2ª - Equipamentos Rotativos e Estatiscos

download 2ª - Equipamentos Rotativos e Estatiscos

of 52

Transcript of 2ª - Equipamentos Rotativos e Estatiscos

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

Equipamentos Estticos e Rotativos

1

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

BOMBAS CENTRFUGAS

1. Introduo Com a evoluo dos processos produtivos agrcolas, demonstrada principalmente pela presena cada vez maior da irrigao e a crescente demanda por gua, acompanhada pela sua escassez (distncias cada vez maiores), h necessidade de projetar instalaes que possam proporcionar fornecimento de gua com maior rapidez e eficincia. Sendo assim, a presena de bombas hidrulicas num projeto de irrigao ou abastecimento de gua para pequenas comunidades, de suma importncia, e o conhecimento das partes fundamentais ao seu bom funcionamento merece a devida ateno e cuidado. Bombas hidrulicas so mquinas de fluxo, cuja funo fornecer energia para a gua, a fim de recalc-la (elev-la), atravs da converso de energia mecnica de seu rotor proveniente de um motor a combusto ou de um motor eltrico. Desta forma, as bombas hidrulicas so tidas como mquinas hidrulicas geradoras. O objetivo deste trabalho transmitir aos profissionais da rea agrcola algum conhecimento bsico e prtico sobre instalaes elevatrias, possibilitando, desta forma, o acompanhamento e/ou desenvolvimento de projetos simples e eficientes de bombeamento, que algo extremamente importante dentro da hidrulica agrcola, mas que pode se tornar penoso, caso no seja bem estruturado.

2

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

2. Partes Principais de uma Instalao de Bombeamento

3

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

3. Classificaes mais importantes de Bombas Hidrulicas 3.1. Quanto trajetria do fluido a) Bombas radiais ou centrfugas: sua caracterstica bsica trabalhar compequenas vazes a grandes alturas, com predominncia de fora centrfuga; so as mais utilizadas atualmente. b) Bombas axiais: trabalha com grandes vazes a pequenas alturas. c) Bombas diagonais ou de fluxo misto: caracterizam-se pelo recalque demdias vazes a mdias alturas, sendo um tipo combinado das duas anteriores. 3.2. Quanto ao posicionamento do eixo a) Bomba de eixo vertical: utilizada em poos subterrneos profundos. b) Bomba de eixo horizontal: o tipo construtivo mais usado. 3.3. Quanto posio do eixo da bomba em relao ao nvel da gua a) Bomba de suco positiva: quando o eixo da bomba situa-se acima do nvel do reservatrio. b) Bomba de suco negativa ("afogada"): quando o eixo da bomba situa-seabaixo do nvel do reservatrio.

FIGURA 2 - Classificao das bombas com relao posio do eixo em relao ao nvel d'gua. 4. Perda de Carga e Altura Manomtrica 4.1. Altura Manomtrica da Instalao definida como sendo a altura geomtrica da instalao mais as perdas de carga ao longo da trajetria do fluxo. Altura geomtrica a soma das alturas de suco e recalque. Fisicamente, a quantidade de energia hidrulica que a bomba dever fornecer gua, para que a mesma seja recalcada a uma certa altura, vencendo, inclusive, as perdas de carga. A altura manomtrica descrita pela seguinte equao:

4

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

FIGURA 3 - Representao das alturas de suco e recalque em uma instalao. 4.2. Perda de Carga Perdas de carga referem-se energia perdida pela gua no seu deslocamento por alguma tubulao. Essa perda de energia provocada por atritos entre a gua e as paredes da tubulao, devido rugosidade da mesma. Portanto, ao projetar uma estao de bombeamento, deve-se considerar essa perda de energia. So classificadas em 2 tipos: - Perdas de carga contnuas: So aquelas relativas s perdas ao longo de uma tubulao, sendo funo do comprimento, material e dimetro. - Perdas de carga acidentais: So aquelas proporcionadas por elementos que compem a tubulao, exceto a tubulao propriamente dita. Portanto, so perdas de energia observadas em peas como, curvas de 90o ou 45o, registros, vlvulas, luvas, redues e ampliaes. Para o clculo da perda de carga total, normalmente trabalha-se com o mtodo dos comprimentos equivalentes, ou seja, atravs de tabelas, convertendo-se a perda acidental em perda de carga equivalente a um determinado comprimento de tubulao. Isso significa que, ficticiamente, seria como substituir, por exemplo, uma curva de 90o por um comprimento de tubo, e a perda de carga contnua nesse comprimento equivale perda localizada na curva. Matematicamente, define-se perda de carga como sendo:

5

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

Sendo: hf1-2 = perda de carga entre os pontos 1 e 2 de uma instalao(m); J = perda de carga unitria (m/m); Le = comprimento equivalente da tubulao. Existem vrios mtodos para o clculo de perda de carga unitria; entre esses, destaca-se pela simplicidade e facilidade de uso, o Mtodo de Hazen-Williams, que feito atravs da seguinte expresso:

5. Curvas Caractersticas

6

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

A figura 4 apresenta um grfico de pr-seleo de bombas de uma determinada marca, a partir do qual o usurio tem uma idia de quais catlogos consultar a respeito da seleo propriamente dita, locando o ponto de trabalho neste grfico e determinando qual a "famlia" ideal de bombas.

FIGURA 4 - Representao de um grfico de pr-seleo de bombas. 5.1. Curvas Caractersticas da Bomba Quando se trabalha com estas curvas, tm-se graficamente as variveis altura manomtrica (Hm), rendimento ( e NPSHrequerido em funo da vazo. As curvas de rendimento e altura ) manomtrica podem ser criadas em grficos separados ou em um nico grfico, dependendo do fabricante. Essas trs variveis caracterizam as condies de funcionamento de uma bomba. Tais grficos so plotados pelos fabricantes e publicados na forma de catlogos, utilizando-se resultados de testes realizados em laboratrio. Para bombas centrfugas, estes grficos possuem a seguinte forma:

7

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

FIGURA 5- Curvas caractersticas de bombas centrfugas. 5.2. Curva do Sistema A curva do sistema, tambm conhecida como curva da tubulao, uma curva traada no grfico Hm x Q e sua importncia est na determinao do ponto de trabalho da bomba, pois esse obtido no encontro dessa curva com a curva caracterstica da bomba. Para tra-la, necessrio retornar definio de altura manomtrica, fazendo com que a equao 1 tenha a forma Hm = f (Q), atravs dos passos descritos a seguir. Assim, h f pode tambm ser definida pela equao:

ou seja, basta desmembrar a vazo da equao de Hazen-Willians da perda de carga unitria e multiplicar o comprimento equivalente pela outra parte da equao. Desta forma, a equao Hm= f(Q), a seguinte:

Em um projeto de irrigao ou abastecimento, tem-se o conhecimento da vazo necessria e da altura manomtrica (altura geomtrica mais perdas de carga); a altura geomtrica a soma da altura

8

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

de suco com a altura de recalque. Assim, basta substituir esses pontos conhecidos, na equao acima, para encontrar k, completando a equao. Definida a equao, constri-se a curva do sistema, criando uma tabela de valores de vazo pela altura manomtrica. Em seguida, plota-se os valores no grfico HmxQ e unindo-os, tem-se a curva do sistema. Atravs do ponto de interseco entre a curva do sistema e a curva da bomba, encontra-se o ponto de trabalho da bomba que, na maioria das vezes, diferente do ponto proveniente do projeto. A soluo para este problema apresentada em um exemplo de projeto de uma instalao no item 8. 6. CAVITAO Cavitao um fenmeno semelhante ebulio, que pode ocorrer na gua durante um processo de bombeamento, provocando estragos, principalmente no rotor e palhetas e identificado por rudos e vibraes. Para evitar tal fenmeno, devem-se analisar o NPSHrequerido e o NPSHdisponvel. 7. NPSH requerido e NPSH disponvel O NPSH (Net Positive Succion Head) disponvel refere-se "carga energtica lquida e disponvel na instalao" para permitir a suco do fluido, ou seja, diz respeito s grandezas fsicas associadas instalao e ao fluido. Esse NPSH deve ser estudado pelo projetista da instalao, atravs da seguinte expresso:

Sendo: NPSHdisponvel = energia disponvel na instalao para suco, em m; Hatm = presso atmosfrica local (Tabela 3); Hs = altura de suco; negativa quando a bomba est afogada, e positiva quando estiver acima do nvel d'gua (m); Hv = presso de vapor do fluido em funo da sua temperatura (Tabela 4); Hs = perda de carga total na linha de suco (m). O NPSHrequerido a "carga energtica lquida requerida pela bomba" para promover a suco. Esse NPSH objeto de estudo do fabricante, sendo fornecido graficamente atravs de catlogos. Observa-se, portanto, que a energia disponvel na instalao para suco deve ser maior que a energia requerida pela bomba, logo NPSHdisponvel NPSHrequerido . Caso contrrio, haver cavitao em decorrncia de uma suco deficiente. TABELA 3 - Presso atmosfrica em funo da altitude.

9

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

TABELA 4 -Presso de vapor da gua, em m, para diferentes temperaturas.

