Apostila - Equipamentos Est_Ticos - Petrobras - C_pia

Equipamentos Estáticos

CURSO DE FORMAÇÃO DE OPERADORES DE REFINARIA

EQUIPAMENTOS ESTÁTICOS

1

Equipamentos Estáticos

2

Equipamentos Estáticos

EQUIPAMENTOS ESTÁTICOS

CARLOS V. REIS

COLABORADOR: RUI FERNANDO COSTACURTA

Equipe Petrobras 3
Petrobras / Abastecimento
UN´s: Repar, Regap, Replan, Refap, RPBC, Recap, SIX, Revap

CURITIBA
2002

Equipamentos Estáticos

Módulo
Equipamentos Estáticos

Ficha Técnica

Contatos com a Equipe da Repar: Antonio Razera Neto
Refinaria Presidente Getúlio Vargas – Repar (Coordenador do Curso de Desenho Industrial)

Rodovia do Xisto (BR 476) – Km16 Maurício Dziedzic
83700-970 Araucária – Paraná (Coordenador do Curso de Engenharia Civil)

Mario Newton Coelho Reis Júlio César Nitsch
(Coordenador Geral) (Coordenador do Curso de Eletrônica)

Tel.: (41) 641 2846 – Fax: (41) 643 2717 Marcos Roberto Rodacoscki
e-mail: [email protected] (Coordenador do Curso de Engenharia

Uzias Alves Mecânica)
(Coordenador Técnico) Carlos V. Reis

Tel.: (41) 641 2301 (Autor)
e-mail: [email protected] Rui Fernando Costacurta

Décio Luiz Rogal (Colaborador)
Tel.: (41) 641 2295 Marcos Cordiolli
e-mail: [email protected] (Coordenador Geral do Projeto)
Ledy Aparecida Carvalho Stegg da Silva Iran Gaio Junior
Tel.: (41) 641 2433 (Coordenação Ilustração, Fotografia e
e-mail: [email protected]
Diagramação)
Adair Martins Carina Bárbara R. de Oliveira
Tel.: (41) 641 2433 (Coordenação de Elaboração dos Módulos
e-mail: [email protected]
Instrucionais)
UnicenP – Centro Universitário Positivo Juliana Claciane dos Santos
Oriovisto Guimarães (Coordenação dos Planos de Aula)
(Reitor)
José Pio Martins Luana Priscila Wünsch
(Vice Reitor) (Coordenação Kit Aula)
Aldir Amadori
Angela Zanin
(Pró-Reitor Administrativo) Leoni Néri de Oliveira Nantes
Elisa Dalla-Bona
Érica Vanessa Martins
(Pró-Reitora Acadêmica) (Equipe Kit Aula)
Maria Helena da Silveira Maciel
(Pró-Reitora de Planejamento e Avaliação Carina Bárbara Ribas de Oliveira
(Coordenação Administrativa)
Institucional) Cláudio Roberto Paitra
Luiz Hamilton Berton Marline Meurer Paitra
(Pró-Reitor de Pós-Graduação e Pesquisa) (Diagramação)
Fani Schiffer Durães Cíntia Mara Ribas Oliveira
(Pró-Reitora de Extensão)
(Coordenação de Revisão Técnica e Gramatical)
Euclides Marchi Contatos com a equipe do UnicenP:
(Diretor do Núcleo de Ciências Humanas e
Centro Universitário do Positivo – UnicenP
Sociais Aplicadas) Pró-Reitoria de Extensão

4 Helena Leomir de Souza Bartnik Rua Prof. Pedro Viriato Parigot de Souza 5300
81280-320 Curitiba PR
(Coordenadora do Curso de Pedagogia) Tel.: (41) 317 3093
Marcos José Tozzi Fax: (41) 317 3982

(Diretor do Núcleo de Ciências Exatas e Home Page: www.unicenp.br
Tecnologias) e-mail: [email protected]
e-mail: [email protected]

Equipamentos Estáticos

Apresentação

É com grande prazer que a equipe da Petrobras recebe você.
Para continuarmos buscando excelência em resultados, dife-
renciação em serviços e competência tecnológica, precisamos de
você e de seu perfil empreendedor.
Este projeto foi realizado pela parceria estabelecida entre o
Centro Universitário Positivo (UnicenP) e a Petrobras, representada
pela UN-Repar, buscando a construção dos materiais pedagógicos
que auxiliarão os Cursos de Formação de Operadores de Refinaria.
Estes materiais – módulos didáticos, slides de apresentação, planos
de aula, gabaritos de atividades – procuram integrar os saberes téc-
nico-práticos dos operadores com as teorias; desta forma não po-
dem ser tomados como algo pronto e definitivo, mas sim, como um
processo contínuo e permanente de aprimoramento, caracterizado
pela flexibilidade exigida pelo porte e diversidade das unidades da
Petrobras.
Contamos, portanto, com a sua disposição para buscar outras
fontes, colocar questões aos instrutores e à turma, enfim, aprofundar
seu conhecimento, capacitando-se para sua nova profissão na
Petrobras.

Nome:

Cidade:

Estado:

Unidade:

Escreva uma frase para acompanhá-lo durante todo o módulo.

5

Equipamentos Estáticos

Sumário

1 TUBULAÇÕES – ACESSÓRIOS/LIGAÇÕES ............................. 7 6 TORRES ................................................................................ 34
1.1 Tubulações ............................................................................ 7 6.1 Finalidades .......................................................................... 34
1.2 Classificação dos Tubos ........................................................ 7 6.2 Tipos ................................................................................ 34
1.3 Uso dos Principais Tipos de Tubos ....................................... 7 6.2.1 Torre de Bandejas .................................................... 34
1.3.1 Tubos de Aço Carbono .............................................. 7 6.2.2 Bandejas com Borbulhadores .................................. 35
1.3.2 Tubos de Aço-Liga e Aço Inoxidável ........................ 7 6.2.3 Bandejas Valvuladas ................................................ 35
1.3.3 Tubos de Materiais Metálicos não Ferrosos ............... 7 6.2.4 Bandejas Perfuradas ................................................ 35
1.4 Diâmetros Comerciais ........................................................... 7 6.2.5 Bandejas Gradeadas ................................................. 36
1.5 Espessuras de Paredes dos Tubos .......................................... 7 6.2.6 Panelas .................................................................... 36
1.6 Acessórios/ligações ............................................................... 8 6.3 Torres Recheadas ................................................................ 36
1.6.1 Acessórios de Tubulações .......................................... 8 6.3.1 Recheios .................................................................. 37
1.6.2 Ligações de Tubulações ............................................. 9 6.3.2 Suporte de Recheio .................................................. 37
1.6.3 Isolamento Térmico de Tubulações ......................... 10

