Apostila - NR-13 Caldeiras

M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras CALDEIRAS A VAPOR - DISPOSIÇÕES GERAIS GERAIS Caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia, excetuando-se os refervedores e equipamentos similares utilizados em unidades de processo. Segurança na operação de caldeiras.

SEGURANÇA NA MANUTENÇÃO DE CALDEIRAS Todos os reparos ou alterações em caldeiras devem respeitar o respectivo código do projeto de construção e as prescrições do fabricante no que se refere a: a) materiais; b) procedimentos de execução; execução; procedimentos de controle de qualidade; c) procedimentos d) qualificação e certificação de pessoal. Quando não for conhecido o código do projeto de construção, deve ser respeitada a concepção original da caldeira, com procedimento de controle do maior rigor prescrito nos códigos pertinentes. Nas caldeiras de categorias A e B, a critério do "Profissional Habilitado", podem ser utilizadas tecnologia tecnologia de cálculo ou procedimentos mais avançados, avançados, em substituição aos previstos pêlos códigos de projeto. "Projetos de Alteração ou o u Reparo" devem ser concebidos previamente nas seguintes situações: a) sempre que as condições de projeto forem modificadas; b) sempre que forem realizados r ealizados reparos que possam comprometer a segurança. O "Projeto de Alteração ou Reparo" deve: a) ser concebido ou aprovado por "Profissional Habilitado"; b) determinar materiais, procedimentos de execução, controle qualificação de pessoal. Todas as intervenções que exijam mandrilamento ou soldagem em partes que operem sob pressão devem ser seguidas de teste hidrostático, com características definidas pelo "Profissional Habilitado". Os sistemas de controle e segurança da caldeira devem ser submetidos à manutenção preventiva ou preditiva.

NOÇÕES DE GRANDEZAS FÍSICAS E UNIDADES PRESSÃO Caldeiras são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor a uma pressão maior do que a pressão da atmosfera. Para produzir o vapor, uma fonte de calor aquece água sob condições controladas. Quem opera caldeiras e vasos de pressão precisa saber bem como eles funcionam para obter o melhor desempenho desempenho possível do equipamento sob sua responsabilidade. Para isso, além da rotina normal de trabalho, o operador operador deve conhecer algumas noções noções sobre os fenômenos físicos que permitem que esses equipamentos operem de maneira produtiva e segura.

PRESSÃO Se uma pessoa pisar na lama ou na areia fofa, nela será desenhada a marca das solas de seus sapatos. Isso acontece porque os pés da pessoa exerceram uma força sobre a superfície em que se apoiaram. Pois bem, toda força, quando aplicada sobre uma área tem como resultado uma grandeza física chamada de pressão. Isso quer dizer que pressão é a força distribuída por uma determinada área .

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M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras Por ser uma grandeza física, a pressão pode ser representada matematicamente, ou seja: P = F / A, na qual P é a pressão; F é a força e A é a área. Essa expressão nos ajuda a calcular a pressão sobre os corpos. Uma unidade de medida chamada pascal e representada pelo símbolo Pa expressa numericamente essa relação. Assim; 1 Pascal = 1Newton / m 2 ; nessa expressão, Newton é a unidade de medida de força e m² é a unidade de medida de área segundo o sistema SI. N = kgf.m/s2 e a aceleração da gravidade é 9,80665 kgf.m/s2 ou 1 kgf = 9,80665 N e 1 N = 0,101976 kgf ou 101,976 g. i nternacionall que padroniza o uso das unidades de medida. OBSERVAÇÃO: O sistema SI é um sistema internaciona Seu uso no Brasil é regulamentado por lei.

PRESSÃO ATMOSFÉRICA A Terra está envolta por uma camada de ar chamada atmosfera. O ar da atmosfera em torno de nós é tão leve que podemos nos mover através dele sem fazermos faz ermos esforço. No entanto, esse ar tem peso. Como ele é atraído pela gravidade, faz força sobre nós em todas as direções, exercendo uma pressão de várias toneladas sobre nosso corpo. Não percebemos essa força porque a pressão do ar dentro dos nossos pulmões é igual á da atmosfera. Essa pressão se chama pressão atmosférica . Ela pode ser comprovada por meio de uma experiência simples: molha-se a borda de um desentupidor de pia que é comprimido contra uma superfície plana. Isso expulsa a maior parte do ar que havia dentro do desentupidor e será preciso fazer muita força para retirá-lo do lugar. Isso acontece porque, sem ar no seu interior, o desentupidor sofre uma pressão externa muito maior do que a pressão interna. A pressão atmosférica varia de acordo com a altitude, ou seja, ela é maior nos locais mais baixos e menores nos locais mais altos . Quem comprovou isso pela primeira vez foi um físico italiano chamado Evangelista Torricelli. Emborcando em uma cuba cheia de mercúrio um tubo de vidro de 1 m de comprimento, fechado em uma das extremidades, e também cheio de mercúrio, ele observou que, ao nível do mar, a coluna de mercúrio contida dentro do tubo descia até atingir 760 mm de altura, 76 cm ou 0,76 m. Com isso, ele comprovou que a pressão atmosférica , agindo sobre a superfície livre do mercúrio que estava dentro da cuba, equilibrou a pressão exercida pela coluna de mercúrio contra o fundo da cuba. Para esse valor de 760 mm, 76 cm ou 0,76 m de altura de mercúrio (Hg), ele deu o nome de atmosfera (atm). O aparelho simples que Torricelli inventou para fazer essa experiência chama-se barômetro. Quando a experiência foi repetida, com o auxilio do barômetro em locais de altitudes variadas, ficou comprovado que a altura da coluna de mercúrio também variava. Com isso, concluiu que a pressão atmosférica varia em função da altitude.

