Edson Carneiro dos Santos - Caldeiras, Notas de estudo de Tecnologia Industrial

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• 1.1 – TERMOMETRIA..................................................................................................................................PÁG INDICE
• 1.1.0 – PAREDE ADIABÁTICA E PAREDE DIATÉRMICA.....................................................................PÁG
• 1.1.1 – PAREDE ADIABÁTICA...................................................................................................................PÁG
• 1.1.2 – PAREDE DIATÉRMICA...................................................................................................................PÁG
• 1.2 – TERMOMETRO....................................................................................................................................PÁG
• 1.3 – TEMPERATURAS................................................................................................................................PÁG
• 1.4 – QUALIDADES DE UM TERMOMETRO...........................................................................................PÁG
• 1.5 – TERMOMETROS DE MERCÚRIO.....................................................................................................PÁG
• 2.0 – DENSIDADE.........................................................................................................................................PÁG
• 2.1 – DILATAÇÃO TÉRMICA DA ÁGUA..................................................................................................PÁG
• 3.1 – CALOR .................................................................................................................................................PÁG
• 4.1 – MECANISMO DE MUDANÇAS DE ESTADO..................................................................................PÁG
• 5.1 LEIS DA VAPORIZAÇÃO EM RECINTO FECHADO.........................................................................PÁG 5,
• 6.1 – EBULIÇÃO............................................................................................................................................PÁG
• 7.1 – ABSORVIDADE....................................................................................................................................PÁG
• 8.1 – TERMODINÂMICA..............................................................................................................................PÁG 6,
• 9.1 – OS COMBUSTÍVEIS E A COMBUSTÃO...........................................................................................PÁG
• 9.1.0 – OS COMBUSTÍVEIS..........................................................................................................................PÁG
• 9.1.1 – ESPECIFICAÇÕES.............................................................................................................................PÁG 9,
• 9.1.2 – APLICAÇÕES ....................................................................................................................................PÁG
• 10.1 – COMBUSTÃO......................................................................................................................................PÁG 10,11,
• 10.2 – CUIDADOS E CONTROLES DA COMBUSTÃO..............................................................................PÁG
• 13,14,15,16, 11.1 – CONSIDERAÇÕES SOBRE O CONSUMO RACIONAL DOS COMBUSTÍVEIS..........................PÁG
• 12.1 – OPERAÇÃO DE SISTEMAS GERADORES DE VAPOR COM SEGURANÇA..............................PÁG 17,
• 13.1 – NORMAS DE SEGURANÇA E DISPOSITIVOS DE UM SISTEMA GERADOR DE VAPOR.....PÁG 18,19,20,
• 13.2 – CUIDADOS COM A CALDEIRA (LADO D’ ÁGUA).......................................................................PÁG
• 13.2.0 – CORROSÃO PELO OXIGÊNIO E PITTING...................................................................................PÁG
• 13.2.1 – FORMAÇÃO DE INCRUSTAÇÕES................................................................................................PÁG
• 13.2.2 – VAPOR ÚMIDO OU ARRASTAMENTO.......................................................................................PÁG
• 14.1 – CALDEIRA “ WET BACK “ COM COMPARTIMENTO DE FOGO..............................................PÁG
• 15.1 – LIMPEZA DE TUBOS.........................................................................................................................PÁG
• 16.1 – COMPARTIMENTO DE FOGO..........................................................................................................PÁG
• 17.1 – GAXETAS.............................................................................................................................................PÁG 22,
• 18.1 – VÁLVULAS DE SEGURANÇA..........................................................................................................PÁG 23,24,
• 19.1 – A COLUNA D’ ÁGUA.........................................................................................................................PÁG 25,
• 20.1 – SOPRADORES DE FULIGEM............................................................................................................PÁG
• 21.1 – EXTRAÇÕES DE FUNDO...................................................................................................................PÁG 26,
• 22.1 – GRÁFICOS IMPORTANTES...............................................................................................................PÁG 27,28,
• 23.1 – LEGISLAÇÃO.......................................................................................................................................PÁG 30 a
• BIBLIOGRAFIA...............................................................................................................................................PÁG

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1.4-QUALIDADES DE UM TERMÔMETRO

• As principais qualidades de um termômetro são: a) FIDELIDADE: É a qualidade do termômetro que faz corresponder uma só leitura a cada estado térmico, independente dos aquecimentos e esfriamentos que o termômetro sofra entre um ensaio e outro. b) JUSTEZA: Significa concordância com o TERMÔMETRO LEGAL, dentro das tolerâncias cabíveis. c) SENSIBILIDADE: É a aptidão para acusar pequenas variações de temperatura. e) PRONTIDÃO: É a presteza com que o termômetro se põe em equilíbrio térmico com o sistema visado. Ela é tanto maior quanto menor for o termômetro. f) COMODIDADE: É a facilidade de manuseio, aplicação e leitura.

