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Caldeiras Aquatubulares

2017-06-12T00:34:38Z

LeonorTeixeira:

''Realizado por:'' Leonor Teixeira e Sérgio Lopes, no âmbito da disciplina de Integração e Intensificação de Processos, pertencente ao Mestrado Integrado em Engenharia Química (Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2016/2017).

== '''Caldeiras Aquatubulares''' ==

As caldeiras aquatubulares são equipamentos destinados à produção de vapor, através do aquecimento de água. Em paralelismo com as caldeiras flamotubulares, a energia fornecida para o aquecimento provém de um processo de combustão, contudo, para uma caldeira aquatubular, a corrente líquida (água) passa no interior dos tubos e os gases de combustão, responsáveis pela sua vaporização, circulam fora.

=== Funcionamento ===

[[Ficheiro:Funcionamento_de_uma_caldeira_aquatubular.png|210px|thumb|left|Figura 1. Esquema geral do funcionamento de uma caldeira aquatubular. <ref name=link1>[http://www.electrical4u.com/water-tube-boiler-operation-and-types-of-water-tube-boiler/~/ ''Electrical4u'', Water Tube Boiler | Operation and Types of Water Tube Boiler.]</ref>]]
De um modo geral, as caldeiras aquatubulares consistem numa fornalha que é trespassada por uma rede de tubos, onde a água é aquecida até, pelo menos, evaporar (Figura 1).
Adotando uma análise mais detalhada, é preciso ter em conta os tambores que compõem estas unidades. Estes são recipientes utilizados para o armazenamento de água e vapor, como ilustra a Figura 2. Nesta imagem, está representada uma caldeira com configuração “horizontal de tubos retos” (''horizontal straight tube''), composta por apenas um tambor e um sistema de tubos. Os tubos encontram-se na zona inferior do equipamento, e atravessam a zona da fornalha em contra-corrente com os gases de combustão. Este escoamento assegura que o aquecimento se dá inicialmente numa zona mais “fria”, sendo a água exposta a temperaturas cada vez mais elevadas ao longo do seu trajeto. Os tubos encontram-se dispostos segundo uma inclinação, que varia entre 5º a 15º <ref>[https://books.google.pt/books/about/Boilers.html?id=I-NSAAAAMAAJ&redir_esc=y/ SHIELDS, Carl D. Boilers: types, characteristics and functions.]</ref>, e a ascensão do fluido é provocada pela diminuição contínua da densidade da água. À saída da rede de tubos, a água é levada para um tambor na zona superior da caldeira, onde a água coexiste em ambos os estados: gasoso e líquido. O vapor é separado naturalmente da água e sai no topo do tambor. A alimentação da água dá-se na zona inferior do tambor, onde, por diferença de densidades, já se encontra a água com temperatura mais baixa. A água “fria” entra novamente no sistema de tubos no interior da fornalha, dando início a um novo ciclo.

[[Ficheiro:Animated-watertubeboiler.gif|300px|thumb|right|Figura 2. Esquema do funcionamento de uma caldeira aquatubular horizontal de tubos retos. <ref name=link1>[http://www.electrical4u.com/water-tube-boiler-operation-and-types-of-water-tube-boiler/~/ ''Electrical4u'', Water Tube Boiler | Operation and Types of Water Tube Boiler.]</ref>]]

=== Vantagens ===

* Elevada capacidade de produção de vapor (superior a 7 ton vapor/h <ref name=link3>[http://inovenergy.inovcluster.pt/media/28452/Estado_da_arte_do_setor_do_frio_por_fileira.pdf/''INOVENERGY'', Eficiência Energética.]</ref>);

* Maior taxa de produção de vapor por unidade de área de transferência de calor;

* Possibilidade de utilização de temperaturas superiores a 450 ºC <ref name=link4>[http://www.world-grain.com/Departments/Feed-Operations/2016/12/Steam-system-and-efficiencies.aspx?cck=1/''WORLD-GRAIN'', Feed Operations: Steam system and efficiencies.]</ref> e pressões acima de 150 psi <ref name=link3>[http://inovenergy.inovcluster.pt/media/28452/Estado_da_arte_do_setor_do_frio_por_fileira.pdf/''INOVENERGY'', Eficiência Energética.]</ref>;

* Limpeza fácil.

=== Desvantagens ===

* Construção mais complexa, com custos superiores;

* Requerem tratamento exigente da água de alimentação.