PRESSÃO MANOMÉTRICA E PRESSÃO ABSOLUTA A caldeira é um equipamento destinado a produzir e acumular vapor a uma pressão maior do que a pressão atmosférica. Como esse fator é critico para a operação do equipamento, seria interessante estudar o que acontece com o vapor encerrado em um recipiente fechado. Essa pressão, que é medida dentro de um recipiente fechado (caldeira, por exemplo) e tendo como referência a pressão atmosférica do local onde o recipiente está, é chamada de pressão relativa















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras Se a pressão relativa é positiva, ou seja, se ela for maior que zero, ela é medida por meio de um instrumento chamado de manômetro. É com o manômetro que o operador verifica os níveis de pressão dentro da caldeira e os mantém dentro de faixas seguras de operação. Se a pressão relativa for negativa, isto é, se ela for menor que zero, o vacuômetro é usado na medição. Se no local onde é feita a medição a pressão relativa (ou manométrica) for somada com a pressão atmosférica, obteremos a pressão absoluta .

CORRESPONDÊNCIA ENTRE UNIDADES DE MEDIDA Para interpretar os dados do mostrador do manômetro, é preciso conhecer a correspondência entre as unidades de medidas de força e área, uma vez que elas variam de acordo com as normas de cada país e, portanto, variam de equipamento para para equipamento, dependendo dependendo do país onde foi foi fabricado. As normas brasileiras, estabelecidas pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) recomendam a utilização das unidades do Sistema Internacional (SI). O quadro a seguir, apresenta a correspondência entre várias unidades de medida de pressão.

CALOR Tudo o que nos cerca é formado de partículas - chamadas de moléculas que estão em constante movimento, embora isso não seja visível. Esse fenômeno acontece por que as moléculas são dotadas de energia de agitação chamada de energia térmica. Para saber quanta energia térmica tem um corpo, mede-se sua temperatura, que nada mais é que a grandeza que indica o nível de agitação das partículas. Assim, quanto maior é a agitação das partículas, maior é a temperatura do corpo. Quando dois corpos com temperaturas diferentes são postos em contato, acontece a transferência de energia térmica do corpo mais quente para o corpo mais frio, até que se alcance o equilíbrio térmico, ou seja, até que as temperaturas se tornem iguais. Essa energia térmica que passa de um corpo para outro, enquanto existe diferença de temperatura, tem o nome de calor.

ESCALAS DE TEMPERATURA Há várias maneiras de representar a temperatura: a escala Celsius, a escala Fahrenheit e a escala Kelvin. Como ponto de referência para as medições, as escalas usam a temperatura t emperatura do gelo fundente e a temperatura da água em ebulição. Na escala Celsius, por exemplo, a temperatura do gelo fundente corresponde a 0º C, enquanto que a temperatura da água em ebulição corresponde a 100 ºC na escala. O intervalo entre esses dois pontos foi dividido em 100 partes iguais e cada uma dessas partes corresponde a 1 ºC. Na escala Fahrenheit, a temperatura do gelo fundente corresponde a 32 ºF e a da água em ebulição é de 212 ºF. A faixa entre esses dois pontos foi dividida em 180 partes iguais e cada divisão é igual a 1ºF. Para a escala Kelvin, o número de divisões em K corresponde ao equivalente em ºC, com a temperatura do gelo fundente (0ºC) correspondendo ao valor de +273K.

TRANSFERÊNCIA DE CALOR Quando o calor se propaga de um ponto de maior temperatura para outro de menor temperatura, ocorre um















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras A facilidade ou dificuldade que o calor tem de propagar-se através das substâncias recebe o nome de condutibilidade térmica e ajuda a classificar os materiais em condutores e isolantes. Os materiais condutores são aqueles que transmitem o calor com mais facilidade. Os metais em geral são bons condutores condutores de calor. Os materiais isolantes, por outro lado, são maus condutores de calor. Materiais como tecidos, papel e amianto são exemplos de material isolante. Mesmo entre os materiais condutores, a quantidade de calor que passa através de uma parede feita de qualquer material depende: - Da diferença de temperatura que existe entre ambos os lados do material; Do tamanho da superfície da face exposta ao calor, ou seja, superfícies maiores transmitem mais calor; Da espessura da parede; Do material de construção da parede. -