1.5-TERMÔMETRO DE MERCÚRIO

• Dentre todas as substâncias termométricas não gasosas, o MERCÚRIO ocupa lugar de destaque devido a um conjunto de propriedades, a saber:

1. Pode-se obter o mercúrio quimicamente puro mediante técnica relativamente simples, assim garantindo perfeita uniformidade da substância termométrica.
2. O mercúrio apresenta dilatação térmica apreciável (da ordem de sete vezes àquela do vidro), sem ser excessivamente grande.
3. A dilatação térmica do mercúrio é bastante regular.
4. Sob pressão normal o mercúrio solidifica-se a -39°C e ferve a +359°C, o que permite sua utilização, como substância termométrica, num intervalo de temperatura bastante extenso e que abrange as temperaturas mais freqüentes nos fenômenos.
5. O calor específico do mercúrio é baixo.
6. A condutibilidade térmica do mercúrio é boa.

NOTA : Ainda temos o termômetro de ALCOOL ETÍLICO (C2H5 - OH) e TOLUOL (C6H5 - CH3) , que não são muito utilizados por não apresentarem uma dilatação térmica regular. Temos também, o termômetro clínico que é especialmente adaptado para determinação da temperatura do corpo humano e de outros seres vivos, e é conhecido como TERMÔMETRO DE MÁXIMA por ser graduado desde 35°C até 42°C com aproximação de um décimo de graus CELSIUS (0,10°C).

2.0-DENSIDADE

• Densidade absoluta ou massa específica de uma substância nas condições físicas em que ela se apresenta é o quociente da massa (M) pelo volume (V) de uma quantidade qualquer dessa substância, naquelas condições físicas. A massa de uma quantidade de matéria não depende das condições físicas, mas o volume varia conforme a pressão, a temperatura, o estado de agregação, e outros fatores, acarretando variação na densidade absoluta. A variação da densidade com a temperatura tem importância prática, por exemplo, nos casos seguintes: *Calibragem de um tubo capilar; *Barometria (medição da pressão atmosférica); *Densimetria (determinação de densidade) de sólidos e líquidos; *Determinação do coeficiente de dilatação cúbica de sólidos ou líquidos (termômetro de massa). Ainda no caso de líquidos, variações moderadas de pressão não influem perceptivelmente. Nos fluidos, as diferenças de densidade são responsáveis pela convecção livre; as porções mais densas tendem a baixar e as menos densas tendem a subir, provocando correntes de convecção. Na transmissão de calor através de fluidos as correntes de convecção desempenham papel preponderante.

2.1-DILATAÇÃO TÉRMICA DA ÁGUA

• Com respeito à dilatação térmica, a água exibe uma conduta peculiar; elevando-se a partir de 0°C a temperatura de certa massa constante de água, observa-se que o volume diminui atingindo um mínimo a 4°C, após o que ele aumenta.

NOTA: A densidade absoluta (massa específica) varia na razão inversa do volume específico; portanto à temperatura de 4°C o volume específico da água é mínimo e sua densidade absoluta é máxima.

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3.1- CALOR

• É o ente físico que só pode ser transferido de um corpo para outro por efeito de desigualdade das suas temperaturas, com expressa exclusão de qualquer outro agente. Dizemos que o corpo quente liberta, cede ou perde calor, e que o corpo frio absorve, recebe ou ganha calor. Denomina-se calor trocado por um sistema o calor que ele ganha (POSITIVO) ou perde (NEGATIVO), indiferentemente. Os efeitos do calor também podem ser produzidos por meio de trabalho. Trabalho e calor apresentam uma característica comum: eles são agentes de transformação dos sistemas. Força e diferença de temperatura são agentes de transformação; trabalho e calor são entidades que medem a extensão das ações realizadas por esses agentes. Logo, calor é a forma de energia que só pode ser transferida de um corpo para outro por efeito de desigualdade de suas temperaturas, com expressa exclusão de qualquer outro agente. Uma caloria é a quantidade de calor que, conferida a um grama de água a 14,5°C sob pressão normal, eleva sua temperatura à 15,5°C. De modo análogo definem-se a KILOCALORIA (Kcal) mediante um quilograma de água, e a TERMIA mediante uma tonelada de água.

NOTA: 1cal = 4,1855j ; 1Kcal = 4,2680 x 102 Kgm ; 1Btu = 252cal.

O calor trocado por um corpo é designado como CALOR SENSÍVEL quando seu efeito no sistema é uma variação de temperatura; ele é designado como CALOR LATENTE quando seu efeito no sistema é mudança de estado de agregação, ocorrendo sem variação de temperatura. O CALOR SENSÍVEL afeta a energia térmica; o CALOR LATENTE afeta a energia potente de agregação.

4.1-MECANISMO DAS MUDANÇAS DE ESTADO

• No vapor, a agitação térmica é translatória, complicada eventualmente por rotação e vibração intra- molecular; à medida que se eleva a temperatura do vapor, aumenta a velocidade de suas moléculas. As distâncias intermoleculares podem tornar-se tão grandes quanto se queira; se forem sensivelmente maiores do que as distâncias intermoleculares nos sólidos e nos líquidos, as forças de coesão se tornam desprezíveis, e também o volume próprio das moléculas se torna desprezível em confronto com o espaço vazio que cabe a cada uma, em média. Reduzindo a energia térmica do vapor, as velocidades das moléculas diminuem; as forças de coesão entre moléculas lerdas que ocasionalmente se avizinham mutualmente, determinam a associação das mesmas; formam-se gotículas líquidas (como nas nuvens); sobrevem a condensação do vapor. Quando a temperatura baixar suficientemente no líquido formado, a agitação térmica não impede que os corpúsculos entrem ‘’em forma’’ em um reticulado cristalino; sobrevem a solidificação.

