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NR 13 | Caldeiras, Vasos de Pressão e Tubulações
Safety World – Consultoria de Segurança, Saúde, Meio Ambiente e Higiene Ocupacional LTDA
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SUMÁRIO
1. DEFINIÇÃO .......................................................................................................... 2
1. TIPOS DE CALDEIRAS ........................................................................................ 2
2. NOÇÕES DE GRANDEZAS FÍSICAS E UNIDADES ............................................ 6
3. COMPONENTES DE UMA CALDEIRA ................................................................ 9
4. TRATAMENTO DE ÁGUA PARA CALDEIRAS................................................... 12
5. TEOR DE SÍLICA ............................................................................................... 13
6. MANUTENÇÃO DAS CALDEIRAS ..................................................................... 13
7. ALGUMAS CONSIDERAÇÕES DA NR-13 ......................................................... 15
8. IDENTIFICAÇÃO DE CALDEIRAS: .................................................................... 16
9. INSTALAÇÃO ..................................................................................................... 17
10. OPERAÇÃO .................................................................................................... 19
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1. DEFINIÇÃO
NR-13: “Caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular
vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia, ... “
1. TIPOS DE CALDEIRAS
1) Flamotubular: Os produtos de combustão circulam pelo interior dos tubos, que
ficam imersos na água a ser vaporizada.
Características
• Baixo rendimento térmico;
• Maior espaço ocupado;
• Ideal para pequenas instalações;
• Simples construção e
manutenção
2) Flamotubulares Verticais: Os tubos são colocados verticalmente num corpo
cilíndrico fechado nas extremidades por placas, chamadas espelhos ;
• A fornalha interna fica no corpo cilíndrico logo abaixo do espelho inferior.
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• Os gases de combustão sobem através dos tubos, aquecendo e
vaporizando a água que está em volta deles.
3) Flamotubulares Horizontais: Abrangem vários modelos, desde as caldeiras
Cornuália, Lancaster e Multitubulares de grande volume de água, até as modernas
unidades compactas.
Destinada à queima de óleo ou
gás;
Ou de combustíveis sólidos.
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4) Flamotubulares Horizontais - Escocesa: O modelo de caldeira industrial
mais difundido no mundo.
Destinada à queima de óleo ou gás;
Ou de combustíveis sólidos.
5) Aquatubulares: A água a ser vaporizada circula pelos tubos, e os produtos de
combustão pelo exterior deles.
Características
• Maior Rendimento;
• Maior produção de Vapor;
• Maior Superfície de Aquecimento
• Maior complexidade construtiva e de manutenção
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6) Caldeiras Aquatubulares
Motivação:
As informações sobre as caldeiras flamotubulares servem para demonstrar oprocesso de evolução pelo qual passou a tecnologia de caldeiras.
O aumento da eficiência destas caldeiras somente era aumentado com o aumento
do numero de tubos e, consequentemente, do tamanho da estrutura.
Isto tudo não era compatível com as demandas das indústrias relacionadas ao
aumento de produtividade e da eficiência das instalações (otimização dos custos).
Neste tipo de caldeira a água passa por dentro dos tubos e os gases decombustão por fora.
Princípio de funcionamento:
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2. NOÇÕES DE GRANDEZAS FÍSICAS E UNIDADES
Escalas de Temperatura
• Celsius (°C): Escala centesimal adotadas pelo SI (0 / 100 °C –
Congelamento /Ebulição da água.)
• Fahrenheit (°F): Sistema Inglês de medidas (°F = 1,8 °C + 32).
• Kelvin (°K): Escala de temperatura absoluta (centesimal, °K = °C + 273) –
Celsius absoluto.
• Rankine (°R): Escala de temperatura absoluta (°R = °F + 460) – Fahrenheit absoluto.
Calor
Definição: Forma de energia que se transfere de um sistema para outro em
virtude da diferença de temperatura entre eles.
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Unidades de calor
• Caloria (cal): No sistema métrico decimal equivale a quantidade de
energia necessária para elevar a temperatura de 1 g de água em 1 °C (14,5 para
15,5 °C) – 1.000 cal = 1 kcal.
• British Thermal Unit (BTU): Unidade de calor no sistema inglês – 1 kcal
= 3,96 BTU.
• Watt x h (wh): Unidade elétrica – 1 cal = 0,001163 wh.
Formas de transmissão de calor
• Condução: Transferência de calor que ocorre devido significativamenteentre sólidos em virtude do contato entre eles.
• Convecção: Transferência de calor que ocorre significativamente em
fluidos (líquidos ou gases) e simultaneamente com transporte de massa.