10

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

8. Exemplo de dimensionamento de uma instalao de bombeamento Dimensionar uma instalao de bombeamento, para atender a demanda de 200m3/h de vazo durante 24 hs/dia, recalcando a uma altura de 24m. A composio das linhas de suco e recalque a seguinte:

Dimensionamento

11

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

a) Dimensionamento da linha O critrio a ser utilizado para escolha de dimetros de tubulaes o critrio de velocidade econmica, por ser simples e eficiente, e segundo muitos autores, seu valor deve variar de 0,5 a 2,0 m/s. Para determinar o dimetro a partir deste critrio, procede-se da seguinte forma, utilizando-se a relao abaixo:

em que V a velocidade (m/s); Q a vazo (m3/s); A a rea da seo do tubo, sendo determinada por:

Substituindo a velocidade por um valor entre 0,5 e 2,0m/s, isola-se matematicamente a expresso 9 em funo do dimetro. A partir do valor calculado, usa-se o dimetro comercial imediatamente acima para a tubulao de suco, e o dimetro comercial imediatamente abaixo no recalque. Sendo assim, adotando-se uma velocidade mdia de 1,5m/s, tem-se, a partir da equao 8:

c) Escolha da Bomba Traado da curva do sistema Clculo das perdas de carga

12

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

Para o clculo da perda de carga total, ou seja, ao longo das linhas de suco e recalque, utiliza-se a seguinte equao:

Equao do sistema

A equao do sistema (equao 6), definida anteriormente :

13

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

O clculo da altura geomtrica realizado atravs da soma das alturas geomtricas de suco e de recalque, como pode ser verificado a seguir:

Logo, a altura manomtrica, calculada pela equao 3, ser:

Em seguida, calcula-se o coeficiente k da equao 6, atravs dos valores obtidos anteriormente.

Desta forma, a equao do sistema ser:

Com os dados Hm e Q, utiliza-se o grfico de pr-seleo da pgina anterior, encontrando-se a "famlia" de bombas RO, da marca MARK-PEERLESS, como sendo a mais adequada para a situao criada. O modelo escolhido, compatvel com o projeto, a RO 16, com dimetro do rotor de 310mm e rotao de 1750 rpm. No grfico (HmxQ) da curva caracterstica, traa-se a curva do sistema, criando uma tabela com valores de vazo, encontrando-se a altura manomtrica correspondente:

Atravs da Figura 6, observa-se que o ponto de trabalho da bomba : Q=215 m3/h e Hm= 44 m.

14

CETTPS O ponto de projeto :

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

Q= 200m3/h e Hm=42,5m. Observa-se que h uma ligeira diferena, mas que pode ser contornada com um dos trs procedimentos abaixo: - Controlar a vazo com um Medidor de Vazo (vlvula ou registro), reduzindo-a quantidade desejada. Essa prtica, apesar de mais usada, implica na introduo de perda de carga, o que reduziria a eficincia energtica da instalao, havendo um consumo de energia alm do necessrio para este bombeamento. - Alterar o dimetro do rotor, mantendo-se a rotao constante. - Alterar a rotao do rotor, mantendo-se o dimetro constante. OBS.: Essas duas ltimas prticas devem ser priorizadas.

FIGURA 6 - Curvas caracteristicas da bomba Mark-Peerless, modelo RO 16 e curva do sistema usadas no exemplo de dimensionamento de uma instalao de bombeamento.

15

CETTPS

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

Para o clculo da potncia necessria, utiliza-se a seguinte frmula:

O rendimento obtido atravs da curva caracterstica (figura 6a), na qual toma-se o ponto de trabalho (Q,H), e aproximadamente obtm-se um rendimento de 77%. Aplicando-se a frmula para o clculo da potncia, tem-se:

O motor comercial que satisfaz esse valor de 45 CV, ou seja, o primeiro motor com potncia igual ou maior ao valor calculado pela frmula acima.

Clculo do NPSHdisponvel e do NPSHrequerido

O NPSHrequerido deve ser obtido diretamente da curva caracterstica correspondente, obtendo-o da mesma forma que no rendimento, logo: NPSHrequerido = 0,8m O NPSHdisponvel calculado a partir da frmula abaixo, sabendo-se que a presso correspondente altitude do local (900 m) de 9,22x103 kg/m2 (0,922 atm) e a temperatura do fluido bombeado de 20C.

Como NPSHdisponvel (6,57 m) maior que o NPSHrequerido (0,8m), no haver problemas de cavitao nesta instalao.

16

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

CALDEIRAS As caldeiras so empregadas na produo de vapor dgua ou aquecimento de fluidos trmicos. No caso das refinarias de petrleo, em termos prticos, a maior parte do vapor utilizado nos processos gerada em caldeiras, e uma pequena parte gerada em refervedores, com o aproveitamento de calor residual em alguns processos. A energia para a vaporizao pode ser obtida atravs da queima de um combustvel slido, lquido ou gasoso, ou por converso de energia eltrica e at a fisso nuclear, que o caso de usinas termonucleares. As caldeiras eltricas so equipamentos de concepo bastante simples, sendo compostos basicamente por um vaso de presso onde a gua aquecida por eletrodos ou resistncias. So fceis de usar e de automatizar. A eficincia da transformao da energia eltrica em vapor sempre muito elevada, da ordem de 95% a 98%, podendo atingir 99,5% em casos especiais. Sero apresentadas aqui apenas as caldeiras que utilizam o aquecimento por queima de combustveis, com nfase nos equipamentos mais empregados em refinarias. CLASSIFICAO DAS CALDEIRAS As caldeiras podem ser classificadas conforme qualquer das seguintes caractersticas: finalidade, fonte de aquecimento, contedo nos tubos, princpio de funcionamento, presso de servio, tipo de fornalha etc. As caldeiras que produzem vapor pela queima de combustveis podem ser classificadas em dois grandes grupos, de acordo com o contedo nos tubos: em flamotubulares e aquatubulares. Neste tipo, os gases quentes da combusto circulam no interior de tubos que atravessam o reservatrio de gua a ser aquecida para produzir vapor. Os tubos so montados como nos permutadores de calor, com um ou mais passes. Existem vrios tipos de caldeiras flamotubulares, dentre os quais se destacam a vertical e a horizontal (Figura abaixo).

CALDEIRA FLAMOTUBULAR Vantagens Construo fcil, com relativamente poucos custos; So bastante robustas; No exigem tratamento de gua muito cuidadoso; Exigem pouca alvenaria; Utilizam qualquer tipo de combustvel, lquido, gasoso ou slido.

17

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

Desvantagens Presso limitada em torno de 15 atm, devido espessura da chapa dos corpos cilndricos crescer com o dimetro; Partida lenta, em funo de se aquecer todo o volume de gua; Baixa capacidade e baixa taxa de produo de vapor por unidade de rea de troca de calor; Circulao de gua deficiente; Dificuldades para instalao de super-aquecedores, economizadores e pr-aquecedores de ar. Esse tipo de caldeira, geralmente de pequeno porte, ainda muito utilizado em pequenas indstrias, hospitais, hotis etc. em razo do seu baixo valor de investimento e da facilidade de manuteno, se comparada com as caldeiras aquatubulares. CALDEIRAS AQUATUBULARES Nas caldeiras aquatubulares a gua a ser aquecida passa no interior de tubos que, por sua vez, so envolvidos pelos gases de combusto. Vantagens Maior taxa de produo de vapor por unidade de rea de troca de calor; Possibilidade de utilizao de temperaturas superiores a 450C e presses acima de 60 atm; Partida rpida em razo do volume reduzido de gua nos tubos; A limpeza dos tubos mais simples que na flamotubular e pode ser feita automaticamente; A vida til destas caldeiras pode chegar a 30 anos. Desvantagens Uma caldeira aquatubular pode custar at 50% mais que uma caldeira flamotubular de capacidade equivalente; Construo mais complexa; Exigem tratamento de gua muito cuidadoso; As caldeiras aquatubulares so usadas nos modernos projetos industriais, pois podem produzir grandes quantidades de vapor a elevadas temperaturas. A produo de vapor neste tipo de caldeira atinge at 750 ton/h. CLASSIFICAO QUANTO FINALIDADE

Caldeiras para usinas de fora termoeltrica So projetadas para produzir vapor com alta presso e temperatura, visando ao melhor rendimento na gerao de energia. Caldeiras industriais So projetadas para produzir vapor saturado ou levemente superaquecido, empregado em aquecimento, evaporao e outros. Caldeiras combinadas Utilizadas para as duas finalidades.