NOTA: Dizem-se ‘’REFRATÁRIOS’’ os materiais que só se fundem em temperaturas muito elevadas (cerca de 2.000°C ou mais).

A vaporização pode ser produzida de dois modos, a saber: por EVAPORAÇÃO e por EBULIÇÃO. A evaporação consiste na formação de vapor de um líquido na superfície que ele expõe à atmosfera ambiente; é fenômeno sereno, visualmente imperceptível. A roupa estendida em varal seca por evaporação; a água de uma de uma tigela abandonada ao ar desaparece por evaporação. Para que se dê a evaporação, não é preciso determinada temperatura, pois ela se dá para todas as substâncias em largos intervalos de pressões e temperaturas. A ebulição consiste na formação de vapor de modo turbulento, não só na superfície que o líquido expõe à atmosfera ambiente, mas também no seio da massa fluida, sob a forma de bolhas que se originam junto às superfícies aquecidas do vaso e que aumentam de tamanho ao elevarem-se no seio líquido.

5.1-LEIS DA VAPORIZAÇÃO EM RECINTO FECHADO

1-A vaporização no vácuo é instantânea. 2-A pressão do vapor não pode superar certo máximo que depende da natureza da substância e da temperatura. 3-A tensão de um vapor aumenta com a temperatura.

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7.1-ABSORVIDADE

--ABSORVIDADE de uma superfície é, da potência radiante incidente, a fração que ele absorva; sendo ‘p’ a potência incidente.

8.1-TERMODINÂMICA

-TERMODINÂMICA é o estudo dos fenômenos em que intervém energia calorífica, encarados do ponto de vista MACROSCÓPICO. Logo, a partir de energia não-mecânica (energia elétrica, energia química, calor, etc.) pode haver nascimento de energia mecânica. Por exemplo, a explosão de uma carga de dinamite gera fumos quentíssimos; expandindo-se, eles realizam trabalho sobre os obstáculos; a energia térmica dos fumos diminui em favor do trabalho de desagregação, deformação e aceleração. O calor é uma forma de energia. Em ciclo de transformações, o trabalho e o calor trocados pelo sistema se compensam. Usando como parâmetro a máxima de NEWTON, a energia pode ser convertida de uma forma para outra, mas não se cria nem se destrói, e a energia de um sistema isolado é invariável.

NOTA: A tabela abaixo explica melhor o que é CONDUTIBILIDADE TÉRMICA, com a demonstração de vários materiais.

9.1-OS COMBUSTÍVEIS E A COMBUSTÃO

• A matéria contida neste parágrafo foi selecionada com o objetivo de reunir alguns dados necessários para obter o máximo rendimento dos combustíveis industriais, evitando o desperdício de uma forma geral. Considerando os atuais preços dos combustíveis, é evidente que qualquer redução de seu consumo, aliada ao máximo aproveitamento do calor desprendido em sua queima, representa uma apreciável economia para a indústria e área marítima. Observemos o gráfico a seguir.

a

b (^) c

d

e

cilindro

condensador

caldeira

tanque

injetor

máquina

Rendimento de um Sistema de Vapor.

Fumos e outras perdas = 200j Energia que a fonte quente cede ao agente térmico - j. q1 = 800j Quota de sacrifício - j. q2 = 680j O combustível desprende = 1000j Trabalho de expansão do agente térmico - @ = 120j ( @ = 96j) Rendimento da caldeira = 800 : 1000 = 0, Rendimento teórico = 120 : 800 = 0, Rendimento orgânico = 96 : 120 = 0, Rendimento efetivo = 96 : 800 = 0, Rendimento industrial ou rendimento global = 96 : 1000 = 0,096 = 9,6%

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9.1.0-OS COMBUSTÍVEIS

• De acordo com o tipo de processamento, os óleos combustíveis podem ser classificados em destilados e residuais. Atualmente, no Brasil, segundo especificações predeterminadas pelo C.N.P. (Conselho Nacional do Petróleo), são produzidos 04 (quatro) tipos de óleos combustíveis:

CLASSIFICAÇÃO C.N.P.

CARACTERÍSTICAS

TIPO A RESIDUAL COM BAIXO PONTO DE FLUIDEZ

TIPO B RESIDUAL COM ALTO PONTO DE FLUIDEZ

TIPO C RESIDUAL COM BAIXO TEOR DE ENXOFRE

TIPO D DESTILADO

No comércio estes óleos são conhecidos como:

CLASSIFICAÇÃO C.N.P.

PADRÃO C.B.P.I.

TIPO A B.P.F. (BAIXO PONTO DE FLUIDEZ) IPIFUEL B.P.F. N° 6

TIPO B A.P.F. (ALTO PONTO DE FLUIDEZ) IPIFUEL A.P.F. N° 6

TIPO C B.T.E. (BAIXO TEOR DE ENXOFRE) IPIFUEL B.T.E. N° 6

TIPO D OC 4 (ÓLEO COMBUSTÍVEL N° 4) IPIFUEL N° 4

(C.B.P.I. – COMPANHIA BRASILEIRA DE PETRÓLEO IPIRANGA)

• A numeração dos óleos combustíveis provem da classificação ASTM (AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS), como se segue:

N° 1 – Corresponde ao nosso Querosene; N° 2 – Corresponde ao nosso Óleo Diesel; N° 4 – Corresponde ao nosso Óleo Combustível Tipo C; N° 5 – Corresponde a um produto intermediário conhecido como BUNKER “A” ou NAVY SPECIAL; N° 6 – Corresponde aos nossos Óleos Combustíveis Tipo A, B, e D, conhecidos como BUNKER “C”.