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A propagação do calor acontece nos sólidos, nos líquidos, nos gases e no vácuo e pode ocorrer de três formas: por condução, por convecção e por radiação. Nos materiais sólidos, o calor se propaga por condução. Isso é facilmente verificado ao se colocar a extremidade de uma barra de ferro no fogo. Após um certo tempo, quem estiver segurando a outra extremidade da barra, começará a perceber que a temperatura aumenta gradativamente, até que fica impossível continuar a segurá-la. Nos líquidos e gases, o calor se propaga por convecção , ou seja, as massas de líquidos e gases trocam de posição entre entre si. Isso significa que, que, se fosse retirada a fonte de calor calor – o fogo – que aquecia a barra do exemplo anterior, e se mantivéssemos mantivéssemos a mão a certa distância do material aquecido, aquecido, seria possível perceber seu calor. Isso acontece porque porque o ar em torno da barra quente se aquece, aquece, fica mais leve e sobe. sobe. O espaço livre deixado pelo ar quente é então ocupado pelo ar mais frio (mais denso) que, por sua vez, se aquece, repetindo o ciclo anterior. Dessa forma, estabelece-se uma corrente ascendente do ar quente, que atua como veículo transportador de calor desde a barra de ferro até a mão. Em países de clima frio, por exemplo, o sistema de aquecimento de ambientes se baseia na convecção convecção do calor da água. Relembrando: na transmissão por condução, o calor passa de molécula para molécula. Na transmissão por convecção por sua vez, o calor é transferido juntamente com o ar, a água ou outro material. A transmissão por radiação é diferente porque o calor é transferido sem a ajuda de nenhum material. O melhor exemplo desse tipo de transmissão é o calor do Sol que chega à Terra: T erra: o calor não vem por condução porque não há contato físico entre os dois astros; nem vem por convecção porque não há atmosfera ligando um ao outro. O calor do sol chega até nós por ondas semelhantes às ondas de radio e àquelas que transmitem a luz. São as chamadas ondas de energia radiante. É possível sentir os efeitos dessas ondas, aproximando a mão por baixo de uma lâmpada elétrica acesa. A mão ficará quente apesar do fato de que o ar quente sobe. Na verdade, o calor sentido foi transmitido por radiação. O fenômeno de troca de calor é muito empregado nos processos industriais e ajuda a atender às exigências tecnológicas desses processos. Nas caldeiras, o processo de transferência de calor entre a queima do combustível na fornalha e o aquecimento da água e conseqüente conseqüente geração de vapor pode ocorrer por radiação, convecção ou condução.















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras Através da regulagem do fluxo de vapor, é possível controlar e garantir que o aquecimento de um combustível, por exemplo, seja feito sob temperatura constante.

CALOR ESPECÍFICO Algumas substâncias substâncias são mais difíceis de aquecerem do que outras. Se uma vasilha com água for colocada sobre uma chama e se um bloco de ferro de massa igual for colocado sobre uma chama de mesma intensidade, o ferro ficará logo tão quente que fará ferver qualquer gota de água que respingue sobre ele. A água, por outro lado, continuará fria o suficiente para que se possa mergulhar a mão nela sem queimá-la. Isso significa que o ferro necessita de menos calor do que a água para elevar sua temperatura, ou seja, ele tem menor calor específico . O calor específico indica a quantidade de calor que cada unidade de massa de determinada substância precisa para que sua temperatura temperatura possa variar em 1ºC. É uma característica da natureza natureza de cada substância. substância. Portanto cada uma tem seu próprio calor específico. Para os gases, o calor específico varia com a pressão e o volume. A unidade de medida do calor específico é a caloria por grama por grau Celsius Celsius . O calor específico do vapor sob pressão constante é 0,421 cal/g ºC.

CALOR SENSÍVEL Calor sensível é a denominação dada à quantidade de calor absorvido ou cedida por um corpo quando, nessa transferência, ocorre uma variação de temperatura.

CALOR LATENTE Calor latente é a denominação dada à quantidade de calor absorvido ou cedida por um corpo, quando houver uma mudança de estado sem que haja variação de temperatura. t emperatura. Como exemplo, pode-se citar a transformação do gelo (água em estado sólido) em água em estado líquido, com a temperatura se mantendo constante.

DILATAÇÃO TÉRMICA Quando um corpo é aproximado de uma fonte de calor, vários fenômenos acontecem: a temperatura se eleva e algumas de suas propriedades e características físicas, tais como dimensões, volume e calor específico, se modificam. Vimos também que o calor é a energia gerada pelo movimento das moléculas. Quando um material é aquecido, suas moléculas se agitam mais intensamente. Por causa disso, elas se movimentam e o material se expande, isto é, aumenta de tamanho. Esse fenômeno se chama dilatação térmica. De fato, com o aquecimento, o comprimento, a superfície e o volume do corpo aquecido aumentam proporcionalmente. proporcionalmente.

VAPOR SATURADO E VAPOR SUPERAQUECIDO Quando um recipiente recipiente fechado contendo contendo água é aquecido, aquecido, o calor faz as moléculas da água se moverem mais depressa de modo que sua temperatura sobe. Ao atingir a temperatura próxima de 100 ºC (considerando-se a pressão ao nível do mar), a água entrará em ebulição com formação de vapor. Enquanto















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras Existem processos industriais que exigem vapor seco, sem partículas sólidas em suspensão e com temperatura elevada. Isso é obtido por meio da produção do vapor superaquecido. Porém, o vapor saturado arrasta umidade e grande parte das impurezas na forma de partículas sólidas, causando danos ao processo. Um tratamento eficaz da água da caldeira pode diminuir a quantidade das partículas, minimizando esse problema.

