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1Apresentao
operao de caldeirasGERENCIAMENTO, CONTROLE E MANUTENO
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2 Operao de caldeiras gerenciamento, controle e manuteno
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3Apresentao
Manoel Henrique Campos Botelho
Hercules Marcello Bifano
operao de caldeirasGERENCIAMENTO, CONTROLE E MANUTENO
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4 Operao de caldeiras gerenciamento, controle e manuteno
Todos os direitos reservados a Editora Edgard Blcher Ltda. ndice para catlogo sistemtico:1. Caldeiras a vapor: Operao e manuteno: Manuais 697.507
proibida a reproduo total ou parcial por quaisquer meios, sem autorizao escrita da Editora
Rua Pedroso Alvarenga, 1245, 4 andar04531-012 - So Paulo - SP - BrasilTel 55 11 3078-5366editora@blucher.com.brwww.blucher.com.br
Segundo Novo Acordo Ortogrfico, conforme 5. ed. do Vocabulrio Ortogrfico da Lngua Portuguesa,Academia Brasileira de Letras, maro de 2009.
Botelho, Manoel Henrique Campos Operao de caldeiras gerenciamento, controle e manuteno / Manuel Henrique Campos Botelho, Hercules Marcello Bifano. - - So Paulo: Blucher, 2011.
ISBN 978-85-212-0588-3
1. Caldeiras a vapor 2. Caldeiras a vapor - Manuteno 3. Caldeiras a vapor - Medidas de segurana 4. Norma Regulamentadora NR-13 5. Operao de caldeiras - Manuais I. Bifano, Hercules Marcello. II. Ttulo.
11-00742 CDD-697.507
Operao de caldeiras gerenciamento, controle e manuteno
2011 Manoel Henrique Campos Botelho
Hercules Marcello Bifano
1 edio - 2011
Editora Edgard Blcher Ltda.
FICHA CATALOGRFICA
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5Apresentao
Sobre os autores
MANOEL HENRIQUE CAMPOS BOTELHO
autor de vrios livros sobre a construo civil. Tem-se destacado como espe-cialista em comunicao tecnolgica.
Formou-se em 1965 como engenheiro civil na Escola Politcnica da Universi-dade de So Paulo. autor da coleo Concreto Armado, Eu Te Amo.
Escreveu este texto a partir de sua ao na gerncia das unidades de dois hos-pitais com um total de quatro caldeiras.
HERCULES MARCELLO BIFANO
engenheiro industrial mecnico de produo, formado pela Faculdade de Engenharia Industrial FEI, So Paulo, SP, em 1976. Com especializao em enge-nharia Econmica e Administrao Industrial pela Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRJ, em 1981. Atuou como engenheiro e consultor na operao e repa-ros de caldeiras martimas principais, caldeiras auxiliares e caldeiras industriais.
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6 Operao de caldeiras gerenciamento, controle e manuteno
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7Apresentao
Este livro dirigido principalmente para caldeiras de aquecimento (caldeira de
vapor saturado) e aquecidas por queima de combustvel.
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8 Operao de caldeiras gerenciamento, controle e manuteno
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9Apresentao
Apresentao
Este um livro ABC para operadores de caldeira, ou seja, um livro simples e de pri-meira leitura, um livro que procura estimular o leitor a estudar e se desenvolver. um livro para operadores de caldeiras de aquecimento e para aqueles que querem entrar no mundo do vapor.
Para os que querem ser operadores de caldeiras, o caminho fixado na Norma Regulamentadora NR 13, do Ministrio do Trabalho. necessrio fazer um curso sobre o assunto. Este livro tem o objetivo simples de auxiliar esses alunos e os in-teressados pelo mundo do vapor.
Este livro s existe pelo fato de um dos autores ter feito parte da equipe de operao e manuteno de uma entidade que cuida de dois hospitais estaduais, onde existem, em cada um deles, duas caldeiras fogotubulares alimentadas com GLP.
