Quais os tipos de caldeiras a vapor e por que é importante fazer uma manutenção periódica?

O que é uma caldeira a vapor?

As caldeiras a vapor são equipamentos metálicos responsáveis por produzir e acumular vapor a partir de diferentes fontes. A mais comum delas é a água, devido à abundância desse recurso e à possibilidade de reaproveitamento através da condensação do vapor. O armazenamento é feito em alta pressão, superior à pressão atmosférica, e em alta temperatura.

Depois de produzido e armazenado, o calor do vapor é utilizado como fonte de energia térmica, aquecendo ambientes, processo chamado de calefação. Pode também ser utilizado para energizar e movimentar outras máquinas. Há também a função de esterilização. Assim, os diferentes tipos de caldeiras têm utilidade tanto em residências, quanto em indústrias ou usinas de força termoelétrica.

A caldeira a vapor tal como conhecemos hoje é a evolução dos protótipos surgidos durante a primeira Revolução Industrial, no século XVIII. Elas foram feitas para diminuir os inconvenientes causados pela queima do carvão. Com o advento das caldeiras a vapor, a combustão se concentrava em apenas um ponto da indústria, e o calor era distribuído através das tubulações de vapor.

No início, elas não eram cilíndricas, pois não era sabido que esse formato aumenta a sua resistência mecânica. Um dos responsáveis por essa mudança de formato foi o engenheiro estadunidense Oliver Evans.

Ela foi a tecnologia responsável por inaugurar essa nova era na produção manufaturada e vem alimentando, até hoje, a dinâmica da indústria, principalmente aquelas que necessitam de altas temperaturas.

Quais os principais tipos de caldeira a vapor?

Apesar de todas as caldeiras terem evoluído dos exemplares da época da primeira Revolução Industrial, elas foram se diferenciando. As adaptações foram feitas de acordo com a necessidade de eficiência, de espaço ou de finalidade dos locais onde são utilizadas. Assim, de acordo com as diferentes posições dos tubos, do local da fornalha, e outros aspectos, os principais tipos de caldeira são:

Caldeira flamotubular

As caldeiras flamotubulares, como o próprio prefixo “flamo” indica, comportam o “fogo” dentro dos tubos. Isso quer dizer que a fumaça e os gases resultantes da queima, passam por dentro dos tubos, aquecendo-os. Em volta desses tubos está a água para onde o calor do metal é transferido, aquecendo-a também e gerando o vapor.

Esse é o modelo mais utilizado por ser mais simples de se construir.

Caldeira aquatubular

Em uma caldeira deste tipo, diferente da anterior, é a água que passa por dentro dos tubos. O calor advindo da queima passa em volta dos tubos, aquecendo-os. Os tubos, por sua vez, transferem o calor para a água que está dento deles, gerando o vapor. Essa é opção é ideal quando o objetivo é obter mais vapor e tem sido muito usada nas usinas termoelétricas.

Caldeira mista

Essas caldeiras são híbridas. Possuem características tanto das caldeiras flamotubulares quanto das caldeiras aquotubulares.

Essas classificações, referentes à forma como se dá a troca de calor, são essenciais. No entanto, a disposição e quantidade dos tubos bem como a localização da fornalha geram outras classificações secundárias. Algumas delas são:

Caldeira horizontal e caldeira vertical

A caldeira horizontal é aquela cujos tubos estão dispostos horizontalmente. Ela pode possuir até 4 fornalhas e é utilizada para combustíveis com maior produção de calor.

A caldeira vertical possui os tubos dispostos nessa posição. Os seus tubos são fechados nas extremidades por placas denominadas “espelhos”. Ao contrário da anterior, é ideal para combustíveis com teor de calor mais baixo.

Caldeira Lancashire

As caldeiras Lancashire são um tipo de caldeira horizontal com quatro tubos internos. É uma caldeira de alta capacidade de produção de vapor, comportando grande volume de água, e, por isso, ocupa muito espaço. Por esse motivo, tem sido preterida em relação a caldeiras menores e mais modernas.

Originalmente, essa caldeira tinha um par de fornalhas, o que possibilitou o funcionamento ininterrupto da caldeira. Enquanto a limpeza era realizada em um dos fornos, o outro poderia continuar funcionando normalmente.

Caldeira cornuália

Também se trata de uma caldeira horizontal de grande volume de água. No entanto, ao contrário da anterior, apresenta uma eficiência bem menor e limitações de pressão. Ao invés de quatro, tem apenas dois tubos internos, conectados por uma placa plana.

Caldeira multitubular

As caldeiras do tipo multitubular, como evidencia o próprio nome, não possuem dois ou quatro, mas vários tubos internos. Esses tubos, por onde circulam os gases resultantes da combustão, podem ser tubos de fogo direto, tubos de retorno ou uma mistura dos dois.

Quando as caldeiras possuem tubos de fogo direto, os gases responsáveis pelo aquecimento da água e geração do vapor, passam apenas uma vez pelos tubos. Quando os tubos são de retorno, essa fumaça circula pelo cilindro da caldeira.

O terceiro cenário é aquele no qual há esses dois tipos de tubos juntos na caldeira. Os gases fazem o caminho de ida dentro dos tubos de fogo direto, e fazem o caminho de volta pelos tubos de retorno.

Além da diferença dos tubos, essas caldeiras podem se distinguir pela localização da fornalha. Há caldeiras em que essa fornalha é interna ao equipamento. Em outras, a fornalha é externa, aquecendo a caldeira pela parte de fora.

