LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA III CALDEIRAS

Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas

Departamento de Química - Curso de Engenharia Química

ENQ 273 – LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA III

CALDEIRAS

ALÉXIA LARA SOUZA MARTINS – 78511

ERICK EDUARO DIAS VIANA - 83032

RÔMULO PALÁCIO DE MAURO – 75353

VIÇOSA – MINAS GERAIS

                                                          2017

1. INTRODUÇÃO

A Revolução Industrial desenvolveu alguns setores industriais de forma perceptível. A utilização de fontes energéticas e distribuição dessa energia são alvos constantes de estudos visando sua otimização.

Um engenheiro químico é responsável por conhecer mecanismos e maquinários que realizam estas trocas energéticas para atender às demandas industriais. Um dos meios de troca térmica mais utilizados atualmente, em indústrias como, por exemplo, a alimentícia, de bebidas, dentre outras, é a troca de calor por meio do vapor.

Industrialmente, a troca térmica é extremamente viável, tendo em vista que a perda de calor é baixa, o desgaste do material é baixo. A utilização do vapor se dá devido, principalmente, ao fator econômico, pois a água é um bem abundante, barato e não produz poluentes, logo, sem riscos ambientais grandes.

Em contrapartida, tem-se o combustível que é o fator de ignição do processo de aquecimento da água, que deve ser um combustível que seja viável para a indústria. Um dos combustíveis mais utilizados é a madeira, que, diferente da água, gera poluentes, apresentando riscos ambientais.

A ciência por trás da transferência de calor é um dos requisitos para ser um engenheiro químico de sucesso, afinal a grande maioria das indústrias possuem etapas de processamento que consistem de troca de calor.

Desta forma, a visualização do funcionamento de uma caldeira é interessante aos estudantes de engenharia química, afinal, acopla conhecimentos técnicos e teóricos a conhecimentos práticos, para a compreensão de processos envolvendo troca de calor. Bem como o conhecimento das utilizações do vapor, afinal, a demonstração das aplicações aproxima o conhecimento do estudante, tornando, assim, um conteúdo mais palpável.

1. METODOLOGIA

A prática consistiu na visita às caldeiras localizadas no Departamento de Tecnologia de Alimentos da Universidade Federal de Viçosa. A visitação contemplou a caldeira em atividade, bem como a mostra das caldeiras inativas, além do processo de queima da madeira e do local de armazenamento do gás que é utilizado na ausência da madeira como combustível para o aquecimento da água.

1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

        Segundo Torreira (1995), geradores de vapor são trocadores de calor mais complexos, constituídos por equipamentos com o intuito de permitir a obtenção do maior rendimento térmico possível. Eles produzem vapor d’água sob pressões superiores à atmosférica a partir da energia térmica de um combustível e de um elemento comburente (O2 disponível no ar).

        Dos geradores de vapor os mais simples são denominados caldeiras de vapor. Essencialmente, uma caldeira é um recipiente onde água é introduzida e pela aplicação de calor é continuamente evaporada. Sendo que, caldeiras são compostas basicamente por uma fornalha ou câmara de combustão, câmara de água e câmara de vapor.

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Figura 1 – Gerador de vapor - TEC CALOR.  Fonte: http://www.solucoesindustriais.com.br

        

São termos importantes relacionados a qualquer aparelho de geração de vapor: pressão de prova, que é a pressão de ensaio hidrostático a que deve ser submetido o gerador; capacidade de evaporação, que é o peso de vapor que é capaz de produzir em uma hora; e a máxima pressão de trabalho admissível (PMPT), que é o maior valor permitido durante o funcionamento normal do gerador, para evitar que esse valor seja ultrapassado são colocadas válvulas de segurança para a descarga do vapor em excesso (TORREIRA, 1995).

        As caldeiras podem ser classificadas basicamente em dois tipos, as flamotubulares, onde os gases de combustão ficam por dentro dos tubos vaporizando a água em contato do lado de fora; e as aquatubulares, onde ocorre o processo contrário.

        Caldeiras flamotubulares possuem baixo rendimento térmico, pequena capacidade de rendimento de produção (até 10 ton/h) e baixas pressões (até pouco mais de 10 bar), o que as tornam ideais para pequenas instalações. Podem ser horizontais ou verticais. A figura 2 apresenta diferentes tipos de caldeiras flamotubulares.

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Figura 2 – Tipos de caldeiras flamotubulares.                                          Fonte: Bizzo.

        

Já as caldeiras aquatubulares possuem altíssimo rendimento térmico. Encontram-se hoje caldeiras que produzem até 750 ton/h de vapor com pressões até 3450 atm. Contudo, para aplicação industrial, as capacidades variam entre 15 a 150 ton/h, com pressões de cerca de 100 bar.

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Figura 3 – Caldeira aquatubular de grande porte.                        Fonte: Bizzo.

        

De acordo com Bizzo, para permitir a utilização de combustíveis sólidos para caldeiras de pequena capacidade surgiram as caldeiras mistas. São caldeiras flamotubulares com uma antecâmara de combustão (onde ocorre a combustão dos sólidos) com paredes revestidas de tubos de água. Apesar de não possuir a segurança e eficiência térmica oferecidas pela aquatubular, a caldeira mista é uma solução prática e eficiente quando se tem disponíveis combustíveis sólidos a baixo custo. Devido à perda de calor na antecâmara seu rendimento térmico é ainda menor que da caldeira flamotubular.

Existem ainda as caldeiras de recuperação de calor. Alguns processos de fabricação geram gases de processos ou de combustão com temperatura elevada o suficiente para recuperar este calor.

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1. RESULTADOS E DISCUSSÃO

A partir da visita feita às caldeiras do Departamento de Tecnologia de Alimentos (DTA) da Universidade Federal de Viçosa, foi possível compreender o funcionamento das mesmas e contemplar suas diferenças.

Logo no início, foi possível perceber que o tipo de caldeira era flamotubular, cujo vapor gerado era de água. Para uma escala de campus universitário, o funcionamento dessa caldeira é o suficiente para o abastecimento. Havia duas caldeiras de combustão a lenha e duas a gás, sendo que a única funcional no momento era uma caldeira a lenha. Alguns detalhes a respeito do funcionamento desta foram abordados. Como exemplo, o horário de funcionamento da caldeira, em dias úteis, de uma hora da manhã até às dezenove horas, e em fins de semana, de uma hora da manhã até uma hora da tarde. Ao ver uma das caldeiras a lenha fora de uso, foi possível identificar algumas partes, como por exemplo, o fato da caldeira ter o sistema de passes 1-3. Sua limpeza é feita de quinzena em quinzena, com uma escova de aço.