UTILIZAÇÃO DO VAPOR O vapor produzido em um gerador de vapor pode ser usado de diversas formas: f ormas: - em processos de fabricação e beneficiamento; - na geração de energia elétrica; mecânico; - na geração de trabalho mecânico; - no aquecimento de linhas e reservatórios de óleo combustível; - na prestação de serviços. Nos processos processos de fabricação fabricação e de beneficiamento, beneficiamento, o vapor é empregado em: - Indústria de bebidas e conexos: nas lavadoras de garrafas, tanques de xarope, pasteurizadores.Indústrias madeireiras: no cozimento de toras, secagem de tábuas ou lâminas em estufas, em prensas para compensados. - Indústria de papel e celulose: no cozimento de madeira nos digestores, na secagem com cilindros rotativos, na secagem de cola, na fabricação de papelão corrugado. - Curtumes: no aquecimento de tanques de água, secagem de couros, estufas, prensas, prensas a vácuo. - Indústrias de laticínios: na pasteurização, na esterilização de recipientes, r ecipientes, na fabricação de creme de leite, no aquecimento de tanques de água, na produção de queijos, iogurtes e requeijões (fermentação). (fermentação). - Frigoríficos: nas estufas para cozimento, nos digestores, nas prensas para extração de óleo. - Indústria de doces em geral: no aquecimento do tanque de glicose, no cozimento de massa em panelas sob pressão, em em mesas para o preparo preparo de massa, massa, em estufas. vulcanização, nas prensas. - Indústria de vulcanização e recauchutagem: na vulcanização, - Indústrias químicas: nas autoclaves, nos tanques de armazenamento, nos reatores, nos vasos de pressão, nos trocadores de calor. - Indústria têxtil: utiliza vapor no aquecimento de grandes quantidades de água para alvejar e tingir tecidos, bem como para para realizar a secagem secagem em estufas. - Indústria de petróleo e seus derivados: nos refervedores, nos trocadores de calor, nas torres de fracionamento e destilação, nos fornos, nos vasos de pressão, nos reatores e turbinas. - Indústria metalúrgica: nos banhos químicos, na secagem e pintura. A geração de energia elétrica através de vapor é obtida nas usinas termoelétricas e outros pólos industriais. Para isso, os equipamentos são compostos basicamente de um gerador de vapor superaquecido, uma turbina, um gerador elétrico e um condensador. condensador. O vapor é também utilizado para a movimentação de equipamentos rotativos, na geração de trabalhos mecânicos. Nas indústrias onde é usado “óleo combustível pesado”, é necessário o aquecimento das tubulações e reservatórios de óleo, a fim de que ele possa fluir livremente e proporcionar uma boa combustão. Isso é feito por meio dos geradores geradores de vapor.

















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras CLASSIFICAÇÃO DAS CALDEIRAS As caldeiras podem ser classificadas de acordo com: classes de pressão; grau de automação; tipo de energia empregada; - tipo de troca térmica. -

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De acordo com as classes de pressão , as caldeiras foram classificadas segundo a NR-13 em: kPa(19,98kgf/cm 2); - Categoria A: caldeira cuja pressão de operação é superior a 1960 kPa(19,98kgf/cm

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- Categoria C: caldeiras com pressão de operação igual ou inferior a 588 kPa (5,99kgf/cm ) e volume

interno igual ou inferior a 100 litros; - Categoria B: caldeiras que não se enquadram nas categorias anteriores.

De acordo com o grau de automação , as caldeiras podem se classificar em: manuais, semi-automática e automática. De acordo com o tipo de energia empregada , elas podem ser do tipo: combustível sólido, liquido, gasoso, caldeiras elétricas e caldeiras de recuperação. Existem outras maneiras particulares de classificação, a saber: quanto ao tipo de montagem, circulação de água, sistema de tiragem e tipo de sustentação.

TIPOS DE CALDEIRAS A classificação mais usual de caldeiras de combustão refere-se à localização de água/gases e divide-as em: flamotubulares, aquatubulares e mistas. As caldeiras flamotubulares ou fogotubulares são aquelas em que os gases provenientes da combustão (gases quentes) circulam no interior dos tubos, ficando por fora a água a ser aquecida ou vaporizada. As caldeiras mistas são caldeiras flamotubulares que possuem uma ante-fornalha com parede d’água. Normalmente são são projetadas para a queima de combustível combustível sólido. A caldeira elétrica é um equipamento cujo papel principal é transformar energia elétrica em térmica, para transmiti-la a um fluido apropriado, geralmente água. A produção de vapor, em uma caldeira elétrica, baseiase no fato de que a corrente elétrica, ao atravessar qualquer condutor, encontra resistência a sua livre circulação e desprende calor (Efeito Joule).

CALDEIRAS FLAMOTUBULARES















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras CALDEIRAS ELÉTRICAS A caldeira elétrica é um equipamento que transforma energia elétrica em energia térmica, transmitindo-a para um fluido apropriado apropriado (geralmente água) água) e transformando-o transformando-o em vapor.

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DA CALDEIRA ELÉTRICA A produção do vapor em uma caldeira elétrica baseia-se em um princípio pelo qual a corrente elétrica, ao atravessar qualquer condutor, encontra resistência resistência à sua livre circulação e desprende calor (efeito Joule).

INSTRUMENTOS E DISPOSITIVOS DE CONTROLE DE CALDEIRA DISPOSITIVOS DE ALIMENTAÇÃO As caldeiras possuem diversos tipos de dispositivos de alimentação. São os dispositivos de alimentação de água, de combustível, e de ar.

