extraordinária. 13.10.2 A inspeção de segurança inicial deve ser feita em vasos novos, antes de sua entrada em funcionamento, no local definitivo de instalação, devendo compreender exame externo, interno e teste hidrostático, considerando as limitações mencionadas no subitem 13.10.3.5. 13.10.3 A inspeção de segurança periódica, constituída por exame externo, interno e teste hidrostático, deve obedecer aos seguintes prazos máximos estabelecidos a seguir: a) para estabelecimentos que não possuam "Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos", conforme citado no Anexo II: Categoria do Vaso I II III IV V

Exame Externo 1 ANO 2 ANOS 3 ANOS 4 ANOS 5 ANOS

Exame Interno 3 ANOS 4 ANOS 6 ANOS 8 ANOS 10 ANOS

Teste Hidrostático 6 ANOS 8 ANOS 12 ANOS 16 ANOS 20 ANOS

b) para estabelecimentos que possuam "Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos", conforme citado no Anexo II: Categoria do Vaso I II III IV V

Exame Externo 3 ANOS 4 ANOS 5 ANOS 6 ANOS 7 ANOS

Exame Interno 6 ANOS 8 ANOS 10 ANOS 12 ANOS a critério

Teste Hidrostático 12 ANOS 16 ANOS a critério a critério a critério

13.10.3.1 Vasos de pressão que não permitam o exame interno ou externo por impossibilidade física devem ser alternativamente submetidos a teste hidrostático, considerando-se as limitações previstas no subitem 13.10.3.5. 13.10.3.2 Vasos com enchimento interno ou com catalisador podem ter a periodicidade de exame interno ou de teste hidrostático ampliada, de forma a coincidir com a época da substituição de enchimentos ou de catalisador, desde que esta ampliação não ultrapasse 20% do prazo estabelecido no subitem 13.10.3 desta NR.

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13.10.3.3 Vasos com revestimento interno higroscópico devem ser testados hidrostaticamente antes da aplicação do mesmo, sendo os testes subseqüentes substituídos por técnicas alternativas. 13.10.3.4 Quando for tecnicamente inviável e mediante anotação no "Registro de Segurança" pelo "Profissional Habilitado", citado no subitem 13.1.2, o teste hidrostático pode ser substituído por outra técnica de ensaio não-destrutivo ou inspeção que permita obter segurança equivalente. 13.10.3.5 Considera-se como razões técnicas que inviabilizam o teste hidrostático: a) resistência estrutural da fundação ou da sustentação do vaso incompatível com o peso da água que seria usada no teste; b) efeito prejudicial do fluido de teste a elementos internos do vaso; c) impossibilidade técnica de purga e secagem do sistema; d) existência de revestimento interno; e) influência prejudicial do teste sobre defeitos sub-críticos. 13.10.3.6 Vasos com temperatura de operação inferior a 0ºC e que operem em condições nas quais a experiência mostre que não ocorre deterioração, ficam dispensados do teste hidrostático periódico, sendo obrigatório exame interno a cada 20 (vinte) anos e exame externo a cada 2 (dois) anos. 13.10.3.7 Quando não houver outra alternativa, o teste pneumático pode ser executado, desde que supervisionado pelo "Profissional Habilitado", citado no subitem 13.1.2, e cercado de cuidados especiais por tratar-se de atividade de alto risco. 13.10.4 As válvulas de segurança dos vasos de pressão devem ser desmontadas, inspecionadas e recalibradas por ocasião do exame interno periódico. 13.10.5 A inspeção de segurança extraordinária deve ser feita nas seguintes oportunidades: a) sempre que o vaso for danificado por acidente ou outra ocorrência que comprometa sua segurança; b) quando o vaso for submetido a reparo ou alterações importantes, capazes de alterar sua condição de segurança; c) antes de o vaso ser recolocado em funcionamento, quando permanecer inativo por mais de 12 (doze) meses; d) quando houver alteração do local de instalação do vaso.

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13.10.6 A inspeção de segurança deve ser realizada por "Profissional Habilitado", citado no subitem 13.1.2 ou por "Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos", conforme citado no Anexo II. 13.10.7 Após a inspeção do vaso deve ser emitido "Relatório de Inspeção", que passa a fazer parte da sua documentação. 13.10.8 O "Relatório de Inspeção" deve conter no mínimo: a) identificação do vaso de pressão; b) fluidos de serviço e categoria do vaso de pressão; c) tipo do vaso de pressão; d) data de início e término da inspeção; e) tipo de inspeção executada; f) descrição dos exames e testes executados; g) resultado das inspeções e intervenções executadas; h) conclusões; i) recomendações e providências necessárias; j) data prevista para a próxima inspeção; k) nome legível, assinatura e número do registro no conselho profissional do "Profissional Habilitado", citado no subitem 13.1.2, e nome legível e assinatura de técnicos que participaram da inspeção. 13.10.9 Sempre que os resultados da inspeção determinarem alterações dos dados da placa de identificação, a mesma deve ser atualizada. ANEXO I-A CURRÍCULO MÍNIMO PARA "TREINAMENTO DE SEGURANÇA NA OPERAÇÃO DE CALDEIRAS" 1 - NOÇÕES DE GRANDEZAS FÍSICAS E UNIDADES Carga Horária: 4 horas 1.1 – Pressão 1.1.1 - Pressão atmosférica 1.1.2 - Pressão interna de um vaso 1.1.3 - Pressão manométrica, pressão relativa e pressão absoluta 1.1.4 - Unidades de pressão 1.2 - Calor e Temperatura 1.2.1 - Noções gerais: o que é calor, o que é temperatura 21

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1.2.2 - Modos de transferência de calor 1.2.3 - Calor específico e calor sensível 1.2.4 - Transferência de calor a temperatura constante 1.2.5 - Vapor saturado e vapor superaquecido 1.2.6 - Tabela de vapor saturado 2 - CALDEIRAS - CONSIDERAÇÕES GERAIS Carga horária: 08 horas 2.1 - Tipos de caldeiras e suas utilizações 2.2 - Partes de uma caldeira 2.2.1 - Caldeiras flamotubulares 2.2.2 - Caldeiras aquotubulares 2.2.3 - Caldeiras elétricas 2.2.4 - Caldeiras a combustíveis sólidos 2.2.5 - Caldeiras a combustíveis líquidos 2.2.6 - Caldeiras a gás 2.2.7 - Queimadores 2.3 - Instrumentos e dispositivos de controle de caldeiras 2.3.1 - Dispositivo de alimentação 2.3.2 - Visor de nível 2.3.3 - Sistema de controle de nível 2.3.4 - Indicadores de pressão 2.3.5 - Dispositivos de segurança 2.3.6 - Dispositivos auxiliares 2.3.7 - Válvulas e tubulações 2.3.8 - Tiragem de fumaça 3 - OPERAÇÃO DE CALDEIRAS Carga horária: 12 horas 3.1 - Partida e parada

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3.2 - Regulagem e controle 3.2.1 - de temperatura 3.2.2 - de pressão 3.2.3 - de fornecimento de energia 3.2.4 - do nível de água 3.2.5 - de poluentes 3.3 - Falhas de operação, causas e providências 3.4 - Roteiro de vistoria diária 3.5 - Operação de um sistema de várias caldeiras 3.6 - Procedimentos em situações de emergência 4 - TRATAMENTO DE ÁGUA E MANUTENÇÃO DE CALDEIRAS Carga horária: 8 horas 4.1 - Impurezas da água e suas consequências 4.2 - Tratamento de água 4.3 - Manutenção de caldeiras 5 - PREVENÇÃO CONTRA EXPLOSÕES E OUTROS RISCOS Carga horária: 4 horas 5.1 - Riscos gerais de acidentes e riscos à saúde 5.2 - Riscos de explosão 6. LEGISLAÇÃO E NORMALIZAÇÃO Carga horária: 4 horas 6.1 - Normas Regulamentadoras 6.2 - Norma Regulamentadora 13 - NR 13

ANEXO I-B CURRÍCULO MÍNIMO PARA "TREINAMENTO DE SEGURANÇA NA OPERAÇÃO DE UNIDADES DE PROCESSO" 1 - Noções de grandezas físicas e unidades Carga horária: 4 (quatro) horas 1.1 - Pressão 1.1.1 - Pressão atmosférica

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1.1.2 - Pressão interna de um vaso 1.1.3 - Pressão manométrica, pressão relativa e pressão absoluta 1.1.4 - Unidades de pressão 1.2 - Calor e temperatura 1.2.1 - Noções gerais: o que é calor, o que é temperatura 1.2.2 - Modos de transferência de calor 1.2.3 - Calor específico e calor sensível 1.2.4 - Transferência de calor a temperatura constante 1.2.5 - Vapor saturado e vapor superaquecido 2 - EQUIPAMENTOS DE PROCESSO Carga horária estabelecida de acordo com a complexidade da unidade, mantendo um mínimo de 4 horas por item, onde aplicável. 2.1 - Trocadores de calor 2.2 - Tubulação, válvulas e acessórios 2.3 - Bombas 2.4 - Turbinas e ejetores 2.5 - Compressores 2.6 - Torres, vasos, tanques e reatores 2.7 - Fornos 2.8 - Caldeiras 3 - ELETRICIDADE Carga horária: 4 horas 4 - INSTRUMENTAÇÃO Carga horária: 8 horas 5 - OPERAÇÃO DA UNIDADE Carga horária: estabelecida de acordo com a complexidade da unidade 5.1 - Descrição do processo 5.2 - Partida e parada 5.3 - Procedimentos de emergência 5.4 - Descarte de produtos químicos e preservação do meio ambiente 5.5 - Avaliação e controle de riscos inerentes ao processo 24

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5.6 - Prevenção contra deterioração, explosão e outros riscos 6 - PRIMEIROS SOCORROS Carga horária: 8 horas 7 - LEGISLAÇÃO E NORMALIZAÇÃO Carga horária: 4 horas ANEXO II REQUISITOS PARA CERTIFICAÇÃO DE "SERVIÇO PRÓPRIO DE INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS" Antes de colocar em prática os períodos especiais entre inspeções, estabelecidos nos subitens 13.5.4 e 13.10.3 desta NR, os "Serviços Próprios de Inspeção de Equipamentos" da empresa, organizados na forma de setor, seção, departamento, divisão, ou equivalente, devem ser certificados pelo Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (INMETRO) diretamente ou mediante "Organismos de Certificação" por ele credenciados, que verificarão o atendimento aos seguintes requisitos mínimos expressos nas alíneas "a" a "g". Esta certificação pode ser cancelada sempre que for constatado o não atendimento a qualquer destes requisitos: a) existência de pessoal próprio da empresa onde estão instalados caldeira ou vaso de pressão, com dedicação exclusiva a atividades de inspeção, avaliação de integridade e vida residual, com formação, qualificação e treinamento compatíveis com a atividade proposta de preservação da segurança; b) mão-de-obra contratada para ensaios não-destrutivos certificada segundo regulamentação vigente e para outros serviços de caráter eventual, selecionada e avaliada segundo critérios semelhantes ao utilizado para a mão-de-obra própria; c) serviço de inspeção de equipamentos proposto possuir um responsável pelo seu gerenciamento formalmente designado para esta função; d) existência de pelo menos 1 "Profissional Habilitado", conforme definido no subitem 13.1.2; e) existência de condições para manutenção de arquivo técnico atualizado, necessário ao atendimento desta NR, assim como mecanismos para distribuição de informações quando requeridas; f) existência de procedimentos escritos para as principais atividades executadas; existência de aparelhagem condizente com a execução das atividades propostas. ANEXO III 1 - Esta NR deve ser aplicada aos seguintes equipamentos: a) qualquer vaso cujo produto "P.V" seja superior a 8 (oito), onde "P" é a máxima pressão de operação em kPa e "V" o seu volume geométrico interno em m³, incluindo: - permutadores de calor, evaporadores e similares; - vasos de pressão ou partes sujeitas a chama direta que não estejam dentro do escopo de outras NR, nem do item 13.1 desta NR; - vasos de pressão

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encamisados, incluindo refervedores e reatores; - autoclaves e caldeiras de fluido térmico que não o vaporizem; b) vasos que contenham fluido da classe "A", especificados no Anexo IV, independente das dimensões e do produto "P.V". 2 - Esta NR não se aplica aos seguintes equipamentos: a) cilindros transportáveis, vasos destinados ao transporte de produtos, reservatórios portáteis de fluido comprimido e extintores de incêndio; b) os destinados à ocupação humana; c) câmara de combustão ou vasos que façam parte integrante de máquinas rotativas ou alternativas, tais como bombas, compressores, turbinas, geradores, motores, cilindros pneumáticos e hidráulicos e que não possam ser caracterizados como equipamentos independentes; d) dutos e tubulações para condução de fluido; e) serpentinas para troca térmica; f) tanques e recipientes para armazenamento e estocagem de fluidos não enquadrados em normas e códigos de projeto relativos a vasos de pressão; g) vasos com diâmetro interno inferior a 150 (cento e cinqüenta) mm para fluidos das classes "B", "C" e "D", conforme especificado no Anexo IV. ANEXO IV CLASSIFICAÇÃO DE VASOS DE PRESSÃO 1 - Para efeito desta NR, os vasos de pressão são classificados em categorias segundo o tipo de fluido e o potencial de risco. 1.1 - Os fluidos contidos nos vasos de pressão são classificados conforme descrito a seguir: CLASSE "A": - fluidos inflamáveis; - combustível com temperatura superior ou igual a 200º C; fluidos tóxicos com limite de tolerância igual ou inferior a 20 ppm; - hidrogênio; - acetileno. CLASSE "B": - fluidos combustíveis com temperatura inferior a 200º C; - fluidos tóxicos com limite de tolerância superior a 20 (vinte) ppm; CLASSE "C": - vapor de água, gases asfixiantes simples ou ar comprimido; CLASSE "D": - água ou outros fluidos não enquadrados nas classes "A", "B" ou "C", com temperatura superior a 50ºC.

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1.1.1 - Quando se tratar de mistura, deverá ser considerado para fins de classificação o fluido que apresentar maior risco aos trabalhadores e instalações, considerando-se sua toxicidade, inflamabilidade e concentração. 1.2 - Os vasos de pressão são classificados em grupos de potencial de risco em função do produto "PV", onde "P" é a pressão máxima de operação em Mpa e "V" o seu volume geométrico interno em m³, conforme segue: GRUPO 1 - PV ≥ 100 GRUPO 2 - PV < 100 e PV ≥ 30 GRUPO 3 - PV < 30 e PV ≥ 2.5 GRUPO 4 - PV < 2.5 e PV ≥ 1 GRUPO 5 - PV < 1 1.2.1 - Vasos de pressão que operem sob a condição de vácuo deverão enquadrar-se nas seguintes categorias: - categoria I: para fluidos inflamáveis ou combustíveis; - categoria V: para outros fluidos. 1.3 - A tabela a seguir classifica os vasos de pressão em categorias de acordo com os grupos de potencial de risco e a classe de fluido contido. CATEGORIAS DE VASOS DE PRESSÃO GRUPO DE POTENCIAL DE RISCO

CLASSE DE FLUIDO

1 P.V ≥ 100

2 P.V < 100 P.V ≥ 30

3 P.V < 30 P.V ≥ 2,5

4 P.V < 2,5 P.V ≥ 1

5 CLASSE DE FLUIDO P.V < 1

CATEGORIAS “A” - Fluido inflamável, combustível com temperatura igual ou superior a 200 °C - Tóxico com limite de tolerância ≤ 20 ppm - Hidrogênio - Acetileno “B” - Combustível com temperatura menor que 200 °C - Tóxico com limite de tolerância > 20 ppm “C”

III

V 27

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- Vapor de água - Gases asfixiantes simples - Ar comprimido “D” - Outro Fluido (Alterado pela Portaria SIT n.º II III 57, de 19 de junho de 2008) Notas: a) Considerar volume em m³ e pressão em MPa; b) Considerar 1 MPa correspondente à 10,197 Kgf/cm².

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Treinamento e Ensino Técnico de Qualidade Para Futuros Profissionais Qualificados

02 - Noções de grandezas físicas e unidades

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Noções de Grandezas físicas e unidades

Caldeiras são equipamentos de uso industrial que tem a finalidade de produzir e acumular vapor de água a uma pressão maior que a pressão atmosférica. Para tanto, fonte de calor aquece a água sob condições controladas. Para operar a caldeira, o trabalhador, além de conhecer o funcionamento do equipamento, precisa conhecer sobre alguns fenômenos físicos, de forma a garantir seu melhor funcionamento, aumentando a produtividade e a segurança do trabalho. Neste capítulo, vamos falar sobre esses fenômenos físicos que envolvem o funcionamento das caldeiras, incluindo as grandezas físicas (unidades de medida) que estão a eles vinculadas.

Pressão A pressão é o fenômeno físico que ocorre quando uma força é aplicada sobre uma área. Por exemplo: quando pisamos sobre um terreno, os nossos pés exercem uma força sobre o chão. Se este terreno for firme, não perceberemos os efeitos da pressão. Entretanto, se pisarmos em lama ou areia fofa, deixaremos marcas visíveis da pressão, através das pegadas. A pressão é uma grandeza física, que pode ser calculada matematicamente e utiliza a unidade de medida Pascal (Pa).

P (Pa) =

F (N) A (m2) sendo P = pressão, F = força e A = área.

Perceba que a expressão traz outras duas unidades de medida: o Newton, utilizado para medir força e o metro quadrado, utilizado para medir a quantidade de área. Todas essas medidas são expressas dentro do Sistema Internacional, que padroniza o uso das unidades de medida, facilitando o entendimento de fenômenos físicos no mundo inteiro. O uso do Sistema Internacional (SI), no Brasil, é regulamentado por lei. Assim, por exemplo, se quisermos saber qual a pressão exercida pela face de um paralelepípedo que tem uma área de 0,24 m2 e exerce uma força de 24N sobre a superfície sobre a qual se apoia, teremos: P = F/A  P = 24/0,24  P = 100Pa

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Isso significa que esse paralelepípedo exerce uma pressão de 100Pa sobre a superfície sobre a qual está apoiado.

Pressão atmosférica A Terra está envolta por uma camada de ar chamada atmosfera. O ar da atmosfera em torno de nós é tão leve que podemos nos mover através dele sem fazermos esforço. No entanto, esse ar tem peso. Como ele é atraído pela gravidade, faz força sobre nós em todas as direções, exercendo uma pressão de várias toneladas sobre o nosso corpo. Não percebemos essa força porque a pressão do ar dentro dos nossos pulmões é igual à da atmosfera. Essa pressão é chamada pressão atmosférica. Através de um experimento simples, é possível comprovar a sua existência: ao pressionar um desentupidor de pia com as bordas molhadas sobre uma superfície lisa e plana, o ar que estava lá dentro é expulso. Remover o desentupidor do lugar, nestas condições, exigirá muita força uma vez que a pressão interna será muito maior do que a pressão externa.

A pressão atmosférica, ou seja, a pressão que o ar atmosférico exerce sobre a superfície da Terra, varia de acordo com a altitude. Ela será maior nos locais mais baixos e menor nos locais mais altos. Este fato foi comprovado pelo físico italiano Evangelista Torricelli, ao emborcar um tubo de vidro de um metro de comprimento com uma das extremidades fechadas em uma cuba cheia de mercúrio. Através deste experimento, o cientista observou que a coluna de mercúrio descia até atingir 760 mm de altura (0,76M), quando estava no nível do mar.

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Neste experimento, a pressão atmosférica agiu sobre a superfície lisa do mercúrio que estava dentro da cuba, equilibrando a pressão exercida pela coluna de mercúrio sobre o fundo da cuba. Para esse valor ((760mm) de altura de mercúrio (Hg), ele deu o nome de atmosfera (atm). O aparelho simples inventado por Torricelli para realizar o experimento se chama barômetro. Ao repetir a experiência em locais com altitudes variadas, a altura da coluna de mercúrio também variou, comprovando que a pressão atmosférica varia de acordo com a altitude.

A tabela a seguir demonstra esse resultado: Altitude 0m 100m 500m 1000m

Pressão atmosférica em mm de mercúrio (mmHg) 760 mmHg 750 mmHg 710 mmHg 660 mmHg 32

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Pressão manométrica e pressão absoluta Considerando a função da caldeira de produzir e acumular vapor a uma pressão superior à pressão atmosférica, é importante verificar o que acontece com o vapor quando está dentro de um recipiente fechado. Para o operador de caldeira, há dois fatores muito importantes a serem observados: 1. Gases encerrados em recipientes, mesmo sem aquecimento, exercem pressão igual em todos os sentidos sobre as paredes do vaso que os contem. Um exemplo disso é o pneu do automóvel, que se mantém cheio de forma uniforme. 2. Essa pressão se eleva com o aumento da temperatura. Este fato pode ser comprovado com o uso da panela-de-pressão doméstica. Se ela estiver com as válvulas de segurança entupidas e recebendo calor da boca do fogão, ocorrerá um aumento constante da pressão interna da panela, levando a uma explosão. O mesmo ocorre com a caldeira, se a pressão interna não estiver devidamente controlada. A pressão interna de um recipiente fechado é medida utilizando-se como referência a pressão atmosférica do local em que o recipiente está. Por esta medição tem-se a chamada pressão relativa. Ela poderá ser positiva ou negativa. Quando a pressão relativa é positiva (maior que zero), ela é medida através de um instrumento chamado manômetro. É este o instrumento que o operador de caldeira utiliza para verificar os níveis internos de pressão, mantendo-os dentro das faixas de segurança.

Por outro lado, quando a pressão relativa for negativa (menor que zero), o vacuômetro é o instrumento utilizado para fazer a medição. A soma da pressão relativa com a pressão atmosférica do local em que se realiza a medição nos dá a chamada pressão absoluta.

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Correspondência entre unidades de medida Para interpretar os dados do mostrador do manômetro, é preciso conhecer correspondência entre unidades de medidas de força e área, uma vez que elas variam de acordo com as normas de cada pais e, portanto, variam de equipamento para equipamento, dependendo de onde foi fabricado. As normas brasileiras, estabelecidas pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) determinam a utilização das unidades do Sistema Internacional (SI). O quadro a seguir apresenta a correspondência entre várias unidades de medida de pressão. kPa bar Kgf/cm2 (KN/m2)* 100 1 1,019716 98,0665 0,980665 1 6,8947 0,068947 0,070307 101,325 1,01325 1,03323 133,322 1,33322 1,3595 9,80665 0,09806 0,1000 1 0,0100 0,01019 * Unidade do Sistema Internacional

Psi (lbf/pol2) 14,503 14,2233 1 14,6959 19,368 1,42233 0,14503

Atm 0,9869 0,967841 0,068046 1 1,31579 0,09677 0,009869

mmHg (torr) 750,062 735,556 51,715 760 1000 73,556 7,50062

mH2O (mca) 10,19716 10,00 0,70307 10,33226 13,59 1 0,10197

Observação: De acordo com o SI, um atm corresponde a 101,325Pa. Calor Tudo o que nos cerca é formado por moléculas, partículas que estão em constante movimento e não são visíveis ao olho nu. Estas moléculas estão em constante movimento, pois possuem energia de agitação, chamada de energia térmica. A temperatura é a forma de medição da quantidade de energia térmica de um corpo. Quanto maior a agitação das partículas de um corpo, maior será a sua temperatura. Ao colocarmos em contato dois corpos com temperaturas diferentes, ocorrerá um fenômeno físico de transferência de energia térmica, sempre do corpo mais quente para o corpo mais frio, até que se alcance o equilíbrio térmico, ou seja, até que os dois corpos atinjam temperaturas iguais. A esta troca de temperaturas do corpo mais quente para o corpo mais frio dá-se o nome de calor.

Escalas de temperatura A temperatura pode ser medida em três diferentes escalas: a escala Celsius, a escala Fahrenheit e a escala Kelvin. As três escalas utilizam a temperatura do gelo fundente e a temperatura da água em ebulição como pontos de referência para as medições.

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Na escala Celsius, a temperatura do gelo fundente corresponde a O°C, enquanto a temperatura da água em ebulição corresponde a 100°C na escala. O intervalo entre esses dois pontos foi dividido em 100 partes iguais correspondentes a 1°C. Já na escala Fahrenheit, a temperatura do gelo fundente corresponde a 32°F e a da água em ebulição é de 212°F. A faixa entre esses dois pontos foi dividida em 180 partes iguais e cada divisão é igual a 1°F. Por fim, na escala Kelvin, o número de divisões em K corresponde ao equivalente em °C, com a temperatura do gelo fundente (0°C), correpondendo a +273K.

Transferência de calor Quando o calor se propaga de um ponto de maior temperatura para outro de menor temperatura, ocorre um fenômeno chamado de transmissão de calor. O calor pode propagarse através das substancias com facilidade ou com dificuldade. A facilidade ou dificuldade que o calor tem de propagar-se através das substâncias recebe o nome de contutibilidade térmica e ajuda a classificar os materiais em condutores e isolantes. Os materiais condutores são aqueles que transmitem o calor com mais facilidade. Os metais em geral são bons condutores de calor. Os materiais isolantes, por outro lado, são maus condutores de calor. Materiais como tecidos, papel e amianto são, por exemplo, de material isolante. Analisando os materiais condutores, verifica-se que a quantidade de calor que passa através de uma parede feita de qualquer material depende de diversos fatores, como veremos a seguir:    

Da diferença de temperatura que existe entre ambos os lados do material Do tamanho da superfície da face exposta ao calor, ou seja, superfícies maiores transmitem mais calor. Da espessura da parede. Do material de construção da parede.

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A propagação do calor acontece nos materiais em estado sólido, líquido e gasoso, bem como no vácuo e pode ocorrer de três formas: por condução, por convecção e por radiação. Nos materiais sólidos, o calor se propaga por condução, ou seja, o calor é conduzido de uma molécula para outra até que atinja todo o corpo. Verifica-se tal afirmação facilmente através de um experimento bastante simples: basta colocarmos a extremidade de uma barra de ferro sobre uma fonte de calor. Após um certo tempo, a outra extremidade da barra começará a perceber um aumento de temperatura, até ficar impossível segurá-la com as próprias mãos.

Nos líquidos e gases, o calor se propaga por convecção, ou seja, as massas de líquidos e gases trocam de posição entre si. Isso significa que, se fosse retirada a fonte do calor – o fogo – que aquecia a barra do exemplo anterior, e se mantivéssemos a mão a uma certa distância do material aquecido, seria possível perceber o calor.

Isso acontece porque o ar em torno da barra quente se aquece, fica mais leve e sobe. O espaço livre deixado pelo ar quente é então ocupado pelo ar mais frio (mais denso) que, por sua vez, 36

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se aquece, repetindo o ciclo anterior. Dessa forma, estabelece-se uma corrente ascendente do ar quente, que atua como veículo transportador de calor desde a barra de ferro até a mão. Em países de clima frio, por exemplo, o sistema de aquecimento de ambientes se baseia na convecção do calor da água.

