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Entenda o funcionamento das Caldeiras Industriais

As caldeiras industriais são utilizadas em diversos segmentos como na indústria alimentícia, automotiva, em hospitais e em muitas outras áreas. Ela possui uma série de equipamentos que fazem parte desse processo de geração de vapor, como por exemplo: válvulas de segurança, economizadores, controladores de pressão, tratamento de água, e outros.

A função de uma caldeira industrial é o fornecimento eficiente de energia na forma de água quente ou vapor.

Por definição presente na NR13, as caldeiras industriais a vapor “são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia, projetados conforme códigos pertinentes, excetuando-se refervedores e similares”.

Durante séculos as caldeiras foram utilizadas de várias formas, desde aquecer água ou produzir vapor. Elas são equipamentos conhecidos por sua eficiência energética e produção massiva de calor que tem a capacidade de executar diversos processos.

Processo de uma caldeira a vapor industrial básica

Atualmente a tecnologia de caldeiras industriais se tornou mais eficiente se compararmos a um passado recente. Já que, pensando em eficiência energética e produtividade, as empresas estão agora usando vapor pressurizado para auxiliar em seus processos.

Para o funcionamento das caldeiras é importante identificar qual o tipo de combustível a ser utilizado, para que não desperdice o calor produzido, garantindo mais entrega do que outras fontes de energia.

O que compõe uma Caldeira Industrial?

Como já vimos, uma caldeira tem alguns equipamentos que fazem parte de todo o processo de geração de vapor. A seguir os principais deles:

Queimador: O queimador é o iniciador da reação de combustão dentro da caldeira. Existe um mecanismo que envia a mensagem para iniciar o processo de produção de calor. Um bico no queimador que gira o combustível bombeado da fonte de combustível o acende para criar a combustão.

Câmara de combustão: As câmaras de combustão são feitas de ferro fundido e podem atingir uma temperatura de várias centenas de graus em minutos. Ele queima o combustível e gera calor que é transferido para o trocador de calor.

Trocador de Calor: Também chamado de economizador, é responsável por aumentar a eficiência da caldeira. O trocador de calor é colocado antes do aquecedor de ar no caminho do gás combustível.

Sistema de circulação água: A água, essencial na geração de vapor, tem sua circulação realizada por bombas centrífugas. Temos a circulação de água tratada e a circulação do condensado.

Como funciona a Caldeira Industrial?

Caldeiras Industriais são recipientes contendo água que geram calor com a ajuda de uma fonte de combustível. Em seguida, é transferido para vários tubos que se conectam aos vários equipamentos industriais. A forma como as caldeiras funcionam não é tão complexa como se poderia pensar. 

A fonte de calor e os recipientes de água são colocados em compartimentos diferentes. As hastes de metal que se conectam ao vaso de água e, em seguida, o calor ajuda na produção de vapor, que é coletado em uma cúpula para condensá-lo antes de liberá-lo da caldeira. Isso aumenta a pressão e a energia produzida ajuda a impulsionar seus processos de produção.

Por motivos de segurança, as caldeiras vêm com válvulas de segurança para garantir que nenhum contratempo torne o sistema perigoso devido ao aumento da pressão. 

Tipos de Caldeiras industriais

Diferentes tipos de caldeiras servem a diferentes necessidades em vários segmentos, como no setor industrial. Suas classificações são baseadas na quantidade de pressão que pode criar, na capacidade de reter o combustível e a água e o tipo de combustível que será usado.

A seguir as classificações das caldeiras industriais:

Com base no eixo da caldeira: 

  • Caldeira horizontal;
  • Caldeira vertical;
  • Caldeira inclinada.

Com base na passagem pelos tubos da caldeira

  • Caldeira de tubos de fogo;
  • Caldeira de tubos de água.

Baseado na natureza da fonte de combustível usada

  • A gás;
  • A óleo;
  • Combustível sólido.

Baseado na pressão de trabalho

  • Baixa pressão;
  • Alta pressão.

Baseado no método de circulação

  • Circulação natural;
  • Circulação forçada.

Os tipos das caldeiras industriais

Em geral, muitas indústrias contam com algum tipo de sistema de caldeira a vapor para fornecer calor e/ou água quente para suas operações. Para cada necessidade existe um tipo mais adequado para atender suas necessidades específicas. Vejamos alguns tipos e caldeiras:

Caldeira de tubo de fogo (flamo tubulares): As caldeiras flamo tubulares são aquelas com tubos de fogo circundados de água. Nelas, os gases resultantes da combustão atravessam esses tubos, que cedem calor ao líquido durante a passagem.