VISOR DE NÍVEL O visor de nível consiste de um tubo ou uma placa de vidro presa numa caixa metálica, que tem a finalidade de dar ao operador a noção exata da altura de água existente na caldeira. Nas caldeiras flamotubulares, os visores normalmente são instalados de modo que o nível indicado garanta a presença de água no balão acima da última carreira de tubos. Nas aquatubulares, aquatubulares, geralmente, o nível deve ficar situado em uma faixa de 50 a 70% do diâmetro do tubulão superior. Existem algumas caldeiras onde isso não ocorre e cabe ao operador certificar-se desta correspondência: nível do visor x nível real do tubulão. É importante que o operador mantenha uma atenção especial ao visor de nível, verificando vazamentos, nível de limpeza do vidro e efetuando as drenagens de rotina.

SISTEMAS DE CONTROLE DE NÍVEL Os dispositivos para controle de nível de água podem ser: - com bóia; - com eletrodos; - termostáticos; - termo-hidráulicos;















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras INDICADORES DE PRESSÃO Outro dispositivo importante na operação da caldeira é o indicador de pressão representado pelo manômetro. O manômetro é o aparelho com o qual se mede a pressão de gases, de vapores e de outros fluidos. É muito utilizado na indústria para verificar a pressão de caldeiras e de vasos de pressão, entre outros fins. O conhecimento desta pressão é obrigatório, não só sob o ponto de vista de segurança, como também, para a operação econômica e segura dos equipamentos. equipamentos. São mais conhecidos dois tipos de manômetro: com mola e tubular.

DISPOSITIVOS DE SEGURANÇA A caldeira conta também com dispositivos de segurança , como válvulas e sistemas de segurança contra falhas de chama.

VÁLVULA DE SEGURANÇA A válvula de segurança é um dispositivo capaz de descarregar todo o vapor gerado pela caldeira para a atmosfera, sem que a pressão interna da caldeira ultrapasse a P.M.T.A. (pressão máxima de trabalho admissível), com a válvula totalmente aberta. Para que uma válvula de segurança opere corretamente, deve-se: atin gir um valor fixado, nunca antes disto. 1. Abrir totalmente quando a pressão do vapor atingir 2. Permanecer aberta enquanto não houver queda de pressão. 3. Fechar instantaneamente, vedando perfeitamente, assim que a pressão retornar às condições de trabalho do gerador. 4. Permanecer fechada, sem vazamento, enquanto a pressão permanecer em valores inferiores à sua regulagem. Em caldeiras aquatubulares que possuem superaquecedor, é padrão a seguinte instalação: uma válvula de segurança na linha de vapor superaquecido e duas no tubulão de vapor saturado, reguladas em pressões diferentes umas das outras. Cada válvula abrirá a uma u ma pressão ligeiramente superior à válvula anterior. A primeira a abrir é a válvula da linha de vapor superaquecido, o que garantirá o fluxo de vapor em seus tubos. Caso a pressão no interior da caldeira continue subindo, uma das válvulas do balão abrirá. Quando necessário, a terceira também abrirá, ocasião em que todo o vapor gerado poderá ser descarregado por elas, impedindo que a pressão ultrapasse a pressão de operação.















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras Qualquer sistema de proteção e controle de chama exige certas características indispensáveis para que possa desempenhar desempenhar adequadamente adequadamente suas suas funções. Elas são: - assegurar que o procedimento de partida seja seguido; - impedir o fornecimento de combustível ao queimador até o estabelecimento da chama piloto; - não ter falhas nas válvulas de bloqueio; - cortar o fornecimento de combustível aos queimadores quando houver ausência de chama e exigir rearme

manual. Usualmente são empregados dispositivos termelétricos formados por lâminas bimetálicas e por uma chave elétrica e dispositivos com células fotoelétricas ou fotorresistores. Trata-se de um sistema bem aperfeiçoado que trabalha com uma célula fotoelétrica (que capta radiações entre as faixas infravermelha e ultravioleta), um amplificador e um relê. O seu funcionamento é baseado na coloração das chamas. Se estas se apagarem, a luminosidade no interior da fornalha será diminuída, a célula fotoelétrica comandará o amplificador e o relê que abrirá seus contatos, interrompendo o circuito dos queimadores. Esse sistema também também efetua a parada parada de emergência, emergência, comandada comandada pelo circuito de segurança. segurança. Os sistemas fotocondutivos para segurança segurança de uma chama têm quase o mesmo funcionamento dos fotoelétricos, sendo diferentes no tipo de célula. Utilizam-se das irradiações infravermelhas das chamas e de amplificadores especiais. Os amplificadores conseguem estabelecer diferenças entre o calor das chamas e o calor dos refratários da fornalha.

DISPOSITIVOS AUXILIARES Os dispositivos auxiliares auxiliares considerados considerados mais importantes na caldeira caldeira são o pressostato, o programador , os ventiladores, o quadro de comando , os compressores .

PRESSOSTATO O pressostato destina-se a controlar a pressão da caldeira, de modo a não permitir que ela ultrapasse certo valor preestabelecido. preestabelecido. Para algumas caldeiras de combustível líquido e gasoso, o pressostato atua diretamente no fechamento da válvula solenóide que interrompe a entrada de combustível no queimador. Quando a pressão do vapor da caldeira estiver abaixo de um valor de ajuste (“set-point”) preestabelecido, o da sinal para o programador seqüencial, seqüencial, para início do processo de acendimento.