Agradeo aos colegas, Sr. Maurivan e aos outros colegas, pelos ensinamentos prticos que recolhi ao acompanhar o trabalho de operao e manuteno dessas caldeiras.
Foram valiosas as conversas filosficas sobre vapor com o Eng. Srgio dos Santos Braga e com o Eng. Emilio Paulo Siniscalchi. Ambos leram uma minuta do trabalho e fizeram contribuies. O Eng. Hercules Marcello Bifano atuou como orientador e consultor do texto.
Um dos autores:
Eng. Manoel Henrique Campos Botelho, fevereiro 2011.Contatos com o autor : manoelbotelho@terra.com.br
Caixa Postal 12.966 04009-970 So Paulo SP
Para contato com os autores, ver item 42, p. 205.
Nota Face a acordo com o Sintesp Sindicato dos Tcnicos de Segurana do Trabalho do Estado de So Pauloeste manual foi analisado pelo corpo tcnico desse sindicato, que recomenda a leitura desse manual por profissionais de segurana do trabalho.
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10 Operao de caldeiras gerenciamento, controle e manuteno
Notas
1. Nunca demais alertar: Sr. operador de caldeira, quando cuidar de sua caldeira, leve sempre em considerao o Manual de Operao e Manuteno do fabricante e a Norma Regulamentadora NR 13, do Ministrio do Trabalho. O manual do fabricante a bblia da caldeira. S o fabricante pode dar aspectos especficos de sua caldeira.
2. Na preparao deste livro no existiu preocupao estilstica. Ao contrrio, achamos que preocupao com o estilo pode prejudicar o nico objetivo do livro, que de agrupar informaes e formar o profissional iniciante no mundo das caldeiras. Assim, por clareza e nfase, repetem-se informaes. Desde que a didtica seja atendida, nenhuma preocupao de estilo literrio formal interessa aos autores.
3. Caldeiras de referncia. Para poder dar exemplos prticos e numricos, utilizaremos como caldeiras de referncia o conjunto de caldeiras de um grande hotel de veraneio localizado em uma estncia turstica do sul de Minas Gerais, e que tem como caractersticas: duascaldeirasiguais,fogotubulares(*), horizontais, cada uma com produo de cerca
de 800 kg/h de vapor; aquecimentoporqueimadegsGLP; sototalmenteautomticas; pressodetrabalhoiguala8kgf/cm2; ooperadorSeuChiquinho,operadorveteranodemuitascaldeiras.
O esquema funcional o que se segue:
Nota No se fala de caldeira sem se falar do operador de caldeira, que o Seu Chiquinho, hoje com sessenta anos, profissional veterano de muitas caldeiras.
_(*) Ao consultar este livro e a literatura tcnica, considerar os termos sinnimos: casa das caldeiras = sala das caldeiras; caldeira aquatubular = caldeira acquatubular = caldeira aguatubular; caldeira fogotubular = caldeira flamotubular = caldeira framatubular.
Tanque decondensado
Tanque elevado de gua
gua emebulio
guaquente
Calor
Queimador
Vapor Sada do vapor para servio
Chaminsada dos gases quentes
Usos do vapor
Usos do vapor
Usos do vapor
Retorno do condensadoRetorno ao tanque elevado de gua
N.A.
N.A.
