LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA III CALDEIRAS

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

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

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

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

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

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- RESULTADOS E DISCUSSÃO

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

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

Também foi apresentado pelo operador as outras duas caldeiras a gás. Sua alimentação contava com 4 tanques de 4000 kg de capacidade cada, com GLP. Depois disso, um sistema de pré-aquecimento do gás, já que sua expansão para a caldeira, sem controle, poderia resultar no congelamento da tubulação.

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Figura 4 – Operador mostrando a válvula de alívio de pressão.

Em relação à caldeira a lenha, a caldeira a gás apresenta um bom custo-benefício, pois consegue manter o fogo constante por um sistema automatizado, enquanto que na outra, caso haja a necessidade de desligá-la, por exemplo, deve-se esperar o fogo apagar. Contudo, o gás é mais caro para a obtenção do que a lenha.

Foram notadas diferenças nos processos de produção de vapor pelas caldeiras: na caldeira à lenha são gerados 3 kg de vapor por hora; já as caldeiras a gás geram 15 kg de vapor por hora.

Quanto ao sistema de segurança, foram apresentados a turma sistemas de regulação de pressão, que consistiam em duas válvulas de segurança que abrem automaticamente com a elevação da pressão do sistema. Ao elevar-se até certo ponto, uma das válvulas é acionada. A segunda válvula, somente se houver elevação ainda maior do que a primeira. O isolamento é feito de cimento refratário. Além disso, o sistema conta com uma caixa d’água de 15 m3, caso seja necessário o uso de uma reserva. Para um teste de segurança, o operador demonstrou como funciona a válvula de entrada de água; ao fazer isso, a caldeira liberou grande quantidade de vapor na parte traseira do galpão, onde estava posicionado um tubo para alívio de pressão.

Foi mostrado para a turma a entrada e saída dos gases da caldeira. Para uma maior eficiência, uma alternativa seria o aquecimento do gás de entrada. Com seu consequente aquecimento, a variação de temperatura (ou seja, dessa temperatura de entrada até a saída) seria menor, já que a temperatura de saída seria a mesma. Assim, menos energia seria demandada da caldeira.

O combustível utilizado na caldeira em uso no dia era a queima da madeira. Além disso, havia a caldeira a gás, que não estava em funcionamento. Boas alternativas para a queima da lenha podem ser carvão mineral ou bagaço de cana, por exemplo.

O vapor gerado pelas caldeiras é distribuído de forma a abastecer o Restaurante Universitário, o alojamento feminino, a BioAgro e o próprio DTA.

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Figura 5 – Distribuição dos vapores gerados.

Por questões de segurança, as linhas de distribuição foram revestidas de lá de vidro, envolto também por uma camada de alumínio. Essa técnica de revestimento faz diminuir a perda de energia pela linha.

A respeito do controle ambiental, o setor de geração de vapor do DTA conta com um ciclone, que fora anexado à caldeira que estava desativada no momento da visita.

Outra opção seria adaptação de uma caixa de fumaça na saída da chaminé, a fim de reter materiais particulados, como cinzas e fuligem resultantes