18

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

ELEMENTOS PRINCIPAIS DE UMA CALDEIRA AQUATUBULAR CMARA DE COMBUSTO: Regio onde se d a queima do combustvel, gerando o gs de queima aquecido. TUBULO DE VAPOR: Tambor horizontal localizado na parte superior da caldeira, onde gua e vapor esto em equilbrio na temperatura de saturao correspondente presso do mesmo. TUBULO DE GUA: Tambor horizontal localizado na parte inferior da caldeira, normalmente com dimenses menores do que o anterior, ficando sempre cheio dgua. FEIXE DE TUBOS: formado pelos tubos que interligam os tambores de vapor e de gua. A disposio do feixe de tubos em torno do forno constitui as chamadas paredes de gua. Essas paredes (laterais, frontais, teto e fundo) geram um espao vazio envolvendo a cmara de combusto. ISOLAMENTO E REFRATRIOS: Isolam a cmara de combusto dos elementos estruturais, irradiando o calor no absorvido pelos tubos de volta para dentro da cmara, o que evita perdas de calor para o exterior e protege a carcaa metlica. ESTRUTURA E CARCAA METLICA: A estrutura e a carcaa de chapas metlicas, que envolvem a caldeira, sustentam o isolamento e os refratrios, alm de todos os internos, garantindo a

19

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

estanqueidade. Formam tambm chicanas para direcionamento do fluxo de gases de combusto. As chicanas podem ser apenas paredes de refratrios. SADAS DE GASES E CHAMINS: Promovem a exausto dos gases de combusto provenientes do interior da caldeira, regulando a tiragem necessria. CLASSIFICAO QUANTO TIRAGEM

Natural O fluxo de gases conseguido unicamente pela ao da chamin devido diferena de densidades ao longo da mesma, provocada pela diferena de temperatura entre os gases de combusto e o ar que entra. Mecnica forada O fluxo dos gases obtido atravs da instalao de um ventilador na linha de ar de combusto, forando-o a entrar na cmara de combusto. A presso na cmara de combusto deste tipo de equipamento normalmente positiva. Mecnica induzida O fluxo dos gases obtido atravs da instalao de um ventilador na sada de gases, induzindo, assim, os gases a percorrerem o gerador de vapor. Mecnica balanceada Instalam-se dois ventiladores: o de tiragem forada vence as perdas de carga at a entrada da cmara de combusto, e o de tiragem induzida vence o restante das perdas de carga.

QUEIMADOR: Em linhas gerais, as caldeiras aquatubulares possuem queimadores para leo, para gs, ou ambos. A admisso de ar pode ser primria e/ou secundria. O maarico a gs recebe o gs, promove a mistura com o ar e o direciona para a cmara de combusto. O maarico a leo atomiza o leo e direciona a mistura. O leo deve ser atomizado para permitir uma queima completa e controlada. O atomizador pode ser mecnico (como um aspersor), ou com vapor, formado por dois tubos concntricos que conduzem o leo e o vapor para a cmara atomizadora, onde o vapor promove a disperso do leo. Para ambos temos os bicos, que orientam as misturas combustveis e distribuem o formato da chama. PRINCPIOS BSICOS DE FUNCIONAMENTO DA CALDEIRA AQUATUBULAR Os tubos que conectam o tubulo superior ao inferior so expostos radiao da queima e/ou ao calor dos gases de combusto. Devido ao seu encaminhamento no percurso entre os tubules, alguns trechos de tubo recebem mais calor que outros. Nos tubos mais aquecidos, uma parte da gua em contato com a parede dos tubos evapora e sobe. O efeito da diferena entre a densidade da gua no tubo mais aquecido e a densidade da gua no tubo menos aquecido (termosifo), mais o prprio movimento ascendente do vapor, fazem com que a gua circule, indo para o tubulo. Superior pelos tubos mais aquecidos (tubos geradores) e descendo pelos tubos menos aquecidos (tubos vertedores). A circulao da gua facilita a liberao do vapor e aumenta a eficincia da troca trmica nos tubos. O vapor saturado coletado pelo tubulo vai para a tubulao de sada e mais gua admitida para manter os tubos cheios e o nvel de gua no tubulo. Observe a Figura abaixo:

20

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

ARRANJOS COMUNS DAS CALDEIRAS AQUATUBULARES CLASSIFICAO QUANTO CIRCULAO DE GUA Circulao natural A circulao de gua atravs dos elementos tubulares conseguida pela diferena de densidades. Circulao forada A circulao de gua conseguida pela instalao de uma bomba no circuito. So normalmente caldeiras de alta presso, onde a circulao natural reduzida devido a pequenas diferenas entre a densidade do vapor saturado e do lquido saturado. OUTROS COMPONENTES IMPORTANTES DAS CALDEIRAS AQUATUBULARES Em refinarias se usa vapor tanto para aplicao direta no processo, aquecimento, purga, entre outros, quanto para acionar mquinas. Os equipamentos de acionamento a vapor so projetados para operar com vapor superaquecido. Para superaquecer o vapor das caldeiras, so usados os superaquecedores, destinados a elevar a temperatura do vapor saturado sem aumentar, no entanto, sua presso. O superaquecedor consiste em dois tubos coletores ligados por um feixe tubular reto ou curvo. O coletor de entrada recebe o vapor saturado do tubulo superior, que superaquecido no feixe tubular e vai para o coletor de sada. So localizados perto ou logo acima dos espaos ocupados pelos tubos geradores de calor e utilizam como fonte de calor os gases de combusto. CLASSIFICAO QUANTO LIGAO COM O GERADOR DE VAPOR Integral Quando parte integrante da caldeira. Independente Quando a fonte de calor proveniente de outra fornalha.

21

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

CLASSIFICAO QUANTO TRANSFERNCIA DE CALOR De radiao A superfcie de superaquecimento fica exposta diretamente s chamas. De conveco protegido da radiao pelos feixes de tubos da caldeira, e a transferncia de calor se d apenas com os gases de combusto Algumas caldeiras posicionam o superaquecedor em um encaminhamento dos gases de exausto, que pode ser desviado (by-pass). O desvio feito por superfcies basculantes (damper), que funcionam como uma vlvula. Com isso pode-se variar o fluxo de gases e, conseqentemente, o fluxo de calor e o grau de superaquecimento do vapor. ECONOMIZADOR : O economizador tambm um equipamento tubular em forma de serpentina (como radiadores), que tem a finalidade de absorver o calor dos gases de combusto, para aquecer a gua de alimentao da caldeira. Deste modo, outra parcela do calor remanescente nos gases de combusto aproveitada, resultando em maior economia para o sistema.

CALDEIRA AQUATUBULAR TRS TAMBORES PREAQUECEDOR DE AR: Equipamento tubular que aproveita o calor dos gases de combusto para aquecer o ar necessrio para a queima. A instalao ou no de um preaquecedor e o seu dimensionamento dependem de fatores econmicos e tcnicos. O preaquecedor de ar acelera a combusto em todas as cargas, melhora a combusto em baixas cargas e aumenta a eficincia. O preaquecedor que aquece o ar para temperaturas acima de 150C proporciona uma economia de 5% a 10% de combustvel.

CORTE DE UMA CALDEIRA AQUATUBULAR

22

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

SOPRADOR DE FULIGEM Durante a operao da caldeira, verificam-se depsitos nos tubos de fuligem resultante da queima do combustvel. Esta fuligem tem de ser retirada, pois atua como um isolante. O soprador de fuligem consiste basicamente em um tubo perfurado ligado a um fornecimento de vapor, que pode ser estacionrio ou movimentar-se entre os tubos. Na caldeira so instalados vrios sopradores estrategicamente distribudos entre as fileiras de tubos, para a remoo dos depsitos de fuligem. Esta limpeza deve ser efetuada com periodicidade diria com a caldeira em operao.

SOPRADOR DE FULIGEM INTERNOS DO TUBULO DE VAPOR: Tm a finalidade de secar o vapor, retendo as partculas lquidas ou slidas arrastadas. Podem ser usados dois tipos (ou ambos):

Separadores de vapor So constitudos de chapas corrugadas, dispostas ao longo do tubulo, formando chicanas, por onde o vapor saturado deve passar antes de atingir os tubos de sada. Ciclones Como cones invertidos, foram o fluxo de vapor a um movimento giratrio ascendente e por centrifugao separam as partculas pesadas, que descem. Veja a Figura 35 na pgina ao lado.

CAUSAS DE DETERIORAO DE CALDEIRAS As principais causas de deteriorao das caldeiras so: SUPERAQUECIMENTO: a elevao da temperatura, normalmente localizada, dos materiais acima dos limites de projeto. Pode se dar por deposio nas paredes dos tubos, incidncia de chama provocada por mal funcionamento dos queimadores, circulao deficiente de gua e deteriorao do refratrio, entre outras.

23

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

CALDEIRA COM TAMBOR TRANSVERSAL CORROSO: D-se internamente nos tubos devido a deficincias no tratamento da gua e presena de gases dissolvidos. Pode ser reduzida a limites seguros pelo tratamento eficiente e desaerao da gua. D-se externamente aos tubos devido formao de cidos sulfuroso e sulfrico pela condensao de vapor dgua na presena de produtos de combusto de enxofre. A taxa de corroso aumenta, medida que a temperatura for reduzida. Com o aumento do teor de enxofre, o ponto de orvalho do gs tambm aumenta, agravando assim as condies de corroso. Os economizadores esto mais sujeitos a esta corroso devido baixa temperatura da gua de alimentao na entrada. A corroso externa pode ser reduzida a limites seguros com a limpeza freqente dos tubos e com a manuteno da temperatura de sada dos gases acima dos limites de condensao do vapor dgua e mantendo a temperatura da gua de alimentao acima de certos valores mnimos. DETERIORAO MECNICA: o aparecimento de trincas que podem levar ruptura, devido fadiga trmica, fluncia, choques trmicos, exploses na cmara de combusto etc. GUA DE ALIMENTAO PARA CALDEIRAS A alimentao de caldeiras impe a escolha de uma gua cujas caractersticas sejam compatveis com as especificaes do equipamento, sendo sempre uma gua de maior pureza, quanto maior for a presso de trabalho da caldeira. A gua considerada ideal para alimentao de caldeiras aquela que no deposita nenhuma substncia incrustante, no corri os metais da caldeira e seus acessrios e no ocasiona arraste ou espuma. Evidentemente guas com tais caractersticas so de difcil obteno, sem que antes haja um pr-tratamento que permita reduzir as impurezas a um nvel compatvel, de modo a no prejudicar o funcionamento da caldeira. Tratamentos usuais Desmineralizao da gua por meio de resinas catinicas e aninicas; Desaerao mecnica da gua por intermdio de desaeradores trabalhando com vapor em contracorrente; Desaerao qumica da gua usando sulfito de sdio catalisado ou hidrazina;

24

CETTPS

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

Correo do pH da gua para a faixa alcalina, a fim de evitar corroso cida e acelerar a formao do filme de xido de ferro protetor; Tratamento do vapor condensado para neutralizar cido carbnico e eliminar ataque ao ferro pelo cobre e nquel; Em caldeiras de baixa presso, com temperaturas inferiores a 200C pode-se eliminar a desmineralizao e desaerao em muitos casos, no dispensando, todavia, o uso de gua clarificada.