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras Para caldeiras de combustível líquido ou gasoso, geralmente esta sequencia envolve: 1. Acionamento do ventilador; 2. Purga da fornalha; ( com gás, óleo diesel, ou querosene); 3. Acendimento do piloto (com d e combustível (após travamento da fotocélula); 4. Abertura da válvula de 5. Desligamento do piloto; acendimento, ficando disponível para novo ciclo; 6. Término da seqüência de acendimento, 7. Modulação de fogo baixo para fogo alto.

VENTILADORES Os ventiladores são equipamentos necessários necessários para a purga (exaustão) de gases da fornalha e o insuflamento de ar para combustão; devem ser dimensionados para vencer as perdas de carga do sistema garantindo a tiragem. As caldeiras possuem ventiladores acionados por motor elétrico e/ou turbinas tur binas a vapor.

QUADRO DE COMANDO O quadro de comando é a parte da caldeira onde estão os dispositivos que permitem todas as operações necessárias ao seu funcionamento. As caldeiras podem ter um quadro de comando local, instalado ao lado da caldeira com, no mínimo, os seguintes elementos: - chave do modo de comando (manual ou automático); - chave liga/desliga bomba de água; - chave liga/desliga ventilador; - alarme sonoro de advertência (piloto, ventilador, pressão de vapor, nível, etc.; - lâmpadas piloto; - chave magnética de ligação do nível; - chave de acendimento manual da caldeira. As caldeiras mais complexas possuem uma sala de controle com instrumentos controladores, indicadores e registradores das variáveis de processo. processo. Esta instrumentação pode ser pneumática, hidráulica, elétrica ou eletrônica dependendo das características particulares de cada caldeira. Alguns tipos de caldeiras possuem um compressor de ar para realizar o processo de pulverização, atomizando o combustível.

















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras - válvulas de descarga; - válvulas de serviço; - válvulas de vapor; - válvulas de respiro; - válvulas de injeção de produtos químicos; - válvulas de descarga contínua.

TUBULAÇÕES As principais tubulações de uma caldeira são de: - água, - óleo, - vapor, - gás combustível, - condensado, - produtos químicos.

PURGADORES Os purgadores são dispositivos automáticos que servem para eliminar o condensado formado nas linhas de vapor e nos aparelhos de aquecimento, aquecimento, sem deixar deixar escapar escapar vapor. vapor. São usados, usados, também, nas linhas de ar comprimido para evitar a formação de umidade com riscos de corrosão para a tubulação. Os bons purgadores, além de remover o condensado, também eliminam o ar e outros gases incondensáveis como o CO2, por exemplo. Os purgadores servem também para reter o vapor nos aparelhos de aquecimento existentes em serpentinas, nas autoclaves e estufas, deixando sair apenas o condensado.















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras COMBURENTE O comburente é uma “substância que produz ou auxilia a combustão”. Essa substância é o oxigênio . Por razões econômicas, na combustão usa-se o oxigênio presente no ar, uma vez que ele contém 21% dessa substância em sua composição. O restante é composto basicamente por nitrogênio que não participa das reações de combustão, mas que representa um volume extra de gás a ser aquecido. Isso diminui o aproveitamento energético da caldeira e esfria a chama. Para melhorar a combustão, em alguns tipos de queimadores é feita a adição de oxigênio do ar, e até mesmo oxigênio puro no processo em alguns casos específicos.

TIPOS DE COMBUSTÃO A combustão pode ser completa ou incompleta. Na combustão completa, a máxima geração de energia é obtida e os gases resultantes result antes desse processo são menos nocivos ao ambiente. Assim, dependendo dependendo das características características do combustível, combustível, a geração de material em partículas é mínima, ou nula. Não se pode pode eliminar a emissão de de dióxido de enxofre enxofre (SO 2). Na combustão incompleta existe a presença de monóxido de carbono (CO) e fuligem. Esses poluentes, além de nocivos à saúde, diminuem o rendimento da combustão, com consequente diminuição da geração de energia.

PODER CALORÍFICO A quantidade de calor obtido na combustão de determinada parcela de combustível por unidade de massa é denominada de poder calorífico . O poder calorífico de um combustível pode ser definido como superior ou inferior em função da quantidade de água que se origina a partir de sua combustão. A tabela a seguir mostra valores práticos do poder calorífico inferior para para alguns combustíveis combustíveis usuais.















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA COMBUSTÃO Como o excesso de ar influi diretamente no aproveitamento energético de uma caldeira, é importante estabelecer parâmetros para avaliar sua eficiência e controlar o processo p rocesso de combustão. Para esse tipo de avaliação, os parâmetros podem ser estabelecidos por meio de medição, que é mais seguro e mais correto, ou onde não existir, por métodos práticos, por meio da observação da chaminé e da coloração da chama. Uma fumaça esbranquiçada pode significar excesso de oxigênio, enquanto que uma fumaça escura pode significar falta de oxigênio na fornalha. A situação ideal, independente do combustível utilizado (sólido ou líquido), é operar de modo que se obtenha uma coloração acinzentada nos gases da chaminé. Pela medição, pode-se obter o teor de: - oxigênio (O2); - dióxido de carbono (CO 2); - monóxido de carbono (CO); - fuligem/elementos particulados da fumaça. A medição de gases existentes na combustão pode ser realizada r ealizada por meio do aparelho ORSAT ou Fyrite, pela coleta de uma amostra dos gases gases gerados. gerados. A tabela a seguir mostra o teor máximo admissível de dióxido de carbono (CO 2) para alguns tipos de combustíveis.