A transmissão por radiação é diferente das demais porque, neste caso, o calor é transferido sem a ajuda de nenhum material. O melhor exemplo desse tipo de transmissão é o calor do Sol que chega a Terra: o calor não vem por condução, uma vez que não há contato físico entre os dois astros, e o calor também não vêm por condução, já que não há atmosfera ligando um ao outro. O calor do sol chega a nós por ondas semelhantes às ondas de radio e àquelas que transmitem a luz. São chamadas ondas de energia radiante. É possível sentir os efeitos dessas ondas, aproximando a mão por baixo de uma lâmpada elétrica acessa. A mão ficará quente apesar do fato de que o ar quente sobe. Na verdade, o calor sentido foi transmitido por radiação.

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O fenômeno de troca de calor é muito empregado nos processos industriais e ajuda a atender às exigências tecnológicas desses processos. Nas caldeiras, o processo de transferência de calor entre a queima do combustível na fornalha e o aquecimento da água, com a consequente geração de vapor pode ocorrer por radiação, convecção ou condução. Em muitos casos, é importante que o aquecimento ocorra com um mínimo de variação de temperatura. Através da regulagem do fluxo de vapor, é possível controlar e garantir que o aquecimento de um combustível, por exemplo, seja feito em temperatura constante.

Calor específico Algumas substâncias são mais difíceis de aquecerem do que outras. Se uma vasilha com água for colocada sobre uma chama e se um bloco de ferro de massa igual for colocado sobre uma chama de mesma intensidade, o ferro logo ficará tão quente ao ponto de fazer ferver qualquer gota de água que respingue sobre ele. A água, por outro lado, continuará fria o suficiente para que se possa mergulhar a mão sem nela sem queimá-la. Isso significa que o ferro necessita de menos calor do que a água para elevar sua temperatura, ou seja, ele tem menor calor específico. O calor específico indica a quantidade de calor que cada unidade de massa de determinada substância precisa para que sua temperatura possa variar em 1°C. É uma característica da natureza de cada substância. Portanto, cada uma tem seu próprio calor específico. Para os gases, o calor específico varia com a pressão e o volume. A unidade de medida do calor específico é a caloria por grama por °C. O calor específico do vapor sob pressão constante de 0,421cal/g°C.

Calor sensível Calor sensível é a denominação dada à quantidade de calor absorvido ou cedido por um corpo quando, nessa transferência, ocorre uma variação de temperatura.

Calor latente Calor latente é a denominação dada à quantidade de calor absorvido ou cedido por um corpo, quando houver uma mudança de estado sem que haja variação de temperatura. Com exemplo, pode-se citar a transformação do gelo (água em estado sólido) em água em estado líquido, com a temperatura se mantendo constante.

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Dilação térmica Como já vimos, quando um corpo é aproximado de uma fonte de calor, verificamos a ocorrência de diversos fenômenos físicos: a temperatura se eleva e algumas de suas propriedades e características físicas, tais como dimensões, volume e calor específico, se modificam. Ao aquecermos um corpo verificamos também a ocorrência de um fenômeno físico chamado dilação térmica, que nada mais é do que a expansão do material em consequência da agitação mais intensa de suas moléculas. Esta expansão ocorre de forma proporcional no comprimento, superfície e volume do corpo aquecido. São três os tipos de dilatação térmica verificadas nos corpos, quando aquecidos, de acordo com o material e as condições de aquecimento: 

Linear, ou seja, quando o aumento é maior no sentido de uma das dimensões do corpo.  Superficial, isto é, a expansão acontece apenas na superfície do material.  Volumétrica, quer dizer, a variação de tamanho se dá no volume do corpo. Os materiais sólidos, quando aquecidos, podem apresentar esses três tipos de dilatação. Já os líquidos e os gases, por não terem formas próprias, apresentam apenas a dilatação volumétrica. Cada tipo de dilatação apresenta um determinado coeficiente de dilatação térmica, ou seja, o aumento de tamanho para cada grau de elevação de temperatura. Os líquidos tem um coeficiente de dilatação volumétrica maior que os sólidos e exercem pressão ao serem aquecidos em recipientes fechados. Nas caldeiras os coeficientes que interessam ao operador são os coeficientes de dilatação volumétrica, representados pela razão da variação do volume de um corpo por unidade de volume, quando sua temperatura varia de 1°C.

Vapor saturado e vapor superaquecido Ao aquecermos um recipiente fechado contendo água, o calor fará com que as moléculas do liquido se movam mais depressa, aumentando a sua temperatura. Ao atingir temperatura próxima a 100°C (considerando-se pressão ao nível do mar), a água entrará em ebulição, iniciando sua mudança de estado para o vapor. Enquanto houver água em estado liquido dentro do recipiente, este vapor em formação será considerado saturado e não haverá aumento de temperatura. Após a mudança total de estado da água para vapor, a temperatura voltará a subir e o vapor do recipiente passará a se denominar vapor superaquecido. O vapor superaquecido é utilizado em processos industriais que exigem o vapor seco, sem partículas sólidas em suspensão e com temperaturas elevadas. O vapor saturado arrasta 39

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umidade e grande parte das impurezas na forma de partículas sólidas, causando danos ao processo. Um tratamento eficaz da água da caldeira pode diminuir a quantidade de partículas, minimizando esse problema. Mostramos a seguir uma tabela em que relaciona os valores de pressão absoluta (soma do valor da pressão manométrica com a pressão atmosférica) com valores de temperatura de vapor saturado. Relação entre pressão absoluta e a temperatura de vapor saturado Pressão absoluta Kgf/cm2 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,04 0,05 0,06 0,08 0,10 0,12 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4

Temperatura °C 6,7 12,7 17,2 20,8 23,8 28,6 32,5 35,8 41,2 45,4 49,1 53,6 59,7 64,6 68,7 72,2 75,4 80,9 85,5 89,5 92,9 96,2 99,1 101,8 104,2 106,6 108,7 110,8 112,7 116,3 119,6 122,6 125,5

Pressão Absoluta Kgf/cm2 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 24

Temperatura °C 128,1 130,5 132,9 135,1 137,2 139,2 141,1 142,9 147,2 151,1 154,7 158,1 161,2 164,2 167,0 169,6 172,1 174,5 176,8 179,0 183,2 187,1 190,7 194,1 197,4 200,4 203,4 206,1 208,8 211,4 216,2 220,8

Pressão absoluta Kgf/cm2 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 110 120 130 140 150 160 180 200 220

temperatura °C 225,0 229,0 232,8 236,3 239,8 243,0 246,2 249,2 252,1 254,9 257,6 260,2 262,7 268,7 274,3 279,5 284,5 289,2 293,6 297,9 301,9 305,9 309,5 316,6 323,2 329,3 335,1 340,6 345,7 355,3 364,1 373,6

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Outras variáveis Existem outros fenômenos físicos que o operador de caldeira tem que manipular em seu trabalho diário. Um deles está relacionado ao escoamento dos fluidos de um ponto a outro do processo.

Vazão Vazão é a quantidade de fluido que escoa por uma tubulação e seus acessórios durante o intervalo de tempo considerado, que pode ser dado em segundos, minutos, horas, dias, etc.. A quantidade pode ser dada em:  Volume – vazão volumétrica  Massa – vazão em massa A vazão volumétrica é dada pela seguinte igualdade: (Box) Q=

V t sendo V = volume, t = tempo de transferência. As unidades de medida de vazão volumétrica são m3/h e l/min.

A vazão em massa é obtida pela expressão: W=

M t sendo M = massa, t = tempo de transferência.

As unidades de representação da vazão em massa são kg/h, ton/h e g/min.

Escoamento Escoamento é o caminho que o fluido percorre no equipamento. Há duas maneiras de ocorrer o escoamento:  

Escoamento laminar Escoamento turbulento

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No escoamento laminar, as partículas do fluido deslocam-se paralelamente umas às outras, praticamente sem se misturarem, como se formassem camadas de deslocamento com sentido preferencial. Veja a representação esquemática a seguir: (desenho pg50) No escoamento turbulento, as partículas fluem em todas as direções e provocam turbilhonamento e redemoinhos. Isso acontece na associação de velocidades elevadas associadas a viscosidades baixas. O escoamento de água e de gases é sempre do tipo turbulento. A ilustração a seguir representa esquematicamente esse fenômeno:

A turbulência favorece as trocas de calor e a mistura do próprio fluido no interior da tubulação, tornando-o mais homogêneo. Vários fatores influenciam no tipo de escoamento, a saber:    

Velocidade do fluido Diâmetro da tubulação Viscosidade do fluido Densidade do fluido

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Velocidade de escoamento Velocidade de escoamento é a vazão que passa por uma tubulação ou por um equipamento por unidade de área. Ela pode ser medida de forma linear ou em massa. A velocidade linear é aquela pela qual as moléculas do fluido se deslocam na tubulação. A velocidade em massa é o produto da vazão em massa pela área de secção transversal. É muito usada para gases, cujo volume varia bastante, porém a massa não.

Perda de carga Perda de carga é a queda de pressão sofrida por um fluido ao escoar por uma tubulação, devido ao atrito e acidentes provocados por curvas, válvulas, derivações e outros acessórios. Nos equipamentos, as perdas de carga podem ser provocadas por defletores, chicanas, recheios.

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Treinamento e Ensino Técnico de Qualidade Para Futuros Profissionais Qualificados

03 - Tipo de Caldeira e a Utilização do Vapor

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Tipos de caldeiras e a utilização de vapor

História do vapor Como já vimos, o calor é o resultado da agitação dentro dos corpos. É uma forma de energia que se transfere de um corpo para outro quando há diferença de temperatura entre eles. Essa transferência de calor se dá de três maneiras: por radiação, por condução e por convecção. Como forma de energia, o calor é usado pelo homem para produzir trabalho e um dos modos de conseguir isso é utilizando a transferência de calor para produzir vapor. Atualmente, muitas das indústrias usam vapor em seus processos de produção. A fim de atender a essa necessidade sempre crescente, a geração de vapor pode ser realizada nas caldeiras, nos equipamentos geradores de vapor, ou pelo aproveitamento do calor residual proveniente de alguns tipos de processos industriais, como a siderurgia (gases de alto-forno). Devido à importância do vapor e de seus processos de geração, estudaremos os diversos tipos de caldeiras, sua classificação e seu emprego. Histórico A utilização de vapor para movimentar corpos não é algo moderno. Já no primeiro século da era crista, um estudioso conhecido como Heron de Alexandria construiu uma máquina com esta finalidade. Tratava-se de uma espécie de turbina a vapor, que foi batizada de eolípila. Para fazer funcionar a eolípila, enchia-se uma esfera de metal com água para produzir vapor. Este se expandia, fazendo a esfera girar, e saia através de dois bicos colocados em posição diametralmente oposta. Mesmo com a capacidade de movimentar a esfera, o equipamento não produzia nenhum trabalho útil ao Homem, deixando o invento sem utilidade prática.

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Mais tarde na História, as máquinas a vapor se tornaram a primeira maneira eficiente de produzir energia sem que houvesse necessidade de força muscular, do homem ou de animais, de força eólica (dos ventos) ou da água corrente. A invenção da máquina a vapor, por esta capacidade, foi uma das bases da Revolução Industrial, na Idade Moderna. O equipamento, em sua forma mais simplificada, baseia todo o seu funcionamento do fenômeno físico da expansão, uma vez que a água, quando em seu estado gasoso (vapor) ocupa um volume 1600 vezes maior do que em estado líquido, quando em pressão atmosférica. A partir do século XVII, especificamente em 1690, que o físico francês Denis Papin utilizou este fenômeno físico para bombear água. Com um equipamento bastante rudimentar, composto por um pistão dentro de um cilindro, que ficava sob uma fonte de calor, em que se colocava uma pequena quantidade de água. Quando esta passa ao estado de vapor, sua pressão forçava o pistão a subir. Neste momento, a fonte de calor era removida, condensando o vapor (voltando ao estado líquido), criando um vácuo parcial (pressão abaixo da pressão atmosférica) dentro do cilindro, movendo o pistão para baixo, realizando o trabalho. Mas a utilização efetiva dessa tecnologia só se iniciou com a invenção de Thomas Savery, patenteada em 1698, e aperfeiçoada em 1712 por Thomas Newcomen e John Calley.

Nesta nova máquina, o vapor gerado em uma caldeira era enviado para um cilindro localizado acima dela. Um pistão era puxado para cima por um contrapeso. Depois que o cilindro ficava cheio de vapor, injetava-se água nele, fazendo o vapor condensar. Isso reduzia a pressão dentro do cilindro e fazia o ar externo empurrar o pistão para baixo. Um balancim era ligado a uma haste que levantava o êmbolo quando o pistão se movia para baixo. O vácuo resultante tinha a finalidade de retirar a água de poços de mina inundados.

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Um construtor de instrumentos escocês chamado James Watt notou que a máquina de Newcomen, que usava a mesma câmara para alternar vapor aquecido e vapor resfriado condensado, desperdiçava combustível. Por isso, em 1765, ele projetou uma câmara condensadora separada, refrigerada a água. Ela era equipada com uma bomba que mantinha um vácuo parcial e uma válvula que retirava periodicamente o vapor do cilindro. Isso reduziu o consumo de combustível em 75%. Essa máquina corresponde aproximadamente à moderna máquina de vapor. Em 1782, ele projetou e patenteou uma máquina rotativa de ação dupla em que o vapor era introduzido de ambos os lados do pistão, produzindo movimento para cima e para baixo. Desta forma, foi possível prender o êmbolo do pistão a uma manivela ou um conjunto de engrenagens para produzir movimento rotativo e permitiu que essa máquina pudesse ser usada para impulsionar mecanismos, girar rodas de carroças ou pás para movimentar navios em rios. No fim do século XVIII, as máquinas a vapor produzidas por Watt e seu companheiro Matthew Boulton forneciam energia para as fábricas, moinhos e bombas na Europa e na América.

O aparecimento das caldeiras que podiam operar com altas pressões, desenvolvidas por Richard Trevithick na Inglaterra e por Oliver Evans nos Estados Unidos, no início do século XIX, foi a base para a revolução dos transportes, já que podiam ser usadas para movimentar locomotivas, barcos fluviais e, mais tarde, navios.

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A máquina a vapor tornou-se a principal fonte produtora de trabalho do século XIX e seu desenvolvimento se deu no esforço de melhorar seu rendimento, a confiabilidade e a relação peso/potência. O advento da energia elétrica e do motor a combustão interna no século XX, todavia, condenaram pouco a pouco, nos países mais industrializados, a máquina a vapor ao quase esquecimento.

O vapor no século XXI No século XXI, a máquina a vapor, como fornecedora de energia, foi sendo substituída por turbinas a vapor (geração de energia elétrica), motores de combustão interna (transporte), geradores (fontes portáteis de energia) e motores elétricos (uso industrial e doméstico). Ainda assim, o vapor ainda hoje tem extensa aplicação industrial, nas mais diversas formas, dependendo do tipo de indústria e da região em que está instalada. O vapor produzido em um gerador de vapor pode ser usado em processos de fabricação e beneficiamento, na geração de energia elétrica, na geração de trabalho mecânico, no aquecimento de linhas e reservatórios de óleo combustível e na prestação de serviços.

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Veja no quadro abaixo como se dá o uso de vapor nas diferentes indústrias: Fabricação e beneficiamento

Produção de energia elétrica

Trabalhos mecânicos Óleo combustível pesado Prestação de serviços



Indústria de bebidas e conexos: nas lavadoras de garrafas, tanques de xarope, pasteurizadoras.  Indústria madereira: no cozimento de toras, secagem de tábuas ou lâminas em estufas, em prensas para compensados.  Indústria de papel e celulose: no cozimento de madeira nos digestores, na secagem com cilindros rotativos, na secagem de cola, na fabricação de papelão corrugado.  Curtumes: no aquecimento de tanques de água, secagem de couros, estufas, prensas, prensas a vácuo.  Indústria de laticínios: na pasteurização, na esterilização de recipientes, na fabricação de creme de leite, no aquecimento de tanques de água, na produção de queijos, iogurtes e requeijões (fermentação)  Frigoríficos: nas estufas para cozimento, nos digestores, nas prensas para extração de óleo.  Indústria de doces em geral: no aquecimento do tanque de glicose, no cozimento de massa em panelas sob pressão, em mesas para o preparo de massa, em estufas.  Indústria de vulcanização e recauchutagem: na vulcanização, nas prensas.  Indústrias químicas: nas autoclaves, nos tanques de armazenamento, nos reatores, nos vasos de pressão, nos trocadores de calor.  Indústria têxtil: utiliza o vapor no aquecimento de grandes quantidades de água para alvejar e tingir tecidos, bem como para realizar a secagem em estufas.  Indústria de petróleo e seus derivados: nos refervedores, nos trocadores de calor, nas torres de fracionamento e destilação, nos fornos, nos vasos de pressão, nos reatores e turbinas. Indústria metalúrgica: nos banhos químicos, na secagem e pintura.  Obtida nas usinas termoelétricas e outros polos industriais. Para isso, os equipamentos são compostos basicamente de um gerador de vapor superaquecido, uma turbina , um gerador elétrico e um condensador.  Utilizado para a movimentação de equipamentos rotativos 



Aquecimento das tubulações e reservatórios de óleo, a fim de que ele possa fluir livremente e proporcionar uma boa combustão. Isso é feito por meio dos geradores de vapor. Os hospitais, as indústrias de refeições, os hotéis e similares utilizam o vapor em suas lavanderias e cozinhas e no aquecimento de ambientes.

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Classificação das caldeiras As caldeiras podem ser classificadas de acordo com:    

Classes de pressão Grau de automação Tipo de energia empregada Tipo de troca térmica

De acordo com as classes de pressão, as caldeiras foram classificadas, de acordo com a NR-13, em:   

Categoria A: caldeira cuja pressão é superior a 1960kPa (19,98kgf/cm2) Categoria C: caldeira com pressão de operação igual ou inferior a 588 kPa (5,99kgf/cm2) Categoria B: caldeira que não se enquadra nas duas categorias anteriores.

De acordo com o grau de automação, as caldeiras se classificam em manuais, semi-automática e automática. De acordo com o tipo de energia empregada, elas podem ser do tipo: combustível sólido, líquido, gasoso, caldeiras elétricas e caldeiras de recuperação. Existem outras maneiras particulares de classificação, a saber: quanto ao tipo de montagem, quanto à circulação de água, quanto ao sistema de tiragem e quanto ao tipo de sustentação.

Tipos de caldeiras A classificação mais usual de caldeiras de combustão refere-se à localização de água/gases e divide-se em flamotubulares, aquatubulares e mistas. As caldeiras flamotubulares ou fogotubulares são aquelas em que os gases provenientes da combustão (gases quentes) circulam no interior dos tubos, ficando por fora a água a ser aquecida ou vaporizada. A ilustração a seguir é uma representação esquemática da caldeira flamotubular.

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Acompanhando o processo evolutivo por que passaram os geradores a vapor, percebe-se que, nas caldeiras flamotubulares mais antigas, a superfície de aquecimento era muito pequena, tendo como consequência uma baixa vaporização específica (12 a 14 kg de vapor gerado/ m2). Embora essa capacidade tenha sido ampliada com o aumento do numero de tubos, essa superfície ainda continuava pequena, causando baixo rendimento térmico e a demora na produção de vapor, ainda se colocasse cada vez mais tubos. Com a evolução dos processos industriais, aumentou muito a necessidade de caldeiras com maior rendimento, menor consumo e geração de grandes quantidades de vapor em menor tempo. Baseados nos princípios da transferência de calor e na experiência com os tipos de caldeiras existentes, os fabricantes inverteram a forma de geração de calor: trocaram os tubos de fogo por tubos de água, o que aumentou muito a superfície de aquecimento, surgindo a caldeira aquatubular. Seu princípio de funcionamento baseia-se no princípio da Física que diz que quando um líquido é aquecido, as primeiras partículas aquecidas ficam mais leves e sobem, enquanto as frias, que são mais pesadas, descem. Recebendo calor, elas tornam a subir, formando assim um movimento contínuo, até que a água entre em ebulição. Na ilustração a seguir, podemos notar que a água é vaporizada nos tubos que constituem a parede mais interna, subindo ao tambor de vapor, dando lugar a nova quantidade de água fria que será vaporizada e assim sucessivamente.

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As caldeiras mistas são caldeiras flamotubulares que possuem uma ante-fornalha com parede d’água. Normalmente são projetadas para a queima de combustível sólido. A caldeira elétrica é um equipamento cujo papel principal é transformar energia elétrica em térmica, para transmiti-la a um fluido apropriado, geralmente água. A produção de vapor em uma caldeira deste tipo baseia-se no fato de que a corrente elétrica, ao atravessar qualquer condutor, encontra resistência a sua livre circulação, desprendendo calor (efeito Joule). Estudaremos as partes constituintes dessas caldeiras nos capítulos seguintes.

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04 - caldeiras flamotubulares

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Caldeiras flamotubulares

Como vimos no capítulo anterior, as caldeiras flamotubulares normalmente tem o rendimento térmico mais baixo e ocupa um espaço proporcionalmente maior, embora já existam modelos compactos. Apesar dessas restrições, seu emprego pode ser indicado de acordo com as necessidades particulares de cada processo industrial, sendo adequado para pequenas instalações industriais. Estudaremos agora algumas características e partes componentes deste tipo de caldeira.

Tipos de caldeiras flamotubulares Caldeiras flamotubulares ou fogotubulares são aquelas em que os gases provenientes da combustão (gases quentes) circulam no interior dos tubos e a água a ser aquecida ou vaporizada circula pelo lado de fora. Esse tipo de caldeira tem a construção mais simples e pode ser classificado quanto à distribuição dos tubos, que podem ser tubos verticais ou horizontais. Nas caldeiras de tubos verticais, os tubos são colocados verticalmente em um corpo cilíndrico fechado nas extremidades por placas, chamadas espelhos. A fornalha interna dica no corpo cilíndrico logo abaixo do espelho inferior. Os gases de combustão sobem através dos tubos, aquecendo e vaporizando a água que está em volta deles. As fornalhas externas são utilizadas principalmente no aproveitamento da queima de combustíveis de baixo poder calorífico, tais como: serragem, palha, casca de café e de amendoim e óleo combustível.

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Quanto às caldeiras de tubos horizontais, podemos encontrar vários modelos, desde as caldeiras Cornuália e Lancaster, de grande volume de água, até as modernas unidades

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compactas. As principais caldeiras horizontais apresentam tubulões internos nos quais acontece a combustão e através dos quais passam os gases quentes. Pode haver de 1 a 4 tubulões por fornalha. Tipos de caldeiras de tubos horizontais As caldeiras Cornuália, um dos primeiros modelos desenvolvidos, é constituída de um tubulão horizontal ligando a fornalha ao local de saída de gases. É de funcionamento simples e de rendimento muito baixo. A caldeira escocesa, criada basicamente para uso marítimo, é o modelo de caldeira industrial mais difundido no mundo. É destinada à queima de óleo ou gás, tendo ainda pressão máxima de 18 kgf/cm2, rendimento térmico em torno de 83% e taxa de vaporização de 30 a 35 kg de vapor/m2. A figura a seguir mostra esse tipo de caldeira.

Vantagens e desvantagens de caldeiras flamotubulares   

Vantagens Custo de aquisição mais baixo Exige pouca alvenaria Atende bem ao aumento de demanda por vapor

     

Desvantagens Baixo rendimento térmico Partida lenta devido ao grande volume interno de água Limitação de pressão de operação (max. 15 kgf/cm2) Baixa taxa de vaporização (kg de vapor/m2. hora) Capacidade de produção limitada Dificuldades para instalação de economizador, superaquecedor e pré-aquecedor.

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05 - Caldeiras aquatubulares

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Caldeiras Aquatubulares Como vimos no capítulo anterior, as caldeiras flamotubulares apresentam superfície de aquecimento muito pequena, ainda que o número de tubos seja aumentado, fato que é bastante inconveniente. A necessidade de maior rendimento, rapidez de geração de grandes quantidades de vapor com níveis de vapor mais elevados ocasionou o surgimento da caldeira aquatubular. Neste modelo há uma inversão em relação ao funcionamento das caldeiras flamotubulares, ou seja, os tubos que antes conduziam gases aquecidos passaram a conduzir a água, aumentando bastante a superfície de aquecimento e, consequentemente, a capacidade de produção de vapor. Neste capítulo, estudaremos os tipos de caldeiras aquatubulares e suas principais partes componentes.

Tipos de caldeiras aquatubulares Para facilitar os estudos, dividimos as caldeiras aquatubulares em quatro grandes grupos:    

Caldeiras aquatubulares de tubos retos, com tubulão transversal ou longitudinal Caldeiras aquatubulares de tubos curvos, com diversos tubulões transversais ou longitudinais utilizados na geração (Máximo 5) Caldeiras aquatubulares de circulação positiva Caldeiras aquatubulares compactas.

Caldeiras aquatubulares de tubos retos Caldeiras aquatubulares de tubos retos possuem um feixe de transmissão de calor, formado de uma série de tubos retos e paralelos, interligado a uma câmara coletora. Tais câmaras se comunicam com tubulões de vapor (superiores), formando um circulo fechado pelo qual a água circula. Veja nas figuras a seguir o sentido da circulação da água e a circulação dos gases quentes mediante três passes.

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Este tipo de equipamento, incluído os modelos de tubulão, constitui a primeira concepção industrial, que atendia a produção de 3 a 30 toneladas de vapor por hora, com pressão de até 45 kgf/cm². Os primeiros projetos foram apresentados pelas empresas Babcok & Wilcox e a Steam Muller Corp.

Vantagens e desvantagens das caldeiras aquatubulares de tubos retos Vantagens Facilidade de substituição dos tubos Facilidade de inspeção e limpeza Não necessitam de chaminé elevada ou tiragem forçada

Desvantagens Necessidade de dupla tampa para cada tubo (espelhos) Baixa taxa de vaporização específica Rigoroso processo de aquecimento e de elevação de carga (grande quantidade de material refratário)

Caldeiras aquatubulares de tubos curvos As caldeiras aquatubulares de tubos curvos ao apresentam limites de capacidade de produção de vapor. A forma construtiva foi idealizada por Stirling, interligando os tubos curvos aos tubulões por meio de solda ou mandrilagem.

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Partindo deste modelo, foram projetadas novas caldeiras. Com o objetivo de aproveitar melhor o calor irradiado pela fornalha, o número e o diâmetro dos tubos foram reduzidos, acrescentando-se uma parede de água em volta da fornalha. Isso serviu como meio de proteção do material refratário com o qual a parede da fornalha é construída, além de aumentar a capacidade de produção de vapor.

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Vantagens das caldeiras aquatubulares de tubos curvos Redução do tamanho da caldeira Queda da temperatura de combustão Vaporização específica maior, variando na faixa de 30kg de vapor/m² a 50 kg de vapor/m² para as caldeiras com tiragem forçada Fácil manutenção e limpeza Rápida entrada em regime Fácil inspeção dos componentes

Caldeiras compactas As caldeiras compactas são uma espécie de caldeira de tubos curvos, com capacidade média de produção de vapor em torno de 30 ton/h. Em função disso, são considerados equipamentos apropriados para instalação em espaços físicos limitados. Este modelo, por ser compacto, apresenta limitações quanto ao aumento de sua capacidade de produção.

Caldeira de circulação positiva Dentro das caldeiras, a água circula em virtude da diferença de densidade causada pelo aquecimento da água e sua vaporização, ou seja, pela circulação natural. A circulação deficiente poderá causar superaquecimento localizado, consequentemente rompendo os tubos.