gua nova(suplemento)
gua
gua
Bomba
Caldeira
Esquema bsico de uma instalao a vapor
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11Apresentao
Contedo
1 A importncia do calor e as funes das caldeiras as linhas de vapor normas sobre caldeiras .......................................................... 13
2 Sistemas de gerao de vapor .................................................................. 23
3 Explicando calor, temperatura e presso ................................................ 29
4 Acompanhando a passagem da gua do estado lquido para o estado gasoso (vapor) .......................................................................................... 37
5 O misterioso vapor. Vamos entend-lo .................................................... 41
6 Entendendo, com mais detalhes, o funcionamento de uma caldeira. Tabela de vapor saturado (FliegerMollier). O mistrio das trs caldeiras ................................................................................................... 45
7 Tipos de caldeiras ..................................................................................... 49
8 Caldeiras eltricas .................................................................................... 55
9 Os queimadores e os combustveis mais comuns .................................... 59
10 Detalhando as linhas e os sistemas de vapor .......................................... 65
11 Outros detalhes de linhas de vapor e linhas de condensado de retorno ................................................................................................. 71
12 Os importantes purgadores ...................................................................... 79
13 Tanques auxiliares.................................................................................... 83
14 O vapor reevaporado (flash) ................................................................... 85
15 Sensores ................................................................................................... 87
16 Comandos de uma caldeira ...................................................................... 89
17 Cuidados especiais de um operador de caldeira ..................................... 93
18 A casa da caldeira ..................................................................................... 95
19 A gua para a caldeira e seu tratamento ................................................. 99
20 Ateno: a caldeira vai partir ................................................................... 107
21 Quando existe um excesso de solicitao de vapor ou baixa demanda de vapor .................................................................................... 111
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12 Operao de caldeiras gerenciamento, controle e manuteno
22 Quando a caldeira no parte .................................................................... 115
23 Tipos e funes das vlvulas e outros materiais e equipamentos ........... 117
24 Situaes de alarmes e desligamentos .................................................... 125
25 Rotinas horrias, dirias, mensais, semestrais e anuais da operao de caldeiras .............................................................................................. 127
26 Tipos de manuteno de uma caldeira .................................................... 131
27 Materiais de construo das caldeiras e linhas de vapor ........................ 133
28 Vlvulas de segurana exemplo de clculo simplificado ...................... 137
29 Formando o futuro operador de caldeira ................................................ 141
30 Explicando tim-tim por tim-tim o catlogo tcnico comercial de um fabricante de caldeiras .................................................................. 147
31 Tipos de bombas para vapor .................................................................... 151
32 Relatrios sobre o estado de caldeiras e os seus sistemas de vapor ...... 153
33 Caldeira desativada cuidados de manuteno ...................................... 157
34 Relatrios de operao ............................................................................. 159
35 Casos de acidentes usando caldeiras Excesso de presso, erro na partida, danos por corroso estrutura de ao da caldeira e outros ..... 161
36 Notas tcnicas sobre caldeiras e sobre o uso do calor ............................ 165
37 Teste para a seleo de um operador de caldeira ................................... 171
38 Leis, normas e a NR 13 na ntegra ........................................................... 173
39 Onde estudar mais ................................................................................... 199
40 Converso de unidades trmicas ............................................................. 201
41 ndice de assuntos .................................................................................... 203
42 Contato com os autores ........................................................................... 205
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13A importncia do calor e as funes das caldeiras as linhas de vapor
O uso do calor (no necessariamente o fogo) acompa-nha a histria do homem at hoje.
Usa-se o calor em muitas funes, tais como:
item A) em temperaturas de 0 a 200 C:
Funes:
aquecer a gua para a higiene pessoal;
coco (cozimento) de alimentos;
em regies frias, para calefao domstica (aqueci-mento do ambiente interno da casa);
em autoclaves, fazendo-se esterilizao de instru-mentos ou produtos em geral;
em autoclaves, na recauchutagem de pneus apli-cando sob presso e alta temperatura nova banda de borracha carcaa de um pneu velho;
em processos industriais, os mais variados.
item B) em mais altas temperaturas maiores que 200 C:
em mquinas a vapor, quando a funo do vapor movimentar eixos, como, por exemplo, nas velhas locomotivas ou navios a vapor;
soldas de materiais, fabricando-se, assim, peas;
fornos especfi cos;
fundies.