=== Combustível ===

Existe uma grande variedade de combustíveis que podem ser utilizados pelas caldeiras aquatubulares, como é o caso do gás, carvão, óleo e madeira. Todavia, é de destacar o gás natural como o mais comum, devido a ter bastante disponibilidade, ser barato e oferecer uma "queima limpa". O propano e alguns tipos de óleos são também industrialmente muito usados. É usual uma caldeira utilizar mais do que um tipo de combustível, o que permite que haja produção de vapor mesmo quando existe interrupção de um dos combustíveis, ou em períodos em que seja mais económico a utilização de um combustível secundário. O tipo de combustível influencia o design do equipamento.<ref>[http://www.betterbricks.com/articles/boilers/Boilers./''BETTERBRICKS'', Boilers]</ref><ref>[https://www.alibaba.com/trade/search?fsb=y&IndexArea=product_en&CatId=&SearchText=water+tube+boiler//''Alibaba'', Water tube boiler.]</ref>

=== Custos ===

Uma caldeira aquatubular pode custar até 50% <ref name=link4>[http://www.world-grain.com/Departments/Feed-Operations/2016/12/Steam-system-and-efficiencies.aspx?cck=1/''WORLD-GRAIN'', Feed Operations: Steam system and efficiencies.]</ref> mais que uma caldeira flamotubular de capacidade equivalente. O seu preço ronda as dezenas de milhares de dólares <ref name=link7>[http://www.thermodyneboilers.com/combitherm-three-pass-smoke-cum-water-tube-type-boiler//''THERMODYNE'', Combitherm - Three Pass Smoke Cum Water Tube Type Boiler.]</ref>.

[[Ficheiro:Caldeira aquatubular.png|500px|thumb|center|Figura 3. Caldeira aquatubular da THERMODYNE <ref name=link7>[http://www.thermodyneboilers.com/combitherm-three-pass-smoke-cum-water-tube-type-boiler//''THERMODYNE'', Combitherm - Three Pass Smoke Cum Water Tube Type Boiler.]</ref>.]]

[[Categoria:Utilidades industriais]]

== Referências ==

Ficheiro:Animated-watertubeboiler.gif

2017-06-12T00:33:45Z

LeonorTeixeira:

Caldeiras Aquatubulares

2017-06-12T00:24:20Z

LeonorTeixeira: /* Vantagens */

''Realizado por:'' Leonor Teixeira e Sérgio Lopes, no âmbito da disciplina de Integração e Intensificação de Processos, pertencente ao Mestrado Integrado em Engenharia Química (Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2016/2017).

== '''Caldeiras Aquatubulares''' ==

As caldeiras aquatubulares são equipamentos destinados à produção de vapor, através do aquecimento de água. Em paralelismo com as caldeiras flamotubulares, a energia fornecida para o aquecimento provém de um processo de combustão, contudo, para uma caldeira aquatubular, a corrente líquida (água) passa no interior dos tubos e os gases de combustão, responsáveis pela sua vaporização, circulam fora.

=== Funcionamento ===

[[Ficheiro:Funcionamento_de_uma_caldeira_aquatubular.png|210px|thumb|left|Figura 1. Esquema geral do funcionamento de uma caldeira aquatubular. <ref name=link1>[http://www.electrical4u.com/water-tube-boiler-operation-and-types-of-water-tube-boiler/~/ ''Electrical4u'', Water Tube Boiler | Operation and Types of Water Tube Boiler.]</ref>]]
De um modo geral, as caldeiras aquatubulares consistem numa fornalha que é trespassada por uma rede de tubos, onde a água é aquecida até, pelo menos, evaporar (Figura 1).
Adotando uma análise mais detalhada, é preciso ter em conta os tambores que compõem estas unidades. Estes são recipientes utilizados para o armazenamento de água e vapor, como ilustra a Figura 2. Nesta imagem, está representada uma caldeira com configuração “horizontal de tubos retos” (''horizontal straight tube''), composta por apenas um tambor e um sistema de tubos. Os tubos encontram-se na zona inferior do equipamento, e atravessam a zona da fornalha em contra-corrente com os gases de combustão. Este escoamento assegura que o aquecimento se dá inicialmente numa zona mais “fria”, sendo a água exposta a temperaturas cada vez mais elevadas ao longo do seu trajeto. Os tubos encontram-se dispostos segundo uma inclinação, que varia entre 5º a 15º <ref>[https://books.google.pt/books/about/Boilers.html?id=I-NSAAAAMAAJ&redir_esc=y/ SHIELDS, Carl D. Boilers: types, characteristics and functions.]</ref>, e a ascensão do fluido é provocada pela diminuição contínua da densidade da água. À saída da rede de tubos, a água é levada para um tambor na zona superior da caldeira, onde a água coexiste em ambos os estados: gasoso e líquido. O vapor é separado naturalmente da água e sai no topo do tambor. A alimentação da água dá-se na zona inferior do tambor, onde, por diferença de densidades, já se encontra a água com temperatura mais baixa. A água “fria” entra novamente no sistema de tubos no interior da fornalha, dando início a um novo ciclo.