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Algumas caldeiras com circulação positiva podem apresentar bombas externas, dependendo da demanda de vapor para forçar a circulação de água ou vapor, independentemente da circulação natural.

Vantagens e desvantagens Vantagens Tamanho reduzido Não necessitam grandes tubulões

Desvantagens Paradas constantes com alto custo de manutenção Problemas constantes com a bomba de circulação, ao operar em altas pressões

Rapidez na geração de vapor Baixa formação de incrustrações em virtude da circulação forçada

Partes das caldeiras aquatubulares São partes principais de uma caldeira aquatubular, o tubulão superior (tambor de vapor), tubulão inferior (tambor de lama), feixe tubular, parede de água, fornalha e superaquecedor.

Tubulão superior

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O tubulão superior, também chamado de tambor de vapor, é o elemento da caldeira em que a água de alimentação é injetada e de onde se retira o vapor. Dentro dele estão instalados vários componentes.

O tubulão de vapor é construído com chapa de aço de carbono de alta qualidade (ASTM a 285°C, ASTM A515-60 ou A515-70). O dimensionamento da espessura do tubulão é feito baseado no código ASME SECTION I e depende do material usado na fabricação. Os tubos são mandrilados nos tubulões e se dividem em tubos de descida d´água e tubos de geração de vapor, que descarregam a mistura água/vapor no tubulão. Na descarga dos tubos de geração de vapor é instalada uma chicana (chapa defletora), que consiste em uma caixa fechada no fundo e nos lados, destinada a separar a água contida no tubulão e amenizar as variações do nível de água, ocorridas no tubulão de vapor. Em alguns casos, existe uma segunda chapa defletora com a finalidade de separar as partículas de água ainda contidas no vapor.

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No tubulão superior há, ainda, um conjunto constituído de chapas corrugadas, chamado chevron ou filtro, que tem a finalidade de reter a maior quantidade possível de partículas sólidas ou líquidas, arrastadas pelo vapor antes que ele saia para o superaquecedor. O tubo de alimentação de água é por onde a água entra no tubulão. Ele possui uma furação que deve ser posicionada de modo que o jato de água não fique na direção da chapa do tubulão. É essencial que o tubo de alimentação esteja sempre bem fixado para não causar vibração nem se soltar dentro do tubulão. O tubo de descarga contínua, também chamado de coletor, é o responsável pela captação constante de água de drenagem que elimina sólidos em suspensão prejudicais à caldeira, normalmente 1% do volume de água de alimentação. Em algumas caldeiras, podemos ter, também, um tubo de injeção de produtos químicos instalados no túbulão superior.

Tubulão inferior O tubulão inferior, ou tambor de lama, também é construído em chapas de aço carbono. Nele, estão mandrilados tantos os tubos de água que descem do tubulão superior, quanto aos tubos de vaporização que sobem para o tubulão superior. No tubulão inferior estão instaladas tomadas para a purga, também chamada de descarga de fundo, utilizadas para remover parte da lama e resíduos sólidos originários do processo e que podem causar corrosão, obstrução e superaquecimento. A qualidade do tratamento de água de alimentação de caldeira e os tratamentos e análise do procesos determinam a periodicidade das descargas a serem efetuadas.

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Cantoneira É bastante recomendada a instalação de uma cantoneira no interior do tubulão, com a finalidade de promover sucção ao longo do tambor, arrastando toda a lama graças à diferença de pressão entre o tambor e a descarga para a atmosfera. Quando não há este tipo de cantoneira na caldeira, a descarga de fundo remove, principalmente, a lama das regiões próximas ao furo da tubulação de drenagem.

Feixe tubular O feixe tubular (Boilers Convection Bank) é um conjunto de tubos que faz a ligação entre os tubulões da caldeira. Estes tubos tem a finalidade de circular água e vapor. Aqueles destinados a conduzir água do tubulão superior par ao inferior são chamados de downcomers, ou tubos de descida. Já os que fazem o caminho inverso, com a mistura de água e vapor, são conhecidos por risers, ou tubos vaporizantes. Os feixes tubulares podem ser retos, muito usados em caldeiras antigas em que os tubos eram ligados através de caixas conectadas ao tubulão de vapor, curvado, de fluxo cruzado e de fluxo axial, utilizado em caldeiras a carvão com alto teor de cinzas.

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Para a construção dos feixes tubulares, os material mais frequentemente utilizados são: ASTMA-178 (tubos com costura) e ASTM-A-192 e ASTM-A-210 (tubos sem costura).

Parede d’água Nas caldeiras à fornalha, a parede d’água é formada por tubos que estão em contato direto com as chamas e os gases e tem a finalidade de aumentar a taxa de absorção de calor por radiação. São dois os tipos mais frequentes de parede d’água:

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Parede d’água com tubos tangentes: Os materiais mais comuns usados na construção são tubo ASTM A -178 (com costura) e tubo ASTM A-192 (sem costura)

Parede d’água com tubos aleatórios

Ainda, é possível verificar paredes d’água em que os tubos são montados com distancias menores entre si. Neste caso, o calor ganho por convecção é relativamente pequeno. Fornalha A fornalha, também chamada de câmara de combustão, é onde se processa a queima do combustível. De acordo com o tipo de combustível a ser queimado, a fornalha pode ser dividida em: Fornalhas para a queima de combustível sólido Fornalha com grelhas basculantes Fornalha com grelha rotativa Fornalha para a queima de combustível em suspensão

Fornalhas para a queima de combustível sólido Fornalhas para queima de combustível sólido são aquelas que possuem suportes e grelhas, podendo ser planas, inclinadas ou dispostas em degraus fixos ou móveis. São destinadas, principalmente, à queima de lenha, carvão, sobras de produtos, cascas de cacau, bagaço de cana, casca de castanhas, etc., sendo a alimentação do combustível manual ou automatizada. Normalmente elas trabalham com grande excesso de ar, para melhorar as condições de fumaça da chaminé.

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A maior desvantagem deste tipo de fornalha é o abaixamento de temperatura que pode ocorrer próximo a entrada de combustível, bem como a grande geração de resíduos e a limitação de uso em caldeiras de pequena capacidade.

Fornalha com grelhas basculantes A fornalha com grelhas basculantes é muito usada para a queima de combustível sólido tipo bagaço e tem seu interior dividido em vários setores. Em cada um destes setores há elementos de grelha chamado barrotes, que se inclinam por acionamento externo, tanto de ar comprimido como de vapor. Com a inclinação dos barrotes, a cinza escoa para debaixo da grelha, deixando-a limpa. Fatores que aumentam consideravelmente o rendimento da caldeira são a redução do ar de combustão e a melhor distribuição do bagaço sobre a grelha.

Fornalha com grelha rotativa A fornalha com grelha rotativa é outra espécie de fornalha para queima de combustível sólido, cuja queima e alimentação ocorrem de forma idêntica à fornalha de grelha basculante, inclusive com a entrada do ar de combustão por baixo da grelha, cuja finalidade é a refrigeração. Entretanto, neste tipo de fornalha, a limpeza é feita continuamente, com o acionamento da grelha por um motor-redutor que lhe confere velocidade suficiente para retirar as cinzas da fornalha. Neste caso, não há basculamento dos barrotes.

Fornalhas para queima de combustível em suspensão As fornalhas para queima de combustível em suspensão são utilizadas para a queima de óleo, gás ou combustíveis sólidos pulverizados. Nas caldeiras cujo combustível é o óleo ou o gás, estes são introduzidos na fornalha através do queimador.

Queimadores Queimadores são peças integrantes das caldeiras que se destinam a queima do combustível em suspensão de forma adequada e eficiente. No seu entorno, há um refratário cônico que auxilia na homogeneização da mistura ar/combustível, aumenta a eficiência da queima, uma vez que irradia o calor absorvido, e dá forma ao corpo da chama. Tais características garantem a queima adequada do combustível. Ao contrário do que ocorre com os combustíveis gasosos, já em condições de reação com o oxigênio, os óleos combustíveis precisam ser aquecidos e atomizados antes da queima. Esta preparação consiste em dosar as quantidades de ar e combustível, atomizar o combustível 70

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liquido (transformá-lo em pequenas gotículas), gaseificar as gotículas através da absorção do calor ambiente, misturar o combustível ao oxigênio do ar e direcionar a mistura nebulizada na câmara de combustão. Quando se tratar de combustíveis sólidos pulverizados, a introdução de combustível na fornalha poderá ser feita através de dispositivos de atomização que garantam a granulometria e a dispersão para a queima dentro da fornalha. Superaquecedor Superaquecedor é parte integrante da caldeira, constituída de tubos lisos ou aletados, de aço resistente à altas temperaturas, distribuídos em forma de serpentina, aproveitando os gases de combustão para garantir o devido aquecimento ao vapor saturado, transformando-o em vapor superaquecido. O superaquecedor pode se localizar em diferentes locais dentro das caldeiras, de acordo com a concepção do projeto da mesma, podendo estar atrás do último feixe de tubos, entre dois feixes, sobre os feixes ou na fornalha. Ainda, m alguns tipos de caldeiras, o superaquecedor é instalado separadamente, passando a depender de outra fonte de calor para o seu aquecimento. De acordo com a construção da caldeira, a transmissão de calor para os superaquecedores pode se dar por convecção, radiação ou de forma mista. Os tubos dos superaquecedores podem ser danificados se os cuidados com a garantia de circulação de água/vapor na superfície interna da caldeira durante suas partidas e as paradas. A regulagem da temperatura do vapor superaquecido é feita nos queimadores, no sentido da chama ou no controle dos gases de combustão, abrindo ou fechando a válvula by-pass, ou seja, de derivação instalada no circuito dos gases.

Equipamentos periféricos As caldeiras possuem, ainda, outros equipamentos, chamados auxiliares ou periféricos, que participam da boa operação da caldeira quando devidamente mantidos e controlados. São eles o economizador, o pré aquecedor e o soprador de fuligem.

Economizador O economizador é o equipamento que tem a função de aquecer a água de alimentação das caldeiras. Normalmente está localizado na parte alta da caldeira, entre o tambor de vapor e os tubos geradores de vapor, obrigando os gases a circular através deles antes de sair pela chaminé.

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São dois os tipos de economizadores, que podem empregar, em sua construção, tubos de aço maleável ou tubos de aço fundido com aletas. São eles: em separado e integra.

Os economizadores em separado são construídos de tubos de aço ou tubos de ferro fundido com aletas. Em seu interior circula a água e no exterior circulam os gases em combustão. Este tipo de economizador é utilizado em caldeiras de baixa pressão (25 kgf/cm²) O economizador integral é empregado em caldeiras com maior capacidade de produção, a despeito de requererem mais cuidados, uma vez que todo o gás carbônico e oxigênio devem ser retirados da água de alimentação para evitar o aumento de corrosão do lado interno do tubo, causado pelo aquecimento destes elementos. A corrosão nos tubos dos economizadores pode acontecer tanto na superfície interna, ocasionada por impurezas contidas na água em face da deficiência de tratamento, quanto na externa, em virtude dos gases que carregam elementos contaminantes originados no processo de combustão.

Pré-aquecedor de ar O pré-aquecedor de ar, também conhecido como trocador de calor, é o equipamento que eleva a temperatura do ar antes que este entre na fornalha. O calor para tal processo é cedido pelos gases residuais quentes ou pelo vapor da própria caldeira. A principal vantagem da instalação deste equipamento é a melhora da eficiência da caldeira, uma vez que aumenta a temperatura de equilíbrio dentro da câmara da caldeira.

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A montagem da fornalha existe o uso de tijolos refratários de melhor qualidade, com a finalidade de aumentar a temperatura dos gases. Com a instalação do pré-aquecedor, há um aumento na perda de carga no circuito ar/gás de combustão, aumentando o consumo de energia no acionamento dos ventiladores. De acordo com o princípio de funcionamento, os pré-aquecedores de ar podem se classificar em pré-aquecedor regenerativo e pré-aquecedor tipo colmeia. No pré-aquecedor regenerativo, 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. No pré-aquecedor tipo colméia, os gases quentes, ao passarem pela colmeia refratária, trocam o calor com o ar frio que vai para a combustão. Alguns tipos de caldeiras fazem o pré-aquecimento do ar, utilizando-se do próprio vapor gerado. Este equipamento é denominado pré-aquecedor de ar a vapor.

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Sopradores de fuligem Os sopradores de fuligem, também chamados de ramonadores, permitem a distribuição rotativa de um jato a vapor no interior da caldeira e tem, por finalidade, fazer a remoção da fuligem e depósitos formados na superfície externa da zona de convecção das caldeiras.

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Os tubos sopradores são providos de orifícios e são distribuídos em pontos convenientes de modo a garantir jateamento na maior área de aquecimento possível. Há outro tipo de ramonador, que consiste em um dispositivo que introduz o tubo de sopragem no interior da zona de convecção, sendo acionado manual ou automaticamente.

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06 - Caldeiras elétricas

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Caldeiras elétricas A caldeira elétrica é o equipamento destinado a produção de vapor através da transformação de energia elétrica em energia térmica, transmitida a um fluido apropriado para que gere o produto final.

Principio de funcionamento de caldeira elétrica A produção de vapor em caldeiras elétricas tem o seu funcionamento baseado em um fenômeno físico conhecido como efeito Joule, em que a corrente elétrica desprende calor ao encontrar resistência à sua livre circulação quando atravessa qualquer condutor. Sendo a água pura considerada um mau condutor de corrente elétrica, para se alcançar a condutividade desejada, determinados sais devem ser adicionados a ela. Existem fabricantes que recomendam a adição de produtos para o ajuste de condutividade (soda caustica, fosfato trissódico, etc.), na água de alimentação, devendo ser calculados e adicionados após o tratamento químico desta, feito por especialistas em tratamento de água para caldeiras.

Características A caldeira elétrica é diferente das demais, uma vez que não queima combustível para a produção de vapor e, portanto, não possui fornalha, ventiladores, queimadores e chaminé. Tem como principais características os seguintes elementos: Não necessita de área para estocagem de combustível Ausência total de poluição (não há emissão de gases) Baixo nível de ruído Modulação de produção de vapor de forma rápida e precisa Alto rendimento térmico (aproximadamente 98%) Melhora do Fator de Potência e Fator de Carga Área reduzida para instalação de caldeira Necessidade de aterramento da caldeira de forma rigorosa Tratamento de água rigoroso

A quantidade de vapor gerada (kgf/h) depende diretamente dos parâmetros de condutividade e nível da água e da distância entre os eletrodos.

Tipos de caldeiras elétricas

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Os tipos fundamentais de caldeiras elétricas são: com resistência, com eletrodo submerso e jato de água.

Caldeira elétrica com resistência A caldeira elétrica com resistência é destinada, geralmente, à produção de vapor em pequenas quantidades. É composta por um vaso horizontal, cujas extremidades são formadas por tampos abaulados. Internamente, possui um conjunto de resistências submersas controladas por pressostatos.

Caldeira elétrica com eletrodos submersos A caldeira elétrica com eletrodos submersos é geralmente destinada a trabalhar com pressões de vapor não mito elevadas (aproximadamente 15kgf/cm²). Internamente, possui um elemento chamado câmara de vapor em que ficam instalados os eletrodos. Seu casco é construído na posição vertical. O controle de pressão é feito com avaliação de nível de água na câmara de vapor, controlada por uma válvula controladora de pressão (PCV). Existe também um conjunto de bombas de circulação que coleta água na parte inferior da caldeira e alimenta está câmara. (figura pg 96)

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07 - instrumentos e dispositivos de controle de caldeira

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Instrumentos e dispositivos de controle de caldeira

O funcionamento eficiente e seguro de uma caldeira depende da qualidade e da precisão de seus diversos instrumentos e dispositivos, principalmente porque a maioria das caldeiras funciona durante as 24 horas do dia, submetida a condições de pressão e temperaturas elevadas. Para garantir a segurança, economia e confiabilidade das caldeiras, alguns instrumentos e dispositivos de controle se tornaram indispensáveis. O grau de automação e modernização destes instrumentos varia de acordo com as características de cada caldeira, levando-se em consideração a complexidade da unidade industrial e do padrão de investimento e conscientização da empresa. Neste capítulo, estudaremos as características e funções de alguns destes equipamentos e dispositivos de controle das caldeiras.

Dispositivos de alimentação

As caldeiras possuem os seguintes tipos de dispositivos de alimentação, sendo eles o dispositivo de alimentação de água, o dispositivo de alimentação de combustível e o dispositivos de alimentação de ar.

Dispositivos de alimentação de água Os dispositivos de alimentação de água tem a finalidade de manter o nível de água elevado o suficiente para atender à demanda de vapor, papel fundamental no funcionamento de uma caldeira, devendo ser muito bem controlados para que reponham exatamente a quantidade de água evaporada, mantendo o regime de geração de vapor seguro para os operadores dos equipamentos. Estes equipamentos podem variar de modelo e de capacidade, de acordo com a capacidade da caldeira. Os mais importantes são os injetores, equipamentos utilizados em situações emergenciais nas caldeiras pequenas de comando manual, utilizando o próprio vapor ou ar comprimido injetado dentro do aparelho, onde há cônicos divergentes e válvulas de retenção, e as bombas d’água.

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Observação O subitem C do item 13, 1.4 da NR-13 determina a necessidade de um sistema injetor ou outro meio de alimentação de água, independentemente do sistema principal em caldeiras de combustíveis sólidos. Ao passar pelos cônicos divergentes, o vapor forma vácuo, fazendo com que a válvula de retenção seja aberta e arraste a água do reservatório dentro da caldeira, por sucção. Se houver excesso na entrada de água, a válvula de sobrecarga será acionada.

Outro dispositivo de alimentação é a bomba d’água, um equipamento dotado de válvulas de retenção que evitam o retorno do liquido de trabalho que deve operar com pressão superior à da caldeira para que possa introduzir água no sistema. As bombas alternativas (ou burrinhos), existente em vários modelos e tamanhos, podem usar diferentes fontes de energia para o seu acionamento, quer dizer, podem ser movidas por turbinas a vapor, por um conjunto de êmbolos, por motor elétrico ou, como nas locomotivas, aproveitando o movimento das rodas. Este tipo de bomba apresenta grande economia de energia, o que é uma vantagem. Por outro lado, sua capacidade é limitada a uma vazão de 50ton/h, além de arrastar, com a água, grandes quantidades de óleo lubrificante usado no sistema, fatos que podem ser considerados desvantagens. Sua construção é bastante simples, sendo constituída de uma câmara, duas válvulas de retenção e um êmbolo. A água é admitida e eliminada da câmara pelo movimento alternativo do êmbolo.

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As bombas alternativas são também conhecidas como bombas de pistão e a bombas que possuem conjunto de êmbolos para o seu acionamento são chamadas de burro ou burrinho d’água. Analisando-se o desempenho dos diferentes modelos, verificamos que as bombas centrífugas ou multiestágio tem apresentando melhores resultados, uma vez que seus componentes são mais simples, sua manutenção é facilitada e sua operação possui flexibilidade dentro das várias faixas de pressão, vazão e temperatura. O funcionamento das bombas centrífugas baseia-se em um disco com jogo de palhetas, girando em alta velocidade, o que causa a sucção da água pelo centro, recalcando-a na periferia. Estes discos são chamados de estágios e tem sua quantidade variada de acordo com a capacidade de cada bomba d’água, usando-se as de um estágio nas caldeiras de baixa pressão e as multiestágio nas de alta pressão. Da mesma forma que as bombas alternativas, as centrífugas podem ser acionadas por turbina ou motor elétrico. É necessária a instalação da válvula de alívio para a segurança do sistema.

Dispositivos de alimentação de combustível Existem vários tipos de dispositivos de alimentação de combustível, de acordo com aquele utilizado pela caldeira. As bombas de engrenagens, rosca ou palheta são normalmente utilizadas para a queima de combustível líquido, de acordo com sua viscosidade, temperatura, etc., de forma a garantir vazão uniforme para a queima.

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Já no caso de uso de combustíveis gasosos (através de reservatório, rede de gás combustível ou residual), a alimentação se dá através de válvulas de controle de vazão, pressão e alívio.

Por fim, após processados através de martelo picador, moeda, etc., os combustíveis sólidos são levados para a queima através de esteiras rolantes, alimentação por gravidade ou com injeção de ar.

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Dispositivos de alimentação de ar Para a queima do combustível, é imprescindível que a caldeira conte com um dispositivo de alimentação de ar. De forma a garantir maior eficiência da caldeira, o ar/gás deve seguir o seguinte percurso: 1 – ventilador de tiragem forçada, responsável pela entrada de ar para combustão na caldeira. 2 – pré-aquecedor de ar (para aquecimento do ar) 3 – fornalha na qual se dá a combustão 4 – zona de convenção (superaquecedor e feixe tubular) 5 – economizador 6 – pré-aquecedor 7 – ventilador de tiragem induzida, responsável pela exaustão 8 – duto de gases 9 – chaminé.

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Visor de nível Visor de nível é formado de um tubo, ou placa de vidro, preso em uma caixa metálica, cuja finalidade é fornecer ao operador de caldeira informação exata sobre a altura de água existente no equipamento. Nas caldeiras flamotubulares, os visores são instalados de modo que o nível indicado garanta a presença de água no balão da última carreira de tubos. Já nos modelos aquatubulares, o visor de nível deve ficar situado em uma faixa de 50 a 70 porcento do diâmetro do tubulão superior.

ATENÇÃO: Existem algumas caldeiras onde isso não ocorre e cabe ao operador certificar-se desta correspondência: nível do visor x nível real do tubulão. É importante que o operador mantenha uma atenção especial ao visor de nível, verificando vazamentos, nível de limpeza do vidro e efetuando as drenagens de rotina.

Sistema de controle de nível

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Os dispositivos para controle de nível de água podem ser: com boia, com eletrodos, termostáticos, termo-hidráulicos e com transmissor de pressão diferencial. O controle de nível utilizando sistema de boia consiste de uma câmara ligada ao tubulão de vapor e de uma boia ligada a uma chave que comanda o circuito elétrico de acionamento da bomba d’água.

Já no dispositivo de controle de nível por sistema de eletrodos, o controle é feito de forma a aproveitar a condutividade elétrica da água e o tamanho diferente dos eletrodos, correspondendo cada tamanho a um nível de água. O dispositivo é instalado em um recipiente cilíndrico, anexo à caldeira, e acompanha as variações de nível da água. Os eletrodos são ligados a um relê que comanda a bomba de alimentação de água, o alarme e, em alguns casos, a parada de emergência da caldeira, sempre através de contatos elétricos (TRIP). Alguns dispositivos de controle possuem um eletrodo adicional, chamado eletrodo de segurança, normalmente instalado no corpo da caldeira (modelos flamotubulares).

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O dispositivo de controle por sistema termostático controla o fluxo de água na caldeira e tem seu funcionamento baseado no fenômeno físico da dilatação dos corpos em função do calor. O equipamento, de construção bastante simples, é formado por dois tubos concêntricos, um interno, que tem a finalidade de fazer a ligação com o tambor de vapor pela sua parte superior, em que recebe uma quantidade de vapor, e outro externo, que é o tubo de expansão. Cabe também ao tubo interno fazer a ligação com o tambor de vapor no ponto correspondente ao nível mínimo, recebendo água do tambor de vapor pela parte de baixo. O tubo termostático possui uma das extremidades rígida, ligada à serpentina de aquecimento, enquanto a outra permanece livre, a fim de poder dilatar-se e acionar a válvula de admissão de água. Se o nível de água sofrer uma baixa, a temperatura do elemento termostático aumentará, dado o aumento da quantidade de vapor dentro do tubo. Assim, o tubo se dilata, movimentando o conjunto de comando da válvula de admissão e aumentando o suprimento de água na caldeira. À medida que a água entra no tambor de vapor, a quantidade de vapor dentro do tubo termostático diminui, dando lugar à água, que possui temperatura mais baixa que o vapor, causando a contração do tubo, antes expandido pelo calor.

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O controle termo-hidráulico é um sistema acionado por um conjunto hidráulico fechado localizado entre o tubo interno e o externo, um tubo de conexão e um fole de válvula reguladora. Este tipo de controle é utilizado em caldeiras com pouca variação de carga. (figura pg 109) Neste dispositivo, o nível de água no tubo interno do gerador acompanha o nível do tubulão. Quando o nível do tubulão diminui, o vapor ocupa uma parte maior do tubo interno e o calor adicional, fornecido pelo aumento da quantidade de vapor no tubo interno do gerador, faz com que a pressão do sistema hidráulico aumente e o fole da válvula reguladora se expanda. Com essa expansão, a abertura da válvula reguladora aumenta, admitindo mais água no tubulão. Por outro lado, se o nível subir, a água passará a ocupar uma parte maior do tubo interno do gerador, causando o efeito inverso. Por fim, há o controle por transmissão de pressa diferencial, que baseia seu funcionamento na diferença de densidade entre a água em estado líquido e em estado gasoso (vapor), que cria pressão diferencial no transmissor, que enviará sinal ao controlador de nível, permitindo que atue na válvula de admissão de água. (figura pg 100 + legenda)

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Indicadores de pressão O indicador de pressão, representando pelo manômetro, é um dispositivo muito importante para o funcionamento adequado da caldeira. Sua finalidade é realizar a medição da pressão de gases, vapores e outros fluidos, e seu uso é bastante difundido na área industrial.

Manter o controle dos níveis de pressão, através do acompanhamento do indicador, é mandatório, não somente por questões de segurança, mas também por questões de economia durante o processo de produção. Os principais tipos de manômetros são o de mola e o tubular. Os modelos com mola, também conhecidos como manômetros de Bourbon, é formado de um tubo curvado que, ao ser submetido à pressão superior à pressão atmosférica tende a se endireitar, movimentando as engrenagens e fazendo girar a agulha indicadora. Estes modelos são mais utilizados em caldeiras e vasos de pressão.

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Já o modelo tubular, desenvolvido por Schäffer e Budemberg, baseia seu funcionamento na elasticidade produzida sobre uma lâmina ondulada que suporta, por um lado, a pressão atmosférica e, por outro, a pressão da caldeira. A deformação da placa se altera com a variação da pressão da caldeira, fazendo a indicação da pressão. Os manômetros indicam a pressão relativa (também denominada de pressão manométrica) e não a pressão absoluta. Para se obter esta última, conforme já estudado, deve-se fazer a soma da pressão atmosférica local com a pressão indicada pelo manômetro. As condições do projeto de cada caldeira determinam a sua capacidade de pressão e, desta forma, os manômetros utilizados devem ter escala apropriada, podendo ter marcada a pressão máxima em seu indicador, de forma a alertar o operador no controle da pressão. A escala (ou range) de um manômetro é a capacidade de indicação do instrumento.

Dispositivos de segurança A caldeira conta também com dispositivos de segurança, quais sejam válvulas e sistemas de segurança contra falhas de chama. Válvulas de segurança Em situações emergenciais, a válvula de segurança é o dispositivo capaz de descarregar todo o vapor gerado para a atmosfera sem que a pressão interna da caldeira ultrapasse a pressão máxima de trabalho admissível (PMTA), se totalmente aberto.