2 VÁLVULAS ................................................................................ 11 7 FORNOS ................................................................................ 38
2.1 Definição ............................................................................... 11 7.1 Utilização (dos fornos nas plantas de processo de
2.1.1 Classificação e Principais Tipos de Válvulas ........... 11 petróleo) .............................................................................. 38
2.1.2 Válvulas que permitem o fluxo em apenas 7.2 Características gerais dos fornos ......................................... 38
uma direção ............................................................. 11 7.3 Classificação geral dos fornos ............................................. 38
2.1.3 Válvulas que controlam a pressão a montante – 7.3.1 Quanto à utilização .................................................. 38
ou Válvulas de segurança, alívio e contra pressão ... 11 7.4 Fornos Reatores .................................................................. 39
2.1.4 Válvulas que controlam a pressão a jusante – 7.4.1 Reformadores para unidades de hidrogênio
ou Válvulas redutoras e reguladoras de pressão ....... 11 e amônia .................................................................. 39
2.2 Principais Componentes das Válvulas ................................. 11 7.4.2 Fornos de pirólise .................................................... 39
2.2.1 Corpo de Válvula ..................................................... 11 7.4.3 Quanto ao aspecto construtivo ................................. 39
2.2.2 Castelo ..................................................................... 12 7.4.4 Cilindro vertical em seção de convecção ................. 39
2.2.3 Mecanismos Internos e Gavetas ............................... 13 7.4.5 Cilíndrico vertical com seção de
2.2.4 Meios de Operação de Válvulas ............................... 13 convecção horizontal ............................................... 40
2.3 Detalhes Particulares de cada Tipo e Válvulas .................... 14 7.4.6 Tipo de cabine com tubos horizontais ..................... 40
2.3.1 Detalhes Particulares de cada Tipo e Válvulas ......... 14 7.4.7 Tipo Caixa com câmara de Combustão
2.3.1 Válvula de Gaveta ................................................... 14 Independente ........................................................... 40
2.3.2 Válvula Macho ........................................................ 15 7.4.8 Tipo Caixa com Queimadores nas Paredes .............. 41
2.3.3 Válvula Globo ......................................................... 16 7.4.9 Tipo Cabine com Altar ............................................ 41
2.3.4 Válvulas de Controle ............................................... 17 7.5 Estrutura e carcaça metálica ................................................ 41
2.3.5 Válvula Borboleta .................................................... 17 7.6 Refratários ........................................................................... 41
2.3.6 Válvulas de Diafragma ............................................ 18 7.7 Tubos ................................................................................ 42
2.3.7 Válvulas de retenção ................................................ 18 7.7.1 Tubos de radiação .................................................... 42
2.3.8 Válvulas de Segurança e de Alívio .......................... 19 7.7.2 Tubos de Convecção ................................................ 42
7.8 Curvas e cabeçote de retorno ............................................... 42
3 PURGADORES .......................................................................... 20 7.9 Suportes dos tubos .............................................................. 42
3.1 Introdução ........................................................................... 20 7.10 Queimadores ....................................................................... 42
3.1.1 Remoção do Condensado ........................................... 20 7.11 Chaminé e abafadores ......................................................... 43
3.2 Tipos ................................................................................ 20 7.12 Sopradores de fuligem / ramonadores ................................. 43
3.2.1 Purgador de Bóia ..................................................... 20
3.2.2 Purgador de Panela Invertida ................................... 21 8 CALDEIRAS ............................................................................... 44
3.2.3 Purgador Termostático de Fole ................................ 21 8.1 Considerações gerais ........................................................... 44
3.2.4 Purgador Termodinâmico ........................................ 21 8.2 Classificação das caldeiras .................................................. 44
3.3 Tabela Comparativa para Purgadores .................................. 22 8.2.1 Caldeiras Flamotubulares ........................................ 44
3.4 Outros Dispositivos Separadores ........................................ 23 8.2.2 Caldeiras Aquotubulares .......................................... 45
3.5 Filtros para Tubulações ....................................................... 23 8.2.3 Classificação quanto à tiragem ................................ 45
3.5.1 Filtros Provisórios e Permanentes ............................ 24 8.2.4 Classificação quanto à circulação ............................ 45
8.3 Elementos principais de uma caldeira ................................. 45
4 PERMUTADORES DE CALOR ................................................. 25 8.3.1 Tubulão de vapor ..................................................... 45
4.1 Introdução .............................................................................. 25 8.3.2 Tubulão de água ...................................................... 46
4.2 Descrição Geral ...................................................................... 26 8.3.3 Feixe convectivo ...................................................... 46
4.2.1 Permutador de Espelhos Fixos ................................. 26 8.4 Paredes de água ................................................................... 46
4.2.2 Permutador de tampa flutuante ................................ 28 8.5 Superaquecedores ............................................................... 46
4.2.3 Permutador de Tubos em “U” .................................. 28 8.5.1 Generalidades .......................................................... 46
4.3 Materiais Usados em Permutadores de Calor ...................... 28 8.5.2 Tipos ....................................................................... 46
4.4 Escolha do Fluido ............................................................... 29 8.5.3 Fatores de influência operacional ............................ 47
4.5 Instrumentação do Permutador de Calor ............................. 29 8.6 Pré-aquecedores .................................................................. 47
4.6 Operação ............................................................................. 29 8.6.1 Generalidades .......................................................... 47
4.6.1 Normas de Operação ............................................... 29 8.6.2 Classificação ............................................................ 47
4.6.2 Causas de Perda de Eficiência ................................. 30 8.6.3 Corrosão .................................................................. 47
4.7 Manutenção ......................................................................... 30 8.7 Economizadores .................................................................. 47
4.7.1 Limpeza ................................................................... 30 8.8 Queimador .......................................................................... 48
4.7.2 Testes de Pressão ..................................................... 30 8.8.1 Queimador ............................................................... 48
4. 8 Componentes dos Trocadores ............................................. 31 8.8.2 Distribuidor de ar .................................................... 48
4.8.1 Componentes ........................................................... 31 8.8.3 Queimador de óleo combustível .............................. 48
8.9 Ramonador (ou soprador de fuligem) .................................. 48
5 TANQUES ................................................................................ 32 8.10 Internos do Tubulão ............................................................ 49
5.1 Finalidade ........................................................................... 32 8.10.1 Separadores de vapor ............................................... 49
5.2 Classificação quanto à função ............................................. 32 8.10.2 Ciclones ................................................................... 49
5.2.1 Tanques de Armazenamento .................................... 32 8.11 Válvulas ............................................................................... 49
5.2.2 Tanques de Resíduo ................................................. 32 8.11.1 Válvulas de Bloqueio ............................................... 49
5.2.3 Tanques de Mistura ................................................. 32 8.11.2 Válvula de Retenção ................................................ 49
5.3 Classificação quanto ao tipo de teto .................................... 32 8.11.3 Válvulas de Controle ............................................... 49
5.3.1 Tanques de Teto Fixo .............................................. 32 8.11.4 Válvulas de Segurança ............................................. 49
5.3.2 Tanques de Teto Flutuante ....................................... 32 8.11.5 Válvulas de purga de superfície ............................... 49
8.11.6 Válvulas de purga de fundo ..................................... 50
6 5.4 Acessórios ........................................................................... 33 8.11.7 Válvulas de “vent” ................................................... 50
5.4.1 Respiração ............................................................... 33 8.12 Termos usuais em trabalhos de caldeiras ............................. 50
5.4.2 Válvula de Pressão e Vácuo ..................................... 33
5.4.3 Agitador .................................................................. 33
5.4.4 Sistema de Aquecimento ......................................... 33
5.4.5 Isolamento Térmico ................................................. 33
5.4.6 Sistema de Medição ................................................. 33
5.5 Diques ................................................................................ 33

Tubulações – Equipamentos Estáticos
Acessórios/Ligações
1

1.1 Tubulações 1.3.2 Tubos de Aço-Liga e Aço Inoxidável

Tubulações são condutos fechados desti- São usados para serviços especiais tais
nados ao transporte de fluidos. As tubulações como fluidos corrosivos, fluidos à altas tem-
são constituídas de tubos de tamanhos padro- peraturas, etc. Os elementos de liga mais usa-
nizados, colocados em série. dos são: – Cr e Mo, para altas temperaturas e
– Ni para baixas temperaturas.
Usam-se tubulações para o transporte de
todos os fluidos, materiais pastosos, líquidos 1.3.3 Tubos de Materiais Metálicos não Ferrosos
e gasosos. Na prática, são chamados de tubos,
somente os condutos rígidos. Os condutos fle- São usados geralmente para fins específi-
xíveis recebem a denominação de tubos flexí- cos, que envolvem pequenos diâmetros (ar de
veis, mangueiras ou mangotes. instrumento, tubos de permutador, entre outros).