A importncia do calor e as funes das caldeiras as linhas de vapor normas sobre caldeiras
111
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14 Operao de caldeiras gerenciamento, controle e manuteno
O incio do fogo
Caldeira de vapor saturado
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15A importncia do calor e as funes das caldeiras as linhas de vapor
Vamos nos limitar ao estudo do uso do calor nos casos do item A (temperaturas de 0 a 200 C), o chamado calor de aquecimento. O estudo do vapor produzido em caldeiras especiais para acionamento de eixos (um dos casos do item B) est fora do nosso escopo, embora aqui e ali faamos citaes.
Mostram os estudos e a prtica que, quando necessitamos do calor em vrios pon-tos, a melhor soluo econmica e operacional aquecer a gua, transformando-a em vapor e, depois, envi-la para os vrios pontos de consumos. Para essa transformao da gua como lquido para vapor, o equipamento a ser usado chama-se caldeira.
Reprisemos: chama-se caldeira o equipamento que ferve a gua gerando o vapor num ambiente fechado (com presso, portanto) e envia esse vapor (temperatura por volta de 150 C) por linhas de tubulaes de vapor para os vrios pontos de consumo.
Todos ns temos um tipo de caldeira em casa: a panela de presso.
A caldeira compe-se de gua que entra num vaso de presso e o enche at um certo nvel. Utiliza-se um combustvel (gs, lenha e outros) que, com sua queima, libera calor que comea a esquentar a gua, transformando-a em vapor e, dessa forma, este, tendendo a expandir, cria presso dentro do vaso. A partir de linhas de vapor (tubos de ao, na sua maioria), os vrios pontos de uso so alimentados com o calor transportado pelo vapor.
Nessa situao, nos usos gerais:
o vapor transporta a energia trmica do combustvel em forma de calor para vrios locais onde o calor desejado;
o vapor pode at movimentar eixos (velhas locomotivas ou navios a vapor e modernos usos industriais em geral).
Os combustveis usados nas fornalhas (queimadores) de caldeiras podem ser os mais variados, entre os quais:
lenha, cavacos de madeira, bagao de cana, casca de coco;
carvo;
gs GLP (gs liquefeito de petrleo);
BPF (leo de Baixo Ponto de Fuso, rico em enxofre, sua queima um verda-deiro problema ambiental, um pobre resduo da indstria petroqumica);
gs natural;
leo combustvel e diesel;
usa-se tambm a eletricidade para aquecimento da gua nas caldeiras.
A caldeira tem seu corpo principal construdo com chapas de ao e usa camadas de l de vidro (algo como 50 mm [2] de espessura) como isolamento trmico do am-biente quente do seu interior. Os tubos de vapor tambm so revestidos contra a perda de vapor.
Exemplos de uso do vapor esto expostos a seguir.
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16 Operao de caldeiras gerenciamento, controle e manuteno
Caso 1
Um hotel precisa de vapor para:
esquentar gua para os banheiros; fazer a coco dos alimentos; eventualmente para auxlio na lavagem de roupas usadas pelos hspedes.
Usa-se para isso uma caldeira acionada, por exemplo, queima de lenha.
Tanque elevado de gua
gua
gua emebulio
gua
Calor
Vapor
Sada do vaporpara servio
Sada dos gases quentes
Lavanderia
Sanitrios
Cozinha
Tanque decondensado
Retorno do condensadoRetorno ao tanque elevado de gua
quentesquentesquentesquentes
da do vaporpara serviopara serviopara serviopara servio
Sada dos gases
N.A.
N.A.
gua quente
CaldeiraLenha
Bomba
gua nova(suplemento)
Caldeira a lenha
O vapor vai, por uma linha, direto para a cozinha, alimentando serpentinas por onde passa o calor e estas, imersas em tanques com gua, fazem o cozimento do ali-mento que est nos paneles.
Como visto, inicialmente o vapor (temperatura na faixa de 150 C) envolve os paneles da cozinha (sem contato fsico com a gua) aquecendo-os. Por outra linha, o vapor vai, via serpentina, a um tanque cheio de gua, aquecendo essa gua para a faixa prxima de 50 C. Essa gua quente enviada para as torneiras de gua quente da cozinha.