Processo de uma caldeira flamotubular esquemático do fluxo de calor e água

Caldeira elétrica: A grande diferença de outras caldeiras é que não há gases de escape, não requer nenhum tipo de combustível fóssil. O aquecimento da água para geração do vapor, é feita por meio de resistências elétricas.

Caldeira de Condensação: Usam gases que seriam desperdiçados, extraindo calor dos gases de exaustão ou resíduos. Ou seja, as caldeiras de condensação reutilizam a energia contida nesses gases permitindo um maior rendimento.

Caldeira a óleo: O combustível usado aqui não é o gás natural, mas o óleo derivado de petróleo. O óleo é inflamado na câmara de combustão e, em seguida, o trocador de calor aquece a água fria.

Caldeira a Gás Natural: Um medidor de temperatura regula e um dispositivo termoelétrico é usado para reduzir o desperdício de combustível. O gás acende o piloto que aquece as bobinas da caldeira que aquece a água.

Caldeira de tubo de água (aquatubular): No processo da caldeira aquatubular, a água a ser aquecida passa no interior de tubos que, por sua vez, são envolvidos pelos gases de combustão.

Processo de uma caldeira aquatubular esquemático do fluxo de calor e água

Desempenho e segurança dependem de inspeções e manutenção

Como em qualquer tipo de ativos dentro das indústrias, as inspeções periódicas fazem parte do escopo de atividades, tanto operacionais quando de manutenção

A seguir listamos alguns itens de inspeção importantes para aumentar a vida útil das caldeiras e manter a segurança de operação do equipamento:

  • Verificações gerais de segurança em intervalos regulares;
  • Monitoramento de temperatura, o superaquecimento pode gerar danos;
  • Controle sobre os níveis de combustível, circulações e pressão;
  • Verificação de funcionamento dos detectores de fumaça;
  • Verificação do alarme para nível baixo combustível;
  • Verificação do alarme do nível de pressão;
  • Limpeza chaminés, respiros e saídas para melhor produtividade das caldeiras.

Além dessas inspeções internas, realizadas pela própria empresa, tem outros requisitos de acordo com a norma regulamentadora NR-13. São itens relacionados a operação, inspeção e manutenção regulamentadas por causa da caldeira ser um tipo de vaso de pressão (produz e acumula vapor sob pressão). As obrigatoriedades segundo a NR-13 são:

  • Calibração de instrumentos e equipamentos de controle;
  • Qualificação/treinamento e fase de estágio do operador de caldeira;
  • Desmontagem, inspeção e calibração periódica das válvulas de segurança;
  • Controle da qualidade da água por meio de tratamentos;
  • Laudo de inspeção interna e externa e se necessário teste hidrostático;
  • Entre outras tantas exigências conforme descreve a norma.

A manutenção e inspeção contínua de uma caldeira é fundamental para operações seguras, quanto mais assertivas as estratégias de manutenção, melhor. Na parte estrutural de uma caldeira podem ser necessárias técnicas de ensaios não destrutivos (END) como ultrassom, estanqueidade, líquido penetrante, entre outros. E nesse processo de geração de vapor temos bombas para circulação de água, essenciais nesse processo. 

A preditiva e suas técnicas estão bem presentes nas necessidades de manutenção de um sistema de caldeiras industriais. Ela permite uma avaliação precoce, permitindo que ações adequadas sejam realizadas para evitar que um equipamento seja parado. Essa estratégia pode ser executada pelas informações coletadas da termografia, ultrassom, análise de óleos, vibração e temperatura. 

Além de determinar, antecipadamente, a necessidade de revisão da máquina, eliminar desmontagens desnecessárias, também aumenta a durabilidade dos equipamentos e reduz o trabalho não planejado. 

Uma forma adequada de predizer falhas está no monitoramento online com a utilização de sensores IoT e uma plataforma inteligência artificial é possível ter uma visão completa sobre os ativos, além de informações conseguem tomar decisões mais rápidas e eficientes evitando falhas e gargalos na linha de produção.

Com essas informações, é possível identificar desde falhas simples até as mais complexas, como: desgastes, desalinhamentos, desbalanceamentos, falta de lubrificação, excesso de vibração e diversos outros problemas que podem aparecer em mais de 30 tipos de ativos rotativos.

Dashboard da gestão de ativos da TRACTIAN

Saiba como ter uma manutenção adequada das caldeiras industriais, entrando em contato com os especialistas da TRACTIAN. 

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Sobre o autor:

Foto do Autor

Luis Cyrino

Consultor e instrutor de treinamentos industriais no Manutenção em Foco, graduado em Administração de Empresas, pós graduado em Engenharia e Inovação e MBA em Gestão empresarial pela FGV. Especialista em Gestão da Manutenção e produção de conteúdo voltados para os setores industriais e do agronegócio.

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