• O óleo combustível Tipo C (IPIFUEL N° 4) é obtido através da destilação do petróleo. Sua cor é escura para diferenciá-lo do óleo diesel. Tal diferenciação é necessária pois é possível uma coincidência no valor de suas viscosidades, devido ao fato de existir uma justaposição das faixas de viscosidades especificadas pelo C.N.P. Este óleo combustível é conhecido, também, como óleo STAND-DEEP e é muito usado em pequenas caldeiras.
• O Gasóleo é um produto destilado do petróleo, cuja viscosidade situa-se entre a dos óleos lubrificantes leves e o querosene.
• Os óleos combustíveis Tipo A (B.P.F), Tipo B (A.P.F.) e o Tipo D (B.T.E.) são provenientes de resíduos da destilação. Consequentemente, a viscosidade destes produtos é bem mais elevada do que a do Tipo C (IPIFUEL N° 4). A diferença entre o B.P.F. e o A.P.F. está no ponto de fluidez, sendo que o A.P.F. necessita de maior aquecimento no tanque de estocagem para se manter fluído (temperatura de aquecimento superior a 60 °C).

9.1.1-ESPECIFICAÇÕES

• O objetivo de especificar algumas características dos combustíveis dentro de determinados limites, visa manter uma uniformidade na fabricação do produto, garantindo o seu perfeito desempenho.

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Para hidrocarbonetos líquidos pode ser avaliado o Poder Calorífico através da seguinte fórmula empírica:

P = 12.400 – 2.100 x D

Sendo: P = Poder Calorífico em Kcal/Kg D = Densidade a 60° / 60° F

9.1.2-APLICAÇÕES

• É grande o número de equipamentos (Geradores de Vapor, Fornos, Autoclaves, Boilers, etc.), encontrados nos diversos tipos de industrias, que utilizam a energia do calor desprendido durante a queima dos óleos combustíveis. Para cada caso de utilização de um óleo combustível, a sua escolha pode depender das condições de armazenamento, problemas de corrosão, poluição atmosférica e, principalmente, das condições dos processos de fabricação e adequação do mesmo tipo de equipamento no qual será utilizado. Os óleos combustíveis residuais são recomendados para equipamentos de grande consumo, de funcionamento constante e onde a variação da temperatura da queima tenha pouca importância. Os combustíveis leves geralmente são indicados para equipamentos de menor consumo, de funcionamento intermitente e onde seja exigida uma temperatura de queima mais constante.

Os óleos residuais geralmente exigem um pré-aquecimento para sua combustão completa e uma maior manutenção dos filtros e bicos dos queimadores em relação aos combustíveis leves. Estas exigências são plenamente compensadas quando se tem um elevado consumo. Em alguns processos de fabricação existem restrições no que tange à composição dos gases produzidos pela queima do óleo combustível. Assim sendo, é necessária a utilização de um combustível que satisfaça tais requisitos. Por exemplo: na fabricação de azulejos de cor clara é necessário um combustível de baixo teor de enxofre (BTE), pois a presença deste elemento em grande quantidade provoca condições que podem alterar substancialmente a qualidade do produto.

10.1 - COMBUSTÃO

• Combustão é uma rápida oxidação de uma substância com desprendimento de calor, produzindo, geralmente, luz. Assim sendo, na queima de um combustível, os elementos que o compõem (Hidrogênio, Carbono, Enxofre. Etc.) reagem com o Oxigênio contido no ar atmosférico ( Em 100m^3 de ar existem 21m^3 de oxigênio), produzindo Dióxido de Carbono (CO 2 ), Monóxido de Carbono (CO), Água (H 2 O), Dióxido de Enxofre (SO 2 ), etc., chamados de Gases de Combustão. Observem as tabelas, a seguir:

REAÇÕES QUÍMICAS DA COMBUSTÃO

C + O 2 ==================================



CO 2 (COMBUSTÃO COMPLETA)

C + ¹/² O 2 ================================



CO (COMBUSTÃO INCOMPLETA)

2H 2 + O 2 ================================



2HO 2

S + O 2 ==================================



SO 2

2S + 3O 2 ================================



2SO 2

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CALOR DA COMBUSTÃO NA COMBUSTÃO DE: SÃO LIBERADOS: AO PRODUZIR: 1 Kg de C 8.133 Kcal CO 2 1 Kg de C 2.450 Kcal CO 1 Kg de H 2 34.500 Kcal H 2 O 1 Kg de S 2.248 Kcal SO 2

NOTA: A Tabela 2 é lida da seguinte maneira: “Na queima de 1 Quilograma de Carbono são liberadas 8. Quilocalorias, ao produzir Dióxido de Carbono.”