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Para que uma válvula de segurança opere corretamente, o operador de caldeira deve abri-la totalmente somente quando o vapor atingir um valor fixado (nunca antes), deixando-a aberta enquanto não houver queda de pressão. Quando a pressão retornar às condições de trabalho do gerador, a válvula deve ser fechada, vedando-a perfeitamente. ATENÇÃO: a válvula deve permanecer fechada, sem vazamentos, enquanto a pressão permanecer abaixo dos valores de regulagem. Nas caldeiras aquatubulares com superaquecedor, é padrão a instalação de uma válvula de segurança na linha de vapor superaquecido e outras duas no tubulão de vapor saturado, todas reguladas em pressões diferentes umas das outras, sendo que cada uma será aberta a uma pressão ligeiramente superior à válvula anterior. Inicialmente, a válvula da linha de vapor superaquecido abrirá, garantindo o fluxo de vapor em seus tubos. Caso não seja suficiente e a pressão continue se elevando, uma das válvulas do balão abrirá e, não bastando novamente, a terceira válvula será acionada, ocasionando a descarga de todo o vapor gerado e impedindo que a pressão supere a pressão de operação.

Fotocélula

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As fotocélulas, também chamadas de sistemas de proteção contra falha de chama compostos por fotorresistores, são utilizadas em caldeiras que utilizam combustível líquido, gasoso ou sólido pulverizado e precisam de supervisão contínua, evitando procedimento de partida incorreto e a falta de chama por qualquer motivo. Em qualquer das duas situações, a fornalha da caldeira estará sujeita à explosão caso o fornecimento de combustível não seja imediatamente interrompido. De acordo com a concentração da mistura ar/combustível, a explosão poderá tomar dimensões ainda maiores, colocando em risco a vida do operador e causando danos irreparáveis ao equipamento. ATENÇÃO: a maior parte dos casos de explosão de fornalhas ocorre durante o procedimento de acendimento da chama. Para que possa desempenhar suas funções adequadamente, o sistema de proteção e controle da chama deve ser operado assegurando-se que o procedimento de partida seja seguindo, impedindo o fornecimento de combustível ao queimador até o estabelecimento da chama piloto, corrigindo eventuais falhas nas válvulas de bloqueio, e cortando o fornecimento de combustível aos queimadores quando não houver chama e exigir o rearme manual. Normalmente são utilizados dispositivos termoelétricos constituídos por lâminas bimetálicas, uma chave elétrica e dispositivos com células fotoelétricas ou fotorresistores. Este é um sistema bastante aperfeiçoado que trabalha com uma célula fotoelétrica, que capta radiação entre as faixas infravermelha e ultravioleta, um amplificador e um relê. Seu funcionamento se baseia na coloração da chama. Caso esta se apague, a luminosidade do interior da caldeira diminuirá, fazendo com que a fotocélula comande o amplificador e o relê, que abrirá seus contatos, interrompendo o circuito de queimadores. Há também a parada de emergência, comandada pelo circuito de segurança. Os sistemas fotocondutivos para segurança de uma chama tem quase o mesmo funcionamento dos fotoelétricos, diferenciando-se apenas no tipo de célula. Utilizam-se das irradiações infravermelhas das chamas e amplificadores especiais. Os amplificadores conseguem estabelecer diferenças entre o calor das chamas e o calor dos refratários da fornalha. Por fim, a válvula solenoide é um equipamento auxiliar de controle e destina-se a cortar rapidamente o suprimento de combustível em caso de falha de chama.

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Dispositivos auxiliares Os dispositivos auxiliares considerados mais importantes na caldeira são o pressostato, o programador, os ventiladores, o quadro de comando, os compressores.

Pressostato O pressostato é um dispositivo auxiliar que tem a finalidade de controlar a pressão da caldeira, impedindo que seja ultrapassado um determinado valor preestabelecido. Em alguns modelos de caldeiras, com combustível líquido ou gasoso, este dispositivo tem ainda a função de fechar a válvula solenoide, interrompendo a entrada de combustível no queimador. Já nas caldeiras de combustíveis sólidos, o pressostato atua diretamente na combustão, desligando o ventilador ou cortando a alimentação do combustível.

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Quando a pressão do vapor da caldeira estiver abaixo de um valor de ajuste (set point) preestabelecido, o pressostato manda sinal para o programador sequencial para inicio do processo de acendimento. A atuação do pressostato pode ser parcial em uma válvula controladora, sendo denominado pressostato modulador.

Programador O programador é um dispositivo auxiliar que promove o ciclo de sequencia de acendimento. Nas caldeiras de combustível líquido ou gasoso, a sequencia geralmente envolve o acionamento do ventilador, a purga da fornalha, o acendimento do piloto (utilizando gás, óleo diesel ou querosene), a abertura da válvula de combustível (após tratamento da fotocélula), o desligamento do piloto, o término da sequência de acendimento (ficando o equipamento disponível para novo ciclo) e modulação de fogo baixo para fogo alto.

Ventiladores Ventiladores são dispositivos auxiliares, cuja função é realizar a purga de gases na fornalha e o insuflamento de ar para combustão. De forma a garantir a tiragem, os ventiladores devem ser dimensionados para vencer as perdas de carga do sistema. Estes dispositivos são acionados por motor elétrico e/ou turbinas a vapor.

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Válvulas e tubulações Na constituição de uma caldeira, os mais diversos tipos de válvulas e tubulações, cujas especificações vão depender da classe de pressão, temperatura e fluido empregado no equipamento. Válvulas As principais válvulas numa caldeira são Válvula principal de saída de vapor

Válvula de alimentação de água

Válvula de retenção e de alívio

Válvula de descarga

Permite a passagem de todo o vapor produzido na caldeira. Em caldeiras de pequena capacidade, utilizam-se válvulas tipo globo, caldeiras maiores utilizam-se de válvulas tipo gaveta Destina-se a permitir ou interromper o suprimento de água na caldeira e normalmente é do tipo globo Tem a finalidade de impedir o retorno do fluído, seja de vapor, água ou óleo combustível (*). A válvula de alívio instalada no circuito de combustível e é responsável por evitar um aumento da pressão da rede a neveis superiores ao permitido. Em sistemas de oleio combustível, este alívio pode ser feito para a linha de retorno. No caso do combustível gasoso, este alívio pode ser feito para flare (tocha) ou para a atmosfera. Existem caldeiras que possuem dispositivo de alívio, chamado tampa de explosão, no caso de aumento de pressão interna da fornalha. Podem ser manuais e automáticas. Permitem a extração da lama ou lodo, acumulados no fundo dos coletores ou tubulões inferiores da caldeira. São utilizadas também como recurso de correção dos parâmetros de qualidade da água da caldeira. São sempre instaladas em serie e podem ser de descarga lenta ou de descarga rápida. A função principal da válvula de descarga rápida é assegurar prefeita eliminação de sólidos dissolvidos e o revolvimento do material sedimentado no interior da caldeira. Normalmente são usadas válvulas tipo globo. A válvula de descarga rápida com abertura instantânea, normalmente acionada por alavanca, proporciona grande vazão, assegurando turbulência e arraste dos

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depósitos internos. A válvula de descarga lenta tem a função de garantir a estanqueidade do sistema. Válvulas de serviço

Válvulas de vapor

Normalmente válvulas tipo globo, tem como função assegurar o suprimento de vapor para dispositivos da própria caldeira, tais como aquecimento de oleio, bobas de alimentação, atomização, injetores etc. São válvulas tipo globo, utilizadas nos procedimentos de parada e partida das caldeiras.

Válvulas de respiro Válvulas de injeção de produtos químicos

São normalmente válvulas do tipo agulha, permitem regulagem mais precisa da abertura e vazão de produtos químicos para dentro da caldeira Válvulas de descarga contínua São o tipo globo e asseguram a descarga cutina dos sólidos totais dissolvidos na água da caldeira, servindo de ajuste dos parâmetros de qualidade da água. * No caso da água, este tipo de válvula é colocado em duas posições: uma após a válvula de alimentação e outra antes da entrada da caldeira. Isso evita que, na hipótese de parada da bomba, retorne água por esta tubulação, esvaziando a caldeira.

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Tubulações As principais tubulações de uma caldeira são de para transporte de: Água Óleo Vapor Gás combustível Condensado Produtos químicos

As tubulações de caldeira destinadas a trabalhar em altas temperaturas devem possuir isolamento térmico. As tubulações de água, também chamadas de linha de alimentação de água, são uma rede que se inicia no tanque de água tratada. A água é enviada, através da bomba, para o interior da caldeira, passando por uma série de válvulas (automáticas e manuais). O suprimento de água da caldeira considera a reutilização do condensado de retorno do sistema través de bombas entrópicas. As linhas de óleo combustível tem a função de distribuir o combustível até os queimadores. A partir do tanque, ou reservatório, de armazenamento, o óleo combustível é bombeado até o tanque de serviço (quando houver), que tem a função de diminuir as flutuações de carga e variações de temperatura. Para as linhas de alimentação de óleo de alta viscosidade, que trabalham em faixas de temperatura elevadas, é necessário manter sempre alinhado o sistema de aquecimento (traços de vapor ou elétricos), garantindo a circulação na linha e boa pulverização na queima. 97

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A utilização de óleos combustíveis de viscosidade elevada pode apresentar alguns problemas, entre eles a dificuldade de bombeamento, deficiência na pulverização, dificuldades no acendimento, instabilidade na chama e entupimento do bico queimador. Nas redes e tubulações de gás combustível, o operador de caldeira deve ter especial atenção para evitar a presença de fase líquida misturada à fase gasosa. Nestes equipamentos, deve haver válvula de alívio instalada. O arraste de liquido para o interior da fornalha, caso não haja a válvula de alivio e não sejam tomados os devidos cuidados, aumenta o risco de explosão. As linhas de vapor são compostas de tubulações de vapor, que trabalham com temperatura e pressão elevadas, exigindo que a sua construção tenha cuidados adicionais, desde o projeto: a tubulação deve ter um traçado que garanta flexibilidade durante os processos de aquecimento e esfriamento. Para tanto, os projetos devem inserir loops ou liras, ancoragens, suportes móveis, etc.. Quando a água utilizada na geração de vapor é de boa qualidade, este vapor não possui características corrosivas. Entretanto, se a rede de vapor não for adequadamente dimensionada, o aumento de velocidade pode causar severo processo erosivo em curvas e pontos de derivação. As tubulações de condensado devem ter pontos de drenagem e/ou purgadores, o que evitará o acúmulo de depósitos nos pontos baixos da rede, evitando corrosão e contaminação do condensado, ocorrendo seu retorno ao sistema de água de alimentação das caldeiras. Dependendo dos elementos contaminantes presentes ou da disponibilidade de sistemas de tratamento para o reaproveitamento, o sistema de condensado poderá retornar ao tanque de água de alimentação. As drenagens da caldeira são descarregadas em um reservatório chamado tanque de expansão ou tambor de blow down, que tem a função de reduzir os níveis de ruído provocados no processo. Elas são concentradas em um local, a fim de acertar a composição de água da caldeira, eliminando sólidos que tendem a formação de lama, e reduzir as pressões e evitar vaporização intensa em diversos pontos da caldeira. Ainda, como maneira de prevenir a possibilidade de vazamento na área das caldeiras, as tubulações e válvulas de injeção de produtos químicos devem ser periodicamente inspecionadas. Estes dispositivos podem ser feitos de aço-carbono, aço inoxidável ou aço-liga.

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Purgadores Purgadores são dispositivos automáticos que tem a função de eliminar o condensado formado nas linhas de vapor e aparelhos de aquecimento. Tem ainda a finalidade de evitar a formação de umidade nas linhas de ar comprimido, prevenindo riscos de corrosão para a tubulação. Dispositivos de qualidade, além de remover o condensado, acabam por eliminar o ar e outros gases. Outra função do dispositivo é a retenção do vapor nos aparelhos de aquecimento existentes nas serpentinas, autoclaves e estufas, permitindo a saída apenas do condensado. Os purgadores podem ser divididos em três grupos: mecânico, termostático e termodinâmico.

Purgador mecânico Dentro do grupo dos mecânicos, podemos encontrar três tipos de purgadores: de boia, de panela invertida e de panela aberta. Vejamos as características de cada tipo de equipamento a seguir. Purgador de boia é um dispositivo que opera com um orifício de saída de água sempre abaixo do mínimo. Ocorrendo excesso de água ou condensado, o nível sobe, fazendo a boia flutuar. Desta forma, a saída se abre. Quando as quantidades de água que entra e que sai se igualam, a boia se estabiliza. Neste tipo de purgador não passam os gases existentes no sistema, ou seja, o ar que entra não consegue sair, uma vez que a descarga é contínua.

Ao entrar no purgador de panela invertida, o condensado se projeta contra o fundo da panela, permitindo que qualquer ar que entre possa escapar. No processo de instalação deste equipamento, é preciso enchê-lo com água.

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O condensado se acumula dentro do corpo do purgador e dentro da panela. Se a quantidade de condensado que entra no purgador é moderada, o orifício A é insuficiente para igualar as pressões B e C. Assim, o nível da água subirá mais rapidamente em C do que em B, fazendo a pena flutuar e fechar a válvula.

Conforme o condensado se acumula, enche a parte externa da panela e eleva o nível de acordo com o que o orifício permite. Havendo bastante água acumulada na panela, a flutuação desaparece e a panela desce, em função de seu peso, abrindo a válvula. Desta forma, a pressão do vapor na parte superior interna da panela força o condensado a sair pela válvula. A flutuação é restabelecida quando uma certa quantidade de água deixa a panela, elevando-a e fechando a válvula. Não surgindo vapor ou ar, a panela mantém seu poder de flutuação. Desta forma, o ar escapa através de A, podendo sair pela válvula, eventualmente. O vapor escapa por A e é condensado no corpo do purgador. A força que abre a válvula é o peso da panela. Sua flutuação, por outro lado, é o que fecha a válvula. Este purgador é intermitente: se o orifício A entope, o purgador não funciona. Durante o período de acumulação de água, o vapor que sai por A deve condensar no topo, permitindo que o ar também saia da panela. Por esta razão, essa parte é isolada. Por outro lado, no purgador de panela aberta, a flutuação da panela é que fecha a válvula. Quando a válvula está fechada, a panela pode subir e assim, o condensado vai se acumulando até transbordar por cima da panela. Ao entrar água suficiente, a panela desce: a pressão do vapor força o condensado a sair pela válvula, que fica aberta até que a flutuação da panela feche novamente a válvula. O funcionamento desse tipo de purgador é intermitente. Sua

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operação é prejudicada porque o ar que entra fica aprisionado nele. No início da operação, ele também tem que ser enchido com água. (figura pg 127) Purgador termostático O purgador termostático é indicado para pressões de vapor saturado de 1 até 7 kgf/cm² e temperatura até 170 graus. A ligação da descarga tanto pode ser feita na horizontal quanto em ângulo de 90 graus, mudando-se a localização do bujão.

Esse tipo de purgador é indicado para serviços leves, na retirada de condensados de conzinhadores, serpentinas e autoclaves. Deve operar em locais de temperatura ambiente a, no mínimo, um metro da saída do aparelho, devendo ter um pequeno declive para o purgador.

Purgador termodinâmico O purgador termodinâmico é usado para retirar água condensada de tubulações, serpentinas e todos os tipos de aparelhos aquecidos com vapor como tachos, estufas, cilindros, irradiadores, conzinhadores, etc. Tendo em vista que este tipo de purgador é sensível a detritos e impurezas, é indispensável a instalação de um filtro na rede de vapor antes dele. O purgador termodinâmico descarrega, automaticamente com o condensado, todo o ar ou gases não condensáveis presentes nas maquinas e aparelhos onde estão instalados. Trabalha sob qualquer pressão entre 1 e 25 kgf/cm² e tem tamanho reduzido, se comparado com os demais.

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Na partida, o condensado empurra o disco, abrindo o purgador e descarregando-o. Quando o vapor vivo se aproxima, forma-se uma zona de baixa pressão sob o disco, puxando-o para baixo e fechando o purgador. Ao passar pelo purgador, o condensado gera vapor flash. Parte desse vapor vai para cima do disco, forçando-o par baixo. O purgador permanece fechado até a chegada de novo condensado, graças a pressão do vapor flash sobre o disco. Ao perder energia, o vapor flash se condensa, abrindo o purgador. O ciclo se repente e o purgador se fecha novamente.

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Treinamento e Ensino Técnico de Qualidade Para Futuros Profissionais Qualificados

08 - operação de caldeiras

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Operação de Caldeiras

Processo de combustão Para o estudo deste capítulo, considera-se que o equipamento foi entregue em condições adequadas para o início do processo de partida, seja pelo fabricante, seja pela equipe de manutenção. Inicialmente, trataremos dos fatores presentes no processo de combustão, como ele ocorre e sobre medidas para obtenção de melhores resultados. Estudaremos ainda os processos de prépartida, partida e parada nos mais diversos tipos de caldeiras.

Combustão A geração de calor é o fenômeno físico necessário para a produção de vapor. Entre os mais diversos meios de geração de calor, o mais usual é o processo de combustão, que nada mais é do que o resultado de fenômenos físicos e químicos, que demanda a presença de um combustível e de um comburente devidamente misturados.

Combustível Combustível é o material utilizado para produzir calor através de combustão, ou seja, é qualquer material que alimenta o fogo. De acordo com a disponibilidade e viabilidade econômica, os combustíveis utilizados para a geração de vapor podem ser sólidos, líquidos ou gasosos. Combustíveis sólidos, tais como o carvão mineral, bagaço de cana e outros resíduos vegetais, foram os primeiros a serem utilizados pelo Homem. Entretanto, demandam altos investimentos em equipamentos específicos para que sua utilização seja eficiente em escala industrial. Os combustíveis líquidos são, em sua maioria, de origem fóssil, ou seja, óleo diesel e os óleos combustíveis nas classificações de 1A/1B até 9A/9B. Os combustíveis líquidos de fontes renováveis, como o álcool, são usados na geração de vapor apenas em aplicações especificas como combustíveis alternativos em usinas de produção de álcool. A viscosidade é a propriedade mais importante para a combustão com combustíveis líquidos, sendo mais viscoso o combustível, maior deverá ser a temperatura para se atingir o ideal de circulação e queima.

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Entre os combustíveis gasosos, pode-se citar o gás liquefeito de petróleo (GLP), que é produto da destilação do petróleo, e o gás natural, originário de poços de exploração de petróleo. Se estiverem disponíveis, os gases gerados nos processos industriais, como o gás do alto-forno ou o gás de hulha também poderão ser usados.

Elementos químicos na combustão O combustível, líquido ou gasoso, é constituído basicamente por carbono (C) e hidrogênio (H), ou seja, hidrocarbonetos. Alguns tipos de combustíveis apresentam, em sua composição, elementos como enxofre (S), vanádio (V) e outras impurezas. Os hidrocarbonetos são formados por moléculas de diversos tamanhos e formas que definem seu estado, a sua viscosidade e outras características presentes nos combustíveis e que interferem na combustão. Nela, ainda podem estar presentes componentes inorgânicos como nitrogênio (N2), vanádio (V), ferro (Fe) e níquel (N), que geram as cinzas.

Comburente O comburente é a substância que produz ou auxilia a combustão. Essa substância é o oxigênio. Por razões econômicas, na combustão usa-se o oxigênio presente no ar, uma vez que contém 21% dessa substância em sua composição. O restante o ar é composto basicamente por nitrogênio, que não participa das reações de combustão, mas que representa um volume extra de gás a ser aquecido, o que diminui o aproveitamento energético das caldeiras e esfria a chama. Para melhorar a combustão, em alguns tipos de queimadores é feita a adição de oxigênio do ar, e até mesmo o oxigênio puro no processo em alguns casos específicos.

Tipos de combustão A combustão pode ser completa ou incompleta. Na combustão completa, a máxima geração de energia é obtida e os gases resultantes desse processo são menos nocivos ao meio ambiente. Assim, dependendo das características do combustível, a geração de material em partículas é mínima ou nula. Não se pode eliminar a emissão de dióxido de enxofre (SO2). Na combustão incompleta existe a presença de monóxido de carbono (CO) e fuligem. Esses poluentes, além de nocivos à saúde, diminuem o rendimento da combustão, com consequente diminuição da geração de energia.

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Poder calorífico A quantidade de calor obtido na combustão de determinada parcela de combustível por unidade de massa é denominada de poder calorífico. O poder calorífico de um combustível pode ser definido como superior ou inferior, de acordo com a quantidade de água que se origina a partir de sua combustão. A tabela a seguir mostra os valores práticos do poder calorífico inferior para alguns combustíveis usuais. Combustível Óleo diesel Óleo combustível 1A Óleo combustível 2A Gás natural GLP

Poder calorífico inferior 10.220 kcal/kg (6.670 kcal/l) 9.660 kcal/kg 9.300 kcal/kg 9.065 kcal/Nm3 (Comgas) 8.500 kcal/Nm3 (Bolívia) 24.000 kcal/Nm3 (11.000 kcal/kg)

Excesso de ar na combustão Para se obter maior rendimento possível no processo de combustão, é preciso trabalhar com quantidade estequiométrica de ar, ou seja, com quantidade de ar que tenha relação exata entre combustível e comburente, visando a queima total do combustível. Na prática, os equipamentos estão sujeitos a variação de temperatura e pressão do ar, bem como variações nas condições dentro das câmaras de combustão, fato que impede a geração de calor em condições ideais. A operação de uma caldeira com excesso de ar, além de dióxido de carbono (CO2), água (H2O), dióxido de enxofre (SO2) formandos na combustão e do nitrogênio (N2), presente no ar de combustão a 110%, tem-se 10% de excesso de ar em relação à quantidade estequiométrica. Ainda, o ar excedente representa um volume extra a ser aquecido, fato que diminui o aproveitamento energético e esfria a chama. De forma a tornar a combustão mais eficiente, o excesso de ar deve ser o menor possível.

Parâmetros de avaliação da combustão Como o excesso de ar influi diretamente no aproveitamento energético de uma caldeira, é importante estabelecer parâmetros para avaliar sua eficiência e controlar o processo de combustão. Para esse tipo de avaliação, os parâmetros podem ser estabelecidos por meio de medição, que é mais seguro e mais correto, ou onde não possa existir a medição, por métodos práticos, por meio de observação da chaminé e da coloração da chama.

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Uma fumaça esbranquiçada pode significar excesso de oxigênio, enquanto uma fumaça escura pode significar falta de oxigênio na fornalha. A situação ideal, independente do combustível utilizado (sólido ou liquido), é operar de modo que se obtenha uma coloração acinzentada nos gases da chaminé. Pela medição, pode-se obter o teor de:    

Oxigênio Dióxido de carbono Monóxido de carbono Fuligem/elementos particulados da fumaça

A medição de gases existentes na combustão pode ser realizada por meio do aparelho ORSAT ou Firyte, pela coleta de uma amostra dos gases gerados. Observações: 1. ORSAT é um aparelho que possui reagentes alcalinos especificados para que reajam o O2, o CO e o CO2, existentes nos gases de combustão de chaminés e dutos de gases. A porcentagem de CO2 é registrada em uma escala, indicando se a combustão é completa ou não. As indicações em porcentagem destes gases indicam as características da combustão. Veja a ilustração:

2. FYRITE é um analisador para análise de CO2 e 02, na qual a presença de um deles no gás de combustão causa alteração na solução reagente e fornece, em uma escala graduada a sua porcentagem.

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A tabela a seguir mostra o teor máximo admissível de dióxido de carbono para alguns tipos de combustíveis: Combustível Teor máximo de CO2 Óleo diesel 15,4% Óleo combustível 16,0% Gás natural 12,0% GLP 14,0% (propano/butano) * valores de orientação. Os valores exatos dependem de uma análise precisa do combustível.

A medição do teor de fuligem/partículas é feita em pontos de amostragem nas chaminés das caldeiras de combustíveis líquidos. Os detectores de fumaça, chamados de opacimetros, são instalados nos dutos das saídas de gases e detectam a combustão incompleta, comparando a opacidade da fumaça gerada com um padrão ideal de combustão, em função do combustível que estiver sendo utilizado.

Operação das caldeiras A operação de caldeiras de combustíveis sólidos ou líquidos/gasosos prevê as seguintes etapas: a pré-partida, a partida, a operação propriamente dita e a parada.

Caldeiras de Combustível Sólido Pré-partida das caldeiras de combustíveis sólidos deve ter os seguintes passos:

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Verificação do nível de água no tanque de abastecimento Verificação e realização do alinhamento da alimentação de água Verificação geral das válvulas e instrumentos de caldeira Verificação das condições operacionais dos ventiladores e sistemas de tiragem da caldeira Verificação das condições de alimentação elétrica dos painéis de comando e sinalização Verificação da quantidade disponível de combustível e manutenção desse material próximo à caldeira Verificação do funcionamento do mecanismo de alimentação de combustível Verificação do funcionamento do mecanismo de acionamento das grelhas (rotativas ou basculantes)

Partida das caldeiras de combustíveis sólidos deve seguir as seguintes etapas: Colocação de combustível seco, fino e um pouco de combustível liquido para facilitar a combustão inicial. Acendimento do fogo com tocha ou outro sistema disponível Alimentação da fornalha de maneira a garantir aquecimento2 gradual dos refratários e grelhas da caldeira Fechamento do respiro do tubulão superior após garantir eliminação total do ar, nas cadeiras que não possuem superaquecedor. Abertura lenta da válvula de saída de vapor para evitar golpe de aríete, quando a pressão de trabalho da caldeira é atingida e há liberação do vapor para consumo. Fechamento do respiro (damper) do superaquecedor nas caldeias que possuem superaquecedor.

A operação normal de uma caldeira para combustíveis sólidos matem a seguinte rotina: Observação atenta do nível de água da caldeira, fazendo os ajustes necessários. Observação das temperaturas do economizador e préaquecedor de ar, quando aplicável. Observação das indicações dos dispositivos de controle de temperatura e pressão, fazendo os ajustes necessários. Realização de todos os testes de rotina da caldeira Verificação dos tanques de suprimento de água a fim de confirmar se estão sendo suficientemente abastecidos Verificação da reposição de combustível Vistoria nos equipamentos a fim de detectar qualquer anormalidade (ruído, vibrações, superaquecimento).

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Verificação da temperatura dos gases da chaminé a fim de detectar se está dentro dos parâmetros normais Observação da combustão através dos visores e da chaminé, fazendo os ajustes necessários. Regulagem dos dampers quando necessário Sopragem periódica de fuligem conforme rotina de cada equipamento, onde seja aplicável. Realização de descargas de fundo conforme recomendações do laboratório de análise de água Fazer as anotações exigidas pelos superiores Manutenção da ordem e da limpeza da sua casa de caldeiras Notificação a outro operador habilitado ou a um superior para que se efetue sua substituição em caso de necessidade de se afastar da casa de caldeiras Se a caldeira apagar subitamente durante a operação normal, a retomada do processo de acendimento somente deverá ocorrer após a garantia de completa purga e exaustão dos gases remanescentes.