Combustível

Teor máximo de CO 2*

Óleo diesel

15,4 %















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras REGULAGEM E CONTROLE DE PARÂMETROS EM CALDEIRAS Além das rotinas de pré-partida, partida, operação e parada, devem ser realizados os controles de temperatura e de pressão. Os controles de temperatura mais importantes em uma caldeira são: - controle de temperatura do ar; - controle de temperatura dos gases de combustão; combustão; combustível; - controle de temperatura do óleo combustível; superaquecedor; - controle de temperatura do vapor em caldeiras com superaquecedor; alimentação. - controle de temperatura de água de alimentação. Quando essa temperatura se eleva, isso pode ser sintoma de alguma anormalidade operacional, dentre as quais: - caldeira suja, com deficiência de troca térmica; r efratário, mudando o caminho preferencial dos gases; gases; - queda de material refratário, amianto não dão perfeita perfeita vedação; - juntas de amianto - tamanho de chama maior que o aceitável; gases. - excesso de ar na fornalha, causando aumento de velocidade dos gases. Os controles de pressão mais importantes de uma caldeira são: alimentação; - controle da pressão da água de alimentação; - controle da pressão do ar; - controle da pressão da fornalha; - controle da pressão do combustível; - controle da pressão do vapor.















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras OTIMIZAÇÃO DA COMBUSTÃO O controle e a otimização da combustão são fatores importantes na economia de combustíveis e preservação do meio ambiente. A melhor eficiência da combustão é obtida observando-se fatores como: uso do queimador adequado, nebulização perfeita, porcentagem correta de ar, manutenção periódica no equipamento, análise contínua dos gases, etc... Para otimizar o processo de combustão, pode-se utilizar os seguintes meios: pré-aquecimento do ar de combustão, - pré-aquecimento pré-aquecimento do combustível; - pré-aquecimento - controle de tiragem; - análise e controle da combustão por instrumentos. instrumentos.

ATOMIZAÇÃO E QUEIMADORES Para que a combustão ocorra, é necessário que exista o maior contato possível do combustível com o oxigênio do ar de combustão. Para isso acontecer quando se usa um combustível líquido, é preciso aumentar sua superfície específica. Isso é feito na fase de atomização, ou seja, quando o combustível é transformado em gotículas. Os tipos de atomização podem ser: - mecânico, no qual a atomização se dá por óleo sob pressão ou por ação centrífuga (copo rotativo), - por fluido auxiliar, no qual a atomização atomização acontece com com o auxílio do próprio vapor ou com ar comprimido. comprimido. O queimador que emprega a atomização por óleo sob pressão , também denominado jato- pressão, é normalmente empregado em instalações de grande porte nas quais predomina o fator econômico e em instalações marítimo, devido não só ao menor consumo de energia, como principalmente devido à economia

















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras Além dos queimadores descritos, temos que descrever particularidades dos queimadores a gás que, em um sistema de combustão, têm as seguintes funções: funções: - fornecer o gás combustível e o comburente à câmara de combustão, fixando adequadamente o posicionamento da chama; - misturar convenientemente o gás combustível e o comburente; comburente; - proporcionar os meios necessários para manter uma ignição contínua da mistura gás combustível/ar (evitando a extinção da chama). Para utilizar um sistema de queima de gás natural ou outro, é necessária uma adaptação do sistema de queima normal a óleo. Para essa adaptação, utilizam-se obrigatoriamente os seguintes equipamentos: - reguladores de vazão; - válvula solenóide; - pressostatos e válvulas reguladoras; - manômetros especiais para gases; - lança de queima principal para melhor homogeneização e conexões. - materiais para instalação elétrica, tubos e conexões.















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras PROCEDIMENTO EM SITUAÇÕES DE EMERGÊNCIA Todas as ocorrências de emergência deverão ser atendidas de acordo com o indicado no manual de operação da caldeira. Dentre essas emergências, é possível citar: - Retrocesso; água baixo; baixo; - Nível de água água alto; alto; - Nível de água d o normal; - Pressão do vapor acima do - Falhas em partes sob pressão.

RETROCESSOS Este fenômeno ocorre quando a pressão interna da caldeira aumenta bruscamente, podendo afetar o ambiente na sala e área das caldeiras, com risco de graves acidentes. Os retrocessos podem ser causados por: - vazamento do sistema de alimentação de óleo, com acúmulo de resíduos de combustível no interior da fornalha;















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras Para evitar esses problemas deve-se: - efetuar revisões de rotina nos sistemas de controle de nível; - manter atenção constante ao sistema de alimentação de água (tanques, bombas, válvulas, etc.); - fazer manutenção preventiva do sistema de alimentação de água; f izer as descargas de fundo. - manter atenção ao nível de água quando se fizer O nível de água baixo com o calor da fornalha agindo sobre os tubos secos provocará deformações no invólucro, danos ao refratário, vazamento d’água e danos aos tubos. Neste caso, caso, deveremos proceder proceder da seguinte seguinte forma: combustível; - cortar alimentação de ar e combustível; superaquecedor; - fechar válvula de saída de vapor, e respiro do superaquecedor; r eal da caldeira; - testar visores de nível confirmando nível real - alimentar a caldeira e retomar processo de acendimento supondo que o nível esteja visível; visível; - não repor água para evitar choque térmico na caldeira caso o nível no visor não seja visível; visível; - proceder ao resfriamento lento na caldeira, para posterior inspeção e identificação do motivo da queda de nível.