Baseado nos valores do calor da combustão e na composição dos elementos químicos do combustível, pode, também ser avaliado o seu Poder Calorífico. Assim, 1Kg de determinado combustível, composto de 84% de Carbono, 13% de Hidrogênio, 2% de Enxofre e 1% de Água, produz na sua combustão completa a seguinte quantidade de calor:

CO 2 =======> 0,84 x 8.133 = 6.832 Kcal H 2 O =======> 0,13 x 34.500 = 4.485 Kcal SO 2 =======> 0,02 x 2.248 = 45 Kcal

PODER CALORÍFICO = 11.362 Kcal / Kg DE COMBUSTÍVEL

Focalizando as reações químicas da combustão, o Monóxido de Carbono (CO) é produzido em lugar do Dióxido de Carbono (CO 2 ), quando a combustão do Carbono não é total, já na combustão completa não existe Monóxido de Carbono (CO). Pela Tabela 2 , verificamos que na formação de CO 2 é liberada uma maior quantidade de calor (8.133 Kcal), do que o CO (2.450 Kcal). Assim sendo, para obter o máximo do Poder Calorífico de um combustível é necessário obter a maior porcentagem possível de CO 2. Na queima de óleos combustíveis recomenda-se manter o valor de CO 2 superior a 11%, sendo considerado um bom resultado o valor de 13% de CO 2. Valores de CO 2 inferiores a 11% pode ser devido a excesso de ar, entrada falsa de ar na fornalha, tiragem excessiva e nebulização imperfeita do combustível. A quantidade ideal de ar necessária à combustão, pode ser calculada pela seguinte fórmula:

A = (273 + T) x ( X + Y + Z ) x 107

Sendo:

A = Quantidade de ar em m³/Kg de combustível; T = Temperatura ambiente; X = Porcentagem de Carbono no combustível; Y = Porcentagem de Hidrogênio no combustível; Z = Porcentagem de Enxofre no combustível.

Logo:

“Admitindo-se uma temperatura (T) de 50 °C e tendo um combustível com 84% de Carbono (X), 13% de Hidrogênio (Y) e 2% de Enxofre (Z). Para calcular a quantidade necessária de ar (A) à combustão, temos:

T = 50

X = 0,

Y = 0,

Z = 0,

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O aproveitamento máximo do calor, que pode ser produzido na queima de um combustível, é obtido através de um controle constante da combustão. Tal controle é feito, comumente, medindo por meio de aparelhos e ajustando, para níveis aceitáveis, os valores da quantidade de CO 2 na combustão, da quantidade de fuligem, da temperatura dos gases na chaminé medida logo após a câmara de combustão (em geral 200° C é considerado um valor aceitável) e da tiragem. Baseada na quantidade de CO 2 e na temperatura dos gases na chaminé, medida logo após a câmara de combustão, é encontrada, por meio de gráficos, a eficiência da combustão. Quanto maior for a temperatura dos gases de combustão, maior será a perda de calor pela chaminé. Uma tiragem excessiva, além de abaixar o teor de CO 2 , aumenta a temperatura dos gases da chaminé. Se o volume de combustão for superior ao necessário (queimador com grande capacidade de queima em relação ao tamanho da câmara de combustão), grande parte do calor escapará pela chaminé e a temperatura dos gases será elevada. Se as superfícies do sistema de aquecimento, destinadas a transferir o calor, são inadequadas ou estão sujas, evidentemente uma grande parte do calor não será absorvido. A fuligem pode ser devido à nebulização imperfeita do óleo ( viscosidade do óleo combustível diferente daquela especificada pelo fabricante do queimador ou, o bico do queimador não está em bom estado e limpo ). A fuligem, também, é formada quando o ar necessário à combustão e a tiragem forem insuficientes.

11.1 - CONSIDERAÇÕES SOBRE O CONSUMO RACIONAL DE ÓLEOS COMBUSTÍVEIS

• A seguir, serão relacionadas algumas considerações sobre consumo racional de óleo combustível feitas pela comissão de racionalização de combustíveis do C.N.P.

I – Racionalização do consumo do óleo combustível: A - O uso racional do óleo combustível pode proporcionar rendimentos elevados com apenas o controle da combustão e boas condições de desempenho do equipamento. B - Tal controle em equipamentos em boas condições, pode proporcionar as seguintes eficiências :
Em caldeiras : 85 % a 90 %
Em fornos : 60 % a 70 % C - Tomando-se por base o teor de Dióxido de Carbono (CO 2 ) nos gases e a sua temperatura, medida logo após a câmara de combustão, pode-se avaliar, por meio de gráficos, o rendimento térmico e, consequentemente, a perda de combustível.

II - Condições para uma alta eficiência: A - Para se obter o máximo de rendimento na queima do óleo combustível, são necessários:
Queima completa do óleo combustível;
Mínimo excesso de ar;
Mínima temperatura dos gases na chaminé.

B - Para a queima completa do óleo combustível, são necessários:
Nebulização perfeita do óleo;
Temperatura adequada de pré-aquecimento do óleo;
Mistura íntima entre o ar e as partículas de óleo.

C - Para nebulização perfeita, o óleo combustível precisa ter baixa viscosidade e baixa tensão superficial, o agente nebulizador deve ter condições propícias e o bico do nebulizador deve estar em boas condições.