Para fazer a parada das caldeiras, procede-se da seguinte forma: sopragem de fuligem (ramonagem) em caldeiras aquatubulares dotadas destes dispositivos interrupção da alimentação de combustível e execução dos cuidados necessários com relação aos alimentadores (pneumáticos, rotativos, etc) manutenção do nível de água ajustando- o, conforme a vaporização que irá ocorrer e a quantidade de combustível disponível na fornalha. Desligamento dos ventiladores e exaustores se o combustível remanescente na fornalha não é suficiente para a geração de vapor abafamento da caldeira por meio do fechamento dos dampers e portas de alimentação da fornalha, garantindo vedação contra entradas de ar frio. fechamento da válvula de saída de vapor abertura do respiro da caldeira ou do superaquecedor, onde existir um. basculamento das grelhas para possibilitar limpeza da fornalha

ATENÇÃO: após a parada, o operador de caldeira deve tomar as providencias para o registro dos motivos da parada no livro da caldeira, anotando também as ações a serem providenciadas a seguir.

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Caldeiras de combustível líquido e/ou gasoso Para as caldeiras de combustível líquido ou gasoso, a pré-partida acontece na seguinte sequência de etapas: verificação do nível dos tanques de água e de combustível verificação e execução do alimentação de alimentação de água verificação e execução do alinhamento da alimentação de combustível e limpeza dos sistemas de filtros, se necessário. para caldeiras a óleo combustível, início do processo de aquecimento e controle de temperatura até atingir temperatura suficiente para circulação do óleo. acionamento da bomba e início da circulação de óleo até que a temperatura ideal do combustível para a partida das caldeiras seja atingida verificação geral das válvulas e instrumentos da caldeira verificação das condições operacionais das bombas de alimentação de água e de combustível drenagem dos indicadores e controladores de nível (garrafa e visor) e teste do sistema de segurança (alarme e trip) ajuste do nível de água da caldeira na posição operacional abertura de drenos e respiros da caldeira abertura de drenos e respiros do superaquecedor, nas caldeiras que os possuem. verificação das condições de alimentação elétrica dos painéis de comando e sinalização verificação das condições operacionais dos ventiladores e do sistema de tiragem da caldeira verificação, onde houver, das condições operacionais do compressor de ar utilização na atomização do combustível. verificação do posicionamento e condições dos eletrodos de ignição limpeza da fotocélula.

Para dar a partida na caldeira, a sequência é a seguinte: ventilação ou purga da fornalha por um período suficiente para garantir a eliminação total de gases partida do compressor de ar para atomização, onde for aplicável. verificação se os valores de temperatura e pressão do combustível são ideais para acendimento acendimento do queimador piloto alinhamento lento da válvula manual de combustível, certificando- se de que a caldeira está acesa.

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para caldeiras com mais de um queimador, a sequencia de acendimento recomendada pelo fabricante deve ser obedecida. ajuste das condições de queima, garantido estabilidade da chama. desligamento do queimador piloto e verificação da estabilidade da chama aquecimento gradual com acompanhamento para não danificar o refratário e tubos, respeitando- se a curva de aquecimento recomendada para cada tipo de caldeira. verificação durante a fase de aquecimento de quaisquer anormalidades nos equipamentos e instrumentos indicadores de controle, tomando as providências para os ajustes necessários. fechamento do respiro do tubulão superior, após garantir eliminação total do ar em caldeiras que não possuem superaquecedor. passagem do controle da caldeira para o automático quando as condições de pressão atingirem valores preestabelecidos para tal, conforme procedimento operacional. atingida a pressão de operação, abertura lenta da válvula de saída de vapor para evitar o golpe de aríete para liberar o vapor para consumo. fechamento do respiro do superaquecedor, se houver.

Para a operação normal de caldeiras de combustível liquido e/ou gasoso, o operador deve seguir as seguintes recomendações: observação atenta ao nível de água da caldeira, fazendo os ajustes necessários. observação das temperaturas do economizador e préaquecedor de ar, onde existirem. observação das indicações dos dispositivos de controle de temperatura e pressão, fazendo os ajustes necessários. realização de todos os testes de rotina da caldeira verificação do abastecimento dos tanques de suprimento de água verificação da reposição de combustível vistoria nos equipamentos, observando qualquer anormalidade (ruído, vibrações, superaquecimento). verificação dos parâmetros de temperatura dos gases da chaminé observação da combustão através dos visores e da chaminé observação da combustão através dos visores e da chaminé fazendo os ajustes necessários regulagem dos dampers quando necessário

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sopragem periódica de fuligem conforme rotina de cada equipamento realização de descargas de fundo conforme recomendações do laboratório de análise de água execução das anotações exigidas pelos superiores e dos registros necessários no livro da caldeira manutenção da ordem e da limpeza da casa de caldeiras nunca se ausentar da CSA de caldeira sem notificar algum colega ou superior para que se efetue a substituição se a caldeira apagar subitamente durante sua operação normal, retomar o processo de acendimento somente após garantia de completa purga e exaustão dos gases remanescentes.

A parada é feita através das seguintes etapas: sopragem de fuligem (ramonagem) em caldeiras dotadas destes dispositivos interrupção da alimentação de combustível, fazendo a purga da linha, uma parte para a queima e o restante para uma linha de retorno. No caso de queima de óleo combustível, a purga da linha pode ser feita com óleo menos viscoso, o qual não poderá passar pelo aquecedor de óleo que deverá ser desligado. Para linha de gás, esta purga poderá ser feita com injeção de vapor apagamento dos queimadores obedecendo à sequencia recomendada pelo fabricante da caldeira para caldeiras de óleo combustível, deve-se desligar a bomba de alimentação de óleo. ventilação da fornalha para a=exaustão completa de gases remanescentes drenagem dos visores de nível, fazendo os ajustes necessários pra manter a caldeira com nível operacional. após a exaustão da fornalha, desativação do ventilador e abafamento da caldeira fechando todos os dampers e registros de ar. fechamento da válvula de saída de vapor e bloquemento de todos os pontos de drenagem da caldeira Interrupção da alimentação de água abertura do respiro da caldeira ou do superaquecedor

ATENÇÃO: após a parada, o operador de caldeira deve tomar as providencias para o registro dos motivos da parada no livro da caldeira, anotando também as ações a serem providenciadas a seguir.

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Regulagem e controle Além das rotinas de pré-partida, partida, operação e parada, devem ser realizados os controles de temperatura e de pressão das caldeiras. Os controles de temperatura mais importantes em uma caldeira são o da temperatura do ar, da temperatura dos gases de combustão, da temperatura do vapor (nos casos de caldeiras com superaquecedor) e da temperatura da água de alimentação. A temperatura do vapor gerado em uma caldeira está diretamente ligado à sua pressão. Desta forma, o mero controle da temperatura não é suficiente para melhor produção e segurança do equipamento. No caso de vapor superaquecido, o controle de temperatura poderá ser feito por superaquecimento, ou seja, na diminuição da temperatura do vapor através da injeção de água no sistema. Em outras palavras, o controle da temperatura ocorre por meio das condições de regulagem da reação combustível X ar, que afeta diretamente a pressão do vapor gerado. O controle da temperatura do ar ocorre no superaquecedor de ar e no economizador, e tem a função de aumentar o rendimento da combustão. No que diz respeito à temperatura dos gases de combustão, o controle tem a finalidade de detectar a ocorrência de temperaturas altas na saída dos gases de combustão. Este pode ser o indicativo de anormalidade operacional da caldeira, que podem ser: Caldeira suja, com deficiência de troca térmica. Queda de material refratário, mudando o caminho preferencial dos gases. Juntas de amianto não dão perfeita vedação Tamanho de chama maior que o aceitável Excesso de ar na fornalha, causado o amento de velocidade dos gases.

O controle de temperatura do óleo deve ser dimensionado e ajustado para garantir a circulação e a viscosidade ideal de pulverização para queima no queimador. Já o controle de temperatura da água de alimentação deve garantir uma faixa de temperatura que garanta a desgaseificação da água. Normalmente este controle é feito por uma controladora ligada à malha do sistema de alimentação. Os controles de pressão mais importantes de uma caldeira são: Controle de pressão da água de alimentação Controle de pressão do ar Controle de pressão da fornalha Controle de pressão do combustível

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Controle de pressão do vapor

O controle de pressão da água faz parte da malha de controle. Na ocorrência de baixa de pressão de água de alimentação, em virtude de uma parada ou problemas mecânicos na bomba, haverá o desarme da caldeira. Para sanar o problema, a atuação poderá ser manual ou mecânica. O controle de pressão do ar é feito através da regulagem da ventilação/exaustão, evitando-se pressão muito acima ou abaixo das recomendações no interior da fornalha. Este controle evita o vazamento de gases para o ambiente de trabalho ou infiltrações de ar falso e frio que altera o rendimento da caldeira. A regulagem e o controle da pressão do combustível são muito importantes para a eficiência da combustão, afetando a atomização e a dispersão do combustível. As variações de pressão podem causar problemas, inclusive de desarme da caldeira. A regulagem de controle de pressão de vapor deve ser executada diretamente no vapor, de forma a alcançar a pressão requerida pelos consumidores. O operador de caldeira deve ter especial atenção para que a pressão de vapor não atinja níveis acima da pressão de trabalho, fato que importará na perda de insumos (água, produtos químicos, combustível, etc.)em virtude da abertura das válvulas de alívio e segurança do sistema.

Controle do fornecimento de energia Nas caldeiras de combustível sólido, a regulagem da energia para a geracaocao de vapor ocorre através da dosagem de combustível, manual ou automaticamente, em sintonia com a injeção de ar, melhorando a combustão. Já nas caldeiras de combustível líquido ou gasoso, haverá a abertura da válvula de admissão de combustível mediante sinal recebido do controle de pressão de vapor, em sintonia com a vazão de ar, ajustando e melhorando a combustão.

Nível de água A regulagem e o controle de nível em controles tipo boia precisam de intervenção mecânica, alterando-se as dimensões da haste entre as chaves liga/desliga. Já em controladores com eletrodos, esta regulagem exige alteração nas dimensões dos eletrodos, em face da deposição/corrosão dos eletrodos. Ainda, para os controladores termostático e hidráulico, a regulagem precisa de ajustes na válvula automática de admissão de água, devendo ser realizado sempre que o nível de ar estiver fora da posição ideal de operação. 115

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Por fim, nos controladores tipo transmissão por pressão diferencial, a regulagem é feita ao ajustar o set point no próprio controlador.

Otimização da combustão O controle e a aperfeiçoamento da combustão são fatores importantes na economia de combustíveis e preservação do meio ambiente. A melhor eficiência da combustão é obtida observando-se fatores como: uso de queimador adequado, nebulização perfeita, porcentagem correta de ar, manutenção periódica no equipamento, analise contínua dos gases, etc.. Para aperfeiçoar o processo de combustão, o operador de caldeira pode utilizar os seguintes meios: pré-aquecimento do ar de combustão, pré-aquecimento do combustível, controle da tiragem e análise e controle da combustão por instrumentos.

Atomização e queimadores A ocorrência da combustão depende do maior contato possível do combustível com o oxigênio do ar de combustão. Para tanto, ao se utilizar combustível líquido, é preciso aumentar sua superfície específica. Isso acontece na fase de atomização, ou seja, quando o combustível é transformado em gotículas. A atomização pode ser mecânica, quando se dá por óleo sob pressão ou ação centrífuga (copo rotativo), ou por fluido auxiliar, quando ocorre com o auxilio do próprio vapor ou ar comprimido. O queimador que utiliza atomização por óleo sob pressão, chamado jato-pressão, é mais comumente empregado em instalações de grande porte, em que predomina o fator econômico, e nas instalações marítimas, em face do menor consumo de energia e da economia de água. A pulverização do óleo combustível é produzida pela passagem do óleo sob alta pressão através de um orifício. Esta pressão é produzida por uma bomba, varia de 60 a 140psi, podendo atingir valores bem mais altos.

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Já o queimador que usa atomização por ação centrífuga injeta combustível no interior de um elemento rotativo (copo nebulizador), forçando-o contra a parede pela ação centrifuga da rotação (3000 a 8000 rpm), fazendo o óleo a mover-se para fora do copo, dada a sua forma cônica. A forma mais comum de atomização é por meio de fluido auxiliar e pode ser feita através de ar e alta pressão ou através de vapor. Os queimadores a ar e alta pressão possuem um compressor que faz a geração de ar primário. Quanto maior a pressão deste ar primário, menor será sua quantidade no percentual total de ar necessário, devendo ser complementado com ar secundário, o que facilitará o controle da combustão. A pressão de operação do ar no queimador é superior a 1,5 kgf/cm² e este tipo de queimador pode ser utilizado também com atomização a vapor. A atomização a vapor é semelhante à do ar, ou seja, o vapor passa por um estreitamento, arrastando o combustível em forma de gotículas. Neste caso, o consumo de vapor é de0,15 a 0,40 kg de vapor por kg de óleo combustível.

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Além dos queimadores detalhados acima, é necessário mencionar as particularidades dos queimadores a gás, que tem a função de fornecer gás combustível e comburente à câmara de combustão, fixado adequadamente a posição da chama; além de misturar adequadamente o gás combustível e comburente; e proporcionar os meios necessários para a manutenção da ignição contínua da mistura gás combustível/ar, fato que evita a extinção da chama. Para utilizar um sistema de queima de gás, é necessária uma adaptação do sistema de queima a óleo. Para essa adaptação utilizam-se obrigatoriamente os seguintes equipamentos: Reguladores de vazão Válvula solenoide Pressostatos e válvulas reguladoras Manômetros especiais para gases Lança de queima principal para melhor homogeneização Materiais para instalação elétrica, tubos e conexões

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Segurança na construção de queimadores Os queimadores são construídos de forma a garantir as seguintes situações, no que diz respeito a segurança de operação das caldeiras: Controle e estabilidade da chama Interrupção do fornecimento de combustível em caso de anomalia Bloqueio da entrada de combustível na câmara de combustão durante a parada do queimador Ausência de gases explosivos na Câmara de combustão no momento de ignição

Essa função é realizada pelo bocal, pelo disco difusor e pelo sistema de dosagem do combustível Essa função é executada pelo programador e sensor de chama e pelos sistemas de bloqueio de combustível Essa é a função das válvulas de bloqueio e segurança do pressostado de ar

Essa é a função da rotina da pré- purga ou da préventilação.

Chaminé A chaminé, por participar na tiragem, ou seja, na saída dos gases da combustão, é parte importante da constituição de uma caldeira. A tiragem ocorrem em virtude da diferença de pressão atmosférica entre a base e o topo, dada a diferença de temperatura dos gases de combustão.

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Pode ser construída com chapas de aço ou alvenaria de tijolos comuns, devendo ser rigorosamente projetada e executada, tendo em vista a quantidade de gases que deverão transitar por ela, a sua velocidade e temperatura, bem como a pressão atmosférica local. Deve-se ter especial atenção para que não haja qualquer fenda que permita a entrada falsa de ar.

Tiragem Tiragem é o processo que garante a admissão de ar na fornalha e a circulação dos gases de combustão através de todo o sistema até a liberação para a atmosfera. O processo precisa vencer a perda de carga do sistema, devendo o ventilador ser dimensionado para este fim. O valor da perda de carga através do sistema determina o processo de tiragem a ser usado. Assim, a tiragem pode ser: natural ou mecânica (forçada, induzida ou mista).

Tiragem natural Tiragem natural em que a diferença de pressão provoca o escoamento natural dos gases de combustão pela chaminé, dada a diferença de densidade entre os gases quente e frio na entrada da fornalha. A tiragem natural leva em consideração a temperatura ambiente, a temperatura dos gases quentes e a altura da chaminé, esta última limitando a entrada de ar para combustão.

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Tiragem mecânica A tiragem mecânica se vale de equipamentos mecânicos para realizar o suprimento de ar sempre que as perdas de carga ultrapassarem determinado limite. Nesta situação, a função da chaminé é limitada ao lançamento de gases para pontos mais altos, favorecendo a dissipação na atmosfera. São três os tipos de tiragem mecânica: forçada, induzida ou mista. Na tiragem forçada, o suprimento de ar para o interior da fornalha é feito por um ventilador centrífugo, devendo as caldeiras possuírem fornalha pressurizada com boa vedação, de forma a evitar a fuga dos gases de combustão para o ambiente. Já na tiragem induzida, os gases são aspirados por meio de ventilador com função de exaustor ou ejetor, sendo aplicadas nas locomotivas e caldeiras marítimas. Por fim, na tiragem mista há o emprego de dois ventiladores, um com a finalidade fornecer suprimento de ar para dentro da caldeira e o outro com a função de retirá-lo (ventiladorexaustor). Atualmente os equipamentos dotados de recursos eletrônicos mais sofisticados aplicados às caldeiras modernas reproduzem os efeitos da tiragem por meio de diferencial de temperatura, diferencial de pressão, diferencial de extração, quantidade de oxigênio e sensores para detecção da coloração da chama (fotocélulas).

Operação de um sistema de várias caldeiras Um sistema operacional formado por várias caldeiras em operação paralela possui particularidades de segurança que devem ser observadas. Neste caso, deve o operador de caldeira conhecer a rede de distribuição de vapor e seus consumidores, os pontos mais críticos de bloqueio e interligação dos sistemas e a flexibilidade operacional em função da disponibilidade de vapor. Ainda, é necessário que cada uma das caldeiras possa ser isolada das demais, através da instalação de uma válvula de retenção após a válvula principal de saída de vapor. Por fim, a carga das caldeiras em operação paralela é regulada normalmente pela controladora de pressão do coletor.

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Roteiro de vistoria diária Para garantir o perfeito funcionamento do gerador de vapor, o operador de caldeira deve seguir um roteiro de vistoria durante o seu funcionamento normal. Este roteiro deve incluir: Verificação do abastecimento correto do tanque de água de alimentação da caldeira Verificação, no caso de caldeira a oleio, do nível e da temperatura do óleo nos seus depósitos, e do termômetro e manômetro da linha de oleio próximo ao queimador Exame dos manômetros e termômetros de ar, água e gases de combustão. Controle do nível de água através dos indicadores existentes na caldeira Verificação da lubrificação dos equipamentos Execução das descargas de fundo conforme exigido pelo laboratório de qualidade da água Verificação do funcionamento das diversas bombas existentes Verificação do funcionamento dos ventiladores Observação da combustão da fornalha, através dos visores e da cor da fumaça na chaminé Movimentação periódica de todas as válvulas, para evitar que estas fiquem presas Teste do regulador e do visor de nível, várias vezes ao dia, verificando se os dispositivos de operação e segurança estão atuando normalmente Verificação do funcionamento dos pressostados e do sistema de acendimento Teste da fotocélula para verificar se há corte de chama quando ela escurecida como um tampão Teste das válvulas de segurança, conforme recomendação do fabricante ou conforme recomendado pela NR-13. Preenchimento do relatório de vistoria diária fornecida pelos supervisores.

Veja um exemplo de roteiro de vistoria: (figura pg 156)

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Falhas de operação: causas e providências Geralmente as caldeiras possuem grande quantidade de equipamentos e instrumentos e, ante a apresentação de algum defeito, a manutenção nem sempre é procedimento simples ou fácil. Independente de tais dificuldades, o operador deverá aplicar rigorosamente as normas de segurança e os procedimentos indicados no manual de operação fornecido pelo fabricante. Os dispositivos que podem apresentar defeitos em operação são, principalmente, o sistema de alimentação de combustível, o sistema de alimentação de água, o controle de nível, o controle de combustão e o controle de pressão. As tabelas a seguir apresentam alguns tipos de defeitos, causas de providências a serem adotadas pelo operador ou pelos responsáveis pela manutenção da caldeira:

Alimentação de Óleo Combustível Defeito Bomba de óleo pesado não funciona

Causa provável Defeito no sistema de comando elétrico Defeito no circuito de óleo combustível

Bomba não fornece pressão ou fornece pressão insuficiente Defeito mecânico na bomba Bomba engripada Bomba de óleo diesel não funciona

Temperatura muito elevada

Temperatura muito baixa

Aquecimento elétrico não funciona

Regulagem mal feita Válvula automática de vapor não fecha Válvula manual de vapor fechada Purgador não funciona Regulagem mal feita Termostato desregulado ou danificado Fusíveis queimados Bobina da chave queimada

Providências Verificar as instruções de manutenção Verificar no manual o capítulo referente ao sistema automático de combustão, item manômetro de pressão não registra pressão. Verificar as instruções de manutenção Desmontar a bomba e verificar o estado das engrenagens. Consultar instruções de manutenção Corrigir regulagem do óleo Verificar as instruções de manutenção Abrir a válvula Examinar e trocar, se necessário Corrigir a regulagem do óleo Regular ou substituir o termostato Verificar e trocar Trocar a bobina

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Corrente elétrica não chega na bobina da chave eletromagnética Resistência queimada Válvula de vapor fechada Purgador não funciona Aquecimento a vapor não funciona

Termostato ou válvula solenóide do aquecedor desregulada ou danificada

Examinar o circuito elétrico e verificar o funcionamento da chave Trocar a resistência Abrir a válvula Examinar e trocar, se necessário Verificar as condições do termostato ou da válvula

Alimentação de água Defeito

Bomba não recalca ou recalca água insuficientemente

Causa provável Ar na sucção

Filtro de água sujo Válvula fechada na sucção ou no recalque Cavitação: instalação para água quente incorreta, causando vaporização na sucção. Válvula de retenção dando passagem Bomba com capacitação inferior à exigida para a caldeira Rotação invertida da bomba

Válvula de descarga de fundo aberta Instalação incorreta da bomba Defeito mecânico na bomba Defeito no comando elétrico Bomba de água não funciona

Eletrodos de controle de nível com óleo, lama, etc..

Providências Purgar o ar da bomba e verificar se não há entradas de ar pelas conexões da rede Limpar o filtro Verificar se há válvulas fechadas na rede de água Verificar a instalação.

Verificar o ajuste da válvula ou se há partículas sólidas na rede Verificar o projeto da caldeira e redimensionar a bomba Solicitar à equipe de manutenção a verificação da instalação elétrica do motor da bomba Verificar se as válvulas estão fechadas Verificar procedimentos de instalação Verificar instruções de manutenção Solicitar à equipe de manutenção a verificação do regulador de nível automático ou chave eletromagnética Drenar o regulador de nível por alguns segundos, 124

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Bomba não para automaticamente após encher a caldeira

Fio do eletrodo do nível máximo partido ou com defeito Eletrodo danificado

Defeito no sistema elétrico

repetindo a operação quantas vezes forem necessárias Solicitar a troca do fio à equipe de manutenção Solicitar a substituição do eletrodo à equipe de manutenção Solicitar manutenção especializada

Controle de Nível Defeito A bomba só liga quando soa o alarme.

A bomba não funciona, o nível baixa e o alarme soa.

A bomba não funciona, o nível baixa, o alarme não soa, mas a caldeira continua funcionando.

A bomba funciona, mas o nível baixa.

Causas prováveis Imantação permanente na bobina de caixa. Alta tensão nas vizinhanças pode causar esse defeito. Depósitos nos eletrodos.

Chave magnética da bomba desarmada ou com defeito. Umidade na caixa dos eletrodos. Lama no regulador de nível por falta de limpeza.

Oxidação nos bornes de ligação nos eletrodos. Defeito no sistema de alimentação de água.

Providências Blindar a caixa.

Abrir totalmente a válvula de dreno reguladora de nível durante um minuto. Fechá-la em seguida e verificar se o defeito persiste. Ler sobre chaves magnéticas nesta lista. Eliminar a umidade. Apagar a caldeira imediatamente. Se o nível estiver abaixo do visor, deixar a caldeira esfriar sozinha. Se ainda houver água no visor, de nível, acionar a bomba manualmente, restabelecendo o nível. Descarregar a válvula do dreno reguladora de nível até eliminar a lama. Fazer uma limpeza completa. Limpar os bornes (manutenção)(elétrica). Providenciar o reparo.

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O nível está normal no visor de nível, porém o sistema de combustão não funciona e o alarme está soando.

Defeito no regulador de nível devido à presença de lama ou óleo na água.

Bobina do regulador de nível queimada (dentro do armário de controle). Fio do eletrodo partido. Transformador da caixa de controle queimado. Mau contato.

Sistema do automático da combustão com defeito. Registros de visor de nível fechados. Alarme queimado.

Descarregar o regulador de nível, abrindo a válvula até o fim. Repetir a operação quantas vezes forem necessárias. Examinar a bobina na caixa de controle e trocá-la. Trocar o fio. Trocar o transformador. Lixar os contatos elétricos do relê à esquerda do regulador de nível Ver nesta lista informações sobre defeitos do sistema automático de combustão Abrir os registros. Trocar o alarme.

Controle de Combustão Defeitos O queimador piloto não acende ou às vezes falha e o manômetro de óleo não registra pressão.

Causas Prováveis Falta de óleo no depósito de combustível para ignição

Válvula de saída do combustível para ignição fechada.

O queimador piloto não acende ou às vezes falha. A pressão registrada no manômetro de óleo é inferior a 100 lb/pol.

O sistema automático de combustão opera, o piloto acende, mas o queimador principal não acende apesar de o manômetro indicar que a pressão do óleo esta boa.

Ar na tubulação de sucção Ar na tubulação. Filtro sujo. Atomizador de óleo diesel sujo. Eletrodos de ignição desajustados. Porcelanas partidas. O óleo não chega normalmente ao combustor.

Providências Encher o tanque, tendo o cuidado de purgar o ar da sucção da bomba. Ver instruções de manutenção. Abrir válvula.

Manutenção mecânica. Manutenção mecânica. Limpar filtro. Limpar o furo do giclê. Não usar estopa, arame ou estilete metálico. Consultar módulo sobre manutenção. Trocar as porcelanas. Verificar se o atomizador está obstruído. Limpar a peça com querosene ou solvente apropriado. Usar, de preferência, ar comprimido. Não usar 126

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O sistema automático de combustão opera, o piloto acende, mas o queimador principal não acende e a pressão indicada no manômetro está boa.

A válvula de entrada de óleo esta aberta, porém não chega óleo no combustor.

Apesar de a pressão indicada no manômetro de óleo ser muito baixa ou nula, o sistema automático de combustão opera, o piloto acende, mas o combustor principal não acende.

Tubulação fechada.

Filtros sujos.

Ar na sucção da bomba.

O sistema automático de combustão opera, o piloto acende, mas o combustor principal não acende, apesar de o manômetro indicar que a pressão do óleo está boa. A temperatura de saída dos gases da caldeira é superior à normal.

Válvula de retorno aberta pela ação de partículas sólidas na rede. Falta de óleo impede o funcionamento da bomba. Válvula de entrada de óleo no combustor fechado.

Tubulação da caldeira suja de fuligem. Tampa traseira da caldeira mal fechada.

estopa. Se o atomizador estiver limpo e o fenômeno permanecer, observar a junta, colocada no acento da culatra da parte interna da sede do combustor, está mal ajustada. Retirar a parte interna do combustor; abrir a válvula de entrada de óleo no combustor; colocar uma lata em frente à entrada de óleo do queimador; ligar a chave de comando manual. Deverá sair um jato de óleo do queimador. Se não sair, verificar se há alguma obstrução na tubulação de óleo, desde o manômetro até o combustor. Verificar se a(s) válvula(s) entre o depósito e a bomba está(rão) fechada(s).

Fazer uma limpeza nos filtros, depois de consultar as instruções de manutenção. Verificar se há uma entrada de ar na canalização de sucção. Ver instruções de manutenção a respeito desta limpeza. Verificar se o depósito de serviço está cheio. Abrir a válvula.