1.2 Classificação dos Tubos 1.4 Diâmetros Comerciais

Os tubos podem ser classificados em me- Os tubos são identificados por um núme-
tálicos ou não metálicos. ro chamado “diâmetro nominal” (DN). A uni-
dade é a polegada (símbolo: "). Uma polegada
a) Tubos Metálicos Ferrosos: equivale a 2,54 cm.
Aço Carbono;
Aço Liga (à base de Cr, Mo Ni, Si); De DN 1/8" até 12", esse valor não corres-
Aço inoxidável; ponde a nenhuma dimensão física dos tubos; e
Ferro Fundido; de DN 14" a 36" o diâmetro nominal coincide
Ferro Forjado. com o diâmetro externo (D. Ext.) dos tubos.

b) Tubos Metálicos não Ferrosos: Assim, o valor fixo dos tubos de 1/8" a
Cobre e ligas de cobre (latão, bronze); 12" é o diâmetro externo, sempre maior que o
Alumínio; diâmetro nominal.
Chumbo;
Níquel; Exemplo:
Outros metais; etc.
DN 4" → D. Ext. = 4,5"
c) Tubos Não Metálicos:
Cimento-amianto; DN 8" → D. Ext. = 8,6"
PVC;
Borracha; Acima de 30", os tubos são padronizados,
Concreto; fabricados com costura, sob encomenda.
Vidro;
Plástico; etc. 1.5 Espessuras de Paredes dos Tubos

1.3 Uso dos Principais Tipos de Tubos Para cada um dos diâmetros nominais, fa-

1.3.1 Tubos de Aço Carbono bricam-se tubos com diversas espessuras de

Representam a maior parte das tubulações parede. Esta espessura é padronizada e recebe
utilizadas na refinaria. São usados para trans-
ferir hidrocarbonetos, vapor, água, gases, etc. o nome de “Schedule” (Sch). Quanto mais alto

Suas limitações são, no que diz respeito, o Sch, maior será a espessura da parede do
a produtos químicos corrosivos e ao fator tem-
peratura. tubo. 7
Exemplo:

DN 8" → D. Ext. = 8,6" → Sch 40 = 0,32"
DN 8" → D. Ext. = 8,6" → Sch 80 = 0,5"

Equipamentos Estáticos Curva 90° Curva 90° com pé Curva 45°

Conclusão do exemplo: como o D. Ext. é
fixo (8,6") para um mesmo DN (8"), então ao au-
mentarmos o n.º de schedule a espessura de pare-
de aumenta e conseqüentemente o diâmetro in-
terno diminui. (Figura 1.1).

Sch.

D. Ext. D. Int. Figura 1.2 – Acessórios flangelados.

Figura 1.1 – Espessura de parede de tubos. Curva 90° Curva 45°
Raio Longo
Existem tubos para outras finalidades que
não simplesmente o transporte de fluidos. São Figura 1.3 – Acessórios para solda do topo.
os tubos usados em permutadores, fornos, cal-
deiras, etc, que servem também para aumen- Cruzeta “Tê”
tar a área de troca de calor. Exigem, na maio- Figura 1.4 Acessórios flangelados.
ria dos casos especificações especiais.
Sela “Tê”
Para esses tubos, o diâmetro externo cor-
responde ao diâmetro nominal (DN), e a espes- Figura 1.5 – Acessórios para solda do topo.
sura de parede que varia grandemente, é desig-
nada pela própria medida de espessura em mm, Redução
décimo de polegada, entre outras unidades. Figura 1.6 – Acessório flangelado.

Exemplo: Redução Redução
Concêntrica Excêntrica
Tubo DN 3/4" → D. Ext. = 3,4"
Figura 1.7 – Acessórios para solda do topo.
Tubo DN 2" → D. Ext. = 2"
Luva Solda
1.6 Acessórios/ligações rosqueada
Luva
1.6.1 Acessórios de Tubulações soldada

Os acessórios de tubulações são os meios Tubo
utilizados para conectar tubos, válvulas, outros
acessórios e equipamentos. Além de ligar, os Figura 1.8 – Ligações rosqueadas e ligações soldadas.
acessórios servem também para mudar a dire-
ção, variar o diâmetro da tubulação, fazer deri-
vações, interromper ligações, etc. Os acessórios
podem ser soldados, rosqueados ou flangelados.
Classificam-se conforme sua função nas tubulações:

a) Para mudar a direção em tubos, usa-se:
(Figura 1.2 e 1.3)
– Curvas de raio longo: 45º, 90º;
– Curvas de raio curto: 45º, 90º;
– Joelhos de 45º e 90º.

b) Para derivação em tubos: (Figura 1.4 e 1.5)
– T normal;
– Selas;
– Cruzetas.

c) Para variar o diâmetro em tubos: (Fi-
gura 1.6 e 1.7)
– Redução concêntrica;
– Redução excêntrica.

8 d) Para ligações de tubos entre si: (Figura 1.8
e 1.9)
– Luvas;
– Uniões;
– Flanges.

Tubo União Tubo Equipamentos Estáticos
Solda soldada
União rosqueada f) Para isolar trechos de tubulações e equi-
Porca Porca pamentos;
– Raquetes; (Figura 1.13)
– Figuras-Oito. (Figura 1.14)

Flanges Porca
Parafuso
Tubo
Tubo

Solda Raqueta

Junta Figura 1.13 Lado cheio
Lado vazado
Figura 1.9 – Ligações rosqueadas e união flangelada.

e) Para fechar a extremidade de um tubo:
– CAP; (Figura 1.10.)
– Bujões; (Figura 1.11.)
– Flanges cegos. (Figura 1.12.)

“Cap” Figura 1.14
Figura 1.10 – Acessório para solda do topo.
1.6.2 Ligações de Tubulações
Figura 1.11 – Bujão (cabeça quadrada)
a) Ligações Rosqueadas (Figura 1.4)
Flange cego É um dos métodos mais antigos para liga-
ção de tubulações, pois é de baixo custo e fá-
Tubo cil execução. Sua utilização é limitada a tubos
de pequenos diâmetros (até 4") e para ligações
Parafuso Junta de de baixa pressão.
Figura 1.12 – Flange cego. vedação
b) Ligações Soldadas (Figura 1.5)
Porca É o sistema mais usado para a ligação de
tubos, acima de 2", para aços de qualquer tipo
e metais não ferrosos soldáveis. Para a execu-
ção das soldas existem normas que regulamen-
tam o tipo de eletrodo, o tipo de inspeção, o
tratamento térmico, etc.

c) Ligações Flangeadas (Figura 1.6)
As ligações flangeadas compreendem,
normalmente, dois (02) flanges, jogo de para-
fusos, porcas e uma junta. São ligações facil-
mente desmontáveis, empregadas em uma sé-
rie de situações, tais como:
– acoplar tubulação a uma válvula;
– acoplar tubulações aos equipamentos;
– permitir montagens e desmontagens fá-

ceis.
Existem diversos tipos de flanges. Os mais 9
usuais são: de pescoço, integral, sobreposto,
rosqueado, de encaixe, cego, etc. Quanto à
face, pode-se ter: face lisa, com ressalto, ma-
cho e fêmea, etc.

Equipamentos Estáticos Anotações

Os flanges, confeccionados de material
forjado, podem ser classificados segundo a
pressão nominal de projeto. As classes de pres-
sões para flanges são: 125, 150, 300, 400, 600,
900, 1.500 e 2.500 lbs/pol2. Os flanges mais
usados em refinaria correspondem às classes
de 150 e 300 lbs/pol2.

As dimensões dos flanges (espessura, n.º
de parafusos, diâmetro externo) variam com
as classes de pressão.

Em todas as ligações com flanges, existe
sempre uma junta que é o elemento de vedação.
O material da junta deverá ser deformável e
elástico, para compensar as irregularidades das
faces dos flanges, estratégia que confere
vedação perfeita. Deverá também ser especi-
ficado, visando suportar as variações de tem-
peratura e pressão. Existem diversos tipos de
juntas. As mais comuns na refinaria são:

– Espirotálicas: Juntas planas com es-
piral metálico recheado de amianto. São
usadas para fluidos à altas temperatu-
ras, situação em que um vazamento
torna-se extremamente perigoso.

– Nitripak: Juntas planas, fabricadas
com papelão recheado de tela metáli-
ca. Usadas para fluidos à alta pressão e
a baixas temperaturas.

– Papelão grafitado: Juntas planas fa-
bricadas com papelão e grafite. Usadas
para fluídos à baixa pressão e baixa
temperatura.