O vapor, depois de tanto ser usado, agora com menos calor, mas ainda quente ( uma gua quente), chama-se condensado e enviado para um tanque denominado tanque de condensado. O condensado nesse tanque retorna por bomba para a caldeira, pois, afi nal de contas, o condensado uma gua limpa e quente e no deve ser jogada fora (desperdiada).
Para gua de aquecimento (gua quente de uso humano cerca de 50 C), envia--se vapor para mistura com gua fria em um tanque chamado de aquecedor (boiler) e a gua resultante enviada para consumo.
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17A importncia do calor e as funes das caldeiras as linhas de vapor
O circuito da caldeira mantido funcionando permanentemente usando a queima do combustvel. Como sempre h perdas de vapor na linha e consumo de gua quente, periodicamente se adiciona (complementa) gua no sistema, e, que ser esquentada virando vapor.
Nota Hospitais, hotis e outros usurios costumam ter, por segurana, no mnimo duas caldeiras que trabalham alternativamente.
Caso 2 Panela de presso
Na panela de presso no h consumo contnuo de gua, pois toda ela, a menos de perda pela vlvula de alvio, se transforma em vapor, que usado aumentando a temperatura interna da panela. Com o aumento da presso e aumento da temperatura, a coco (cozimento) se acelera. Essa a vantagem da panela de presso. Com a trans-formao do lquido dentro da panela (todo uso de panela tem que ter gua ou lquido rico em gua), a gua vira vapor e aumenta enormemente a presso dentro da panela. O aumento da presso acelera o cozimento.
O cozimento do feijo (cereal) com gua leva quatro horas (duzentos e qua-renta minutos) em panela comum (sem presso) e leva cerca de vinte minutos para o mesmo cozimento em panela de presso.
A temperatura de ebulio da gua numa panela de presso e face essa pres-so da ordem de 110 C.
Caso 3 Mquina a vapor
Caldeira
Roda
Eixo
Manivela
Tubulao de vapor
Chamin
Vlvula dedistribuio
Biela
Gaxeta
Eixo dombolo mbolo (pisto)
Cilindro
Esquema bsico de uma mquina a vapor com sistema biela-manivela
Panela de presso
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18 Operao de caldeiras gerenciamento, controle e manuteno
A gua vira vapor e todo o vapor expelido (expulso) para a atmosfera, e na sua expulso gira um eixo motor da locomotiva.
Nas velhas locomotivas a vapor, pela garbosa chamin, saam:
o vapor usado para acionar eixos motores;
os gases queimados da combusto.
Havia um local especfico para a sada de um vapor especial: era o vapor que acio-nava o inconfundvel apito da locomotiva (vapor do apito).
Locomotiva a vapor, vulgo Maria Fumaa
Normas e disposies sobre caldeiras
NR 13 Norma do Ministrio do Trabalho e Emprego (regras de opera- o e segurana)
NBR 12177-1 1999 Caldeiras estacionrias a vapor Inspeo de segurana Parte 1 Caldeiras flamotubulares
NBR 12177-2 1999 Caldeiras estacionrias a vapor. Inspeo de segurana Parte 2 Caldeiras aquatubulares
NBR 13203 Inspeo de segurana de caldeiras estacionrias eltricas
Decises do Confea Conselho Federal de engenharia e arquitetura
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19A importncia do calor e as funes das caldeiras as linhas de vapor
Des
enho
esq
uem
tic
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20 Operao de caldeiras gerenciamento, controle e manuteno
Exemplos detalhados de uso de vapor1. Aquecendo a gua
Vlvulade escapeVaporsaturado
Aquecedor (boiler)
Queimador
Tubulao
Combustvel
Vaporsuperaquecido
Exaustodos gases
Superaquecimento
Entradade gua
Calor
Caldeira de vapor superaquecido
A temperatura da gua quente produzida depende da regulagem da quantidade de vapor que passa e da quantidade da gua.