PERMUTADORES DE CALOR Permutadores de calor so equipamentos em que dois fluidos com temperaturas diferentes trocam calor atravs de uma interface metlica. Esta troca trmica empregada para atender s necessidades do processo e/ou economizar a energia que seria perdida para o ambiente. No processo de troca trmica pode haver ou no mudana de fase (condensao ou evaporao) dos fluidos envolvidos.

CLASSIFICAO GERAL DOS PERMUTADORES QUANTO FINALIDADE PERMUTADORES PARA AQUECIMENTO AQUECEDOR OU PREAQUECEDOR (heater, preheater) Aquece um fluido do processo, recebendo calor sensvel normalmente de vapor dgua, ou de outro fluido quente disponvel. Pode haver ou no condensao do fluido quente. REFERVEDOR (reboiler) Vaporiza um lquido, recebendo calor normalmente de vapor dgua, ou de outro fluido quente disponvel. Opera em conjunto com torres de processamento, vaporizando parte dos seus produtos de fundo.

25

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

GERADOR DE VAPOR (steam generator) Gera vapor dgua, recebendo calor de outro fluido quente disponvel no processo. PERMUTADORES PARA RESFRIAMENTO RESFRIADOR (cooler) Resfria fluidos do processo, cedendo calor para gua. CONDENSADOR (condenser) Condensa vapores, cedendo calor para gua. empregado para recuperao de vapores de colunas de destilao, bem como para condensao do vapor exausto de turbinas, reduzindo a presso de descarga das mesmas. PERMUTADOR OU INTERCAMBIADOR ( exchanger) Troca calor entre dois fluidos de processo. Aproveita a energia de um fluido que precisa ser resfriado e a transfere para outro que necessita ser aquecido, reduzindo perdas e melhorando o rendimento energtico da unidade. TIPOS CONSTRUTIVOS DE PERMUTADORES DE CALOR Os permutadores de calor em unidades de processo, notadamente refinarias, devem atender a exigncias de grandes vazes dos fluidos e/ou condies severas de temperatura e presso. Os tipos mais utilizados so: CASCO E TUBOS TROCADORES TIPO TUBO DUPLO OU BITUBULARES RESFRIADORES A AR TROCADORES DE PLACAS PERMUTADORES ESPIRAIS Na escolha dos tipos de permutador entram fatores como caractersticas dos fluidos, custo, facilidade de manuteno e a experincia do projetista. Apenas alguns dos tipos (e subtipos) apresentados so amplamente utilizados. Os de casco e tubos so o principal tipo de permutador encontrado em refinarias e sero tratados com mais detalhes

DESCRIO GERAL Resumidamente, consiste em um casco que contm no seu interior um feixe de tubos. Um dos fluidos passa pelo casco (fluido do lado casco) e o outro pelo feixe de tubos (fluido do lado tubos), sendo a troca trmica realizada atravs das paredes dos tubos do feixe. CASCO E TUBOS ( SHELL AND TUBE)

26

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

PARTES PRINCIPAIS Feixe de tubos um conjunto de tubos presos por suas extremidades a duas placas, denominadas espelhos. O feixe atravessa chapas metlicas chamadas de chicanas, colocadas espaadamente entre os espelhos e fixadas por tirantes, visando evitar a flexo dos tubos e melhorar a troca trmica, o que aumenta o tempo de residncia e a turbulncia do fluido que passa no casco. Os tubos so fabricados de diversas ligas de materiais metlicos ferrosos e no-ferrosos. Podem ser dos seguintes tipos: Lisos So os mais usados, de 3/4 a 2 e espessuras BWG Aletados Para aplicaes especficas

27

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

VARIOS TIPOS DE PERMUTADORES DE CALOR

28

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

Tubos dobrados em U 29

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

Para uso com cabeotes de retorno. Deseja-se obter o maior nmero possvel de tubos na seo do casco e, ao mesmo tempo, prover espao para a passagem do fluido no casco. A disposio dos tubos no feixe pode ser: Passo triangular Melhora a troca, mas s usado para fluidos limpos Passo quadrado Usado em refinarias devido facilidade de limpeza externa.

As chicanas podem ser de trs tipos: De orifcios anulares Tipo disco e anel Segmentadas CASCO E CABEOTES O casco, normalmente cilndrico, o invlucro do permutador, envolvendo o feixe de tubos e o fluido que passa por fora destes (do lado casco). O casco fechado nas extremidades pelos cabeotes, que formam com os espelhos cmaras de entrada e sada do fluido do lado tubos. Os cabeotes so denominados de estacionrio e de retorno, pois o fluido do lado tubos pode ter mais de uma passagem, indo e voltando pelo feixe, e um dos cabeotes teria a funo de promover o retorno do fluido. Quando os dois fluidos percorrem o permutador na mesma direo, diz-se que esto em paralelo, e quando em direes opostas, diz-se que esto em contracorrente. Este ltimo o fluxo normalmente utilizado.No fluxo em contracorrente, a temperatura do fluido frio pode ultrapassar a menor temperatura do fluido quente, o que no pode ocorrer no fluxo em paralelo. O casco pode ser construdo a partir de tubos com at 24 de dimetro nominal, ou de chapas calandradas e soldadas a partir de 13 de dimetro. Fabricados normalmente em ao-carbono, tambm podem ser feitos em aoliga e ligas de alumnio, quando de tubo, e em ao-liga, ligas de nquel e ligas de cobre, quando de chapa. O casco possui dois ou mais bocais para entrada e sada do fluido do lado casco, e os cabeotes tm bocais para entrada e sada do fluido do lado tubos. Se um dos cabeotes de retorno, ento este no possui bocal. Os bocais de entrada e sada ficam no cabeote estacionrio. CLASSIFICAO GERAL DOS PERMUTADORES CASCO E TUBOS A Tema (Tubular Exchanger Manufactors Association) publica normas para projeto e construo de permutadores de casco e tubo. Estas especificaes servem para trs classes de permutadores: Classe R Para condies severas de processamento de petrleo e produtos qumicos, servios rigorosos, em que se deseja obter segurana e durabilidade. Classe C Para condies moderadas de operao, tendo em vista a mxima economia e o mnimo tamanho, condizentes com as necessidades de servio. Classe A 30

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

Para condies severas de temperatura e fluidos altamente corrosivos. Os permutadores so classificados pela Tema de acordo com a forma dos cabeotes e do casco. A determinao das formas, a indicao do dimetro nominal do casco e o comprimento dos tubos caracterizam um permutador. Tipos de cabeote estacionrio A - Tampo e carretel removveis B - Tampo boleado C - Feixe de tubos removveis e carretel integrado ao espelho e tampo removvel D - Especial para alta presso Tipos de casco E - Uma passagem F - Duas passagens com defletor longitudinal G - Fluxo dividido por defletor H - Fluxo duplamente dividido por defletores I - Fluxo dividido G - Caldeira (ketle) Tipos de cabeote de retorno L - Espelho fixo igual ao cabeote estacionrio A M - Espelho fixo igual ao cabeote estacionrio B N - Espelho fixo igual ao cabeote estacionrio C P - Cabeote flutuante engaxetado externamente S - Cabeote flutuante com anel bipartido T - Cabeote flutuante com tampo preso no espelho U - Tubo em U W - Cabeote flutuante engaxetado internamente Os tipos A e B podem ser retirados sem mexer no resto do equipamento, o que no acontece com C e D. Os tipos A e C permitem inspeo dos tubos sem a remoo de todo o cabeote, o que no acontece com o tipo B. O tipo C solidrio ao feixe de tubos. Em refinarias, os cascos do tipo E so os mais comuns. Os de fluxo dividido (G, H e J) so usados para diminuir a perda de carga do fluido no casco. E os de tipo K so muito utilizados como refervedores e refrigeradores. Os cabeotes flutuantes ou para tubos em U (S, T e U) so utilizados para grandes diferenciais de temperatura. Os de cabeotes de retorno engaxetados (P e W) no so usados em refinarias. ESCOLHA DO FLUIDO 31

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

No h regras fixas que estabeleam que tipo de fluido deve passar pelos tubos. A escolha do fluido que passa pelos tubos ou pelo casco deve atender s melhores condies para o processo, menor custo de construo e facilidade de manuteno. De maneira geral, passam pelos tubos: Fluidos mais sujos Com depsitos, coque, sedimentos, catalisadores etc. mais fcil remover a sujeira dos tubos do que do casco. Fluidos mais corrosivos Mais econmico usar tubos resistentes corroso do que um casco com a mesma propriedade e mais fcil substituir tubos furados do que o casco. Fluidos com maior presso Porque o casco tem menor resistncia em virtude do seu maior dimetro. Fluidos menos viscosos A menos que a perda da presso deva ser muito baixa. gua de resfriamento Facilidade de limpeza. Fluidos de menor vazo volumtrica Em vista de o casco oferecer mais espao. Entre lquidos de propriedades semelhantes, devem passar pelos tubos aqueles de maior presso e maior temperatura. TROCADORES TIPO TUBO DUPLO OU BITUBULARES Consiste na montagem de dois tubos concntricos. Um fluido passa pelo tubo interno e o outro pelo anel formado entre os dois tubos. Geralmente o tubo interno aletado e so montadas seqncias de trechos retos em srie, unidos por curvas em U. Usado para vazes menores. Veja na foto ao lado algumas das caractersticas apontadas no texto que voc acabou de ler.