1.6.3 Isolamento Térmico de Tubulações

Os isolamentos térmicos, com freqüência,
têm por finalidade, reduzir as trocas de calor
do tubo para o meio ambiente, ou vice-versa.
São constituídos, geralmente, de material à
base de cálcio ou lã de rocha.

Os isolamentos térmicos podem ser utili-
zados por duas razões, com finalidades espe-
cíficas diferentes:

a) Motivo Econômico
As perdas de calor de um fluido para o
exterior, representam um desperdício da
energia empregada no aquecimento. A
utilização de isolamento térmico resul-
ta, portanto, em economia de energia.

b) Proteção Pessoal

10 O isolamento térmico pode também ser
necessário para evitar queimaduras

caso o operador encoste-se na tubula-

ção, ou ainda, em algumas situações,

para evitar o desconforto da excessiva

irradiação de calor.

Válvulas Equipamentos Estáticos

2

2.1 Definição 2.1.4 Válvulas que controlam a pressão a jusante

Válvulas são dispositivos usados para es- São também conhecidas como válvulas re-
tabelecer, controlar e interromper a passagem dutoras e reguladoras de pressão
de fluidos em tubulações. Dentro deste concei-
to global, as válvulas podem ter, no entanto, 2.2 Principais Componentes das Válvulas
funções e características específicas que permi-
tem uma classificação segundo seu emprego. 2.2.1 Corpo de Válvula

2.1.1 Classificação e Principais Tipos de O corpo ou carcaça é a parte da válvula que
Válvulas se conecta à tubulação e contém o orifício de
Válvulas que controlam o fluxo em qualquer passagem do fluido.
direção
As válvulas são peças sujeitas à manutenção
a) Válvulas de Bloqueio e, por isso, devem ser, em princípio, facilmente
São aquelas que se destinam, primor- desmontáveis. Tanto as válvulas rosqueadas, como
dialmente, a estabelecer ou interrom- as flangeadas obedecem a este conceito. No en-
per o fluxo, ou seja, devem só funcio- tanto, com o desenvolvimento dos processos de
nar completamente abertas ou comple- solda, passaram também a ser empregadas válvu-
tamente fechadas. las com extremidades para solda de soquete e para
Tipos mais usados: válvula gaveta; solda de topo. A desmontagem dessas válvulas é
válvula macho; bem mais difícil, mas em compensação, não há
válvula esfera. riscos de vazamentos na tubulação. São os seguin-
tes os principais casos de emprego de cada tipo
b) Válvulas de Regulagem de Fluxo de extremidade em válvulas:
Destinam-se para o controle de fluxo e
podem, devido a isto, trabalhar em a) Extremidades flangeadas
qualquer posição. Sistema usado em quase todas as vál-
Tipos mais usados: vulas, de qualquer material, emprega-
válvula globo; do em tubulações industriais de mais
válvula agulha; de 2". (Figura 2.1)
válvula de controle;
válvula borboleta; Volante
válvula de diafragma.
Pino
2.1.2 Válvulas que permitem o fluxo em apenas graxeiro
uma direção
Haste
a) válvula de retenção de portinhola;
b) válvula de retenção tipo plug; Sobreposta Flange
c) válvula de retenção de esfera; Gaxetas
d) válvula de pé. Castelo 11
Flangeado
2.1.3 Válvulas que controlam a pressão a
montante Corpo

São também conhecidas como válvulas de Gaveta
segurança, alívio e contra pressão
Sede

Figura 2.1 – Válvula gaveta.

Equipamentos Estáticos b) Castelo preso ao corpo por uma por-
ca solta de união
b) Extremidades para solda de soquete Usado para válvulas pequenas, de alta
Sistema usado, principalmente, em vál- pressão. Permite uma vedação bem
vulas de aço, de menos de 2", em que a melhor que o castelo rosqueado. Esta
solda de topo é ineficiente. válvula deve ser de boa qualidade (Fi-
guras 2.2 e 2.3).
c) Extremidades rosqueadas
Sistema usado em válvulas menores de Volante
4" em tubulações que não conduzem Haste c/ rosca externa
fluidos corrosivos ou venenosos.

d) Extremidades para solda de topo Sobreposta
Sistema usado em válvulas de aço, de
mais de 2", em serviços com pressões Castelo aparafusado
muito altas ou com fluidos em que se Tampão
exija eliminação absoluta do risco de Sede
vazamento.
Sentido de fluxo
2.2.2 Castelo
Figura 2.3 – Válvula globo.
O castelo é a parte da válvula que suporta
e contém as peças móveis de controle de flu- c) Castelo aparafusado
xo. O castelo é fixado ao corpo de maneira a Sistema usado para válvulas grandes
permitir rápida desmontagem e fácil acesso ao sob qualquer pressão, por ser mais ro-
interior da válvula. São três os meios usuais busto e permitir melhor vedação (Fi-
de ligação do castelo ao corpo: guras 2.4 e 2.5).

a) Castelo e corpo rosqueados Volante
É o sistema mais barato, usado apenas
em pequenas válvulas de baixa pres-
são (Figura 2.2).

Volante

Porca de aperto Sobrecastelo
Sobreposta Haste com roca externa
Gaxetas
Sobreposta
Castelo Rosqueado Gaxetas
Haste c/ rosca interna
Castelo aparafusado
Corpo Junta
Gaveta Corpo

Extremos rosqueados Gaveta
Sedes
12 Flanges

Figura 2.2 – Válvula gaveta castelo rosqueado. Figura 2.4 – Válvula gaveta castelo aparafusado.

Alavanca de operação Equipamentos Estáticos

Guia da alavanca c) Operação automática:
Haste deslizante – pelo próprio fluido;
– por meio de molas ou contrapesos.
Gaxeta
Castelo Para operação manual, empregam-se vo-
lantes e alavancas em válvulas de até 12". Para
aparafusado válvulas maiores, usam-se os sistemas de en-
grenagem e parafuso sem fim, com o objetivo
de suavizar a operação.

Volante

Engrenagens
de redução

Gaveta
Flange

Figura 2.5 – Válvula de fecho rápido.

Castelo

2.2.3 Mecanismos Internos e Gavetas Flange

O mecanismo móvel interno da válvula Figura 2.6 – Válvula gaveta com redução de engrenagens.
(haste e peças de fechamento) e a sede chama-
se “trim” da válvula. São as peças mais im- Para a operação manual de válvulas situa-
portantes da válvula, geralmente, feitas de ma- das fora do alcance do operador, utilizam-se
teriais de melhor qualidade do que os da car- volantes ou alavancas com correntes, ou ain-
caça, porque estão sujeitas a grandes esforços da hastes de extensão (Figura 2.7).
e à forte corrosão. Devem ter também uma
usinagem cuidadosa para que a válvula tenha a) Válvula acima do operador
fechamento estanque.
Volante Volante para
Na maioria das válvulas, a haste atravessa corrente
o castelo, indo para fora do corpo. Para evitar
vazamento pela haste, existem gaxetas conven- Piso de
cionais com porca de aperto, ou, mais rara- operação
mente, sistemas especiais de vedação como
retentores, foles, entre outros. Quando a haste Haste de extensão 13
é rosqueada (como acontece na maioria das b) Válvula abaixo do operador
válvulas), a rosca deve, de preferência, estar
por fora da gaveta, por ser um sistema de cons- Figura 2.7 – Válvulas com volante com corrente e com haste
trução mais barato. de extensão.

2.2.4 Meios de Operação de Válvulas

Há uma variedade muito grande de siste-
mas usados para a operação de válvulas:

a) Operação manual, por meio de:
– volante;
– alavancas;
– engrenagens; (Figura 2.6)
– parafusos sem fim; etc.

b) Operação motorizada:
– hidráulica;
– pneumática;
– elétrica.