Vapor superaquecido o vapor seco que passou pelo superaquecedor e est a mais de 200 C.
2. Cozinhando em paneles
Entradade gua
Vapor
Reservatrio de vapor
Vlvulade escapeVaporsaturado
Calor
Queimador
Combustvel
Exautode gases
Caldeira de vapor de aquecimento de gua
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21A importncia do calor e as funes das caldeiras as linhas de vapor
3. Recauchutagem de pneus usando o vapor
Etapas da recauchutagem
a) A superfcie externa da carcaa velha do pneu raspada e coloca-se nova ca-mada de borracha sobre ela. A nova camada colada na carcaa. Tudo vai para a autoclave, que um tanque de ao onde se injeta vapor com presso.
b) Aps o tempo necessrio para que ocorra a colagem, a autoclave aberta. Como houve contato do vapor com o pneu, esse vapor considerado contaminado e, com isso, descartado na atmosfera.
gua
Vapor
Calor
Combustvel
Autoclave ComandosVlvula de escape
Caldeira a vapor para autoclave*
Partes de uma caldeiraA caldeira por queima de combustvel composta essencialmente por:
corpo da caldeira de ao, constituindo-se de um reservatrio dentro do qual a gua alimentada vira vapor;
tubos internos, normalmente de ao, por onde passam os gases muito quentes, provenientes da combusto, ou passa gua que sofre o aquecimento, envolvida pelos gases que circundam os tubos cheios de gua;
alimentador de combustvel (manual ou automtico);
queimador de combustvel;
tubulao de sada de vapor o vapor produzido dentro da caldeira deve ser enviado aos pontos de utilizao. Isso feito por uma tubulao que se inicia na caldeira e vai at os pontos de interesse;
tubulao de sada de gases queimados depois de aquecer a gua da caldeira, os gases queimados saem desta, sendo dispostos na atmosfera;
vlvulas de descarga (extrao) de fundo para esvaziamento, tirar resduos e dispor o lodo criado pelo tratamento de gua;
_(*) Autoclave aparelho que usa vapor para esterilizar instrumentos.
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22 Operao de caldeiras gerenciamento, controle e manuteno
vlvulas de segurana contra excesso de presso atuam no caso de a presso do vapor na caldeira se elevar mais do que o desejado;
dispositivos de controle controlam a entrada de gases combustveis, a ligao do acendedor da queima dos gases e o acionamento do motor da bomba de gua que alimenta a caldeira;
entre outros.
PressostatosManmetroSada
de gases
Sadade vapor
Quadro decomando
Controle donvel de gua
Boca deinspeo
Vlvulas desegurana
Dreno
Calor
Queimador
Tubulaode gases
Caldeira de vapor e seus principais componentes
Caldeira de grande porte, do tipo estacionria (fixa na casa de caldeiras), grande capacidade de gerao de vapor, usando leo combustvel para aquecer a gua.
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operador de caldeira 00operador de caldeira 01operador de caldeira 02operador de caldeira 03operador de caldeira 04operador de caldeira 05operador de caldeira 06operador de caldeira 07operador de caldeira 08operador de caldeira 09operador de caldeira 10operador de caldeira 11operador de caldeira 12operador de caldeira 13operador de caldeira 14operador de caldeira 15operador de caldeira 16operador de caldeira 17operador de caldeira 18operador de caldeira 19operador de caldeira 20operador de caldeira 21operador de caldeira 22operador de caldeira 23operador de caldeira 24operador de caldeira 25operador de caldeira 26operador de caldeira 27operador de caldeira 28operador de caldeira 29operador de caldeira 30operador de caldeira 31operador de caldeira 32operador de caldeira 33operador de caldeira 34operador de caldeira 35operador de caldeira 36operador de caldeira 37operador de caldeira 38operador de caldeira 39operador de caldeira 40operador de caldeira 41