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.

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 , 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.

Vantagens

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

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

• Possibilidade de utilização de temperaturas superiores a 450 ºC e pressões acima de 150 psi ;

• 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.

Custos

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

Figura 3. Caldeira aquatubular da THERMODYNE .

Autores

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 da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2016/2017).