Equipamentos Estáticos 2.3 Detalhes Particulares de cada Tipo

A operação motorizada é empregada ape- e Válvulas
nas nos seguintes casos:
2.3.1 Válvula de Gaveta
– Em válvulas comandadas à distância;
– Em válvulas situadas em posições ina- É o tipo de válvula mais importante e de
uso mais generalizado. São utilizadas princi-
cessíveis; palmente nos serviços de bloqueio nas linhas
– Em válvulas muito grandes, cuja ope- de água, óleos e líquidos em geral (desde que
não sejam muito corrosivos ou voláteis), para
ração manual seja difícil. quaisquer diâmetros, e também para o bloqueio
Nos sistemas de operação motorizada, hi- de vapor e ar em linhas de diâmetro acima de
dráulica ou pneumática, a haste da válvula é 8". Em todos estes serviços, as válvulas de
comandada por um êmbolo ou um diafragma, gaveta são usadas para qualquer pressão ou
sujeito à pressão de um líquido ou ar compri- temperatura (Figura 2.1).
mido. O comando hidráulico, mais raro na prá-
tica do que o comando pneumático, é usado O fechamento dessas válvulas é feito pelo
quase somente, para válvulas muito grandes. movimento de uma peça chamada gaveta, que
se desloca paralelamente ao orifício da válvu-
Conexões para o la e perpendicularmente ao sentido de escoa-
líquido acionador mento do líquido.

Cilindro Hidráulico Quando completamente abertas, a perda
de carga causada por este tipo de válvula é
Gaxetas desprezível. Apenas devem trabalhar comple-
tamente abertas ou completamente fechadas,
Haste deslizante isto é, são válvulas de bloqueio e não de re-
gulagem. Quando parcialmente abertas, cau-
Gaveta sam laminagem da veia fluida, acompanhada
de cavitação e violenta erosão.
Figura 2.8 – Válvula comandada por cilindro hidráulico.
Observa-se que as válvulas gaveta são
A operação motorizada pneumática é o sis- sempre de fechamento lento, sendo impossí-
tema mais usado nas válvulas comandadas por vel fechá-las instantaneamente: o tempo ne-
instrumentos automáticos. É preciso não con- cessário para o fechamento será tanto maior
fundir válvulas comandadas por instrumentos quanto maior for a válvula. Essa é uma grande
automáticos com válvulas de operação auto- vantagem das válvulas gavetas, porque, desta
mática. maneira, pode-se controlar o efeito dos golpes
de ariete.
Existem dois sistemas de operação moto-
rizada elétrica de uso corrente: As válvulas gaveta dificilmente dão um
fechamento absolutamente estanque. Por ou-
– Motor elétrico, acionando o volante da tro lado, na maioria das aplicações práticas,
válvula por meio de engrenagens de tal fechamento não é necessário.
redução. Este sistema é usado apenas
em válvulas de grande tamanho para A gaveta das válvulas pode ser em cunha
tornar a operação mais fácil e mais rá- ou paralela.
pida.
As gavetas de cunha são de maior quali-
– Solenóide, cujo campo magnético mo- dade e dão, devido a ação da cunha, um fecha-
14 vimenta, diretamente por atração, a mento mais seguro do que as gavetas parale-
las, embora sejam de construção e manuten-
haste da válvula. Este sistema pode ser ção mais difícil.
empregado apenas para pequenas vál-
vulas, freqüentemente por relés elétri- Emprega-se, nas válvulas gaveta, três sis-
cos ou instrumentos automáticos. temas diferentes de movimentação da haste:

Haste ascendente com rosca externa

É o sistema usado nas válvulas grandes e
de boa qualidade. A haste tem apenas movi-
mento de translação e o volante, preso ao cas-
telo por uma porca fixa, apenas movimento
de rotação. A rosca da haste é externa à válvula

estando, assim, livre, do contato com o fluido. A Equipamentos Estáticos
extensão da haste acima do volante dá uma
indicação visual imediata da posição de aber- Variantes das válvulas gavetas
tura ou de fechamento da válvula, sendo esta
a principal vantagem do sistema (Figura 2.4). Uma variante da válvula gaveta é a válvu-
la de fecho rápido. Nessas válvulas, a gaveta é
Haste ascendente com rosca interna manobrada por uma alavanca externa fechan-
do-se com um movimento único da alavanca
É a disposição mais usual em válvulas (Figura 2.5).
pequenas e também em válvulas grandes de
qualidade inferior. A haste, dentro da válvula, 2.3.2 Válvula Macho
juntamente com o volante, tem movimentos
de translação e rotação. Não há indicação vi- Aplica-se, principalmente, nos serviços de
sual da posição de abertura ou fechamento (Fi- bloqueio de gases para qualquer diâmetro, tem-
gura 2.2). peratura ou pressão e também no bloqueio rápi-
do de água, vapor e líquidos em geral para pe-
Haste não ascendente quenos diâmetros e baixas pressões (Figura 2.9).

A haste, juntamente com o volante tem Engraxadeira Alavanca de manobra
apenas movimento de rotação. Somente a ga-
veta da válvula que se atarraxa na extremida- Sobreposta
de da haste, tem movimento de translação. É Gaxetas
um sistema barato, de construção fácil, usado Sedes
em válvulas pequenas de qualidade inferior. Macho

Alguns problemas são característicos du- Orifício de passagem
rante a operação de válvulas gavetas:
Rasgos de Lubrificação
– Em caso de alta pressão, é difícil a ope-
ração de uma válvula gaveta. Há casos Válvula macho
em que se torna necessário o uso de
chaves apropriadas aplicadas ao volan- Posição aberta Posição fechada
te, há outros em que a válvula possui
um desvio: na abertura ou fechamento Cortes em projeção horizontal
da válvula utiliza-se o desvio para evi-
tar alto diferencial de pressão na ope- Figura 2.9 – Válvula macho.
ração.
Nessas válvulas, o fechamento é feito pela
– As gaxetas requerem atenção, uma vez rotação de uma peça (macho) existente no in-
que podem apresentar um pequeno va- terior do corpo da mesma. São válvulas de fe-
zamento com o uso. É importante que cho rápido, porque bloqueiam com 1/4 de volta
sejam reapertadas ou trocadas em épo- do macho ou da haste.
cas apropriadas.
As válvulas macho são, fundamentalmen-
– Ao se abrir ou fechar completamente a te, válvulas de bloqueio. Quando totalmente
válvula, ela pode se trancar. Existe uma abertas, a perda de carga é mínima e, quando
pequena folga que permite inverter li- parcialmente fechadas, a turbulência impede
geiramente o sentido de rotação do vo- uma vazão regularizada.
lante sem que se altere a posição da ga-
veta. Existem dois tipos gerais de válvulas ma-
cho: com e sem lubrificação.
– Quando a válvula não está vedando
completamente não é boa norma for- Nas válvulas com lubrificação, há um sis-
çar seu fechamento: as causas podem tema de injeção de lubrificantes sob pressão, 15
ser depósitos na sede, defeito na sede, através do macho, para melhorar a vedação e
etc. A operação indevida pode agravar evitar que o mesmo fique preso. Essas válvu-
o problema. Na maioria das vezes, ocor- las são empregadas geralmente em serviços
re a quebra da bucha. com gases.

– Tanto a má lubrificação como o aperto
demasiado das gaxetas podem acarretar
dificuldades na operação da válvula.

Equipamentos Estáticos bem melhor que as válvulas de gaveta, de for-
ma que é possível conseguir, principalmente
As válvulas sem lubrificação, de boa qua- em válvulas pequenas, um fechamento abso-
lidade, usadas para gases, têm sedes removí- lutamente estanque (Figura 2.3).
veis, feitas de material resiliente (teflon, neo-
prene, etc.), dando ótima vedação estanque. As válvulas globo devem ser instaladas de
modo que o fluido entre sempre pela face in-
Variantes da válvula Macho ferior do tampão. Essa disposição tem a van-
tagem de poupar as gavetas, porque a pressão
Uma das variantes da válvula macho cor- não fica agindo permanentemente sobre elas e
responde às válvulas de esfera. Neste caso, o também de permitir, em muitos casos, o reen-
macho é uma esfera que gira sobre um diâ- gaxetamento com a válvula em serviço.
metro, deslizando entre anéis retentores. As
vantagens das válvulas de esfera sobre a de Variantes de válvula globo
gaveta são o menor tamanho, peso e custo,
melhor vedação e menor facilidade de opera- Válvulas Angulares
ção (Figura 2.10). Essas válvulas têm os bocais de entrada e

Haste Alavanca de manobra saída a 90°. Permite perdas de cargas menores
Engaxetamento que a válvula globo comum. Devido à posi-
Orifício de ção do orifício de passagem (Figura 2.12).
passagem

Macho Porca de aperto
(esfera oca) Gaxetas
Anéis retentores Haste com rosca

Figura 2.10 – Válvula de esfera. Tampão

Outra variante das válvulas macho são as Trajetória do fluído
válvulas de 3 ou 4 vias, onde o macho nesss
válvulas é furado em “T” em “L” ou em cruz, Figura 2.12 – Válvula Angular.
dispondo a válvula de 3 ou 4 bocais para liga-
ção às tubulações (Figura 2.11) Válvula Agulha
O tampão nestas válvulas é substituído por
Macho
uma peça cônica agulha, que permite um con-
trole mais delicado da vazão. É usado em li-
nha até 2” (Figura 2.13).