NÍVEL DE ÁGUA ALTO















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras Os problemas podem ser evitados da seguinte forma: - nunca alterar a regulagem da válvula de segurança, caso seja necessária esta alteração registrar o novo valor no registro de segurança da caldeira; fabricante; - testar regularmente a válvula de segurança de acordo com procedimentos do fabricante; - no caso da válvula estar sub-dimensionada, providenciar sua substituição, atualizando a respectiva documentação da válvula e da caldeira. Como providências, a alimentação de combustível deve ser completamente cortada e a evolução da pressão deve ser acompanhada. Conforme a tendência de subida de pressão, deve-se providenciar abertura da válvula de alívio de pressão onde houver. Para caldeiras de combustível sólido, além da providência acima, deve-se parar ventiladores e fechar todas as entradas e saídas de ar da caldeira. caldeira.

FALHAS EM PARTES SOB PRESSÃO Sempre que ocorre uma ruptura de tubos ou que há um grande vazamento de vapor, é necessária uma ação imediata para evitar danos pessoais, a fim de se reduzirem os efeitos da avaria, de modo que o restante da instalação sofra o menos possível.















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras ÁGUA COMPOSIÇÃO DA ÁGUA A água é, em geral, um excelente solvente para substâncias inorgânicas e orgânicas. É também um bom meio de transferência de calor, para processos de aquecimento e resfriamento. Por esse motivo, a água é essencial em muitos processos industriais como meio de aquecimento, resfriamento e transporte de resíduos. A água na sua forma líquida é encontrada na natureza sob duas condições: - águas de superfície (mares, rios, lagos e lagoas); - águas subterrâneas. As águas de superfície são instáveis, apresentam altos teores de STD (sólidos totais dissolvidos) e SS (sólidos suspensos), elevados teores de matéria orgânica e temperatura variável. As águas subterrâneas, por sua vez, são estáveis, apresentam menores teores de sólidos em suspensão e de material orgânico, e têm temperatura t emperatura constante. Do ponto de vista químico, a água é um composto cuja molécula é formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio, ou seja, H 2O.

















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras CORROSÃO

Corrosão é a deterioração de um material, geralmente metálico, decorrente da ação química ou eletroquímica dos agentes contaminantes existentes na água. Ela pode ser acelerada como resultado do ambiente no qual esta água é captada, e pode ser associada ou não a esforços de natureza mecânica. A corrosão pode ter várias causas. Ela pode ser, entre outras, eletroquímica, galvânica ou bimetálica, por oxigênio, por aeração diferencial, por concentração diferencial. Na caldeira, a corrosão é resultado do ataque provocado pela água e substâncias agressivas nela existentes. As substâncias mais comuns que causam a corrosão nas caldeiras são: oxigênio e outros gases dissolvidos na água, sais (cloretos de cálcio, magnésio, etc.) e ácidos.















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras - aumento da demanda de água e do custo de bombeamento; bombeamento; - elevação dos custos de manutenção;

equipamento; - redução da vida útil do equipamento; - redução do poder dos inibidores i nibidores de corrosão. As incrustações e outros depósitos devem ser controlados por meio da limitação de concentração das substâncias e materiais formadores de depósitos. Isso é conseguido por meio de tratamento com produtos químicos, tais como: - agentes quelantes: EDTA (ácido etilenodiaminotetracético); etilenodiaminotetracético); polifosfatos;















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Dureza total (mg/L = ppm de CaCO 3) < 15 15 - 50 50 - 100 100 - 200

Classificação Muito branda branda Moderadamente dura dura















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CLARIFICAÇÃO A clarificação engloba três etapas, cada uma constituindo um processo diferente que exige certos requisitos requisit os para assegurar assegurar os resultados esperados. esperados. Elas são: 1. Coagulação: o processo pelo qual se obtém o equilíbrio de cargas elétricas através de adição e mistura















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras - tratamento com hidrazina.

PRECIPITAÇÃO COM FOSFATO A precipitação com fosfato é o método pelo qual se efetua a transformação dos sais que formam precipitados rígidos no interior da caldeira, quando se faz o aquecimento da água, em precipitados nãoaderentes ou lamas, facilmente removíveis pelas descargas de fundo. Os sais de cálcio e magnésio são

















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras MANUTENÇÃO E INSPEÇÃO DE CALDEIRAS















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras - inspeção nos superaquecedores, pesquisando possíveis furos ocasionados por altas temperaturas no















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras São exemplos de condições inseguras:















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras POLUIÇÃO DO AR PROVOCADA POR CALDEIRAS















M&D SEG – Gestão em Segurança do Trabalho – NR-13 Caldeiras no interior da caldeira sem sem que a ventilação ventilação tenha sido providenciada. providenciada. - Não trabalhar no















Apostila - NR-13 Caldeiras

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