D - Em geral, a viscosidade de nebulização de um óleo combustível residual, situa-se na faixa de 60 SSU a 90 SSU. Ocasionalmente, são encontrados queimadores que operam com viscosidade maiores de 100 SSU a 200 SSU (SECONDS SAYBOLT UNIVERSAL). Os fabricantes de queimadores devem indicar a viscosidade ideal para uma boa nebulização. Sempre que surgir alguma dúvida, deverá se consultar o fabricante do equipamento.

E - Óleos combustíveis com viscosidade superior aos limites especificados pelos fabricantes dos queimadores, devem ser aquecidos para atingir valores aceitáveis.

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F - Uma maneira prática de constatar a existência de uma boa nebulização, consiste em observar a chama atentamente e verificar se na mesma não existem partículas incandescentes que, às vezes, atingem o piso da câmara de combustão.

G – Testes dos gases com aparelhos apropriados, providos de filtros de papel, podem, também, revelar a presença de partículas não queimadas que são carregadas com os gases da combustão.

H - O aquecimento do óleo combustível facilita a sua queima, por levá-lo mais próximo da temperatura de ignição.

I - A simples nebulização, ainda que perfeita, não basta para uma boa combustão. Há que se colocar as pequeníssimas partículas em íntimo contato com o ar dentro da fornalha.

J - A boa mistura entre o ar combustível, só se consegue, fazendo com que o óleo nebulizado sofra um processo de turbilhonamento, provocado pelo ar de combustão introduzido na fornalha. Para este fim, influem os diretores de ar ( Paletas colocadas na entrada de ar-difusor ), o jato do combustível nebulizado de forma helicoidal e a própria construção interna da câmara de combustão.

K - Verifica-se a mistura íntima, observando-se a chama que deve ser “flutuante”, regular em seu formato, sem prolongamentos intermitentes e irregulares.

III - Volume de combustão suficiente e adequado: A - O volume de combustão é o espaço onde a mesma se realiza. Embora pareça instantânea como reação, a combustão requer algum tempo para se realizar.

B - No caso do óleo combustível, ele é nebulizado e cada uma das pequenas partículas queima da periferia para o centro, até se extinguir.

C - Essa queima deve ser realizada enquanto a partícula está em suspensão no ar, dentro do volume de combustão. D - Como cada quantidade de óleo no processo de combustão requer um volume de ar, este há de estar presente no espaço de combustão, durante o período da queima.

E - Como numa fornalha a combustão não é inteiramente, o fluxo contínuo de ar deve corresponder a injeção de combustível.

F - Considerando a alta temperatura da combustão, o volume da câmara deverá conter a massa do ar necessária a essa temperatura, considerando que os gases da combustão em volumes maiores, deverão se escoar pelos dutos e chaminé.

G - Se o volume for demasiado, haverá certamente, excesso de ar que se aquecerá e sairá com os gases da combustão sem tomar parte na mesma.

H - Se o volume for insuficiente, certamente a combustão não se completará na câmara e irá se completar no percurso, ocorrendo uma combustão incompleta.

I - Contudo, o volume de combustão tem de ser calculado em função da velocidade da combustão que varia de acordo com o combustível usado.

J - Se o cálculo do volume de combustão, de dutos e chaminé não forem corretos, a combustão será irregular com insuficiência ou excesso de ar.

K - Tanto num como noutro caso, haverá perda de combustível e esta insuficiência de ar será detectada pela existência de fumaça preta. O excesso de ar, às vezes, apresenta fumaça branca mas, pode não mostra indício algum, dando a impressão de uma combustão perfeita.

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VII - Precauções: A - Há escapes de vapor em válvulas e gaxetas que podem ser evitados.

B - O próprio vapor que escapa de um equipamento por falta de um purgador, pode ser minimizado com a instalação deste.

C - Chamas que escapam por aberturas, que podem servir de referência, mas que na realidade, poderiam ser evitadas.

D - Chamas que são mantidas enquanto aguarda o material a ser aquecido.

E - Outras perdas desnecessárias referem-se a vazamentos de óleo combustível em válvulas , uniões , bombas , etc.

F - A perda de uma gota de óleo por segundo, representará um prejuízo anual de algumas toneladas de óleo combustível, além do perigo que isso representa para a segurança.

VIII - Proteções usuais: A - Baixa pressão de ar de insuflamento. SENSOR : PRESSOSTATO. REARME: AUTOMÁTICO, APÓS NORMALIZAÇÃO DA PRESSÃO. Obs.: Apaga a caldeira.

B - Baixa pressão ou alta pressão do combustível. SENSORES : PRESSOSTATOS. REARME : AUTOMÁTICO, APÓS NORMALIZAÇÃO DA PRESSÃO. Obs.: Apaga a caldeira.

C - Falta de chama. SENSOR : CÉLULA FOTO-ELETRICA. REARME : MANUAL , NO BOTÃO REFERENTE, SITUADO NO PAINEL DE OPERAÇÃO. Obs. : Apaga a caldeira.

D - Nível alto da água de alimentação. SENSOR : ELETRÓDO. REARME : AUTOMÁTICO, APÓS NORMALIZAÇÃO DO NÍVEL. Obs.: Não apaga a caldeira, sinaliza no painel sonora e visivelmente.

E - Nível baixo da água de alimentação. SENSOR : ELETRÓDO. REARME : AUTOMÁTICO, APÓS NORMALIZAÇÃO DO NÍVEL. obs.: Apaga a caldeira e sinaliza sonora e visivelmente no painel.