Essa caldeira foi criada na França, em 1828, e, originalmente, os vários tubos eram feitos de cobre e a água passava por dentro deles. Essa inovação, que permitiu trocas de calor mais eficiente, começou a fazer sucesso e passou a ser usada na construção das locomotivas como veremos a seguir.

Caldeira locomotiva

Como já foi dito, uma caldeira tem classificações essenciais e classificações secundárias. Podemos usar a caldeira locomotiva para exemplificar isso.

Trata-se de uma caldeira flamotubular já que os gases são o conteúdo dos tubos. A água circula por fora deles, na sua dupla parede metálica. Além disso, é também uma caldeira multitubular, pois possui vários tubos internos. E, por fim, recebe o nome de “locomotiva” por ter sido projetada para movimentar os vagões dos trens.

Obviamente, essa caldeira é praticamente inutilizada atualmente pois os trens não são mais movidos a vapor e o seu funcionamento não é sustentável. Isso ocorre, pois, a combustão nessas caldeiras acontecia com a queima de lenha ou carvão. A primeira opção agrava o problema do desmatamento e a segunda libera uma grande quantidade de gases poluentes.

Caldeira escocesa

Enquanto a caldeira locomotiva era usada nos trens, a caldeira escocesa foi projetada essencialmente para navios.

Ainda exemplificando o acúmulo de classificações, dizemos que, além de escocesa, essa é uma caleira flamotubular, já que o que circula pelos tubos também são os gases. Tal como a locomotiva, é uma caldeira multitubular por possuir vários tubos. Nesse caso, há presença de tubos de retorno, pois os gases circulam quatro vezes pelo interior da caldeira.

Esse tipo de caldeira possui alto rendimento e utiliza óleo ou gás como combustíveis.

A importância da manutenção periódica das caldeiras

Até aqui já deu para perceber que uma caldeira, independentemente do seu tipo, não é um equipamento simples. Envolve queima de combustível, alta temperatura e altíssima pressão. Esses três elementos combinados são capazes de dar muita força ao processo produtivo de uma indústria, mas também são a combinação perfeita para uma catástrofe. Diante disso, a manutenção periódica desses elementos é de grande importância, apra evitar reparações de caldeiras mais frequêntes.

A primeira e mais simples forma de manutenção é sempre verificar os indicadores de pressão e temperatura. Caso algum deles exceda o limite, o risco de explosão torna-se muito alto.

Devido a esse risco, é crucial verificar o funcionamento das válvulas de segurança. Em caso de um aumento muito grande na pressão, são elas que permitem o escape do excesso de vapor, evitando, assim, uma explosão.

Outros locais de escape dos quais depende o bom funcionamento da caldeira, são a chaminé e o dreno. Pela chaminé sai o excesso de calor e pelo dreno saem os resíduos. Se algum desses orifícios estiver obstruído, o risco de algo dar errado também aumenta.

Também faz parte da manutenção, a limpeza do cilindro da caldeira para a retirada dos resíduos que, por ventura, não tenham saído pelo dreno e estejam se acumulando ali dentro.

O mesmo cuidado deve ser dedicado aos tubos. Eles devem sempre ser inspecionados, para verificar possíveis corrosões. Devem ser lubrificados para garantir a fluidez dos seus conteúdos sem nenhuma obstrução.

Qual a norma regulatória que regulamenta o trabalho com caldeiras e vasos de pressão?

A norma regulatória que orienta o trabalho com caldeiras e vasos de pressão a fim de garantir a preservação da saúde do trabalhador e estabelecer medidas mínimas de segurança é a Norma Regulatória nº 13 (NR-13).

A NR-13, intitulada “Caldeiras, Vasos de Pressão e Tubulações”, foi aprovada em junho de 1978 por uma portaria do Ministério do Trabalho e do Emprego e aborda as medidas de segurança necessárias para diversos momentos do trabalho com esses equipamentos. Parte do projeto do espaço que irá abrigar as máquinas, passa pela instalação, inspeção, operação por parte dos funcionários e, por fim, requisita a manutenção.

Para cumprir essa norma, a empresa ou indústria proprietária da caldeira deve dar um treinamento especial para os funcionários responsáveis por operá-la. Eles devem conhecer o manual do aparelho e saber manuseá-lo, adotando todas as medidas preventivas. Devem saber como agir nos procedimentos rotineiros e nos de emergência.

Além disso, como já foi dito anteriormente, a NR-13 pede que a manutenção seja periódica, verificando válvulas, drenos, cilindro, tubos etc.

Todos esses procedimentos de manutenção precisam ser registrados no prontuário que caldeiras de qualquer tipo devem possuir. Esse documento, além da anotação das inspeções, precisa ter os dados do equipamento: como foi montado, quais foram os materiais utilizados para fabricá-lo, como ele funciona, quais são os seus artigos de segurança, qual o ano da fabricação, número de edição e projeto e a categoria de caldeira na qual se enquadra.

Além dessa norma nacional, há uma regulamentação internacional muito importante. Trata-se do código ASME. As orientações dessa norma são utilizadas principalmente para o momento de fabricação das caldeiras. Embora nem todas recebam o selo concedido por esse código, a maioria delas é feita sob os parâmetros determinados por ele.

Esperamos que, apesar dos muitos tipos de caldeira existentes e das muitas informações, esse artigo tenha sido esclarecedor. Se você gostou, visite-nos mais vezes e descubra mais textos sobre esse assunto e outros diversos. Aguardamos sua nova visita! E não se esqueça de deixar seu comentário.