• Radiação: Transferência de calor que ocorre significativamente através
de ondas eletromagnéticas que transportam a energia térmica através sem a
necessidade de um meio condutor.
Pressão
Trata-se da relação de grandeza entre a força aplicada sobre uma área. É
expressa mais comumente como:
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• Atmosfera (atm): é a pressão correspondente a 0,760m (760mm) de
Mercurio, com densidade de 13,5951 g/cm³ a uma aceleração da gravidade de
9,8 m/s².
• Bar: é a unidade de pressão no Sistema CGS de unidades (cm-g-seg) e
vale 106 dyn /cm².
• PSI: ( pound per square inch), libra por polegada quadrada, é a unidade de
pressão no sistema inglês/americano, onde 1 psi = 0,07 bar.
• Pascal (Pa): é a unidade padrão de pressão no Sistema Internacional.
Equivale a força de 1 Newton aplicada uniformemente sobre uma superfície de 1
m2.
• Milímetros de mercurio (mmHg): também chamada de Torricelli, é uma
unidade de pressão antiga inventada com o surgimento do barômetro, onde 1
mmHg = 133,332 Pa.
• Milímetros de água (mmH2O): é uma unidade relativa a pressão
necessária para elevar em um metro o nível de uma coluna de água em um
barômetro, sendo 1 mH2O = 9806,65 Pa.
• Kilograma força por centimetro quadrado (kgf/cm2): representa o peso
normal do ar ao nível do mar por cm², sendo 1 kgf/cm² = 98066,52 Pa.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Evangelista_Torricellihttp://pt.wikipedia.org/wiki/Evangelista_Torricellihttp://pt.wikipedia.org/wiki/Evangelista_Torricellihttp://pt.wikipedia.org/wiki/Evangelista_Torricelli
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3. COMPONENTES DE UMA CALDEIRA
Queimadores
Os queimadores são peças destinadas a promover, de forma adequada e
eficiente, a queima dos combustíveis fluidos em suspensão (óleos, diesel, gás natural
etc).
Fornalhas
São câmaras destinadas a promover, de forma adequada e eficiente, a queima
dos combustíveis sólidos (madeira, bagaços, materiais compostos etc).
Válvulas de segurança
As válvulas de segurança e de alívio de pressão são dispositivos que protegem
automaticamente os equipamentos de processo de um eventual excesso de pressão.
Caldeiras e vasos de pressão obrigatoriamente necessitam desses dispositivos de
segurança para sua proteção, em cumprimento à legislação através de normas como a
NR-13, e atendendo aos códigos nacionais e internacionais de projeto.
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Indicadores de nível
Os indicadores de nível tem por objetivo indicar o nível de água dentro do
equipamento. Em geral, são constituídos por um vidro tubular.
Sistemas de controle de água de alimentação
Os sistemas de controle de água de alimentação devem regular o abastecimento
de água ao tubulão de evaporação para manter o nível entre limites desejáveis. Esse
limites devem ser observados no indicador de nível. A quase totalidade das caldeiras
são equipadas com sistemas automatizados, que proporcionam maior segurança,
maiores rendimentos e menores gastos de manutenção (boias, eletrodos etc.)
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Sensores de temperatura
Os sensores fazem a medição da temperatura dos fluidos. São mais utilizados osPT-100. Medem a temperatura dos gases de combustão, do ar de entrada, da água de
entrada, do vapor gerado e do combustível.
Sensores de pressão - Manômetros
É um instrumento utilizado para medir a pressão de fluidos contidos em
recipientes fechados.
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4. TRATAMENTO DE ÁGUA PARA CALDEIRAS
• Eliminação da dureza;
• Precipitação com fosfatos;
• Controle do pH e da alcalinidade;
• Eliminação do oxigênio dissolvido;
• Eliminação de sílica;
• Controle do teor de cloretos e sólidos totais;
A água para caldeiras deve receber tratamento que permita a remoção total ou
parcial de sais de cálcio e magnésio, os quais produzem incrustações.
O processo mais antigo, designado por abrandamento da água pela cal sodada,
consiste na injeção de soluções de CaO (cal) e NaCO3 (carbonato de sódio) para
precipitar o carbonato de cálcio e formar hidróxido de magnésio floculado.
Outros processos mais modernos, como troca iônica, são muito utilizados na
padronização de água para caldeiras.
As principais grandezas de qualidade da água a serem monitoradas são: Dureza
total, Sílica pH, Alcalinidade, Sólidos suspensos e totais, teor de ferro entre
outros.