F - Nível extra baixo da água de alimentação. SENSOR : ELETRODO. REARME : AUTOMÁTICO, APOS NORMALIZAÇÃO DO NÍVEL. Obs.: Apaga a caldeira e sinaliza sonora e visivelmente no painel.

G - Alta pressão do vapor. SENSOR : DOIS PRESSOSTATOS REARME : AUTOMÁTICO FAIXA DE OPERAÇÃO DOS PRESSOSTATOS ; A - 11,2 KG/Cm2 Á 10,5 KG/Cm B - 11,3 KG/Cm2 Á 10,6 KG/Cm

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Obs.: Apaga a caldeira

DUAS VÁLVULAS DE SEGURANÇA : ( DISPARO : 11,5 KG/Cm2 OU 11,6 KG/Cm ( FECHAMENTO : 10,3 KG/Cm2 OU 10,4 KG/Cm2.

H - Sobrecarga do motor do ventilador ou da bomba D’água. SENSORES : RELÉS TÉRMICOS. REARME : MANUAL, NAS CHAVES MAGNÉTICAS SITUADAS NO QUADRO ELETRICO.

12-1) – OPERAÇÃO DE SISTEMAS GERADORES DE VAPOR COM SEGURANÇA

• Uma unidade geradora de vapor deve estar permanentemente em boas condições de operação e satisfatório estado de preservação, pois trata-se de um vaso à pressão, que oferece sérios riscos num descuido de operação. Há um mínimo de prescrições que devem ser do pleno conhecimento dos operadores de caldeiras, a saber:

1º) Inspecionar diariamente o corpo de nível, promovendo a descarga das torneiras de prova, do indicador de nível e do próprio corpo de nível. Esta operação permite constatar se as partes responsáveis pela indicação do nível interno não estão entupidas. Às vezes, sucede no tubo de comunicação do corpo de nível real no interior da unidade. O foguista prosseguindo na operação da caldeira, sob esta condição, em dado momento, podem ocorrer danos totais, por falta D’água. Aliás, quando eventualmente se constata a tempo este defeito: Nunca se deve injetar água imediatamente no interior da caldeira, deve-se imediatamente apagar o fogo e esfriar a caldeira, para evitar explosões.

2º) Testar diariamente a válvula de segurança, constatando se abre e fecha automaticamente sem desprender vapor à pressão inferior a sua operação. Essa operação deve ser feita com cuidado, para não desnivelar o contrapeso da válvula. É expressamente proibido adicionar pesos de segurança, a fim de estancar seu vazamento anormal. Quando as válvulas de segurança não vedarem satisfatoriamente, deve-se esmerilhar sua sede até assegurar-lhes perfeita estanqueidade.

3º) Descarregar diariamente a caldeira, conforme prescrições de tratamento de água. A descarga, de preferência, deve ser feita quando a unidade estiver operando em baixa carga.

4º) Manter os vidros indicadores do nível, aparelhos indicadores, em geral, perfeitamente limpos, a fim de evitar erros de leitura. Se o vidro de nível internamente estiver embaçado, na primeira parada semanal deve-se limpá-lo.

5º) Não exceder à pressão de trabalho da caldeira, para evitar salvas da válvula de segurança. A perda de vapor pela válvula de segurança é muito significativa no rendimento da instalação.

6º) No caso de operar com óleo combustível, nunca aproveitar a incandescência da fornalha, para acender novamente (reacender) o queimador. Cada vez que se acender o queimador, deve-se introduzir uma tocha. Esta prática evita eventual formação de gases combustíveis na câmara, ao ponto de provocar sua explosão com danos totais na fornalha.

7°) Extrair uma amostra de água de alimentação e de descarga diariamente, para controle de tratamento. Esta rotina, infelizmente, na maioria dos casos, é abandonada, redundando em sérios prejuízos para o usuário.

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Esta condição perigosa deve-se, principalmente, à falta de atenção do Operador, defeitos na bomba, vazamentos na rede, avarias nas válvulas de alimentação, falta de água na aspiração da bomba, indicação falsa dos indicadores de nível e uma série de outras pequenas avarias que, quando não são descobertas à tempo causam esta perigosa condição operacional.

Um fogo intenso com pouca água, acarreta distorções nas chapas e tubos, avarias nas paredes refratárias, vazamento de água dentro da Caldeira e até mesmo sua explosão. É melhor perder vapor por um curto período de tempo do que perder a Caldeira por um período mais longo e até em definitivo, sem contar as possíveis perdas humanas.

1.I – Quando o nível de água na Caldeira, sobe além do nível de regime, há quase sempre arrastamento de água para as tubulações e máquinas auxiliares à vapor, ocasionado os perigosos “ Golpes de Aríete” ou “Martelo Hidráulico”. A providencia é reduzir a alimentação ou isola-la e purgar a Caldeira até o seu nível normal, retornando a seguir as condições normais de operação.

1.J – Havendo grande vazamento de vapor, haverá perigo para o pessoal. O vapor ocupa toda a parte superior da Instalação, logo ninguém deverá subir, ao contrário, havendo a necessidade de abandonar o local, o pessoal deverá se retirar pela parte mais baixa.

