Caldeiras Aquatubulares

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

Figura 1. Esquema geral do funcionamento de uma caldeira aquatubular [1].

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[2], 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.

Figura 2. Esquema do funcionamento de uma caldeira aquatubular horizontal de tubos retos [1].

Vantagens

• Elevada capacidade de produção de vapor (superior a 7 ton vapor/h[3]);

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

• Possibilidade de utilização de temperaturas superiores a 450 ºC[4] e pressões acima de 150 psi[3];

• Limpeza fácil.

Desvantagens

• Construção mais complexa, com custos superiores;

• Requerem tratamento exigente da água de alimentação.

Combustível[5][6]

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.

Custos

Uma caldeira aquatubular pode custar até 50%[4] mais que uma caldeira flamotubular de capacidade equivalente. O seu preço ronda as dezenas de milhares de dólares [7].

Figura 3. Caldeira aquatubular da THERMODYNE [7].

Referências

[1] Electrical4u, Water Tube Boiler | Operation and Types of Water Tube Boiler.

[2] SHIELDS, Carl D. Boilers: types, characteristics and functions.

[3] INOVENERGY, Eficiência Energética.

[4] WORLD-GRAIN, Feed Operations: Steam system and efficiencies.

[5] BETTERBRICKS, Boilers

[6] Alibaba, Water tube boiler.

[7] THERMODYNE, Combitherm - Three Pass Smoke Cum Water Tube Type Boiler.