Posição aberta

Corte em projeção
horizontal

Figura 2.11 – Válvula de 3 vias.

2.3.3 Válvula Globo

Em válvulas globo, o fechamento é feito Castelo de união

por meio de um tampão que se move contra o Porca
Agulha
orifício da válvula, que, geralmente, está em

16 posição paralela ao sentido do fluxo. As vál-
vulas globo podem trabalhar em qualquer po-

sição e fechamento, isto é, são válvulas de re-

gulagem. Causam, entretanto, em qualquer Sede

posição de fechamento, fortes perdas de car- Trajetória do fluido

gas. As válvulas globo dão um fechamento Figura 2.13 – Válvula Agulha.

Válvula sem sede Equipamentos Estáticos
É uma variante das válvulas angulares em
Mola regulável
que o tampão consiste de um êmbolo que des- (para abrir a válvula)
liza do corpo da válvula. Estas válvulas são
empregadas para a descarga de caldeiras (Fi- Admissão de ar comprimido
gura 2.14). (para fechar a válvula)
Diafragma flexível
Êmbolo
Indicador de posição
Haste de abertura
Sobreposto
Gaxetas

Retentores Sedes Tampões duplos
balanceados
Figura 2.14 – Válvula sem sede.
Figura 2.16 – Válvula de Controle.
Válvulas em “Y”
Essas válvulas apresentam a haste a 45° 2.3.5 Válvula Borboleta

com o corpo, de maneira tal que a trajetória da Usada para tubulações de grande diâme-
corrente fluida fica quase retilínea. Em conse- tro (mais de 20'’), sujeitas a baixas pressões,
qüência disso as perdas de carga ficam redu- sem a exigência de vedação perfeita. O fecha-
zidas um valor mínimo. Essas válvulas são mento da válvula é feio por meio de uma peça
usadas para bloqueio e regulagem de vapor circular que pivota em torno de um eixo per-
(Figura 2.15). pendicular ao sentido de escoamento do flui-
do (Figura 2.17).
Tampão
Volante

Eixo

Trajetória do fluido

Sede Corpo Disco

Figura 2.15 – Válvula em “Y”. Figura 2.17 (a) – Válvula Borboleta.
Alavanca
2.3.4 Válvulas de Controle
Flanges da Fechado Aberto
Essas válvulas são usadas em combina- tubulação
ção com instrumentos automáticos, que as
comandam à distância, para controlar a vazão 17
ou a pressão de um fluido. A válvula em si é
quase semelhante a uma válvula globo sendo Disco de Corpo da válvula
operada, na maioria das vezes, por meio de fechamento (entre os flanges)
um diafragma sujeito à pressão de ar compri-
mido. Há um instrumento automático que Figura 2.17 (b) – Válvula Borboleta.
comada a pressão de ar, que por sua vez faz
variar a posição de abertura da válvula. A ope-
ração nas válvulas de controle é feita, geral-
mente, pelo diafragma em um sentido (para
abrir ou fechar) e por uma mola regulável no
outro sentido (Figura 2.16).

Equipamentos Estáticos Flange de Tampa Eixo
entrada
2.3.6 Válvulas de Diafragma Flange
de saída
Muito usadas para fluidos perigosos, cor-
rosivos, tóxicos, inflamáveis, etc, as válvu- Sede Tampão
las de diafragma não apresentam gaxetas. Seu
fechamento é feito por meio de um diafrag- Figura 2.19 – Válvula de retenção de portinhola.
ma flexível apertado contra a sede. O meca-
nismo móvel que controla o diafragma fica Algumas válvulas desse tipo têm uma ala-
completamente fora do contato com o fluido vanca externa, com a qual a portinhola pode
(Figura 2.18). ser aberta ou fechada, à vontade, quando ne-
cessário.
Volante Haste

Castelo Tampão

Posição fechada Válvulas de retenção tipo plug

Sede O fechamento da válvula é feito por meio
de um tampão, semelhante ao das válvulas glo-
bo, cuja haste desliza em uma guia interna.
Essas válvulas causam perdas de carga muito
grandes e por isso são pouco usadas em linhas
de diâmetro acima de 6'’. São adequadas ao
trabalho com gases e vapores (Figuras 2.20).

Tampa

Diafragma flexível (aberto)

Figura 2.18 – Válvula de Diafragma. Entrada Guia
Pino
2.3.7 Válvulas de retenção Sede

Estas permitem a passagem de fluido ape- Saída
nas em sentido, fechamento automaticamen-
te, por diferença de pressões exercidas pelo Tampão
próprio fluido, se houver tendência à inversão Figura 2.20 – Válvula de retenção tipo plug.
no sentido de escoamento. São, por isso, vál-
vulas de operação automática. Válvula de retenção de esfera

Um caso típico do uso de válvulas de re- São semelhantes às válvulas de retenção
tenção é na linha de recalque de bombas em tipo plug, sendo porém, o tampão substituído
paralelo, para evitar o retorno do fluido atra- por uma esfera.
vés das bombas paradas. Outro caso é do uso
dessas válvulas na linha de carregamento de um É o tipo de válvula de retenção cujo fe-
tanque para evitar um possível esvaziamento. chamento é mais rápido. Essas válvulas, mui-
to boas para fluidos de alta viscosidade, são
Existem três tipos principais de válvula de fabricadas e usadas apenas para diâmetro de
retenção: até 2” (Figura 2.21).

Válvula de retenção de portinhola Entrada Saída

É o tipo mais comum de válvula de reten- Esfera
ção. Seu fechamento é feito por uma portinhola
articulada, que se assenta no orifício da vál- Figura 2.21 – Válvula de retenção de esfera.
18 vula.

As válvulas de portinhola não devem ser
usadas em tubulações sujeitas a freqüentes in-
versões de fluxo, porque, nesse caso, têm ten-
dência a vibrar fortemente (Figura 2.19.).

Variantes das válvulas de retenção Equipamentos Estáticos

Válvulas de pé A construção dessas válvulas é semelhante
São válvulas de retenção especiais para à das válvulas globo angulares. O tampão é
mantido fechado contra a sede pela ação de
manter a escorva nas linhas de sucção de bom- uma mola, com parafuso de regulagem, ou de
bas. São semelhantes às válvulas de retenção um contrapeso externo de posição ajustável.
tipo plug (Figura 2.22). Regula-se tensão ou posição do contrapeso,
de maneira a se ter a desejada pressão de aber-
Bocal de saída tura da válvula (Figura 2.24).