1.K – Nunca tolere qualquer tipo de vazamento de óleo, gás ou água ao redor da Caldeira.

1.L – Quando abrir uma Caldeira para limpeza ou inspeção, certifique-se de que a Caldeira esteja sem pressão, abrindo a válvula de desaeração ou atmosférica.

1.M – Sempre abra a porta de visita no tôpo do lado de água da Caldeira, em primeiro lugar.

1.N – Quando trabalhar dentro de uma Caldeira tenha sempre um homem do lado de fora, assistindo-o, e antes de entrar ventile-a completamente com o ventilador de tiragem forçada ou um siroco.

1.O – Quando uma Caldeira estiver sendo limpa, trave todas as válvulas na posição fechada, ou palmite-as, ou ainda desconecte as linhas. Se houver uma conexão direta para outra Caldeira ou linha de vapor principal, abra uma válvula de dreno para expulsar o vapor para a atmosfera.

1.P – Trave todas as chaves elétricas e coloque um aviso em frente da Caldeira, advertindo que a mesma está sendo reparada.

1.Q – Antes de fechar uma Caldeira, certifique-se de que todas as ferramentas e outros materiais estranhos foram removidos de seu interior.

2 – BOMBAS E AQUECEDORES

2.A – Nunca coloque em operação uma bomba com as válvulas de sucção e descarga fechadas. Com certeza, resultará desta manobra errada, sobreaquecimento da bomba e avarias.

2.B – Certifique-se que todos os acoplamentos estejam no lugar antes de partir uma bomba.

2.C – Se for necessário reduzir a vazão ou estrangular uma bomba, use a válvula de descarga e nunca a de sucção.

2.D – Certifique-se de que as bombas de deslocamento positivo tenham uma válvula de alívio na rede de descarga, a vante da válvula de corte do óleo.

2.C – Quando um aquecedor elétrico de óleo combustível não estiver em linha, corte a força para a unidade, pois o sobreaquecimento do óleo poderá causar uma explosão e incêndio.

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3 – COMBATE À INCÊNDIO

3.A – A boa arrumação é a primeira regra do combate à incêndio na Praça de Caldeiras. Não permita nenhuma acumulação de trapos, lixo ou refugos de óleo.

3.B – Limpe imediatamente qualquer respingo de óleo ou água.

3.C – Saiba a localização exata de todos os extintores de incêndio e, principalmente, como operá-los corretamente.

3.D – Todos os extintores de incêndio em uma Praça de Caldeiras deverão ser de CO 2 ou tipo Pó Químico, para uso em incêndios classes A, B e C.

3.E – Todas as Praças de Caldeiras deverão ser equipadas com chaves de corte de força remota, para desligamento das bombas de óleo, fora do compartimento.

13.2 – CUIDADOS COM A CALDEIRA ( LADO D`ÁGUA )

• Os cuidados convenientes com a Caldeira é de superior interesse para o Operador. A formação de incrustações, PITTING, corrosão, espuma, arrastamento, vapor úmido, e flutuações do nível d’água são os resultados de cuidados impróprios com lado d’água. O tratamento da água de alimentação, com procedimentos corretos de extrações de fundo, é uma parte muito importante para manter as superfícies de aquecimento da Caldeira livres de incrustações. Os sistemas de água quente são normalmente, sistemas fechados e não deveriam requerer alimentação com água de processo. Contudo, alguns sistemas podem ter sido instalados de tal forma que a água se perde com regularidade e uma suplementação com água de processo se torna necessária. Neste caso, o tratamento da água de alimentação deverá ser usado para prevenir a formação das incrustações e corrosão devido ao oxigênio presente na água de processo que está sendo usada.

13.2.0 – CORROSÃO PELO OXIGÊNIO E PITTING

• Para proteger a Caldeira deste tipo de deterioração, um tratamento apropriado para a água de alimentação é a única solução. Cheque as superfícies do lado d’água, especialmente próximo à parte traseira da Caldeira, com luzes e espelhos para ver se há alguma constatação de empolamentos, “marcas da bexiga” ou erosão do metal das superfícies. Se você notar alguma dessas condições, seu programa de tratamento da água de alimentação precisa de revisão imediata.

13.2.1 – FORMAÇÃO DE INCRUSTAÇÕES

• A incrustação age como um isolador e pode resultar, daí, um sobreaquecimento da fornalha, tubos e tubulões. Esta condição pode causar vazamentos e rupturas nos tubos, e outros problemas no recipiente de pressão. A formação de incrustações dentro de qualquer Caldeira deve ser causa de imediata preocupação e ação efetiva.

13.2.2 – VAPOR ÚMIDO OU ARRASTAMENTO

• O arrastamento pode ser causado por: 1 – Alta concentração de sólidos na Caldeira devida à falta de purgas; 2 – Falta de tratamento adequado da água de alimentação; 3 – Linha de vapor abaixo da medida na extremidade da Caldeira, causando uma excessiva velocidade do vapor que “levanta” a água para fora do tubulão de água; 4 – Cargas bruscas ou vagas que golpeiam a Caldeira devido à rápida abertura das válvulas de vapor podem causar sobrecarga instantânea; 5 – Sobrecarga conseqüente ao aumento de carga no sistema; 6 – Vapor principal sem purgadores.