RESFRIADORES A AR 32

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

Consistem em serpentinas de tubos com aletas transversais e coletores nas duas extremidades dos tubos. O ar de refrigerao suprido por um ou mais ventiladores, soprado (forado) ou sugado (induzido) na ascendente, passando pelo feixe montado na horizontal. O conjunto instalado em uma estrutura ou sobre a ponte de tubulao (pipe-rack). Veja na foto da pgina acima como so os resfriadores a ar.

TROCADORES DE PLACAS Consistem em um conjunto de placas corrugadas montadas em srie, com gaxetas. Os fluidos trocam calor, passando em contracorrente, alternadamente, pela seqncia de placas. Tm grande eficincia na troca trmica (Figura 19).

PERMUTADORES ESPIRAIS PERMUTADORES ESPIRAIS 33

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

Consistem em duas longas chapas lisas enroladas em torno de canais centrais, criando dois canais espirais concntricos. O fluido quente entra por um canal central, percorrendo um dos canais elpticos at a sada na periferia do casco. O fluido frio entra pela periferia do casco, percorrendo o outro canal elptico at a sada no ltimo canal central, trocando calor em contracorrente. Muito usados para fluidos viscosos ou sujos, como asfalto.

CUIDADOS NA OPERAO Na partida, entra primeiro o fluido mais frio. Se o fluido mais frio est ligeiramente quente, deixa-se o mesmo, ento, entrar de forma lenta. Quanto mais quente o fluido, mais lenta deve ser a sua penetrao no permutador de calor. Na parada, bloqueia-se primeiramente a entrada do fluido mais quente. Se isto no for observado, podem ocorrer vazamentos nos tubos. Tanto na partida como na parada, os permutadores de calor devem ser aquecidos ou resfriados lentamente. Isto em particular importante quando as temperaturas de operao so elevadas. A rpida entrada de um lquido alta temperatura pode provocar desigualdades de expanso nos tubos, causando vazamentos nos mesmos e deformao do feixe. Falhas no suprimento de gua para um resfriador podem trazer srias conseqncias. Quando o fluido a resfriar muito quente, a interrupo da gua provoca um grande aquecimento do equipamento. Se a gua voltar, ento, a circular, haver um resfriamento brusco do permutador. Esta mudana rpida de temperatura afrouxa parafusos e abre as juntas. Deve-se sempre drenar a gua de um refervedor ou aquecedor para evitar o fenmeno chamado martelo hidrulico, que ocorre conforme descrito a seguir. Suponha gua acumulada nos tubos do refervedor. Abrindo-se a vlvula do vapor dgua, este vai conduzir a gua a uma grande velocidade at encontrar um obstculo, onde provoca um violento choque. Este impacto severo, o martelo hidrulico, pode causar ruptura do material. ATEN0 34

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

Permutador sujo e condies de operao diferentes daquelas para as quais o permutador de calor foi projetado provocam perda de eficincia na troca trmica MANUTENO A eficincia do permutador de calor depende da limpeza dos tubos. Durante a operao so acumulados, dentro e fora dos tubos, depsitos de sais, oxidao, coque, areia, p de coque, folhas, fibras vegetais, camadas de graxa, corpo de microorganismos etc., prejudicando grandemente a troca de calor e a perda de carga do fluido. O permutador de calor que durante a operao diminui sua eficincia deve ser inspecionado e limpo durante a parada da unidade, ou mesmo imediatamente, caso seja possvel. PRINCIPAIS PROCESSOS DE LIMPEZA Limpeza por gua em contracorrente Para condensadores e resfriadores que utilizam gua salgada no tratada como fluido refrigerante. O processo consiste em inverter o fluxo dgua nos tubos, com o equipamento em operao, possibilitando a remoo dos detritos presos aos tubos, atravs de dreno apropriado. Limpeza por vapor (steam out) O permutador de calor retirado de operao sem ser desmontado. Alinha-se vapor pelo casco e pelos tubos, de forma a entrar por um respiro e carregar a sujeira por um dreno. Este mtodo eficiente para remover camadas de graxa ou depsitos nos tubos e no casco do permutador. Limpeza qumica Consiste na circulao, em circuito fechado, de uma soluo cida adicionada de um inibidor de corroso. A soluo desagrega os resduos, e o inibidor impede o ataque do metal pela soluo. Aps a limpeza, feita a neutralizao mediante tratamento com uma soluo alcalina fraca, seguido de abundante circulao de gua. Limpeza mecnica O pessoal de manuteno desmonta os carretis. Camadas de graxa, lama e sedimentos podem ser removidos dos tubos por meio de arames, escovas ou jatos dgua. Se os tubos esto entupidos por sedimentos muito agregados, ento so usadas mquinas perfuratrizes. Estas constam, essencialmente, de um eixo metlico que, girando dentro dos tubos, expulsa os detritos. Testes Aps a parada para inspeo e manuteno dos permutadores de calor, h necessidade de submet-los a teste de presso a fim de verificar a resistncia mecnica das juntas soldadas, da mandrilagem dos tubos nos espelhos e a estanqueidade dos dispositivos de vedao. Os testes de presso podem ser efetuados com gua (hidrosttico). Quando isso no for possvel, poder ser feito o teste pneumtico. As presses de teste so definidas pelo cdigo 35

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

ASME. O casco e o feixe devero ser testados separadamente. No teste do casco, podero, em geral, ser localizados os seguintes vazamentos: MANDRILAGEM DOS TUBOS JUNTA ENTRE CASCO E ESPELHO FIXO TUBOS CASCO E SUAS CONEXES O teste do feixe permite, geralmente, localizar vazamentos nos seguintes pontos: JUNTA DA TAMPA DO CARRETEL JUNTA ENTRE CARRETEL E ESPELHO FIXO JUNTA DA TAMPA FLUTUANTE CARRETEL, SUA TAMPA E CONEXES TANQUESObserve a foto e leia o texto.

Os tanques armazenam os diversos produtos envolvidos na produo em uma unidade de processo, da presso atmosfrica at baixas presses (aproximadamente 15 psig). Neles so estocadas: MATRIAS-PRIMAS - Em grandes quantidades para garantir o suprimento das plantas

36

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

PRODUTOS INTERMEDIRIOS - Produtos finais para algumas unidades e matria-prima para outras so estocados para que no seja necessria a operao conjunta PRODUTOS FINAIS - Estocados, esperando distribuio para os consumidores. Portanto, como podemos observar, os tanques so fundamentais para permitir boa flexibilidade para as operaes e garantir a continuidade do processamento de petrleo. CLASSIFICAO QUANTO FUNO TANQUES DE ARMAZENAMENTO - Estoque de matrias-primas e produtos acabados presso atmosfrica TANQUES DE RECEBIMENTO - Estoque de produtos intermedirios TANQUES DE RESDUO - Armazena produtos fora de especificao ou provenientes de operaes indevidas, aguardando reprocessamento TANQUES DE MISTURA - Usados para obteno de misturas de produtos, ou produtos e aditivos, visando ao acerto de especificao CLASSIFICAO QUANTO AO TIPO Os tanques podem ser classificados quanto ao fundo, ao costado e ao teto. CLASSIFICAO QUANTO AO TIPO DE FUNDO PLANO CURVO ESFEROIDAL CNICO CNICO INVERTIDO INCLINADO CLASSIFICAO QUANTO AO TIPO DE COSTADO CILNDRICO ESFEROIDAL CLASSIFICAO QUANTO AO TIPO DE TETO TANQUES DE TETO FIXO

Normalmente possuem uma estrutura de sustentao do teto que varia em funo do seu tamanho. Tipos: cnico, curvo, em umbrela (guarda-chuva), esferoidal e semi-esferoidal. O tipo de teto fixo mais utilizado em refinarias de petrleo o cnico (voltado para cima com o vrtice no centro), sendo utilizado somente para os derivados de petrleo mais pesados (asfalto, parafina, leo combustvel, diesel etc.) e para produtos qumicos (soda custica, amnia etc.). TANQUES DE TETO FLUTUANTE

37

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

O teto flutua sobre o produto armazenado, evitando a formao de espaos de vapor. Existem os seguintes tipos: duplo e com flutuador. H uma folga entre o costado e o teto para permitir sua movimentao, que preenchida pelo selo de vedao, a fim de evitar perdas por evaporao. Os tanques de teto flutuante so utilizados para armazenamento de produtos com fraes leves (petrleo, naftas, gasolinas etc.). Observe na foto abaixo as principais caractersticas dos tanques que armazenam os diversos produtos envolvidos na produo em uma unidade de processo.