Pino Porca de regulagem
Guia Mola

Tampão Bocal de saída

Tampão

Grade de Sede
entrada
Bocal de entrada
Figura 2.22 – Válvula de pé.
Figura 2.24 – Válvula de segurança.
Válvulas de retenção e fechamento
São semelhantes às válvulas globo, com As válvulas de mola são as mais comuns.
A mola pode ser interna, dentro do castelo da
tampão capaz de deslizar sobre a haste. Na válvula, ou externa, preferindo-se esta última
posição aberta, funcionam como válvulas de disposição para serviços com fluidos corrosi-
retenção de levantamento e, na posição fecha- vos, muito viscosos, ou gases liqüefeitos que
da, como válvulas de bloqueio. São usadas nas possam congelar, prendendo a mola.
linhas de saída de caldeiras (Figuras 2.23).
Essas válvulas são chamadas de “seguran-
Haste Haste do ça”, quando destinadas a trabalhar com flui-
rosqueada tampão dos elásticos (vapor, ar, gases), e de alívio,
Tampão quando destinadas trabalhar com líquidos, que
Guia são fluidos incompressíveis. A construção das
Entrada Saída válvulas de segurança e de alívio é basicamente
a mesma, a principal diferença reside no per-
Figura 2.23 – Válvula de retenção e fechamento. fil das sedes e do tampão. Nas válvulas de se-
gurança, o desenho desses perfis é feito de tal
forma que a abertura total da válvula ocorra
imediatamente após a “pressão de ajuste”, e o
fechamento repentinamente abaixo da “pres-
são de ajuste”. Nas válvulas de alívio, a aber-
tura é gradual, atingindo o máximo com 110%
a 125% da “pressão de ajuste”.

As válvulas de segurança costumam ter
uma alavanca externa com a qual é possível
fazer-se manualmente o disparo da válvula
para teste.

2.3.8 Válvulas de Segurança e de Alívio 19

Controlam a pressão à montante, abrindo-
se automaticamente, quando essa pressão ul-
trapassa um determinado valor para o qual a
válvula foi ajustada (pressão de ajuste).

Equipamentos Estáticos 3

Purgadores

3.1 Introdução a) Purgadores de bóia;
b) Purgadores de panela invertida.
Purgadores são equipamentos utilizados
para eliminar condensados das tubulações que – Purgadores Termostáticos – Agem
transportam vapor ou ar comprimido. Os bons por diferença de temperatura.
purgadores além de remover condensado, re- a) Purgadores de expansão metálica;
movem também o ar e outros gases inconden- b) Purgadores de expansão líquida;
sáveis que possam existir. c) Purgadores de expansão balancea-
da (fole).
O aparecimento de condensado em tubu-
lações de vapor pode se dar devido à perda de – Purgadores Especiais:
calor para o meio ambiente, arraste de gotícu- a) Purgadores termodinâmicos;
las, colocação em operação de determinado b) Purgadores de impulso.
trecho de tubulação fria ou trechos de tubula-
ções bloqueadas. 3.2.1 Purgador de Bóia

O aparecimento de condensado em tubu- Consiste em uma caixa com uma entrada
lações de ar comprimido ocorre em conseqüên- de vapor e uma saída de condensado. A saída
cia da condensação da umidade do ar ou do do condensado é fechada por uma válvula co-
arraste do óleo de lubrificação dos compres- mandada por bóia; quando há condensado, a
sores. bóia flutua e abre a saída do condensado, que
é expulso pela própria pressão do vapor.
3.1.1 Remoção do Condensado
É necessário que a força de flutuação da
Remove-se o condensado existente nas li- bóia seja suficiente, através das alavancas, para
nhas de vapor pelas seguintes razões: vencer a pressão do vapor, que tende a fechar
a válvula.
– Conservar a energia do vapor, pois o
condensado não tem ação motora (má- Esse purgador tem descarga contínua e não
quina a vapor) nem ação aquecedora permite a saída de ar e de outros gases.
eficiente (o vapor aquece cedendo ca-
lor de condensação). A entrada de con- É empregado para baixas pressões de va-
densado nas turbinas causa danos irre- por (até 35 Kgf/cm2), quando se deseja des-
paráveis em suas palhetas. carga rápida e contínua e quando não há ne-
cessidade de eliminação de ar (Figura 3.1).
– Evitar vibrações e martelos hidráulicos
nas tubulações causados pelo arrasta- Válvula Entrada
mento do condensado e encontro do termostática (vapor + condensado)
vapor com bolsões de condensado.
Bóia
– Reduzir os efeitos de corrosão.
Válvula Saída
Remove-se o condensado das linhas de ar de saída (condensado)
comprimido, porque os arrastes de óleo ou
água danificam os instrumentos e prejudicam Figura 3.1 – Purgador de Bóia.
o processo em que o ar é utilizado.

20

3.2 Tipos

Os purgadores podem ser classificados em:
– Purgadores Mecânicos: Agem por di-

ferença de densidade.

3.2.2 Purgador de Panela Invertida Equipamentos Estáticos

É o tipo de purgador mais usado em tubu- dentro da panela, tornando-se pequena, faz
lações de vapor. Consiste em uma caixa com com que a panela flutue, fechando a válvula
entrada de vapor e saída de condensado, den- de saída. O ar contido na panela sai pelo pe-
tro da qual existe uma panela com fundo para queno furo existente no fundo da panela, por
cima, comandando a válvula que fecha a saí- onde escapa também um pouco de vapor; o ar
da do condensado. acumula-se, então, no topo do purgador e o
vapor é condensado por saturação do ambiente.
Para o início de operação, o purgador deve
estar cheio de água; a panela fica pousada no Chegando mais condensado, a panela enche-
fundo, abrindo a válvula, por onde sai o ex- se de água, perde flutuação e afunda, abrindo a
cesso de água. válvula. A pressão do vapor faz sair o ar acumu-
lado e o condensado, até que, diminuindo a quan-
O vapor, quando chega, é lançado dentro tidade de condensado dentro da panela, a
da panela, de onde é expulsa a água (que esca- flutuação é restabelecida, fechando-se a vál-
pa pela saída), até que a quantidade de água vula e repetindo-se, assim, o ciclo (Figura 3.2).

Válvula (aberta) Válvula (fechada) Válvula (aberta)
Orifício
Bolhas de Ar
e Vapor

Vapor

Entrada Saída Vapor

Panela Invertida Panela Invertida Condensado Panela
(afundada) (flutuando) Invertida
(afundada)
Purgador Aberto
(Descarga de Condensado) Condensado

Figura 3.2 – Purgador de Panela Invertida. Purgador Fechado Purgador Aberto
(Chegada de Vapor) (Descarga de Condensado)

3.2.3 Purgador Termostático de Fole Fole

Consiste em uma caixa contendo no inte- Entrada
rior um pequeno fole que comanda a válvula
de saída do condensado. O fole contém um Válvula
líquido de ponto de ebulição inferior ao da
água. O purgador funciona pela diferença de Saída
temperatura que existe sempre, para a mesma Figura 3.3 – Purgador Termostático de Fole.
pressão, entre o vapor e o condensado. O va-
por, por ser mais quente, vaporiza o líquido 3.2.4 Purgador Termodinâmico
dentro do fole, que se dilata, fecha a válvula e
impede, portanto, a saída do vapor. O conden- te É um aparelho de construção extremamen- 21
sado e o ar, como são mais frios, contraem o simples, cuja única peça móvel é um disco
fole que abre a válvula deixando-os escapar.
Esse tipo de purgador é empregado para mé- que trabalha dentro de uma pequena câmara,
dias e baixas pressões (até 35 kgf/cm2), prin-
cipalmente quando se tem grande volume de abrindo ou fechando, simultaneamente, as pas-
ar a eliminar. A descarga de condensado é in-
termitente, demorada, e a perda de vapor é re- sagens que dão para a entrada de vapor e para
lativamente grande. Não pode ser empregado
para vapor superaquecido (Figura 3.3). a saída de condensado (Figura 3.4).

Equipamentos Estáticos Disco Móvel Pressão Zona de Baixa
Tampa (suspenso) Pressão

Sede

Condensado Condensado Condensado Condensado
Ar Ar Vapor Vapor

Purgador Aberto Purgador Fechando-se
(descarga de condensado) (chegada de vapor)

Pressão

Vapor Orifício de Entrada
Orifício de Saída
Secção AA

Purgador Fechado

Figura 3.4 – Purgador Termodinâmico.