Limpar a tubulação segundo instruções de manutenção. Retirar a tampa e verificar o estado dos refratários. Fazer os reparos seguindo as instruções de manutenção.

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A fumaça na saída dos gases está mais escura que o normal.

Pressão de óleo elevada.

Pressão do óleo oscilando por causa de ar na canalização.

Falta de ar secundário, motivada pelas correias frouxas do ventilador. Registro da borboleta de ar fora do lugar. O servomotor não abre a borboleta porque a alavanca de comando está solta. Ventilador sujo.

Caixa de ar suja. Temperatura do óleo alta ou baixa. Baixa pressão no ar de atomização. Atomizador entupido.

O ventilador não funciona.

O ventilador funciona, mas sua atuação não é normal.

Defeito no sistema de comando elétrico. Defeito no motor, impedindo-o de dar partida. Correias partidas. Defeito no ventilador. Correias bambas. Borboleta de regulagem fora do lugar.

Ventilador sujo.

Verificar se a válvula de retorno está colada e descolá-la. Verificar se a válvula no tubo de retorno para o depósito está fechada e abri-la. Fechar a válvula de entrada de óleo no combustor e fazer a circulação do óleo, acionando a chave de comando manual até que o ponteiro do manômetro de pressão de óleo se estabilize. Verificar se há linha de conexão solta na linha de sucção da bomba. Trocar as correias e esticalas. Colocar o registro no lugar certo. Prender a alavanca de comando. Limpar o rotor e a tela de entrada, seguindo as instruções de manutenção. Providenciar limpeza. Ver nesta lista o item sobre o aquecedor de óleo. Ver lista de defeitos no compressor. Desmontar e lavar o atomizador de óleo combustível. Ler sobre chaves magnéticas e sistema de comando automático. Providenciar conserto ou troca. Substituir as correias. Providenciar conserto. Trocar ou esticar as correias. Regular borboleta: totalmente aberta- para fogo alto; meio fechada- para fogo baixo. Limpar o ventilador. 128

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O combustor piloto não acende ou falha às vezes. A pressão registrada no manômetro de óleo é inferior a 7,0 kgf/cm².

Defeito mecânico no ventilador. Não chega corrente nos eletrodos.

Providenciar conserto. Verificar, aproximando os terminais um do outro e observando se saltam centelhas. Verificar também se o defeito está no circuito elétrico do tranformador, por interrupção nos fios ou cabos. Uma vez que chegue corrente no transformador e não saia pelos cabos de altatensão, o transformador está defeituoso. Ver as instruções de manutenção.

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Controle de Pressão Defeito A pressão está acima da permitida. As válvulas de segurança e o automático de parada não funcionam.

Causas prováveis Está ligada a chave de comando manual de ignição.

A pressão está acima da permitida. As válvulas de segurança e o automático de parada não funcionam.

Platinado de pressostato colado. Pressostato com o diafragma furado (nesse caso, sai vapor pelo pressostato). Capilar do diafragma defeituoso. Pressostato desregulado e defeituoso (é muito difícil o pressostato desregular). Defeito no manômetro.

O gerador de vapor para de funcionar e a pressão registra no manômetro de vapor está abaixo do nível máximo normal. O manômetro de ar não registra pressão ou registra pressão muito baixa. O manômetro de óleo não registra pressão. O manômetro de vapor registra pressão inferior quando o gerador de vapor desliga automaticamente. O manômetro de óleo oscila muito sem indicar a pressão exata

Defeito no compressor. Defeito no manômetro. Defeito no circuito de óleo. Defeito no circuito de óleo. Defeito no manômetro. Defeito no manômetro.

Ar na tubulação de óleo.

Providências Verificar se as chaves de comando manual e de comando automático de ignição não foram ligadas ao mesmo tempo. Lixar o platinado. Trocar o pressostato.

Tirar o pressostato e limpálo. Regular o pressostato.

Trocar o manômetro.

Ver sobre compressor de ar. Trocar o manômetro. Ver sobre o sistema automático de combustão. Verificar. Trocar o manômetro. Trocar o manômetro.

Purgar o ar na tubulação e estudar o assunto referente à tubulação em que o respectivo manômetro se encontra.

Procedimento em situações de emergência Todas as ocorrências de emergência deverão ser atendidas de acordo com o indicado no manual de operação da caldeira. Dentre essas emergências é possível citar: Retrocesso Nível de água baixo Nível de água alto

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Pressão do vapor acima do normal Falhas em partes sob pressão

Retrocessos Ocorre o retrocesso quando a pressão interna da caldeira aumenta bruscamente, podendo afetar o ambiente na sala e área de caldeiras, com risco de graves acidentes. Os retrocessos podem ser causados por vazamentos do sistema de alimentação de óleo, com acúmulo de resíduos de combustível no interior da fornalha; falhas no sistema de ignição; defeito ou falha no sistema de tiragem; tentativas de acender o queimador a partir de uma parede incandescente; procedimento incorreto de acendimento da caldeira; abertura da boca de visita da fornalha de forma indevida; e alimentação de combustível sólido pulverizado de maneira incorreta. Estes problemas podem ser evitados através das seguintes providências: Evitar o acúmulo de óleo ou gás no interior da fornalha, todo oleio que eventualmente se cumulou no piso da fornalha deve ser retirado e a fornalha deve ser completamente ventilada antes de ser acesa Manter as válvulas dos queimadores sempre em boas condições de vedação Nunca tênar reacender um queimador através do calor das paredes incandescentes Não fazer mais que duas tentativas de acendimento após concluída a purga Nunca abrir a boca da fornalha de forma brusca.

Os procedimentos posteriores deverão incluir a interrupção do suprimento de combustível e o desligamento do queimador, para eliminar a causa desta ocorrência.

Nível de água baixo O nível de água baixo pode ser causado por falha no sistema de controle automático de nível, válvula de retenção da linha de água dando passagem, falta de atenção do operador, defeito no sistema de alimentação de água (bombas, turbinas, motor elétrico, filtros, etc.) e cavitação na bomba. Estes problemas podem ser evitados através de revisões de rotina dos sistemas de controle de nível; constante atenção ao sistema de alimentação de água, especialmente ao fazer as descargas de fundo, realizando manutenção preventiva. O nível de água baixo, somado ao calor da fornalha, age sobre os tubos secos provocando deformações no invólucro, danos ao refratário, vazamento de água e danos aos tubos. Nestes casos, o operador de caldeira deverá cortar a alimentação de ar combustível, fechar a válvula de saída de vapor e respiro do superaquecedor, testar visores de nível para confirmar o nível

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real da caldeira, alimentar a caldeira e retomar processo de acendimento se o nível estiver estável, não repor água de maneira a evitar o choque térmico na caldeira (caso o nível não esteja visível) e proceder resfriamento lento da caldeira para posterior inspeção e identificação do motivo da queda de nível.

Nível de água alto O nível de água alto pode ter como causa a falha no sistema automático de controle de nível, a falta de atenção do operador, falha no sistema de alimentação de água e controle de alimentação de água no modo manual. Para evitar esses problemas o operador de caldeiras deve efetuar revisões de rotina nos sistemas de controle de nível, manter atenção constante ao sistema de alimentação de água e manutenção preventiva do sistema de alimentação de água. Neste tipo de ocorrência, o operador deve cortar a alimentação de água, testar visores de nível, certificando-se de que é o real, atuar na descarga continua após a confirmação do valor real do nível alto, atuar na descarga de fundo (com todas as cautelas necessárias após esgotados todos os recursos) e informar o ocorrido à manutenção.

Pressão do vapor acima do limite normal Existem duas situações em que a caldeira pode apresentar valores depressão acima do limite normal: quando a válvula de segurança não abre, ou quando ela abre, mas a pressão continua a subir. Estas situações podem ocorrer por emperramento, desregulagem ou subdimensionamento da sede da válvula de segurança ou estar a caldeira com controle em modo manual. Estes problemas podem ser evitados ao não alterar a regulagem da válvula de segurança (caso seja absolutamente necessário, o novo valor deverá ser anotado no registro de segurança da caldeira), ao realizar testes regularmente na válvula de segurança de acordo com procedimentos do fabricante, ou providenciar a substituição da válvula, em caso de subdimensionamento (atualizando a documentação da válvula e da caldeira). Na ocorrência de alguma destas situações, a alimentação de combustível deve ser completamente interrompida, acompanhando-se a evolução da pressão do equipamento. Se houver tendência de elevação, a válvula de alívio deve ser aberta onde houver. No que diz respeito às caldeiras de combustível sólido, além da abertura da válvula de alívio, o operador de caldeira deve providenciar a parada dos ventiladores, fechando todas as entradas e saídas de ar do equipamento.

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Falhas em partes sob pressão Diante da ocorrência de ruptura de tubos ou grandes vazamentos de vapor, o operador de caldeira deve agir imediatamente, evitando danos pessoais e reduzindo os efeitos da avaria para preservar o restante da instalação ao máximo possível. Assim, identificada a ocorrência, o operador deverá imediatamente cortar a alimentação de combustível; fechar a válvula de vapor da caldeira avariada (em caso de operação paralela); manter o nível de água pelo maior tempo possível, evitando choque térmico através de resfriamento lento da caldeira, protegendo os tubos e refratários; manter mos ventiladores ligados pelo maior tempo possível a fim de expulsar vapor pela chaminé; e abrir as válvulas de segurança (salvo se a pressão estiver em queda). Caso não seja possível manter os níveis de água, o operador deverá cortar a alimentação imediatamente, fechando as válvulas de alimentação e parando a bomba. Depois de despressurizada a caldeira, os ventiladores deverão ser parados, realizando o processo de resfriamento natural do equipamento. Algumas outras situações podem ser consideradas emergências, tais como a queda de parede refratária, causando superaquecimento da chaparia; parada dos ventiladores; parada de energia elétrica nos painéis de comando e pane no sistema de instrumentação. Nestes casos, o operador deverá fechar a válvula principal de saída de vapor e cortar o combustível, mantendo o nível de água dentro da faixa operacional. Ainda, deverá fazer avaliação da situação e, havendo possibilidade de normalização, manter a caldeira pressurizada. Caso a situação demore a se normalizar, o operador deverá executar os procedimentos de parada da caldeira.

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Treinamento e Ensino Técnico de Qualidade Para Futuros Profissionais Qualificados

09 - tratamento de água de alimentação de caldeiras

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Tratamento de água para alimentação de caldeiras

Água Para garantir o bom funcionamento e o longo tempo de vida útil das caldeiras, é preciso especial atenção à água utilizada em sua alimentação. Note que a água que apresenta boa qualidade para uso doméstico ou para alguns processos industriais nem sempre terá características adequadas para o uso em caldeiras. De modo geral, a água contem impurezas como matéria orgânica, compostos minerais em suspensão ou dissolvidos, e gases. Neste capítulo, estudaremos as impurezas que a água pode apresentar, a forma de tratamento adequado, bem como as consequências de um tratamento inadequado.

Composição da água Quimicamente falando, água é composto inorgânico cuja molécula é formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio, representada da seguinte forma: H2O. Genericamente falando, a água é um excelente solvente para substâncias orgânicas e inorgânicas. É também bom meio de transferência de calor nos processos de aquecimento e resfriamento. Por estas características, ela é essencial em muitos processos industriais. Em seu estado líquido, a água é encontrada na natureza como água de superfície (mares, rios, lagos e lagoas) ou como águas subterrâneas. A água de superfície é instável, apresentando alto teor de sólidos totais dissolvidos(STD) e sólidos suspensos (SS), além de elevado teor de matéria orgânica e temperatura variável. Já a água subterrânea apresenta menor teor de sólidos suspensos, bem como de material orgânico e temperatura constante.

Impurezas da água Como já dito, a água apresenta uma série de impurezas, dentre as quais gases dissolvidos (O2, CO2, gás sulfídrico, etc.) e sólidos em suspensão ou dissolvidos. Uma infinidade de substâncias pode estar dissolvida na água, variando de acordo com a origem de sua captação. Se não forem removidas, estas impurezas podem afetar a qualidade de funcionamento das caldeiras.

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As principais substâncias são os sulfatos, a sílica, os cloretos, o ferro, o gás carbônico, a amônio, o gás sulfídrico, oxigênio dissolvido, etc. Grande inconveniente para o funcionamento das caldeiras é a precipitação de sulfatos insolúveis, cuja solubilidade diminui ante o aumento da temperatura. Os sulfatos (SO4-2), geralmente de cálcio (Ca), sódio (Na) e magnésio (Mg) apresentam concentração na faixa de 0,5 a 200 ppm. Observação: a unidade ppm (parte por milhão) indica o teor de determinado soluto em uma solução. Essa unidade é equivalente a mg/l ou g/l. A sílica (SiO2) se apresenta normalmente como ácido silícico (H4SiO4) ou como silicatos solúveis (SiO4), em concentrações entre 1 e 100 ppm. Nas caldeiras, a presença destas substâncias pode gerar incrustações bastante duras, de difícil remoção. Ainda, a solubilidade no vapor aumenta, em face da pressão da caldeira, provocando depósito em superaquecedores e nas palhetas de turbina. Os cloretos (Cl) quase sempre estão presentes na forma de cloreto de sócio (NaCl), de cálcio(Cacl2) e de magnésio (MgCl2), em concentrações bastante variáveis, desde 10 até 250 ppm. A corrosividade de um meio está associada à concentração de cloretos, afetando inclusive certos tipos de aço inoxidável. O ferro (Fe) normalmente está presente como bicarbonato de ferro [Fe(HCO3)2], em concentrações variáveis, podemos alcançar, embora raramente, os 100 ppm. Muitos problemas estão associados com a presença de ferro na água,uma vez que os altos teores provocam a formação de depósitos de óxidos em caldeiras e nas linhas de distribuição. Uma característica deste tipo de depósito é a porosidade, que permite que produtos corrosivos se concentrem sobre ele, provocando rápida corrosão. Da mesma forma que o ferro, o manganês apresenta estes inconvenientes. O gás carbônico (CO2) é encontrado dissolvido na água bruta superficial, em teores que variam de 2 a 15 ppm e se origina da decomposição de bicarbonatos. O principal problema causado por sua presença é a corrosão nas tubulações de ferro e cobre, especialmente nas linhas de retorno de condensado. A amônia (NH3) se apresenta dissolvida na água bruta, em concentrações que podem variar até 20 ppm. Poderá se apresentar na forma de compostos orgânicos. O principal problema da presença desta substância é a corrosão do cobre (Cu) e as ligas feitas com ele, presentes nos condensadores. O gás sulfídrico (H2S) provoca corrosão nas superfícies metálicas e pode estar presente na água de alimentação em virtude da absorção pela água do meio ambiente, decomposição do sulfito de sódio (Na2SO3) e da contaminação do sulfito de sódio por sulfeto (Na2S). O oxigênio dissolvido (O2) estará presente na água, com teor máximo de 10 ppm, fato que importa em prejuízos aos equipamentos, uma vez que a substância é corrosiva ao ferro e às ligas de cobre, devendo ser removida quando a água se destinar à alimentação de caldeiras. 136

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Neste processo corrosivo, o oxigênio atua como despolarizador catódico, mantendo as reações em andamento. Sua remoção, de acordo com as condições de pressão da caldeira,se dá por meio de injeção de produtos químicos (sulfito de sódio e hidrazina, por exemplo) ou através da instalação de desareadores.

Consequências das impurezas da água A água é um dos principais insumos para o funcionamento de uma caldeira. Para que o desempenho do equipamento seja o melhor possível, é necessário que a água seja previamente tratada, retirando as impurezas. Os sólidos em suspensão, por exemplo, podem causar a formação de depósitos nos trocadores de calor e nas caldeiras. Podem causar, ainda, ação erosiva que provoca o desgaste das superfícies metálicas em pontos isolados dos equipamentos, dado que este processo retira o filme protetor formado pelos agentes anticorrosivos. O tratamento da água deve ser cuidadoso, uma vez que se a concentração de sólidos dissolvidos na água exceder o coeficiente de solubilidade há perigo potencial da formação de depósitos nas paredes dos equipamentos. Quando o tratamento da água da caldeira é inadequado, verifica-se a ocorrência de corrosão, incrustação e arraste.

Corrosão Corrosão é o processo de deterioração de um material, normalmente metálico, em virtude da ação química ou eletroquímica de agentes contaminantes existentes na água. Este processo poderá ser acelerado em razão do ambiente em que a água foi captada, podendo ser associada ou não a esforços de natureza mecânica. A corrosão pode ter diversas causas, entre elas, a eletroquímica, galvânica ou biometálica, por oxigênio, por aeração diferencial ou por concentração diferencial. Nas caldeiras, este processo é o resultado da ação da água e das substâncias agressivas nela existentes. O processo corrosivo é causado, mais frequentemente, pela presença de oxigênio e outros gases na água, bem como sais (cloreto de cálcio, magnésio, etc.) e ácidos. O grau de corrosão causada por estes agentes depende dos seguintes fatores: tipo de metal, condição de superfície metálica, grau de deposição sobre o material, temperatura, concentração de oxigênio, PH, sólidos suspensos, sólidos e gases dissolvidos e contaminantes existentes no retorno de condensado. O resultado da corrosão é o desgaste progressivo do material, reduzindo a espessura da parede dos tubos, podendo chegar à ruptura. Atente para o fato de que o processo de

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corrosão não se restringe à caldeira, podendo acontecer também nas linhas de vapor e de retorno do condensado.

Incrustação Incrustação é o conjunto de forrações cristalinas que se depositam na superfície dos tubos, ou seja, compostos que estavam em solução com a água e formam depósitos que causam redução na taxa de transferência de calor. Este fenômeno ocorre em face da condutividade da incrustação, que é menor do que a do material dos tubos e tem efeito isolante. Desta forma, a temperatura do lado oposto ao da incrustação atingirá valores que afetam a resistência mecânica do tubo e causam ruptura. A incrustação é provocada, mais frequentemente, por carbonatos de cálcio, compostos de magnésio, sulfato de cálcio, sílica e silicatos, fosfatos, compostos de ferro de cobre, todos encontrados na água. Ao verificarmos que há sais de cálcio e magnésio na água, dizemos que ela apresenta dureza e é em virtude desta que cada tipo de tratamento de água será aplicado. Havendo sílica em suspensão, as incrustações podem sofrer aumento, sendo estas muito resistentes, praticamente irremovíveis. A caldeira poderá enfrentar os seguintes problemas, em virtude da existência de depósitos: Redução ou perda da capacidade de transferência de calor Perda de produto devido a operação deficiente Parada de equipamento Aumento da demanda de água e do custo de bombeamento Elevação dos custos de manutenção Redução da vida útil do equipamento Redução do poder dos inibidores de corrosão

O operador de caldeira, visando evitar a solidificação dos elementos que formam as incrustações, poderá realizar uma descarga de fundo para remoção de sólidos a cada quatro horas, independentemente das descargas determinadas pelo laboratório. Outros depósitos e incrustações deverão ser controlados através da limitação de concentração das substâncias e materiais que os formam. Tratamento com produtos químicos, como agentes quelanes (EDTA - ácido etilenodiaminotetracético), polifosfatos, ésteres de fosfatos, fosfonatos e dispersantes, são recomendados para tanto.

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Arraste O arraste ocorre com a passagem da água, ainda em mistura da fase líquida e gasosa, juntamente com o vapor para o superaquecedor e sistema de distribuição de vapor, carregando sólidos em suspensão e material orgânico. A matéria inorgânica presente na passagem é prejudicial ao processo de produção de vapor nas caldeiras. Este fenômeno ocorre por razões mecânicas ou químicas. As causas mecânicas do arraste podem ter origem em danos no aparelho separador de vapor, conhecido por chevron; no nível de água elevado; nas condições de carga excessiva; ou no projeto da caldeira. Já a presença de carbonato de sódio, sulfato de sódio, sulfato de sódio, cloreto de sódio, matéria orgânica (óleo, graxas, etc.) ou sólidos em suspensão são normalmente as causas químicas do arraste. Tipo Incrustação

Corrosão

Arraste

Problemas Incrustação devido a carbonatos diversos ou sílica no interior da caldeira ou superfície de aquecimento (perda de calor, transferindo na interface gases/água e redução da vida útil da caldeira).

Corrosão nas linhas de condensado e superfície de aquecimento devido aos gases dissolvidos e contaminantes.

Deterioração da pureza do vapor. Depósito de sedimentos nas tubulações e nos equipamentos usuários de vapor.

Causas prováveis Inexistência de abrandadores ou operação deficiente. Deficiência no controle de qualidade da água de caldeira no tange a dureza. Falha na adição de produtos químicos e descargas de fundo. Tratamento deficiente de remoção de oxigênio e do controle do pH. Reutilização de condensado contaminado. Corrosão provocada por equipamentos parados por longos períodos sem os cuidados necessários. Controle deficiente na água da caldeira do índice de cloretos. Problema no separador de vapor ou controle de água de alimentação.

Indicadores analíticos de condições de utilização

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Diversos são os indicadores que determinam as condições de utilização de determinada água na caldeira, entre eles o pH, a alcalinidade, a condutividade, a solubilidade, a saturação, a supersaturação/precipitação e a dureza total.

Grau de acidez O pH indica o grau de acidez ou alcalinidade de uma solução. Trata-se do indicador que apresenta as características de deposição ou suspensão da água de alimentação da caldeira. A determinação do pH indica a concentração de íons H+ e OH-, presentes na solução. É a grandeza que indica o caráter ácido (H+), alcalino (OH-) ou neutro de uma água. (figura pg 177) Alcalinidade Alcalinidade é a capacidade que uma substância possui de neutralizar um ácido. A água, por sua natureza, tem a capacidade de neutralização ou redução das características ácidas de uma substância. Isso ocorre em virtude dos hidróxidos (OH-), carbonatos (CO3)2 e bicarbonatos (HCO3) presentes na água de alimentação. A alcalinidade é medida como total (carbonato + bicarbonato + hidroxila), parcial (hidroxila + ½ carbonato) ou hidróxida (hidroxila). Em valores inadequados, pode provoca incrustação e liberação de CO2, além de formação de espuma.

Condutividade Condutividade é a capacidade que um meio tem de conduzir corrente elétrica. Esta capacidade depende do número de espécies de eletrólitos presentes na substância, sendo menor a condutividade, menor será o número de impurezas do meio (unidade – mho cm-1). Neste sentido, a água pura não é um bom condutor de eletricidade. Entretanto, a adição de sais dissociados ou ionizados aumenta a capacidade de conduzir corrente elétrica.

Solubilidade Solubilidade é a capacidade que uma substância possui de se dissolver em outra. No que diz respeito à água, as impurezas presentes podem alterar o seu grau de solubilidade, de acordo com as seguintes variáveis: pH

O aumento do pH reduz a solubilidade do CaCO3 e de outros componentes que contribuem para problemas no tratamento das águas. A redução do pH por sua vez,

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Temperatura:

Pressão

Concentração de outros solutos

Saturação

Supersaturação/precipitação

aumenta a solubilidade da maioria dos solutos na água. A única exceção é a sílica em caldeiras. Normalmente o aumento da temperatura aumenta a solubilidade dos sólidos dissolvidos. Porém, alguns sais e todos os gases apresentam um efeito inverso. Assim, por exemplo, Ca, Mg, Fe, Mn e Si podem formar sais e óxidos menos solúveis em água quando a temperatura se eleva. A solubilidade de todos os gases aumenta com o aumento da pressão parcial. Os sólidos em solução, por sua vez, não apresentam alteração de solubilidade com mudanças na pressão. A presença de matéria orgânica ou de íons comuns pode alterar a solubilidade dos materiais suspensos na água. Assim, por exemplo, a presença de de carbonato de sódio pode reduzir a solubilidade do carbonato de cálcio devido ao aumento da concentração de íons. É o grau máximo de solubilidade ou limite de concentração de uma determinada substância em um solvente como a água, por exemplo. É o grau acima do limite de solubilidade de uma determinada substancia em um solvente como a água.

Chamamos de sólidos totais a soma de todo material originário de fontes minerais dissolvido na água. A faixa de normalidade em águas naturais é de 25 a 5000 ppm, mas pode haver maior concentração. O estudo da viabilidade de produção de vapor a partir de determinada água deve levar em conta o teor de sólidos totais, assim como no estudo de viabilidade de viabilidade de água desmineralizada. Se houver excesso de sólidos dissolvidos, ficará caracterizada a antieconomicidade.

Dureza Dureza é uma característica de águas que possuem grande concentração de carbonato de cálcio e magnésio. Chamamos de dureza total a soma das concentrações das duas substâncias, estando associadas a bicarbonatos (HCO3), sulfatos (SO4-²) e nitratos (NO3). No que diz respeito ao uso de água nestas condições em caldeiras, deve-se levar em consideração a tendência de formar incrustações na superfície de troca de calor, provocando o entupimento progressivo dos tubos nas caldeiras. Dureza total (mg/L CaCO3) < 15 15 – 50 50 – 100 100 – 200 >200

Classificação Muito branda Branda Moderadamente dura Dura Muito dura.

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Ciclos de concentração Ciclos de concentração são procedimentos que auxiliam no controle de formação das incrustações, na conservação da água, na emissão de efluentes e na redução de custos com tratamento químico. Número de ciclos de concentração é a relação entre a concentração de um componente na fase líquida e na alimentação do sistema, ou seja, é a verificação da progressão do grau de concentração dos sólidos dissolvidos. Os parâmetros mais usados nos ciclos de concentração são os cloretos, os sólidos totais dissolvidos e a sílica. Desta forma, havendo teor de sílica na água de alimentação a 20 ppm e na água da caldeira a 50 ppm, podemos inferir que há contaminação no processo ou a descarga de fundo não está sendo realizada.

Tratamento da água São diversos os fatores que influenciam a escolha de um programa de tratamento de água para caldeiras. Entre eles, podemos falar nas características da água, na pressão da caldeira, no tipo de indústria, na finalidade do vapor e sua respectiva qualidade, na carga média de produção do vapor, na participação do condensado retomado, no tipo de caldeira, no custo do combustível e nos custos globais. Levando-se em consideração estes fatores, diversos são os métodos de tratamento que podem ser empregados, incluindo-se os dois grupos mais comuns: tratamento interno e tratamento externo.

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Agua Bruta

Telas Grossas

Decantação

Abrandamento com cal a quente

Abrandamento com cal a frio

Clarificação

Filtro de areia

Filtro de carvão

Água industrial

Métodos de tratamento externo Método de tratamento externo de água é aquele que ocorre antes que ela entre na caldeira. Pode ocorrer de formas diferentes, de acordo com as condições da água a ser tratada. Os métodos de tratamento externo são utilizados para águas que estejam bastante fora das especificações ou para sistemas que trabalhem em altas pressões. São eles a clarificação, a

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filtração, o abrandamento, a desmineralização, a osmose reversa, a destilação, e a desgaseificação ou desaeração. Havendo muitas impurezas e partículas sólidas visíveis, será adotado o método de clarificação e posterior filtragem da água. Poderia ainda ser utilizado tanque de decantação e colocação de cal, como ocorre no tratamento de água para abastecimento urbano. Há outro processo de tratamento externo da água, que emprega aparelhos que fazem a desmineralização, através da reação química com sais, dando origem a substâncias que não causam problemas para as caldeiras. Estes equipamentos, chamados de trocadores de cátions, trocadores de ânions e triadores de leito misto, são utilizados em consonância com as necessidades de trabalho e as condições da água de alimentação. Desaeração ou desgaseificação é outro processo de tratamento externo da água que visa a remoção de gases que se encontram misturados nela, tais como oxigênio e gás carbônico.