Principais acessrios RESPIRO - Tanques de teto fixo possuem uma conexo no teto, com ou sem vlvula, aberta para a atmosfera. Ela evita a formao de vcuo durante as operaes de esvaziamento ou sobrepresso durante as operaes de enchimento. VLVULA DE PRESSO E VCUO - Ela tem a funo de evitar a formao de vcuo, admitindo ar, ou a sobrepresso, liberando os gases. Pode atuar devido a variaes de nvel durante as operaes de enchimento ou esvaziamento, ou a variaes de temperatura (aquece-se ao sol e resfria-se noite). obrigatria para tanques de teto fixo e opcional para tanques de teto flutuante. Alguns tanques pequenos de teto fixo possuem um sistema que evita a formao de vcuo. Esse sistema usado quando h possibilidade de formao de misturas combustveis dentro do tanque.

38

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

Normalmente esses tanques armazenam produtos no-inflamveis, que no entanto podem estar contaminados por pequenas quantidades de hidrocarbonetos. AGITADOR - Ele tem por finalidade movimentar o produto, a fim de homogeneizar a temperatura em fluidos aquecidos, e a composio em misturas. Normalmente a homogeneizao feita pela agitao do produto por meio de ps, acopladas a um eixo acionado por motor eltrico (produtos de baixa viscosidade, como, por exemplo: gasolina, querosene, leo diesel). Para os produtos com alta viscosidade (leo combustvel, asfalto) a homogeneizao realizada por Jet-Mix, que provoca um turbilhamento circular por presso no interior do tanque. Funciona a partir da suco de uma bomba especfica, com retorno por uma tubulao de descarga ao prprio tanque, onde sofre acentuada reduo de dimetro levemente direcionada para o alto. SISTEMA DE AQUECIMENTO - utilizado para aumentar a fluidez de alguns produtos de petrleo sujeitos ao aumento excessivo da viscosidade ou at mesmo solidificao, em temperatura ambiente. Esse aquecimento feito atravs de serpentinas de vapor, feixes tubulares, baionetas etc. ISOLAMENTO TRMICO - Sua finalidade diminuir a perda de calor nos tanques de produtos aquecidos. Normalmente, em funo do alto custo do investimento e da manuteno, so isolados apenas os tanques de asfalto e resduos de vcuo, pois operam em alta temperatura. SISTEMA DE MEDIO - Este sistema visa ao controle do nvel dos tanques e de outras variveis importantes, como volume, temperatura, presso etc. Os tanques das reas de transferncia e estocagem normalmente so dotados de sistemas modernos de medio de nvel, como medio por radar, para o controle preciso do inventrio de produtos da unidade.

MATERIAIS O material mais empregado na fabricao de tanques de armazenamento o ao-carbono. O emprego de outros materiais raro. Contudo, encontram-se tanques de pequeno porte de alumnio e ao inoxidvel, e de polmeros especiais para produtos qumicos diversos. Tendo em vista a corroso atmosfrica do ao em ambiente industrial, a corroso em contato com o fluido armazenado, gua acumulada no fundo etc., os tanques so sempre revestidos externa e internamente com pintura ou pelculas protetoras adequadas. DIQUES A finalidade do dique conter um possvel vazamento grande, com ou sem incndio, evitando dessa forma que se alastre para outras reas. Por norma de segurana, todos os tanques destinados a armazenar produto inflamvel, txico ou qumico so dotados de diques. O volume do dique tem que ser, no mnimo, igual ao do tanque. Ptio de Tanques

39

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

TURBINAS

40

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

TURBINAS A VAPOR A turbina um motor rotativo que converte em energia mecnica a energia de uma corrente de gua, vapor dgua ou gs. O componente bsico da turbina o rotor, que conta com paletas, hlices, lminas ou cubos colocados ao redor de sua circunferncia, de forma que o fluido em movimento produza uma fora tangencial que impulsiona a roda, fazendo-a girar. Essa energia mecnica transferida atravs de um eixo para movimentar uma mquina, um compressor, um gerador eltrico ou uma hlice. As turbinas se classificam, de acordo com o acionamento, como hidrulicas, a vapor ou de combusto. A turbina a vapor atualmente a mais usada entre os diversos tipos de acionadores primrios existentes na indstria. Uma srie favorvel de caractersticas concorreu para que a turbina a vapor se destacasse na competio com outros acionadores primrios, como a turbina hidrulica, o motor de combusto interna, a turbina a gs. CONCEITO As turbinas a vapor so equipamentos acionadores cuja funo transformar energia trmica em energia mecnica para acionar outro equipamento, como bombas, compressores, geradores etc. Quando o vapor, pela sua expanso, empurra diretamente o pisto de uma mquina alternativa, a energia trmica desse vapor convertida em energia mecnica diretamente. Numa turbina, essa mesma transformao conseguida em duas etapas. Na primeira etapa a energia interna do vapor convertida em energia cintica. O vapor, ao escapar por um bocal de perfil especial (expansor), forma um jato de alta velocidade. Na segunda etapa a fora do jato produz trabalho mecnico. Conforme a ao do jato de vapor, as turbinas podem ser de impulso ou de reao. Princpio de ao ou impulso - O vapor expandido no bocal (fixo) exerce uma fora sobre uma palheta ou cunha montada na periferia de um rotor, que gira sob efeito desta fora. Princpio de reao - O bocal montado na periferia de um rotor e a fora do escapamento do vapor, expandindo-se, gera uma reao que faz girar bocal e rotor. A rigor, no existem turbinas somente de ao ou somente de reao. Todos os tipos comerciais usam uma combinao dos dois princpios, pois na prtica invivel construir uma mquina que funcione segundo apenas um dos princpios. TIPOS Turbinas de ao - So turbinas em que predomina a fora de impulso. Os estgios delas podem ser de dois tipos: ESTGIO RATEAU (DE PRESSO) - Se for o primeiro estgio da turbina, compreende um arco de expansores e um rotor de palhetas mvel. Se for um estgio intermedirio, compreende um anel de palhetas estacionrio (expansoras) e um rotor de palhetas mvel. O arco de expansores e o anel de palhetas estacionrio reduzem a presso, aumentando a velocidade. Os rotores de palhetas mveis so acionados, reduzindo a velocidade do vapor. ESTGIO CURTIS (DE VELOCIDADE) - Compreende um arco de expansores e geralmente duas fileiras de palhetas em um nico disco mvel, intercaladas por um anel de palhetas guias

41

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

estacionrio. O arco de expansores reduz a presso, aumentando a velocidade. Os rotores de palhetas mveis so acionados, reduzindo a velocidade do vapor. As palhetas guias no alteram presso nem velocidade do vapor, apenas orientam o fluxo para que os esforos no segundo rotor sejam semelhantes aos esforos no primeiro. Em um estgio de velocidade (Curtis), conseguimos aproveitar um grande salto de entalpia, o que significa dizer de presso e de temperatura, embora com algum prejuzo da eficincia. O estgio Curtis tem duas aplicaes caractersticas: Estgio nico de mquinas de pequena potncia, obtendo uma mquina compacta, de baixo custo inicial, com algum prejuzo na eficincia. Primeiro estgio de mquinas de grande potncia, que recebem usualmente vapor a alta presso e a alta temperatura. vantajoso para o projeto mecnico da mquina que o vapor logo no primeiro estgio sofra uma grande queda de entalpia. Observe na Figura os tipos de estgios das turbinas de ao. TURBINAS DE AO TIPOS DE ESTAGIOS

TURBINAS DE REAO So turbinas em que predomina a fora de reao. Possuem estgio do tipo Parsons. Elas compreendem um disco de palhetas estacionrio e um disco de palhetas mvel. Como as turbinas de estgio nico so sempre turbinas de ao (Curtis), o uso dos estgios de reao restringe-se aos estgios intermedirios e finais das turbinas de reao de estgios mltiplos. Observe na Figura abaixo os tipos de estgios das turbinas de reao. TURBINAS DE REAO TIPOS DE ESTGIOS

42

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

OUTRAS CLASSIFICAES DE TURBINAS Segundo o nmero de estgios Simples Multiestgios Segundo a direo do fluxo de vapor Axial Radial Helicoidal Em unidades industriais o vapor classificado em trs classes de energia: VAPOR DE ALTA ENERGIA Temperatura entre 450 e 500C e presso entre 85 e 110kgf/cm2, usado em turbinas de grande potncia VAPOR DE MDIA ENERGIA Temperatura entre 260 e 290C e presso entre 16 e 18kgf/cm2, usado em turbinas de pequena potncia VAPOR DE BAIXA ENERGIA Tem temperatura entre 120 e 150C e presso entre 3 e 5kgf/cm2, no usado para turbinas Em turbinas de grande potncia a admisso ser sempre de vapor de alta energia, e a exausto poder ser de mdia energia ou condensao total. Em turbinas de pequena potncia a admisso ser sempre de vapor de mdia ou alta energia, e a exausto ser de baixa energia. Segundo a presso do vapor na exausto TURBINAS DE CONTRAPRESSO Quando o vapor de descarga tem presso superior atmosfrica

