Partes que Compõem uma Caldeira

Como já apresentamos anteriormente, caldeiras são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor. Agora gostaríamos de falar um pouco sobre os componentes e partes que compõem uma caldeira.

Atualmente as caldeiras, sejam de grande ou pequeno porte, são constituídas de uma associação de componentes, tanto para controle quanto para aproveitamento energético. Abaixo listamos alguns desses componentes que podem ser aplicados às caldeiras, dependendo da sua forma construtiva e combustível utilizado.

1) Sistema de controle de nível e água de alimentação

A medida que vapor é produzido, é necessário repor a água na caldeira. O sinal para a reposição é dado por um “identificador” de nível, que pode ser por eletrodos de condutividade ou por boia.

Esquema de controle de nível e acionamento da bóia

A reposição da água é realizada por bomba (normalmente de alta pressão, multiestágio) de forma contínua ou intermitente, dependendo da automação do sistema de alimentação e do modelo construtivo da caldeira (nível fixo ou nível não-fixo). No caso da alimentação contínua, a bomba é mantida continuamente ligada, sendo seu fluxo regulado por uma válvula moduladora e/ou sistema de controle de rotação da bomba (inversor de frequência). No caso de intermitente, a bomba á acionada quando identificado baixo nível e desligada quando atingido nível máximo. O acionamento dessa bomba pode ser por partida direta, por soft starter ou por inversor de frequência. A melhor aplicação dependerá basicamente do tamanho do motor e da frequência de acionamento.

Esquema de reposição de água de caldeira

Outro acessório importante, pelo menos para as caldeiras de nível de água fixo, é o visor de nível. Este pode conter ou não um eletrodo de condutividade, mas é essencialmente um item de segurança para verificação visual do operador de caldeira quanto ao correto nível de água na caldeira. É um ponto de verificação também durante os processos de partidas e paradas das caldeiras de nível fixo.

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Ilustração de um visor de nível

Em especial para as caldeiras de combustível sólido, é necessária a instalação de um injetor, um sistema auxiliar de injeção de água de reposição da caldeira, movido a vapor, que entra em operação principalmente quando há falha no fornecimento de energia elétrica às bombas de água.

2) Economizador

Item instalado na saída dos gases de exaustão para aproveitar o calor a ser perdido pela chaminé. Pelo economizador passa a água de reposição da caldeira, ou água de alimentação, que é pré aquecida pelo calor dos gases de exaustão antes de entrar na caldeira. Esse elemento é imprescindível quando falamos de eficiência energética em caldeiras à gás.

Ilustração da utilização de um economizador na caldeira

Recomenda-se a instalação desse item em caldeira à gás ou biomassa com gases de exaustão com temperatura superior à 180°C. Na saída do economizador recomenda-se manter a temperatura dos gases de exaustão em torno de 130~150°C para evitar problemas de corrosão do economizador pelo condensado desses gases.

Não é recomendada a utilização de economizadores em caldeira à óleo em função de suas emissões. Na composição de qualquer óleo combustível para caldeiras há alto teor de enxofre (S) que, quando queimado, forma H2S e H2SO4, que é extremamente corrosivo ao economizador.

3) Pré aquecedor de ar

É um componente, que como o economizador, também utiliza o calor sensível dos gases de exaustão, porém para pré aquecer o ar que será utilizado na combustão. E, da mesma forma que o economizador, também afeta a eficiência energética do equipamento.

Quando o ar entra à temperatura ambiente, parte do calor gerado pela combustão é utilizado para aquecer esse ar. Se o mesmo entrar na câmara de combustão à temperatura mais elevadas, o gap de temperatura é menor, reduzindo a quantidade de energia “perdida” para aquecer o ar.

No entanto, é importante salientar que quanto maior a temperatura de entrada do ar de combustão, maior será a taxa de emissão de NOx. Falaremos especificamente sobre os gases de efeito estufa, mas, adiantando o tema, a taxa de emissão de NOx é diretamente proporcional à temperatura da chama, ou seja, a ação de “perder” energia para aquecer o ar pode ser uma estratégia para reduzir o nível de emissões de NOx.

4) Válvulas de segurança

Válvula de segurança é um componente de extrema importância, que merece um post só para ela. Porém, falaremos um pouco aqui, complementando que já falamos aqui.

A instalação da válvula de segurança em caldeiras e vasos de pressão é prevista pela ASME I e pela NR13 aqui do Brasil, sendo considerada por essa última, risco grave e iminente a inexistência da mesma ou sua calibração acima da PMTA do vaso.

Esse é o último componente de segurança da caldeira, quando todos os outros falham, esse dispositivo mecânico entra em atuação. Seu funcionamento básico é abrir à determinada pressão (previamente calibrada) para expurgar o vapor de dentro da caldeira e diminuir sua pressão.

Esquema de uma válvula de segurança

Cada caldeira poder ter uma ou mais válvulas de segurança, dependendo da sua área de troca térmica, de capacidade total somada pelo menos igual a capacidade de produção da caldeira. No caso de mais de uma válvula, essas podem ser de abertura escalonada ou simultânea.

5) Cinzeiro e soprador de fuligem

Esses componentes são utilizados em caldeiras de biomassa (lenha, por exemplo). O cinzeiro é o local onde as cinzas e eventuais restos da combustão se depositam, para serem posteriormente removidas.
Os sopradores de fuligem são acessórios utilizados para remover fuligem que se deposite na área de aquecimento das caldeiras, normalmente, aquatubulares.

Esses são apenas alguns dos componentes que compõem uma caldeira. Optei por destacar os de segurança (alimentação de água e PSV) e os que impactam na eficiência da caldeira (economizador, pré aquecedor de água, soprador de fuligem), mas há diversos outros componentes que também são importantes para a operação de uma caldeira, como o sistema de purga automática, chaminé e queimadores. Pretendemos falar sobre eles em breve.

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Fonte das imagens: Site Spirax Sarco