Clarificação A clarificação engloba três etapas, sendo cada uma delas um processo diferente que exige certos requisitos para assegurar os resultados esperados. São elas a coagulação, a floculação e a decantação. Através da coagulação, o operador de caldeira obterá o equilibro das cargas elétricas através da adição e mistura rápida de um coagulante com carga iônica contrária à da água em tratamento. Alcançado o equilíbrio, será possível a aglomeração da substância, formando flocos sem repulsão. Floculação é a formação de partículas maiores através da agitação suave de flocos pequenos, reunindo-os com maior velocidade de decantação. ATENÇÃO: a agitação deverá ser controlada de forma a evitar a desintegração dos flocos (defloculação). Decantação é a etapa final do processo de clarificação, que consiste na separação da água clarificada dos sedimentos, que são removidos posteriormente como lodo, após a decantação dos flocos agregados.

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Filtração Após a remoção dos flocos por sedimentação, verifica-se a sobra de partículas mais leves. Estas serão separadas por filtração, através de filtros compostos de diversas camadas de pedras, pedregulhos e areia. Por vezes, ainda pode haver uma ou mais camadas de antracito, aumentando a qualidade de rendimento da filtração e diminuindo a frequência de lavagem, além de não adicionar sílica à água.

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Água Industrial

Cloração

Abrandamento

Resinas Catiônicas

Destilação

Osmose Reversa

Água potável

Caldeiras de baixa pressão

Desgaseificador

Caldeiras de navio

Leito misto

Resina Aniônica

Caldeiras de média e alta pressão

Abrandamento Abrandamento, ou amolecimento, da água é a remoção total dos íons de cálcio e magnésio presentes, geralmente na forma de carbonatos, bicarbonatos, sulfatos e cloretos.

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Processo de Abrandamento Ca(HCO3) + R-Na2  R-Ca + 2NaHCO3 MgCL2 + R-Na2  R-Ca + 2 NaCl Mg(HCO3) + R-Na2  R-Ca + 2 NaHCO3 CaSO3 + R-Na2  R-Ca + Na2SO4 Ca(NO3) + R-Na2  R-Ca + 2NaNO3 A eliminação destes cátions é necessária para evitar o risco de formação de sais de cálcio e magnésio que se incrustam no interior do gerador de vapor, ocasionando problemas como maior consumo de combustível, podendo inclusive causar a ruptura dos tubos da caldeira. O abrandamento da água é feito em equipamentos chamados abrandadores, que se utilizam de três processos básicos: o processo de cal.-sodada, o processo de fosfato e o processo de troca iônica. O processo de cal-sodada é aplicado quando a dureza da água excede 150 ppm de carbonato de cálcio, reduzindo sua concentração para 30 ppm (a frio) e 15 ppm (a quente). O processo de fosfato é utilizado quando se pretende que a dureza final da água seja em torno de 2 a 4 ppm. Por fim, o processo de troca iônica consiste na utilização de trocadores de íons, representados por substâncias sólidas e insolúveis, resinas de mais variadas origens e naturezas químicas, que,ao entrarem em contato com a solução de eletrólitos, trocam íons de sua estrutura com os do meio, sem que haja alteração nas suas características estruturais. As resinas podem retornar ao estado inicial através de processo regenerativo.

Demineralização Desmineralização é processo de remoção de cátions e ânions da água, tornando-a praticamente pura. Nele, a água passa obrigatoriamente por um ou mais leitos catiônicos e por um ou mais leitos aniônicos, sendo que a resina catiônica é operada no ciclo de hidrogênio e a resina aniônica no ciclo do hidróxido. (figura pg 186) O efluente do leito catiônico consiste em íons de hidrogênio, enquanto que o efluente do leito aniônico consiste em íons de hidróxido. A mistura de hidrogênio e hidróxido forma água, aumentando a pureza obtida no processo de desmineralizacão.

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Existem, no mercado, diversos dispositivos de desmineralização, compostos por equipamentos diversos. Estas variações acontecem em virtude das diferentes necessidades quanto à qualidade da água a que se pretende chegar. Há os dispositivos de leito misto, em que as resinas catiônicas e iônicas estão intimamente misturadas; bem como diversas configurações de leitos de resina catiônica e resina aniônica. Estas resinas, como visto anteriormente, tem capacidade limitada de troca, devendo passar por processo de regeneração ao se aproximar deste limite, através da reversão do método de troca iônica. Em se tratando de resinas catiônicas operando em ciclo de sódio, a reversão se dá através da adição de sal (cloreto de sódio), concentrado até 10%, regenerando a capacidade de sódio destas resinas. Já na operação do ciclo de hidrogênio, faz-se a adição de ácido sulfúrico ou ácido clorídrico, que atuarão como substâncias regenerantes. Por fim, as resinas aniônicas são regeneradas através da adição de soda cáustica ou hidróxido de amônio, que fornecem íons OH para a resina.

Osmose reversa A osmose reversa é o processo de tratamento em que a água passa por sistemas de filtros de carvão e areia, com a finalidade de remover as partículas maiores em suspensão. A seguir, a água circula por cilindros, chamados permeadores, em que os sais dissolvidos ficam retidos em membranas. Este processo apresenta vantagens em relação à desmineralização, uma vez que necessita de espaço físico menor para sua realização. Ainda verifica-se que a osmose reversa apresenta menor consumo e manuseio de produtos químicos, menor custo com resinas, diminuição dos efluentes e menores custos de manutenção. Por outro lado, neste processo há necessidade de numero maior de conjunto de permeadores para tratar a mesma quantidade de água que a desmineralização.

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Destilação O processo de destilação é utilizado para se obter água com elevado teor de pureza. Seu custo elevado de operacionalização limita o uso aos laboratórios, para pequenas vazões, e em navios, para o tratamento de água do mar.

Desgaseificação A desgaseificação, também conhecida como desaeração, realiza o tratamento da água, visando eliminar os gases nela dissolvidos, entre eles o O2, o CO2, o ar, etc.. O procedimento se baseia na solubilidade de um gás em meio líquido, que será sempre inversamente proporcional à temperatura. A água, para o processo, deverá ser pulverizada, aumentando a superfície de contato com o calor, causando o desprendimento dos elementos gasosos que deverão ser expulsos do desaerador através de um respiro (vent), que deverá permanecer aberto o tempo todo.

Métodos de tratamento interno da água Por mais sofisticado que seja o tratamento externo, há a necessidade de tratamento químico da água no interior da caldeira. Ele deve complementar o tratamento externo, eliminando todas as impurezas contidas, uma vez que não há tratamento externo completamente eficiente.

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Os métodos de tratamento interno da água mais frequentes são o de precipitação com fosfato, de tratamento com quelatos, de tratamento com minas fílmicas, de tratamento com aminas neutralizantes, de tratamento com sulfito de sódio e de tratamento com hidrazina.

Precipitação com fosfato Através do método de precipitação com fosfato, quando há o aquecimento da água, transforma-se os sais nela presentes em precipitados rígidos não aderentes ou lama, facilmente removíveis pelas descargas de fundo. Em outras palavras, a precipitação é feita através da manutenção de determinada concentração de fosfato e alcalinidade hidróxida na água da caldeira, associada às descargas de fundo para remoção da lama.

Tratamento com quelatos O tratamento com quelatos difere completamente dos tradicionais, uma vez que não há precipitação de cálcio ou magnésio. Aqui há a formação de complexos solúveis que não geram incrustações na caldeira e são removidos pela descarga de fundo, uma vez que não há formação de lama. Para a utilização deste método, exige-se controle rígido das análises físico-químicas, uma vez que os quelatos são sensíveis ao ferro, podendo atacara própria caldeira, formando complexos ferrosos ou férricos.

Tratamento com aminas Aminas fílmicas são usadas para a formação de filmes protetores contra o efeito corrosivo do oxigênio dissolvido sobre as tubulações e acessórios metálicos das linhas de vapor e condensado. Trata-se de compostos orgânicos nitrogenados que formam películas protetoras, identificados genericamente como aminas fílmicas, que atuam sobre o vapor. No que diz respeito às caldeiras, deve-se utilizar os sequestrantes de oxigênio. É comum verificar o ataque ácido ao metal nas linhas de água de sistemas em que há retorno do condensado, em virtude da presença de gás carbono formando carbonato de ferro. Todo condensado possui contaminação de gás carbônico em razão do contato do vapor com o ar atmosférico. A prevenção a este ataque, que enfraquece a tubulação e transporta ferro e cobre para o interior da caldeira, encontra-se na utilização de produtos neutralizadores, conhecidos como

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aminas neutralizantes. As mais frequentemente utilizadas são a moforolina e a cicloexilamina, que possuem características diferenciadas.

Tratamento com sulfito de sódio O sulfito de sódio, ao reagir com o oxigênio, age como seu sequestrante no processo de tratamento da água, especialmente quando o pH e as temperaturas são aumentadas. Neste caso, haverá a formação de sulfato de sódio. Este tipo de tratamento da água é utilizado nas caldeiras de baixa e média pressão. Observação: o acompanhamento do teor do pH é fundamental neste caso, já que pode ocorrer a formação de ácido sulfúrico.

Tratamento com hidrazina Outro método de tratamento interno da água é a precipitação por hidrazina. Antigamente, este método era utilizado em caldeiras de alta pressão, em face dos problemas causados pelo sulfito, uma vez que a sua reação lenta e não uniforme impedia o uso em geradores de baixa pressão. Atualmente, em virtude do desenvolvimento de um catalisador orgânico que aumenta a taxa de reação da hidrazina com o oxigênio, há a possibilidade de uso eficiente deste tratamento de água em geradores de baixa pressão. Neste processo, a hidrazina é adicionada fora da caldeira, normalmente na linha ou no tanque de alimentação, garantindo o tempo necessário para a reação ocorrer e evitando o arraste e a corrosão pelo oxigênio e/ou gases presentes. Um exemplo de parâmetros para as diversas pressões que devem ser analisadas no tratamento de água: Parâmetros pH Dureza Alcalinidade a fenoftaleina como CaCO3. Alcalinidade ao matilorange como CaCO3. Alcalinidade hidróxida como CaCO3. Cloretos CI-.

Unid. Até 13 kg/cm² ppm 10,5 a 11,5 ppm 0 ppm -

13,1 a 20 10,5 a 11,5 0 -

20,1 a 30 10,5 a 11,5 0 -

30,1 a 39,9 10,5 a 11,5 0 -

ppm

< 700

< 600

< 500

ppm

150 a 250

100 a 200

80 a 120

ppm

< 500

<400

<300

<150

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Fosfatos como PO4-³. Sílica como SiO2. Sulfitos como SO3²-. Sólidos dissolvidos. Sólidos em suspensão. Hidrazina como N2H4. pH do condensado (sem arraste)

ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm

30 a 50 <180 20 a 50 <2800 <300 0,1 a 0,2 7,2 a 8,0

30 a 50 <120 20 a 50 <2500 <200 0,1 a 0,2 7,2 a 8,0

20 a 40 <80 20 a 40 <2000 <150 0,05 a 0,15 7,2 a 8,0

20 a 40 <40 20 a 40 <1500 <50 0,05 a 0,15 7,2 a 8,0

A próxima tabela resume as impurezas presentes na água e seus respectivos tratamentos para eliminação: Tipo

Formula química

Consequências Sedimentos em linhas de água.

Tubidez

Cor

Espuma nas caldeiras.

Dureza

Sais de cálcio e magnésio expressos como CaCO3. Bicarbonato (HCO3²), Carbonato (CO3--) e Hidrato (OH-) expressos como CaCO3.

Crostas calcárias.

Alcalinidade

Ácido mineral livre

Dióxido de carbono

Ácido clorídrico: HCI Ácido sulfúrico: H2SO4 CO2--

Sulfato

SO4²-

Em excesso causam espuma e arraste de sólidos com o vapor. Fragilidade cáustica no ferro. O bicarbonato e o carbonato produzem gás carbônico, causador de corrosão nas linhas de vapor e de condensado. Corrosão.

Corrosão em dutos de água e linhas de vapor e de condensado. Adiciona-se ao conteúdo de sólidos da água, mas por si é usualmente insignificante.

Tratamentos Floculação, sedimentação e filtração. Floculação e filtração. Absorção por carvão ativado. Abrandamento. Tratamento interno da caldeira. Amolecimento com cal e cal sodada. Desmineralização.

Neutralização com álcalis. Desaeração. Neutralização com álcalis. Desmineralização.

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Combina-se com o cálcio para formar crosta de sulfato de cálcio. Adiciona-se ao conteúdo de sólidos, aumentando o caráter corrosivo da água. Causa crosta de dificílima remoção. Volatiza-se a altas pressões, causando depósitos em turbinas.

Cloreto

CI-

Sílica

SiO2

Nitrato

NO3

Adiciona-se ao conteúdo de sólidos. Útil para controlar a ação da soda em relação à fragilidade cáustica.

Ferro

Fe²+ (ferroso) Fe³+ (férrico)

Causadores de sedimentos e corrosão.

Oxigênio

Corrosão.

Amônia

NH3

Sólidos dissolvidos

Sólidos suspensos

Corrosão de ligas de cobre e zinco pela formação de íon complexo solúvel. Em excesso, causam espuma, sedimentos e arraste. Em excesso, causam sedimentos e arraste.

Desmineralização.

Remoção pelo processo a quente com sais de magnésio. Absorção pela resina de troca iônica altamente básica em conjunto com a desmineralização. Desmineralização.

Aeração, coagulação e filtração. Amolecimento pelo cal, troca catiônica. Desaeração, sulfito de sódio, hidrazina. Cloração, desaeração. Troca catiônica. Abrandamento, desmineralização, osmose reversa. Filtração, geralmente precedida de floculação e decantação.

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10 - Tratamento de água de alimentação de caldeiras elétricas

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Tratamento da água para caldeiras elétricas Para garantir o bom desempenho de qualquer caldeira, assim como o prolongamento de sua vida útil, os cuidados com o tratamento de água são fundamentais, evitando-se a incrustação, a corrosão e o arraste. Em caldeiras elétricas, a realidade é a mesma, com especial cuidado às questões de condutividade. De acordo com a qualidade da água de alimentação, haverá necessidade de desmineralizá-la. Desta forma, a água poderá atingir um nível de condutividade que não exija purga contínua ou descarga de fundo frequente.

Água para alimentação de caldeira elétrica a eletrodo submerso As características de condutividade da água devem ser consideradas com especial atenção, quando se trabalha com caldeiras elétricas. Neste sentido, os níveis de condutividade da água de alimentação deste tipo de caldeira deve ser o mais baixo possível, de forma a reduzir ao mínimo as descargas de fundo de água. Assim, desde que possível, os condensados devem ser devolvidos ao tanque de alimentação. A obtenção desta água de baixa condutividade ocorre com a desmineralização, que retira a dureza da água, além de bicarbonato de cálcio – Ca(HCO3)2, magnésio – Mg(HCO2)2, cátions – partículas positivas e ânions – partículas negativas. Com esta medida, as incrustações na caldeira são reduzidas, diminuindo o número de paradas para limpeza, aumentando a durabilidade dos eletrodos e a confiabilidade da operação. A intensidade de corrente que passa através da água ( ou seja a potência consumida) decorre da função direta da superfície efetivamente exposta sos eletrodos em contato com a água, bem como da condutividade da água.

Água para alimentação de caldeira Elétrica a jato de água A água das caldeiras elétricas à jato de água pode ser constituída de condensado recuperado do processo e de água de reposição, devidamente tratada na estação, devendo ser condutora de corrente elétrica, de forma a permitir seu aquecimento e vaporização. De maneira geral, a condutividade da água deste tipo de caldeira deve apenas ser abrandada. A dureza passageira da água é produzida por bicarbonato de cálcio – Ca(HCO3)2, e de magnésio – Mg(HCO3)2, muito solúveis, que se transformam ao atingirem temperaturas entre 60-90ºC, produzindo incrustações nas caldeiras e nos bicos injetores. Já a dureza permanente, produzida por sulfato (SO) e silicatos de cálcio e magnésio, de grande solubilidade, tende a aumentar a condutividade da água da caldeira.

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Para obter a alcalinidade necessária da água da caldeira, adiciona-se soda cáustica (NaOH), fosfato trissódico (Na3PO4) ou outros produtos à água de alimentação, ajustando o seu pH. Alimentação de produtos químicos A adição de produtos químicos normalmente é feita diretamente na água de alimentação das caldeiras, através de tanques dotados de bombas dosadoras, localizados logo após o desaerador – onde houver, sempre antes da caldeira propriamente dita. Desta forma, as reações químicas ocorrerão fora da caldeira, deixando ao operador a tarefa de verificar a colocação dos produtos em pontos que garantam o tempo necessário para a reação química antes de atingir a caldeira em si, dosando-os continuamente. A dosagem dos produtos químicos é dimensionada em função das análises da água de alimentação, do volume de retorno do condensado e da água de alimentação, considerandose, também, o residual de produtos a serem mantidos na água, no interior das caldeiras, podendo ser executada manualmente, por gravidade ou por mecanismos automáticos.

Dosadores Dosadores são dispositivos destinados a receber e inserir na caldeira os produtos químicos destinados ao tratamento interno da água, que são instalados perto da sucção da bomba de alimentação, fazendo com que a própria água os transporte para dentro da caldeira, em virtude da diferença de pressão. Podem ser utilizadas também, antes da bomba de alimentação, bombas dosadoras, de uma ou mais saídas para a linha de alimentação.

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Controles físicos da água Os controles físicos da água fazem a eliminação de contaminantes e impurezas através de processo que não interferem na composição da água, sendo eles a desgaseificação e os processos de extração de fundo e de superfície. A desgaseificação é um processo externo que visa a eliminação de gases contidos na água. Já os processos de extração de fundo e de superfície tem a finalidade de eliminar sólidos dissolvidos e em suspensão, evitando a formação de lama nos pontos baixos. As extrações, também chamadas de descargas, são consideradas um complemento do tratamento químico, uma vez que eliminam as partículas sólidas formadas ali. Ainda, este processo elimina óleo que a água de alimentação possa conter. Se o processo de extração não for realizado de forma suficiente, poderá ocorrer a formação de espuma, que será arrastada para as tubulações de vapor, prejudicando a operação do sistema. Ainda, poderão aparecer incrustações ou lama nos eletrodos e bicos injetores, diminuindo a eficiência da caldeira. A periodicidade das extrações é estabelecida em função de avaliação analítica das condições da água.

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11 - Manutenção de caldeiras

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Manutenção e inspeção de caldeiras

Manutenção de caldeiras Qualquer equipamento industrial, para funcionar corretamente e por muito tempo, necessita de uma manutenção constante e bem feita, para prevenir ou sanar avarias. No caso de caldeiras, que trabalham a altas temperaturas, utilizando água que muitas vezes possui impurezas e óleos combustíveis cada dia mais viscosos e impuros, essas avarias aparecem com muita frequência, acarretando sérios problemas às empresas. Tipos de manutenção: A manutenção de caldeiras pode ser preventiva, preditiva e corretiva e de ocasião.

Manutenção preventiva de caldeiras Chamamos de manutenção preventiva aquela realizada quando se percebe uma tendência de desgaste de uma peça ou componente, tratando-se de procedimentos e ações antecipadas que visam manter o equipamento em funcionamento. Basicamente, a manutenção preventiva de caldeiras consiste em providencias a serem tomadas a determinados intervalos de tempo, visando não só manter o equipamento funcionando, como também aumentar a vida útil e melhorar o seu rendimento. Portanto, a manutenção preventiva compreende atividades periódicas (desde diárias até anuais), que são cumpridas conforme recursos disponíveis, tempo de campanha e regime de trabalho do equipamento. São considerados trabalhos preventivos diários: 

      

Descarga de fundo para eliminação de lama e resíduos que se depositam no tubulão inferior. Essa descarga deve seguir o programa recomendado pelo laboratório ou pelo responsável pelo tratamento de água. Teste geral de alarmes (água, óleo, nível, etc.). Verificação dos controladores de nível e todos os demais instrumentos. Limpeza de filtros de óleo combustível. Revisão geral dos queimadores (coqueamento, obstrução, etc.). Avaliação da chama e fumaça na chaminé por meio de medição de CO2 Verificação da situação dos ventiladores e acionamento de “dampers”. Verificação das bombas de alimentação de água, óleo combustível, bombas dosadoras, etc..

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  

Sopragem de fuligem dos tubos (ramonagem). Execução de teste de válvulas de segurança de acordo com procedimentos do usuário e com o porte da caldeira. Verificação do sistema de ignição da caldeira e teste de fotocélula.

São consideradas como atividades semanais para alguns tipos de caldeiras:     

Limpeza dos bicos atomizadores com algum tipo de solvente. Não é recomendável a utilização de ferramentas que possam danificar os orifícios dos pulverizadores. Limpeza da fotocélula. Verificação do ventilador e seus equipamentos auxiliares (“dampers”, correias, telas de proteção, etc.). Revisão geral das válvulas procurando identificar quaisquer vazamentos. Revisão geral das gaxetas e selos mecânicos das bombas d’água.

Observação: essas recomendações são de caráter genérico e devem ser adaptadas às condições de cada equipamento.

São considerados trabalhos preventivos mensais: 

 

  

 

  

Retirada cuidadosa do pó dos controles elétricos e verificação dos contatos das chaves magnéticas. Antes de fazer a limpeza deve-se verificar se a chave geral de força está desligada, mantendo-a sempre fechada a porta do painel de controle. Limpeza dos filtros de água: recomenda-se instalar um deles na linha do suprimento de água fria e outro na linha de sucção do tanque de condensação e a bomba d’água. Lubrificação dos motores que tiverem pino de lubrificação, usando uma boa graxa de tipo médio. Não se deve usar muita graxa, pois isso causará superaquecimento dos mancais. Verificação do alinhamento de todos os alinhamentos rotativos. Verificação da gaxeta da bomba d’água. Os aperta-gaxetas não devem ser comprimidos demais. Desmontagem do conjunto de bico atomizador, abrindo as conexões dos tubos de óleo e ar, removendo todos os parafusos que fixam o conjunto no flange frontal do queimador. Não se deve limpar o bico do atomizador com peças metálicas. Verificação do estado da fornalha e dos refratários frontais. Verificação dos eletrodos de ignição, para ver se a abertura da centelha está correta em função do espaçamento e se o conjunto está limpo. Deve-se observar se a porcelana do eletrodo apresenta trincas, rachaduras ou fendas. Verificação do estado dos purgadores instalados na caldeira e na rede de vapor. Limpeza de tela de entrada de ar do ventilador. Limpeza da tela de entrada de ar do ventilador.

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

 

Retirada do filtro de compresso de ar (se houver) e limpeza com solvente, deixando que fique bem seco antes da recolocação. Dependendo das condições locais, talvez seja necessária uma limpeza mais frequente. Limpeza do tubo de ventilação da fotocélula. Limpeza do sistema do combustor piloto.

Observação: essas recomendações são de caráter genérico e devem ser adaptadas às condições de cada equipamento.

Manutenção preditiva A manutenção preditiva é baseada no acompanhamento da evolução de parâmetros ligados ao sistema, tais como: temperatura, viscosidade do óleo, vibração. Insere-se nesse método todo o acompanhamento feito pelo operador por meio de uma lista de verificação (check list). A manutenção preditiva consiste na substituição decorrente do conhecimento prévio da vida útil das peças ou componentes de um equipamento e se baseia no conhecimento das condições de cada um deles. Esses dados são obtidos por meio do acompanhamento do desgaste de peças vitais, cujo dano tem como consequência a parada da caldeira. Testes periódicos como análise das vibrações e viscosidade do óleo, por exemplo, são efetuados para determinar a época adequada para intervenções que podem gerar substituições ou reparos de peças e componentes.

Manutenção corretiva e de ocasião Quando é necessário realizar qualquer trabalho de manutenção não planejado, falamos em dois tipos de manutenção: a corretiva e a de ocasião. A manutenção corretiva localiza e repara defeitos causados por envelhecimento, ruptura ou desgaste prematuro do equipamento e recupera as condições normais de funcionamento da caldeira. A manutenção de ocasião é realizada aproveitando-se as oportunidades em que o equipamento está parado para qualquer tipo de intervenção. Após a ocorrência de envelhecimento ou desgaste prematuro, rupturas, explosões, danificações localizadas ou generalizadas de partes ou de acessórios de uma caldeira, ela deve sofrer intervenções para recuperar as suas condições de funcionamento normal. O conjunto de intervenções dessa natureza constitui o que se denomina manutenção corretiva.

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A manutenção corretiva, portanto, é constituída por operações de desmontagem, verificações minuciosas, substituição e/ou reparos de subsistemas, montagem e verificações finais. É de extrema importância para a segurança de caldeira que, na manutenção, sejam observadas as mesmas exigências seguidas em sua fabricação. Desta forma, para se substituir um tubo, por exemplo, devem ser empregados os materiais e os procedimentos determinados pelas normas de projeto e fabricação da caldeira. Da mesma forma, as juntas soldadas em manutenção devem receber o mesmo controle de qualidade usado na fabricação. Em resumo, a manutenção corretiva adequada é a função do pessoal qualificado, de procedimentos normalizados e de materiais especificados, não sendo atribuição de operadores de caldeiras. Qualquer reparo que modifique condições originais do projeto da caldeira deverá ser incluído no prontuário e deverá ser executada com aprovação do profissional habilitado conforme exigência da NR-13.

Inspeção de caldeiras A inspeção periódica de segurança deverá ser realizada a cada doze meses, nos termos do item 13.5.3 da NR-13, quando da execução de serviços preventivos e periódicos de manutenção. De acordo com o item 13.5.3 da mesma NR, caso a empresa possua serviço próprio de inspeção, os prazos poderão ser estendidos em função da categoria da caldeira. Nessa inspeção deve-se realizar: 



   

Verificação do lado da água da caldeira. Para isso, deve-se esvaziá-la completamente; abrir todas as portinholas de inspeção e a porta de visita (se houver); lavar bem a caldeira, usando mangueira com água de alta pressão e aplicando o jato de água em todas as aberturas e portas de visita, para que se soltem todos os sedimentos, lodo e incrustações; lavar o casco internamente; Instalação de juntas novas ao serem recolocadas as tampas da abertura de inspeção e da porta de visita. Para isso, inicialmente, deve-se limpar todos os resíduos das juntas antigas que estiverem sobre os assentos do casco e nas tampas, aplicando grafite em pó nas juntas, para facilitar sua remoção quando a caldeira for aberta novamente. Exame de todas as válvulas e registros, enquanto a caldeira estiver parada. Retificação das sedes das válvulas e troca das gaxetas das hastes, se necessário; Inspeção da linha do coletor dos instrumentos, executando a aferição principalmente do manômetro de vapor; Se, na inspeção da caldeira for constatado que há formação de incrustações difíceis de remover, proceder a uma limpeza química conforme recomendação do setor especializado; 162

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

 

Limpeza dos tubos de fogo, porque a fuligem age como isolante e impede a absorção de calor pela água. A eficiência das caldeiras depende, em grande parte, da limpeza de sua superfície do lado do fogo. Os tubos devem ser limpos a cada 6 meses, ou quando houver temperatura muito alta na chaminé (em torno de 300°) ou baixa produção de vapor; Quando da escovação, tomar as medidas necessárias para proteção dos motores e painel de controle e usando sempre os EPIs para proteção dos operadores; Antes de fechar a porta, inspecionar, com muito cuidado, se o refratário está perfeito ou se há alguma rachadura. Se houver rachadura, fechá-la com cimento próprio para altas temperaturas. Ainda antes de fechar a parte traseira da caldeira, colocar novo cordão de asbesto – que faz vedação entre o refratário da parte traseira e os tijolos especiais da chicana. É necessário haver uma perfeita vedação; Limpeza do sistema de controle de nível da caldeira; Drenagem do tanque de condensado, por meio de remoção da válvula de boia e exame do interior do tanque para ver se há sedimentos. O tanque de condensado deve ser bem lavado. O funcionamento da boia deve ser testado e ela deve ser recolocada no tanque; Cada porca tem uma arruela. As porcas devem ser apertas apenas o suficiente para comprimi-las levemente. São necessários três repasses para o aperto final; Inspeção nos superaquecedores, pesquisando possíveis furos ocasionados por altas temperaturas no processo de superaquecimento.