43

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

TURBINAS DE CONDENSAO Quando o vapor de descarga tem presso inferior atmosfrica. Neste caso a sada da turbina ligada a um condensador para gerar vcuo Vantagens O ciclo trmico a vapor, do qual a turbina parte integrante, apresenta rendimentos bastante satisfatrios, quando comparados com os ciclos trmicos de outras mquinas (turbinas a gs e motores de combusto interna), e melhora medida que aumentam a potncia das mquinas, as presses e as temperaturas de gerao de vapor. Em unidades de processo, o aproveitamento da energia liberada pelo combustvel para a gerao do vapor torna-se satisfatrio, pois o calor residual contido no vapor descarregado pela turbina pode ser aproveitado em processos industriais ou para aquecimento geral. So puramente rotativas, atuando de forma direta no elemento rotativo da mquina acionada e variando sua rotao de acordo com a necessidade Devido facilidade de controle e possibilidade de variao da velocidade, realizada pelo governador, so de operao simples, precisas e confiveis. Mesmo em potncias elevadas, no apresentam dificuldades relacionadas com sua partida, a no ser a necessidade de se permitir um aquecimento e dilatao uniformes nas mquinas. Os impulsos aplicados pelo vapor nas palhetas das turbinas so regulares e constantes, resultando em um funcionamento extremamente suave da mquina. Se a carga acionada mantida constante, o torque aplicado no acoplamento da turbina ser bastante uniforme So mquinas de alta rotao (3.500 a 6.000rpm), ideais para acionar bombas e compressores centrfugos No h lubrificao interna, sendo o vapor exausto da turbina isento de leo, dispensando procedimentos de filtragem e separao do vapor Devido a esses fatores, suportam campanhas operacionais longas e tm vida til longa. TURBINAS DE USO INDUSTRIAL Os fatores que devem ser considerados na escolha de uma turbina industrial so: Potncia necessria Rotao da mquina acionada Condies inicial e final do vapor Flutuao de carga Eficincia Durabilidade Garantia operacional Em refinarias as turbinas so largamente empregadas, divididas em trs grandes grupos: as de uso geral, as de uso especial e os turbogeradores. TURBINAS DE USO GERAL So mquinas pequenas e compactas, com potncia inferior a 1.000Hp, usadas nos acionamentos de bombas e ventiladores;

44

CETTPS

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

So produzidas em srie, visando obteno de uma mquina de custo inicial menor, compacta, de boa confiabilidade operacional, de construo, operao e manuteno simples, mesmo sacrificando sua eficincia Normalmente recebem vapor de mdia e descarregam com contrapresso So usualmente mquinas de um s estgio de ao de velocidade, podendo ser um estgio de presso em mquinas muito pequenas. Trabalham em baixa rotao a 3.600rpm, ou mais raramente a 1.800rpm.

45

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

TURBINAS DE USO ESPECIAL

Como so essas turbinas?

So mquinas de grande porte sofisticadas, com potncia superior a 1.000Hp, usadas para acionamento de grandes compressores centrfugos. So fabricadas especificamente para cada aplicao, objetivando a maior eficincia e confiabilidade operacional possvel. A importncia da eficincia cresce medida que aumenta a potncia da mquina Normalmente recebem vapor de alta presso e descarregam para condensador. Em alguns casos descarregam para contrapresso So sempre de mltiplos estgios, podendo ser de ao ou reao. Nas mquinas de ao, o primeiro estgio usualmente de velocidade, seguido de vrios estgios de presso. Nas mquinas de reao, o primeiro estgio de ao, normalmente de velocidade, seguido de vrios estgios de reao

46

CETTPS TURBOGERADORES

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

So turbinas que acionam os geradores eltricos existentes nas centrais termoeltricas. Em refinarias e demais indstrias de grande porte, assemelham-se bastante s turbinas de uso especial. Inclusive a potncia dos turbogeradores usualmente prxima potncia das turbinas que acionam os maiores compressores centrfugos em refinarias.

Uma diferena bsica para as de uso especial que os turbogeradores trabalham com rotao baixa e constante (3.600rpm a velocidade usual para gerao de corrente de 60 Hz). Outra que costumam possuir extrao de vapor em um estgio intermedirio, para fornecimento de vapor de mdia presso, ao consumo da indstria Os turbogeradores usados em grandes centrais termoeltricas de servio pblico, por sua vez, possuem caractersticas bastante diferentes. Mas esto fora do nosso escopo

COMPONENTES As partes componentes de uma turbina a vapor so: Carcaa ou estator - o envoltrio da turbina. No seu interior giram o eixo e os discos, ou tambor, e suporta as diversas peas estacionrias, tais como diafragmas (ao), palhetas estacionrias (fixas), bocais, vlvulas, mancais etc. Podem ser fundidas ou de chapas trabalhadas e soldadas, partidas radialmente (turbinas pequenas), ou axialmente (mais usado). Podem ser construdas de ferro fundido, ao fundido, ao-carbono, aos-liga ou aos inoxidveis, dependendo da severidade da aplicao (presso e temperatura). Turbinas de multiestgios que recebem vapor de alta presso tm a carcaa dividida em duas regies: de alta presso e de baixa presso.

47

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

Expansores - Peas de seo varivel que reduzem a presso e aumentam a velocidade do vapor. Para o primeiro estgio das turbinas, so usinados separadamente em ao inoxidvel ferrtico, encaixados e soldados em um arco de expansores. Em estgios intermedirios de turbinas de ao, so montados em um anel de expansores, que sero colocados dentro dos diafragmas. Os expansores podem ser convergentes ou convergente-divergentes. Os convergentes so usados para presses de descarga maiores ou iguais a 55% da presso de admisso. Os convergentedivergentes so utilizados para presses de descarga menores que 55% da presso de admisso. Conjunto rotativo - O conjunto rotativo diferente, dependendo do tipo de turbina. No caso das turbinas de ao, o conjunto constitudo de rotores de ao-carbono ou ao-liga; forjados, usinados e montados no eixo por interferncia e chaveta. Para turbinas de alta rotao e/ou altas temperaturas, onde a montagem poderia apresentar problemas durante a operao, eixo e rotores so uma nica pea forjada e usinada. Na periferia dos rotores so montadas as palhetas. J para as turbinas de reao utiliza-se o tambor rotativo, de sees crescentes da admisso para a descarga, em pea nica ou de sees soldadas. As pontas do eixo so prolongamentos do tambor. Na periferia do tambor so montadas as palhetas. Todas as partes principais do conjunto rotativo devem receber balanceamento dinmico individual. O conjunto deve receber balanceado dinmico multiplano durante a montagem, e ser feita verificao e correo do balanceamento a cada adio de dois componentes. Palhetas - So fabricadas de aos-liga especiais, forjadas e usinadas com fino acabamento. Dependendo da configurao dos estgios, formam canais de seo uniforme, orientando adequadamente o fluxo sem turbilhonamento, ou formam canais de seo varivel, atuando como expansoras. As palhetas estacionrias (fixas) podem ser montadas diretamente no estator, ou em anis suportes, que so presos ao estator. As palhetas do conjunto rotativo so removveis, fixadas ao disco do rotor pelo malhete. Em estgios de mdia e alta presso, so presas nas extremidades ao aro de consolidao, pela espiga. Em estgios de baixa presso, so ligadas pelo arame amortecedor nas suas sees intermedirias. Diafragmas - Separam dois discos adjacentes em turbinas de ao multiestgios. Neles so instalados os arcos de expansores intermedirios e final. So constitudos de dois semicrculos montados na carcaa por um sistema de ranhuras, abraando o eixo sem toc-lo. Entre o diafragma e o eixo so instalados os labirintos, fixados no diafragma ou no eixo, que garantem a selagem interna entre os estgios intermedirios. So fabricados em ao inoxidvel ferrtico e em ao-carbono ou ferro fundido nas partes estruturais. Acoplamento - Liga o eixo da turbina ao eixo do equipamento acionado. sempre flexvel e normalmente fornecido pelo fabricante do equipamento acionado. Sistema de vedao - Devido s folgas existentes entre as partes estacionrias e o conjunto rotativo, pode ocorrer o escapamento de vapor das zonas de alta presso para as de baixa presso ou a entrada de ar em turbinas de condensao. O escapamento do vapor reduz a potncia til e aumenta o consumo de vapor. A entrada de ar eleva a presso no condensador, e a potncia til tambm reduzida. Os sistemas de vedao so os seguintes:

Labirintos So anis, normalmente bipartidos e montados no estator, dotados internamente de uma srie de aletas circulares, ajustados com o mnimo de folga entre o eixo e a borda das

48

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

aletas. Reduzem o escapamento de vapor pela alta perda de carga ocasionada pela restrio ao fluxo e turbilhonamento causados pelas aletas.

Mista Associao de anis de carvo e labirintos.