[[Ficheiro:Caldeira aquatubular de tubos retos.png|300px|thumb|right|Figura 2. Esquema do funcionamento de uma caldeira aquatubular horizontal de tubos retos. <ref name=link1>[http://www.electrical4u.com/water-tube-boiler-operation-and-types-of-water-tube-boiler/~/ ''Electrical4u'', Water Tube Boiler | Operation and Types of Water Tube Boiler.]</ref>]]

=== Vantagens ===

* Elevada capacidade de produção de vapor (superior a 7 ton vapor/h <ref name=link3>[http://inovenergy.inovcluster.pt/media/28452/Estado_da_arte_do_setor_do_frio_por_fileira.pdf/''INOVENERGY'', Eficiência Energética.]</ref>);

* Maior taxa de produção de vapor por unidade de área de transferência de calor;

* Possibilidade de utilização de temperaturas superiores a 450 ºC <ref name=link4>[http://www.world-grain.com/Departments/Feed-Operations/2016/12/Steam-system-and-efficiencies.aspx?cck=1/''WORLD-GRAIN'', Feed Operations: Steam system and efficiencies.]</ref> e pressões acima de 150 psi <ref name=link3>[http://inovenergy.inovcluster.pt/media/28452/Estado_da_arte_do_setor_do_frio_por_fileira.pdf/''INOVENERGY'', Eficiência Energética.]</ref>;

* Limpeza fácil.

=== Desvantagens ===

* Construção mais complexa, com custos superiores;

* Requerem tratamento exigente da água de alimentação.

=== Combustível ===

Existe uma grande variedade de combustíveis que podem ser utilizados pelas caldeiras aquatubulares, como é o caso do gás, carvão, óleo e madeira. Todavia, é de destacar o gás natural como o mais comum, devido a ter bastante disponibilidade, ser barato e oferecer uma "queima limpa". O propano e alguns tipos de óleos são também industrialmente muito usados. É usual uma caldeira utilizar mais do que um tipo de combustível, o que permite que haja produção de vapor mesmo quando existe interrupção de um dos combustíveis, ou em períodos em que seja mais económico a utilização de um combustível secundário. O tipo de combustível influencia o design do equipamento.<ref>[http://www.betterbricks.com/articles/boilers/Boilers./''BETTERBRICKS'', Boilers]</ref><ref>[https://www.alibaba.com/trade/search?fsb=y&IndexArea=product_en&CatId=&SearchText=water+tube+boiler//''Alibaba'', Water tube boiler.]</ref>

=== Custos ===

Uma caldeira aquatubular pode custar até 50% <ref name=link4>[http://www.world-grain.com/Departments/Feed-Operations/2016/12/Steam-system-and-efficiencies.aspx?cck=1/''WORLD-GRAIN'', Feed Operations: Steam system and efficiencies.]</ref> mais que uma caldeira flamotubular de capacidade equivalente. O seu preço ronda as dezenas de milhares de dólares <ref name=link7>[http://www.thermodyneboilers.com/combitherm-three-pass-smoke-cum-water-tube-type-boiler//''THERMODYNE'', Combitherm - Three Pass Smoke Cum Water Tube Type Boiler.]</ref>.

[[Ficheiro:Caldeira aquatubular.png|500px|thumb|center|Figura 3. Caldeira aquatubular da THERMODYNE <ref name=link7>[http://www.thermodyneboilers.com/combitherm-three-pass-smoke-cum-water-tube-type-boiler//''THERMODYNE'', Combitherm - Three Pass Smoke Cum Water Tube Type Boiler.]</ref>.]]

[[Categoria:Utilidades industriais]]

== Referências ==