Para repor a caldeira em funcionamento, deve-se:   

Enchê-la com água até o nível recomendado pelo fabricante; Aquecê-la de acordo com o manual de operação; Revisar e reapertar os parafusos das portas de inspeção e da porta de visita, quando a faixa de pressão operacional for atingida.

Observação: Essas recomendações são de caráter genérico e devem ser adaptadas às condições de cada equipamento.

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Treinamento e Ensino Técnico de Qualidade Para Futuros Profissionais Qualificados

12 - Prevenção contra explosões e outros riscos

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Prevenção contra explosões e outros riscos

Prevenção de acidentes Todo acidente tem uma causa definida, por mais imprevisível que possa parecer, e pode trazer consequências indesejáveis. Ele é o resultado de uma combinação de fatores que envolvem falhas humanas e falhas materiais, ocorrendo, em grande parte, devido ao despreparo dos trabalhadores ao enfrentar certos riscos. Com a redução dos acidentes, podem ser eliminados os problemas que afetam o homem e a produção. Uma das melhores maneiras de se obter isso é através da prevenção. Prevenir quer dizer ver antecipadamente; chegar antes do acidente; tomar todas as providências para que o acidente não tenha a possibilidade de acontecer. Neste capítulo, estudaremos as formas de prevenção de acidentes durante a operação das caldeiras.

Acidente de trabalho Na legislação brasileira, o acidente de trabalho é definido pelo Decreto nº 2.171, de 5 de março de 1997 e diz: Artigo 131 “Acidente de Trabalho é o que ocorre pelo exercício do trabalho a serviço da empresa, ou ainda, pelo exercício do trabalho dos segurados especiais, provocando lesão corporal ou perturbação funcional que cause a morte, a perda ou redução da capacidade de trabalho permanente ou temporário.” Exercício do Trabalho a serviço da empresa Para que um acidente seja considerado acidente de trabalho é necessário que haja entre o resultado e o trabalho uma ligação, ou seja, que o resultado danoso tenha origem no trabalho desempenhado e em função do serviço. Lesão corporal Qualquer dano físico sofrido pelo funcionário. Perturbação funcional É o prejuízo sofrido pelo funcionário ao funcionamento de qualquer órgão ou sentido.

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Incapacidade para o trabalho É a perda ou redução, total ou parcial, da capacidade de trabalho, em caráter permanente ou temporário. O acidente de trabalho é um evento indesejável considerado como acontecimento súbito, violento e ocasional que resulta em dano físico ou mental para as pessoas e ocorre no local e durante o trabalho.

Artigo 132 “Consideram-se acidentes de trabalho, nos termos do artigo 131, as seguintes entidades mórbidas: I – doença profissional, assim entendida como a produzida ou desencadeada pelo exercício de trabalho peculiar e determinada atividade e constante da relação de trabalho peculiar e determinada atividade e constante da relação de que trata o anexo II; II – doença do trabalho, assim entendida adquirida ou desencadeada em função de condições especiais em que o trabalho é realizado e com ele se relaciona diretamente, desde que constante da relação mencionada no inciso I.” Parágrafo 1º Não são consideradas como doenças do trabalho: a. a doença degenerativa b. inerente ao grupo etário c. a que não produz incapacidade laborativa d. a doença endêmica adquirida por segurados habitantes da região em que ela se desenvolva, salvo comprovação que resultou de exposição ou contato direto determinado pela natureza do trabalho. Parágrafo 2º Em caso excepcional, constatado que a doença não incluída na relação prevista nos incisos I e II, resultou de condições especiais em que o trabalho é executado e com ele se relaciona diretamente, a Previdência Social deve considerá-la acidente do trabalho. Artigo 133 Equiparam-se também ao acidente de trabalho, para efeito deste capítulo:

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I – o acidente ligado ao trabalho que, embora não tenha sido a causa única, haja contribuído diretamente para a morte do segurado, para a perda ou redução da sua capacidade para o trabalho, ou produzido lesão que exija atenção médica para a sua recuperação. II – o acidente sofrido pelo segurado no local e horário do trabalho, em consequência de: a. Ato de agressão, sabotagem ou terrorismo praticado por terceiro ou companheiro de trabalho; b. Ofensa física intencional, inclusive de terceiro, por motivo de disputa relacionada com o trabalho; c. Ato de imprudência, negligência ou de imperícia de terceiro ou de companheiro de trabalho; d. Ato de pessoa privada do uso da razão; e. Desabamento, inundação, incêndio e outros casos fortuitos decorrentes de força maior; III – a doença proveniente de contaminação acidental do empregado no exercício de sua atividade: a. Na execução de ordem ou na realização de serviços sob a autoridade da empresa; b. Na prestação espontânea de qualquer serviço à empresa para lhe evitar prejuízo ou proporcionar proveito; c. Em viagem a serviço da empresa, inclusive para estudo, quando financiada por esta, dentro de seus planos para melhor capacitação de mão-de-obra, independente do meio de locomoção utilizado, inclusive veículo de propriedade do segurado; d. No percurso da residência para o local de trabalho ou deste para aquela, qualquer que seja o meio de locomoção, inclusive veículo de propriedade do segurado. Parágrafo 1º Nos períodos destinados a refeição ou descanso, ou por ocasião da satisfação de outras necessidades fisiológicas, no local do trabalho ou durante este, o empregado é considerado no exercício do trabalho. Parágrafo 2º Não é considerada agravação ou complicação de acidente de trabalho a lesão que, resultante de acidente de outra origem, se associe ou se superponha às consequências do anterior. Parágrafo 3º Considerar-se-á como dia do acidente, no caso de doença profissional ou do trabalho, a data do início da incapacidade laborativa para o exercício da atividade habitual, ou o dia da segregação compulsória, ou o dia em que for realizado o diagnóstico, valendo para este efeito o que ocorrer primeiro.

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Parágrafo 4º Será considerado agravamento do acidente de trabalho aquele sofrido pelo acidentado, quando estiver sob a responsabilidade da reabilitação profissional.

O acidente de trabalho é aquele que ocorre no local e durante o horário de trabalho, podendo ser a consequência de um ato de agressão, imprudência ou imperícia, de uma ofensa física intencional, ou de causas fortuitas como, por exemplo, incêndio, desabamento ou inundação. Do ponto de vista prevencionista, acidente de trabalho é toda ocorrência não programada, não desejada, que interrompe o andamento normal do trabalho, podendo resultar em danos físicos e/ou funcionais ou a morte do trabalhador e/ou danos materiais e econômicos à empresa e ao meio ambiente. Do ponto de vista prevencionista, quando há uma poça de óleo no chão, ou quando uma ferramenta cai de um andaime, por exemplo, isso caracteriza um acidente, mesmo que ninguém se machuque por causa disso. Na visão prevencionista, fatos como estes podem e devem ser evitados.

Princípios básicos O estudo de doenças e acidentes de trabalho deve indicar todas as situações que, combinadas, levaram a ocorrências indesejadas e que, se eliminadas a tempo, poderiam ter impedido o acidente ou minimizado os seus efeitos. A identificação e eliminação de tais situações são fundamentais para evitar acidentes semelhantes, decorrentes de outras combinações das mesmas causas. Pelas características da prática nacional de análise e investigação de acidentes, convém não recomendar as conclusões do tipo “ato inseguro” ou “condições inseguras” – as quais, pela generalidade, conseguem no máximo, definir eventuais culpados, mas nunca causas, estas sim, elimináveis.

Causas das doenças e dos acidentes de trabalho O principal objetivo de um programa de prevenção de acidentes é evitar a ocorrência de doenças e acidentes de trabalho similares ou decorrentes de outras combinações das mesmas causas. As causas podem ser classificadas em duas categorias: ato inseguro ou perigoso e condições inseguras ou perigosas.

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Atos inseguros são aqueles decorrentes da execução de tarefas de uma força contrária às normas de segurança. É a maneira pela qual o trabalhador se expõe, consciente ou inconscientemente, a riscos de acidentes. Em outras palavras é o tipo de comportamento que leva ao acidente. Exemplos de atos inseguros são:    

Recusa do funcionário em utilizar equipamentos de proteção individual (EPI) fornecidos pela empresa e cujo uso é obrigatório por lei; Utilizar ferramentas manuais de maneira incorreta ou imprópria; Utilizar equipamentos defeituosos ou em serviços incompatíveis com suas características; Não obedecer a sinais ou instruções de segurança.

Condições inseguras, também conhecidas como riscos profissionais, são as causas que decorrem diretamente das condições do local ou do ambiente de trabalho. São falhas físicas que comprometem a segurança do trabalhador. São as falhas, defeitos, irregularidades técnicas, carência de dispositivos de segurança e outros, que põem em risco a integridade e/ou saúde das pessoas e a própria segurança das instalações ou equipamentos. São exemplos de condições inseguras:    

 

Proteção mecânica inadequada; Condição defeituosa de escadas, pisos, tubulações e equipamento grosseiro, cortante, escorregadio, corroído, trincado, com qualidade inferior, etc.; Projetos ou construções inseguras. Processos, operações ou arranjos perigosos (empilhamento defeituoso, armazenagem mal feita, passagem obstruída, sobrecarregada no piso, congestionamento de maquina e operadores, etc.). Iluminação inadequada ou incorreta. Ventilação inadequada ou incorreta.

Riscos na casa da caldeira Uma casa das caldeiras, ou área de caldeira, devem atender aos requisitos prescritos nos itens 13.2.3 e 13.2.4 da NR-13 e o não atendimento ao prescrito no item 13.2.5 da mesma norma constitui risco grave e iminente de acidente. Como exemplos de situação irregular, podemos citar os riscos a seguir: a. Casa de caldeiras com dimensões reduzidas: gera problemas relativos à segurança porque dificulta o deslocamento de operadores em situação norma e em situações de 169

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d. e.

emergência; causa desconforto em virtude das temperaturas elevadas no ambiente; dificulta a ventilação; e dificulta a manutenção. Casa de caldeiras com ventilação insuficiente: facilita o aumento de temperatura ambiente, provocando danos, entre outros, à fiação elétrica, aos instrumentos, aos controladores, com riscos de acidentes e prejuízos à saúde dos trabalhadores. Casa de caldeiras mal iluminada: deixa de garantir condições de conforto e segurança, pois não segue legislação que recomenda o grau de iluminamento no ambiente de trabalho. Caracteriza risco grave e iminente. Casa de caldeiras sem condições de higiene: propicia o surgimento de condições inseguras, como piso escorregadio, por exemplo. Casa de caldeiras sem estrutura adequada: aumenta a possibilidade de ferimentos graves em caso de explosão. A casa de caldeira deve ser construída em alvenaria, cintada, tendo o teto em estrutura leve ou, no caso de laje, deve estar simplesmente apoiada. Os objetivos destas características em relação ao teto é direcionar a formação de choque para cima, em caso de explosão.

Os principais acidentes que podem ocorrer em uma casa de caldeiras que esteja fora de condições de segurança são:     

Queimaduras por calor na caldeira ou nas tubulações de vapor, ou por produto químico presente nas tubulações que contem produtos químicos; Quedas provocadas por piso escorregadio ou por iluminação deficiente; Quedas provocadas por acesso inadequado às partes altas, como válvulas, instruções, etc.. Choques elétricos por fios soltos ou desencapados; Batidas contra equipamentos ou tubulações provocadas por espaço insuficiente, leiaute inadequado, ou por desconhecimento das instalações.

Poluição do ar provocada por caldeiras O problema da poluição do ar provocada por caldeiras está intimamente relacionado com o problema mais genérico, que é o das emissões do ar atmosférico de poluentes vindos da queima de óleos combustíveis, utilizados como fonte de energia. Isso é particularmente grave nas casas das caldeiras sem as devidas condições de arejamento. Para contornar o problema, a área deve ser adequadamente arejada, com ventilação permanente, que não possa ser bloqueada. Os equipamentos que utilizam gás como combustível produzem um mínimo de poluição do ar, apesar de que más condições de queima podem resultar em pequenas, porém ofensivas emissões de monóxido de carbono ou gases e vapores orgânicos.

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Efeitos da poluição provocada por caldeiras Os óxidos de enxofre, presentes nos gases poluentes emitidos pelas chaminés das caldeiras, podem causar danos ao homem, às plantas e aos materiais. Em concentração suficientemente alta, os óxidos de enxofre irritam o trato respiratório superior dos serem humanos devido à sua alta solubilidade na umidade presente no nosso aparelho respiratório. Em pequenas concentrações, o principal efeito potencial do óxido de enxofre é tornar a respiração mais difícil. Os efeitos dos óxidos de enxofre estão representados na tabela que se encontra no final deste item e, com exceção daqueles referentes ao item exposições breves, não derivam, ordinariamente, somente da presença do óxido de enxofre. Estes efeitos estão associados à presença de outros poluentes encontrados na atmosfera urbana. Devido a reações entre os poluentes e a reações dos poluentes com o oxigênio e a água da atmosfera, bem como a influência da temperatura e da luz solar sobre estas reações, os efeitos dos óxidos de enxofre na atmosfera podem diferir dos efeitos obtidos em condições de laboratório. É evidente que a poluição por óxidos de enxofre agrava as doenças respiratórias existentes no ser humano. No entanto, estudos clínicos mostram que certas pessoas são mais sensíveis que outras à ação dos poluentes. Por exemplo, a exposição prolongada a concentrações relativamente baixas de dióxido de enxofre tem sido associada ao aumento da morbidade por doenças cardiovasculares em pessoas idosas. A exposição prolongada a concentrações mais altas de dióxido de enxofre tem sido associada com um aumento de mortalidade por doenças respiratórias e com um aumento de doenças de crianças em idade escolar, reveladas por sintomas como tosse, irritação membrana mucosa e secreção mucosa. Além disso, o ar residual no pulmão de pacientes com enfisema tem sido significativamente reduzido, quando os pacientes respiram o ar livre de poluição. O mais importante fator de melhoria da sensação de bem estar de pacientes com bronquite crônica tem sido a diminuição das quantidades de poluição por fumaça e dióxido de enxofre. Outra causa ponderável que concorre para a poluição do ar é o monóxido de carbono ou carbono livre, que resulta da relação imprópria ar/combustível. A relação ideal é de 1 quilo de combustível para 13,6 quilos de ar ou a quantidade de ar correta com mais de 1 quilo de combustível, há a emissão de fumaça preta que, aspirada por muito tempo, provoca doenças respiratórias ou pulmonares.

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Medidas de proteção A principal medida de proteção, naturamente, é a prevenção, isto é, a tentativa de evitar que ocorra a poluição. Isto se consegue mantendo a caldeira em perfeitas condições de funcionamento, pois quando não há combustão completa, há emissão de fumaça. A atomização incompleta do óleo, causada pela temperatura imprópria de combustível ou vapor, também pode causar fumaça. Uma tiragem deficiente e vazão óleo/ar inadequada também são fatores de formação de fumaça. Operação adequada e boa manutenção são fatores básicos para reduzir a emissão de fumaça, fazendo-a permanecer dentro dos limites compatíveis com as normas legais existentes. A tabela a seguir mostra os efeitos da exposição a compostos sulfurosos sobre seres vivos e materiais: Concentração OS2/ppm 0,01 a 0,02

0,02 a 0,03

0,07 a 0,25

0,20 a 0,30 por 3 dias

0,20 a 0,86 por 3 dias

0,21 0,25 0,28 0,50 por segundo 0,50 por 4 horas 0,50 por 7 horas 1,10 por 10 minutos 1,60 por 1 a 5 minutos

Período de exposição e efeitos Exposição anual: Começa a corrosão metálica Corrosão metálica significativa Função pulmonar prejudicada Morbidade cardiovascular aumentada Detectável dano crônico à vegetação Taxa de mortalidade por doença respiratória aumentada em áreas estudadas Exposição de 2 a 4 dias: Internação em hospitais pelo aumento de doenças cardiovasculares Aumento em sinusite, tosse e irritação nos olhos. Dano agudo a certo tipo de vegetação sensível Aumento da taxa de mortalidade por doenças cardiovasculares Dano agudo à vegetação Exposição de 24 horas: Piora o estado de pacientes com bronquite Aumento da taxa de mortalidade Dano à vegetação sensível Exposição breve: Limite de odor Dano detectável à vegetação sensível Dano agudo às áreas e aos arbustos Aumento na pulsação e respiração Limite para induzir constrições brônquicas mensuráveis em pessoas saudáveis

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Medidas para a prevenção de explosões em caldeiras Uma série de medidas pode ser tomada para prevenir as explosões de caldeira. Elas devem ser tomadas antes, durante e após a operação do equipamento. Antes da operação, as medidas a serem tomadas são:   



 



Seguir rigorosamente os testes de válvulas de segurança. Assegurar-se de que os sistemas automáticos de operação e segurança estejam testados e em boas condições de funcionamento. Ao acender a caldeira, abaixar o nível de água da garrafa até que ela desapareça dos indicadores de nível e, em seguida, restabelecer o nível correto com a bomba de alimentação. Circular ar pelas fornalhas das caldeiras que queimam óleo antes de acender e antes de reacender, nas ocasiões em que todos os queimadores se apagarem acidentalmente. Nas caldeiras que permitem uso de tocha para acendimento, ficar em posição segura quando acender a caldeira. Nas caldeiras com superaquecedor integral, antes de acender o primeiro queimador, abrir a descarga do superaquecedor para a atmosfera ou rede de descarga nas instalações onde houver rede. Abrir, também, a admissão de vapor para o superaquecedor. Nas caldeiras de superaquecedor controlado, não acender nenhum queimador ao lado do superaquecedor, antes de se ter estabelecido um fluxo de vapor suficiente para garantir sua proteção. Não trabalhar no interior da caldeira sem que a ventilação tenha sido providenciada. Deve-se tomar cuidado com os gases tóxicos que podem se formar, inclusive dentro do tubulão de vapor.

Durante a operação, as seguintes medidas dever ser tomadas:       

Nunca exceder a pressão máxima suportada pelo equipamento; Nunca deixar maçaricos parados dentro dos queimadores; Testar a drenagem do aquecedor de óleo, de acordo com a rotina operacional do equipamento; Drenar toda a água dos tanques de óleo antes de usa-lo para alimentar a caldeira; Não usar óleo de um tanque que contenha muita água misturada; Se for perdida a pressão de sucção, da bomba de óleo, fechar a descarga de vapor antes que a pressão da caldeira para um valor de 85% da pressão de operação; Ao parar a caldeira, fechar a válvula-mestre de óleo antes de parar a bomba, exceto em emergência;

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

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 

   

Enquanto a caldeira estiver fornecendo vapor, o suprimento de água não deve ser interrompido nem por um instante. O operador encarregado de manter o nível não deve ter outra obrigação, em caldeiras cujo controle de nível é manual; Deve sempre ser lembrado que uma queda de pressão de vapor sem razão aparente pode ser devida a baixa quantidade de água; Drenar os indicadores de nível a cada quatro horas e sempre que houver alguma dúvida quanto ao nível real da caldeira; Se a água descer abaixo do mínimo do indicador de nível, cortar o óleo, aliviar as válvulas de segurança, fechar a alimentação e a descarga de vapor e todas as aberturas da caldeira; Se possível, apagar a caldeira imediatamente, quando cair um tijolo da parede da fornalha; Observar as seguintes precauções para evitar retrocessos: - não permitir que se acumule óleo na fornalha. As válvulas dos queimadores devem estar vedando bem. - quando os queimadores se apagarem acidentalmente, cortar óleo e ventilar a fornalha antes de tentar acende-la. - não tentar reacender a caldeira com o calor da fornalha. - quando estiver usando a tocha, sair da frente da válvula para não se queimar em caso de retrocesso. - evitar a fumaça branca ou preta Nunca esvaziar uma caldeira dando extração de fundo, exceto em emergências. Quando estiver apagando uma caldeira de superaquecedor integral, abrir a drenagem do superaquecedor antes de cortar o vapor pra ele. Ao apagar uma caldeira de superaquecedor controlado, deve-se apagar primeiro os queimadores ao lado do superaquecedor. Nunca entregar a operação da caldeira a pessoas não habilitadas.

Após a operação, as seguintes medidas podem ser tomadas:    

Remover os maçaricos dos queimadores tão logo sejam apagados Fechar todas as aberturas da fornalha assim que os queimadores estejam apagados Elevar o nível de água a ¾ do indicador de nível, quando estiver apagando a caldeira Antes de remover qualquer acessório ou porta de visita sujeita a pressão, assegurar-se de que não há mais pressão dentro da caldeira, abrindo os drenos e respiros, inclusive os do superaquecedor.

Outros cuidados:

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Dependendo do tipo de caldeira, alem dos cuidados já citados, outros podem ser acrescidos. São eles: 

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 

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 

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Inspecionar diariamente o corpo do visor de nível promovendo a descarga do indicador. Esta operação permite constatar se as partes responsáveis pela indicação do nível interno não estão entupidas. As vezes acontece do tubo de comunicação do corpo de nível com a caldeira ficar obstruído por excesso de incrustação, impedindo que se constate o nível real no interior da unidade. O operador prossegue na operação da caldeira e, em dado momento, podem ocorrer danos totais por falta de água. Testar a válvula de segurança, verificando se abre e fecha automaticamente e se desprende vapor à pressão inferior à pressão de operação. Essa operação deverá ser efetuada de acordo com recomendação do fabricante, ou pelo menos atendendo à periodicidade recomendada pela NR-13, de acordo com a categoria da caldeira. Devese lembrar de que é considerado risco grave e iminente o emprego de artifícios que neutralizem sistemas de segurança e controle de caldeiras. Fazer descarga de fundo, conforme prescrição do tratamento de água. A descarga, de preferência, deve ser feita quando a unidade estiver operando a baixa carga. Manter os vidros indicadores de nível e de aparelhos indicadores em geral, perfeitamente limpos, a fim de evitar erros de leitura. Se o vidro de nível estiver embaçado internamente, na primeira parada da caldeira, deve-se limpá-lo ou trocá-lo. Não exceder a pressão de operação da caldeira para evitar disparo da(s) válvula(s) de segurança. A perda de vapor pela(s) válvula(s) de segurança é muito importante no rendimento de instalação. No caso de operar com óleo combustível, nunca aproveitar a incandescência da fornalha para reacender o queimador. Cada vez que se acender o queimador, deve ser feita a purga. Essa prática evita a eventual formação dos gases combustíveis na câmara a ponto de provocar sua explosão com danos totais na fornalha. Extrair uma amostra de água de alimentação e de descarga diariamente para controle de tratamento. Esta rotina, infelizmente, na maioria dos casos é abandonada, resultando em sérios prejuízos ao usuário. Para caldeira que tem este sistema, limpar os eletrodos indicadores de nível, para segurança de funcionamento do sistema de alarme acoplado ao indicador de nível.

Precaução durante a limpeza Durante a limpeza, devem-se tomar as seguintes precauções:  

Evitar a abertura acidental das válvulas de combustível Deve ser proibido o uso de lâmpadas desprotegidas dentro de caldeiras. Os cabos elétricos das lâmpadas portáteis devem estar com o isolamento em bom estado e os

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aparelhos de iluminação devem ser do tipo estanque, sendo preferível usar lanternas portáteis durante o trabalho. Durante a aplicação de produtos químicos de limpeza, o fumo deve ser proibido, e devem ser usados os equipamentos de proteção individual (EPIs) recomendados. A aplicação de grande quantidade de produtos químicos de limpeza deve ser evitada, para que não haja acumulo em locais sujeitos a altas temperaturas. Quando a caldeira for acessa pela primeira vez, depois de ter sido lavada com produtos químicos, deve-se prestar atenção para detectar qualquer anormalidade. Depois de a caldeira ser borrifada com produtos de limpeza, a entrada de pessoal deve ser limitada somente aos trabalhos de emergência, até que todo o composto tenha sido removido acendendo-se a caldeira. A caldeira não deve ser fechada antes que o lado da água tenha sido cuidadosamente examinado para ver se não há matéria estranha no local.

Riscos na manutenção de caldeiras Para evitar riscos na manutenção de caldeiras, as seguintes providências devem ser tomadas:  

 

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Limpar cuidadosamente todo o espaço em torno da caldeira. Remover qualquer resíduo de óleo, estopas, etc.. A temperatura do óleo combustível nunca deve estar acima do ponto de fulgor em nenhuma parte do sistema, exceto entre os aquecedores e os queimadores. De qualquer modo, a temperatura não deve exceder à necessária para que o óleo atinja a viscosidade ideal de combustão. A pressão máxima recomendada não deve ser exercida em nenhuma parte do sistema. As caldeiras que, sabidamente, tem depósitos de óleo nas suas superfícies de aquecimento (óleo, graxa ou matéria estranha na água de alimentação) não devem ser postas a vaporizar intensamente, exceto em emergências. As partes retas dos tubos geradores devem ser inspecionadas visualmente ou ser testadas frequentemente, com uma régua, para ver se houve alguma deformação (“laranjas”). Calibrar os manômetros a intervalos regulares, atualizando sua documentação. Não se deve tentar melhorar a vedação das portas de visita e janelas de inspeção durante os testes hidrostáticos. Com caldeiras de tiragem natural, de invólucro simples deve-se lavar as partes inferiores e externas das caldeiras, as canaletas coletoras do piso e quaisquer outros locais onde possa haver acumulo de óleo. Manter todas as juntas das redes de óleo em perfeitas condições de vedação. Manter os extintores de incêndio carregados e em boas condições.

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EFOCCO ESCOLA TÉCNICA Mantido pela EFOCCO Instituição de Ensino EIRELI – MECNPJ -19.908.206/0001-42

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Não permitir que se trabalhe no interior de uma caldeira sem que a ventilação tenha sido providenciada. Cuidados devem ser tomados com os gases tóxicos, que podem vir do duto de gases e que podem se formar inclusive dentro do tubulão de vapor.

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