OBS.: ANIS DE CARVO Anis de carvo so anis tripartidos fixados ao estator, mantidos juntos ao redor do eixo pela ao de uma mola helicoidal de trao. Sofrem desgaste e devem ser usados para baixas velocidades perifricas Nas sadas do eixo pode-se adotar os trs sistemas. Nos interestgios usam-se os labirintos. Em turbinas de uso geral, utilizam-se anis de carvo devido simplicidade construtiva e ao baixo custo, apesar da necessidade de substituio peridica. Em turbinas de uso especial, multiestgios, devido preocupao com eficincia e com confiabilidade e continuidade operacional, usam-se labirintos nas selagens internas e externas (eixos), na extremidade das palhetas fixas e palhetas mveis nos estgios de reao, assim como entre o eixo e diafragmas nos estgios de ao. No caso das turbinas de condensao, para evitar a entrada de ar, pode se injetar vapor com presses ligeiramente superiores presso atmosfrica nas selagens de baixa presso. SISTEMA DE APOIO Apia o eixo e suporta os esforos radiais e axiais que atuam sobre conjunto rotativo. Garante tambm as folgas entre as partes mveis e estacionrias. composto por mancais radiais (de apoio), axiais (de escora) ou mistos (combinao apoio e escora). Os mancais podem ser de rolamento ou de deslizamento. Os de rolamento so empregados para condies de cargas moderadas. Os de deslizamento so adotados para condies de cargas severas. Os mancais de apoio suportam todos os esforos radiais do conjunto rotativo. Normalmente so utilizados dois mancais nas extremidades do eixo. Em alguns casos de turbinas de baixa potncia, os dois mancais ficam de um lado da carcaa com o conjunto rotativo em balano (como em bombas centrfugas). No caso de baixas potncias (at 100Hp) podem ser encontrados mancais de rolamentos. Em geral so usados mancais de deslizamento com canais para lubrificao, com lubrificao por reservatrio de leo de nvel constante para turbinas de uso geral, e lubrificao forada para turbinas de uso especial. Os mancais de escora resistem aos esforos axiais do conjunto rotativo. Em turbinas de ao estes esforos so reduzidos e em turbinas de reao eles so considerveis. Em turbinas de uso geral, de ao e baixa potncia, o mancal de escora resume-se a apenas um rolamento. Em turbinas de uso especial utilizam-se sempre mancais de deslizamento com lubrificao forada do tipo kingsbury. SISTEMA DE CONTROLE O controle em turbinas pode ser empregado para: Manter a rotao, no caso de acionamento de geradores eltricos Manter estvel presso de descarga de compressores ou bombas acionadas Manter constante a presso de sada do vapor nas turbinas de contrapresso Normalmente o controle feito na admisso de vapor para a turbina, pela vlvula de admisso de vapor. Estas vlvulas so comandadas por dispositivos denominados governadores, para ajuste de velocidade automtico, pela presso na descarga da turbina, para ajuste da contrapresso, ou pela presso na descarga dos equipamentos acionados. feito tambm na extrao, quando houver, por uma vlvula de extrao.

49

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

VLVULAS DE CONTROLE DE ADMISSO Em turbinas de uso especial usam-se mltiplas vlvulas em paralelo (vlvulas de sobrecarga). Cada vlvula alimenta um grupo de expansores diferente, podendo ser fechadas total ou parcialmente, ficando, em casos de vazo baixa, apenas um grupo de expansores com a vlvula aberta. Permitem um controle mais preciso. Em turbinas de uso geral utiliza-se uma nica vlvula de controle na admisso, para todos os grupos de expansores. Em vazo baixa, esta ser dividida por todos os expansores, deslocando a operao do ponto de maior eficincia. Porm, so mais simples e baratas que as mltiplas. GOVERNADORES Os governadores mecnicos ou de massas oscilantes consistem basicamente em dois pesos articulados, que giram a uma velocidade igual ou proporcional turbina e atuam contra a presso de uma mola (que d o ajuste da velocidade desejada). Se a velocidade da turbina aumenta, os pesos articulados se abrem, movimentando a haste no sentido de fechar a vlvula de admisso. Se a velocidade diminui, os pesos se fecham, abrindo a vlvula de admisso. So simples e baratos, porm de resposta lenta e no permitem a variao da fora de acionamento. Indicados para turbinas de uso geral. J os governadores mecnico-hidrulicos utilizam sistemas hidrulicos diversos, dependendo do fabricante, para interferir no sistema massasmola, alterando sua regulao inerente (mola), assim como ampliar sua fora de acionamento. Podem possuir ainda ajuste de velocidade local ou remota e ajuste da regulagem e limitao da carga. Melhoram a preciso, velocidade de resposta, confiabilidade e fora de atuao. Mais indicados para turbinas de servios especiais. Os governadores hidrulicos substituem os sistema massas-mola por uma bomba de leo acionada, direta ou proporcionalmente, pelo eixo da turbina. A variao da velocidade do eixo da turbina altera a presso de descarga da bomba, que atua diretamente no atuador da vlvula de admisso. Possuem regulao inerente dada pelas molas do atuador e ajuste de velocidade local ou remoto, por meio de vlvulas agulha instaladas no circuito de leo. So tambm precisos e confiveis, indicados para turbinas de servios especiais. Os governadores com servomotores hidrulicos recebem um sinal de um controlador e acionam diretamente as vlvulas de admisso. VLVULAS DE CONTROLE DE EXTRAO Algumas turbinas possuem retirada parcial de vapor (extrao), em um estgio intermedirio entre a de admisso e a de descarga, a uma presso intermediria que pode variar com as condies de operao da turbina. Como normalmente se deseja uma presso constante na sada da extrao para uso no processo ou no acionamento de mquinas menores, instalada uma vlvula controlada pela presso do vapor extrado, sendo denominada de extrao automtica. Nos casos em que a vlvula no necessria, so denominados de extrao no-automtica. SISTEMA DE SEGURANA Existem diversos sensores e dispositivos que podem ser instalados para garantir a segurana da operao da turbina, dos equipamentos acionados e da unidade onde estes operam. O acionamento pode ser manual ou automtico, local ou remoto, atuando como alarme e/ou corte. Entre os problemas temos: Alta velocidade Vibrao excessiva Deslocamento axial do conjunto rotativo Baixa presso de leo Nvel de leo alto ou baixo

50

CETTPS

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

Alta temperatura nos mancais Alta temperatura do vapor de sada Alta presso do vapor de descarga Alta presso do vapor de extrao Baixa vazo de vapor na admisso Baixa vazo de vapor exausto

SISTEMA DE LUBRIFICAO A lubrificao de mancais de turbinas de uso geral feita por anel pescador, com reservatrio na prpria caixa do mancal. Com potncias elevadas, pode ser necessrio um sistema pressurizado com reservatrio externo. A lubrificao de mancais de turbinas de uso especial feita sempre por sistema pressurizado com reservatrio externo. As bombas de leo devem trabalhar afogadas e ter acionamento independente da turbina. Deve haver um par de resfriadores de leo, um como reserva, com indicao de temperatura na entrada e na sada, alm de um par de filtros de leo, um como reserva, com indicao de presso na entrada e na sada, e visores de fluxo no retorno de leo, entre outras recomendaes. OPERAO DE TURBINAS A VAPOR A operao de uma turbina a vapor depende do tipo de turbina, do servio para o qual ela foi selecionada e o sistema no qual a mquina acionada est instalada. Deve-se observar cuidadosamente os dados e procedimentos definidos no manual de instalao, de operao e de manuteno fornecido pelo fabricante, bem como manuais de operao da unidade. Sero apresentados aqui passos bsicos para uma viso global da operao de turbinas a vapor. A operao compe-se das fases de partida, acompanhamento e parada. Na pr-operao de turbinas, principalmente nas de usos especiais, deve-se observar:

Preparao dos sistemas auxiliares: vapor, condensado, vapor de selagem, gua de refrigerao, lubrificante e instrumentao Teste de desempenho mecnico com a turbina desacoplada Teste de desempenho mecnico com a turbina acoplada Teste de performance

Isso deve ser feito com o aumento lento de velocidade e observao dos itens de controle e segurana. A partida pode ser manual ou automtica. Para partida manual necessrio observar os seguintes passos: Garantir lubrificao adequada Garantir circulao da gua de refrigerao Drenar condensado em todos os pontos durante o aquecimento Armar segurana Abrir vlvula de exausto Inicializar condensador e vapor de selagem, caso necessrio Aquecer Colocar em giro lento usando desvio (by-pass) da vlvula de admisso Verificar operao do governador Partir, abrindo a vlvula de admisso e fechando o desvio

51

CETTPS -

Centro de Estudos Tcnicos Profissionalizante Ltda.

ASSESSORIA E CONSULTORIA TCNICA EM GESTO DA EDUCAO PROFISSIONAL

Para colocar uma turbina a vapor em condies de partida automtica, necessrio observar os mesmos passos da partida manual. O acompanhamento visa detectar anormalidades e evitar que uma condio operacional inadequada se torne uma falha mecnica, ou uma falha mecnica se agrave a ponto de danificar severamente o equipamento e/ou causar acidentes. Ele acontece por meio da observao e interveno do operador, com uso de instrumentos portteis de monitoramento (como medidores de vibrao, medidores de temperatura, avaliadores de rudo e detectores de vazamentos), assim como do uso dos instrumentos residentes de monitoramento e proteo. As determinaes de uso destes mtodos so em funo da importncia do equipamento e da poltica de operao e automao da empresa.

52