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5. TEOR DE SÍLICA
A sílica, associada ao Cálcio e Magnésio, produz uma incrustação muito dura e
muito perigosa. Os tratamentos normalmente empregados no interior da caldeira
durante o processo não eliminam a sílica. Os métodos mais usados para essa
finalidade são a troca iônica e tratamento com óxido de magnésio calcinado.
6. MANUTENÇÃO DAS CALDEIRAS
Todo tratamento para obter bons resultados depende de um controle eficiente e
sistemático, quer dos parâmetros químicos e físicos, como de certas operações e
procedimentos.
• Controle químico para proteção de caldeiras contra corrosão e
incrustação (durante processo produtivo)
• Limpeza química e mecânica das caldeiras (Paradas de manutenção)
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Os tratamentos se baseiam na aplicação de técnicas (muitas da vezes dosagem
que produtos químicos ou métodos mecânicos) para a redução dos impactos causados
pela dureza, pH, alcalinidade, oxigênio dissolvido, cloretos e do teor total de sólidos.
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7. ALGUMAS CONSIDERAÇÕES DA NR-13
Pressão Máxima de Trabalho Permitida - PMTP ou Pressão Máxima de Trabalho
Admissível – PMTA
Maior valor de pressão compatível com o código de projeto, a resistência dos
materiais utilizados, as dimensões do equipamento e seus parâmetros operacionais.
“13.1.4 Constitui risco grave e iminente a falta de qualquer um dos seguintes
itens:
a) válvula de segurança com pressão de abertura ajustada em valor igual ou
inferior a PMTA;
b) instrumento que indique a pressão do vapor acumulado;
c) injetor ou outro meio de alimentação de água, independente do sistema
principal, em caldeiras combustível sólido;
d) sistema de drenagem rápida de água, em caldeiras de recuperação de álcalis;
e) sistema de indicação para controle do nível de água ou outro sistema que evite
o superaquecimento por alimentação deficiente.”
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8. IDENTIFICAÇÃO DE CALDEIRAS:
• Fabricante;
• Número de ordem dado pelo fabricante;
• Ano de fabricação;
• Pressão máxima de trabalho admissível;
• Pressão de teste hidrostático;
• Capacidade de produção de vapor;
• Área de superfície de aquecimento;
• Código de projeto e ano de edição;
• Categoria da caldeira.
• Código de projeto e ano de edição;
• Especificação dos materiais;
• Procedimentos utilizados na fabricação, montagem, inspeção final e
determinação da PMTA;
• Conjunto de desenhos e demais dados necessários para o monitoramento
da vida útil da caldeira;
• Características funcionais;
• Dados dos dispositivos de segurança;
• Ano de fabricação;
• Categoria da caldeira;
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9. INSTALAÇÃO
Instalação em área aberta
“13.2.3 Quando a caldeir a for instalada em ambiente aberto, a "Área de Caldeiras"
deve satisfazer aos seguintes requisitos:
• Afastada de, no mínimo, 3 metros de instalações;
• Dispor de pelo menos 2 saídas amplas em direções distintas;
• Dispor de acesso fácil e seguro, necessário à operação e à manutenção
da caldeira;
• Ter sistema de captação e lançamento dos gases e material particulado,
provenientes da combustão, para fora da área de operação atendendo às
normas ambientais vigentes;
• Dispor de iluminação conforme
normas;
• Ter sistema de iluminação de
emergência caso operar à noite.”
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Instalação em área fechada
“13.2.4 Quando a caldeira estiver instalada em ambiente fechado, a "Casa de
Caldeiras" deve satisfazer aos seguintes requisitos:
• Construído de material resistente ao fogo,
podendo ter apenas uma parede adjacente a
outras instalações;
• Dispor de pelo menos 2 saídas amplas;
• Dispor de ventilação permanente com entradas de ar;
• Dispor de sensor para detecção de vazamento de gás;
• Não ser utilizada para qualquer outra finalidade;
• Dispor de acesso fácil e seguro, necessário à operação e à manutenção
da caldeira;
• Ter sistema de captação e lançamento dos gases e material particulado;
• Ter iluminação e sistema de iluminação de emergência.”
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10. OPERAÇÃO
“13.3.1 Toda caldeira deve possuir " Manual de Operação" atualizado, em língua
portuguesa, contendo:
• Procedimentos de partidas e paradas;
• Parâmetros de rotina;
• Procedimentos para situações de emergência;”
“13.3.2 Os instrumentos e controles de caldeiras devem ser mantidos
calibrados e em boas condições operacionais constituindo condição de risco grave eiminente o emprego de artifícios que neutralizem sistemas de controle e segurança da
caldeira.”
Exemplo de sistema supervisório:
Operação e controle automatizados