O funcionamento de um purgador termo- causada também, o disco encosta-se, então, na
dinâmico encontra-se descrito a seguir: O con- sede, fechando a saída do vapor.
densado ou o ar chegando ao purgador são
empurrados pela pressão do vapor, levantam O disco fica, assim, em equilíbrio (a mes-
o disco e escapam para fora. Quando o vapor ma pressão nas duas faces) até que o vapor re-
chega ao purgador, a princípio também esca- petido em cima começa a condensar, a pressão
pa; mas, logo em seguida, o jato de vapor em cai, o disco sobe, repetindo-se todo o ciclo.
alta velocidade passando por baixo do disco,
cria uma zona de baixa pressão (Teorema de Esse purgador, barato, pequeno, simples
Bernoulli) e o disco abaixa-se tendendo a fe- e de baixa manutenção, está sendo empregado
char a saída do vapor. Assim que o disco co- cada vez mais para linhas de vapor e de aque-
meça a abaixar, parte do vapor que sai para a cimento, desde que a quantidade de conden-
câmara acima do disco, e a pressão do vapor sado não seja muito grande.
força, então, o disco para baixo. Ao mesmo
tempo, o movimento do disco causa uma re- Não deve ser usado quando a contrapres-
dução na seção de saída do vapor; em conse- são do condensado for maior do que 50% da
qüência, a velocidade aumenta e a depressão pressão do vapor, ou quando a pressão do va-
por for inferior a 0,7 kgf/cm2. Pode ser empre-
gado para altas pressões e altas temperaturas.

3.3 Tabela Comparativa para Purgadores

O quadro seguinte apresenta um resumo comparativo das principais características dos tipos
mais importantes de purgadores de vapor:

Pressão Capacidade Resistência a
Máxima do Máxima Descarga Eliminação Golpes de Perda de Necessidade de
Tipo Vapor (kg/cm2) (kg/h) Contínua do Ar Ariete Vapor Manutenção

Bóia 35 50 000 Sim Não Não Pouca Regular
Panela Invertida 180 15 000 Não Sim Sim Pouca Bastante
Panela Aberta 100 6 000 Não Sim Sim Pouca Bastante
22 Expansão Metálica 50 4 000 Não Sim Sim Bastante Regular
Expansão Líquida 35 4 000 Não Sim Não Bastante Regular
Expansão Balanceada 35 1 000 Não Sim Não Bastante Regular
Termodinâmico 100 3 000 Não Sim Sim Regular Quase Nenhuma
Impulso 100 5 000 Não Não Sim Regular Quase Nenhuma

3.4 Outros Dispositivos Separadores Equipamentos Estáticos
Gás Gás líquido
Além dos purgadores de vapor, outros dis-
positivos separadores são também usuais em Chicana Gotas de líquido
tubulações industriais. As operações mais co-
mumente efetuadas por esses aparelhos são as Líquido acumulado
seguintes:
Visor de nível Dreno
– Separação de água e/ou óleo em tubos
de ar comprimido e de outros gases; Figura 3.5 – Separadores de Inércia.

– Separação de poeiras e sólidos em tu- Os separadores que agem por capilari-
bos de gasolina e de outros líquidos dade servem, principalmente, para a coleta e
leves; eliminação de ar e de água em tubulações de
líquidos leves. Nesses aparelhos, a corrente lí-
– Separação de ar em tubos de vapor. quida atravessa elementos de tela fina ou de
Os princípios gerais de funcionamento da palhas especiais, onde se formam, por diferen-
maioria desses aparelhos são flutuação, inér- ça de capilaridade, bolhas de ar ou gotículas
cia, capilaridade e absorção. Alguns separa- de água que são depois coletadas.
dores aproveitam-se, simultaneamente, de mais
de um dos fenômenos mencionados. Os separadores de absorção são apare-
Os aparelhos que trabalham por flutuação, lhos no interior dos quais existem elementos
são inteiramente semelhantes aos purgadores de substâncias especiais capazes de absorver
de bóia, são empregados na separação e eli- e reter o material que se deseja separar. A veia
minação de água e de outros líquidos nas tu- fluida atravessa esses elementos, onde a ab-
bulações de ar e de gases em geral. Esses se- sorção ocorre geralmente por meio de reações
paradores, que são sempre peças pequenas (fa- químicas. Os elementos absorventes têm uma
bricadas com até 2” de diâmetro nominal), são vida relativamente curta, ao final da qual de-
muito usados para a drenagem da água forma- vem ser substituídos. Os desumidificadores de
da em tubulações de ar comprimido e, por isso, silicagem ou de alumina, empregados para re-
denominados às vezes de “purgadores de água”. mover umidade em correntes de ar ou de ou-
O princípio da inércia é utilizado nos apa- tros gases, funcionam segundo este princípio.
relhos destinados a separar líquidos e sólidos
em suspensão (inclusive poeiras) em tubula- 3.5 Filtros para Tubulações
ções de gases. Nesses separadores, a corrente
de gás, carregada de partículas líquidas ou só- Os filtros (strainers, filters) são também
lidas, é obrigada a mudar de direção várias ve- aparelhos separadores destinados a reter poei-
zes em grande velocidade. Nessas mudanças ras, sólidos em suspensão e corpos estranhos,
de direção, as partículas líquidas ou sólidas em correntes de líquidos ou gases. Duas clas-
separam-se por serem mais pesadas (devido à ses de filtro são de uso comum em tubulações
inércia) e são, então, recolhidas e eliminadas. industriais: a dos filtros provisórios e dos per-
manentes.
Entrada
vapor + água Os filtros provisórios são peças que se
intercalam nas tubulações, próximo aos bocais
Furo Saída de entrada dos equipamentos (bombas, com-
(Vapor) pressores, turbinas, etc.), para evitar que su-
Visor jeiras e corpos estranhos, deixados durante a
de nível Gotas montagem das mesmas, penetrem nesses equi-
pamentos quando o sistema for posto em fun-
d’água cionamento. Depois que as tubulações já esti- 23
verem em funcionamento normal por algum
Purgador tempo, e tiverem, portanto, sido completamen-
Filtro te lavadas pelo próprio fluido circulante, os
Dreno filtros provisórios deverão ser removidos. É

Separador para vapor com drenagem automática por purgador

Equipamentos Estáticos de entrada e de saída, no interior da qual exis-
tem os elementos de filtragem e chicanas para
obrigatória a colocação de filtros provisórios conduzirem a veia fluida (Figura 3.7). Os ele-
na entrada de todos os equipamentos que pos- mentos filtrantes e os materiais de construção
sam ser danificados pela presença de corpos dos mesmos variam de acordo com o fluido
estranhos, pois, por mais bem feita que tenha circulante, com o grau de filtragem desejado,
sido a limpeza prévia das tubulações, é im- com o tamanho do filtro, etc.
possível garantir-se que não haja poeiras, ter-
ra, ferrugem, rebarbas de solda, pontas de ele- Tampa
trodos e outros materiais estranhos no interior
das mesmas. Cesta de tela

Os filtros permanentes, como o próprio Entrada
nome indica, são acessórios instalados nas tu-
bulações de um modo definitivo. Os princi- Entrada Saída
pais casos de emprego dos filtros permanen- Saída
tes envolvem:
Cesta de tela
– Tubulações com fluidos sujos que sem-
pre possam apresentar corpos estra- Tampa e
nhos;
Dreno dreno
– Casos em que se deseje uma purifica-
ção rigorosa e controlada do fluido Para diâmetros maiores Para diâmetros menores
circulante;
Figura 3.7 – Filtros Permanentes.
– Tubulações de entrada de equipamen-
tos muito sensíveis a corpos estranhos, Entre os elementos filtrantes mais comuns
tais como bombas de engrenagens, me- estão:
didores volumétricos, certos tipos de
purgadores, etc. – Grades metálicas, chapas perfuradas,
telas metálicas (filtragem grosseira de
3.5.1 Filtros Provisórios e Permanentes líquido);

Os filtros provisórios mais comuns são os – Telas finas, feltro, “nylon”, porcelana,
discos de chapa perfurada ou os anéis de cha- papel, etc. (filtragem fina de líquido);
pa fina com uma cesta de tela (Figura 3.6).
Ambos são introduzidos entre dois flanges – Palhas metálicas, feltro, camurça, etc.
quaisquer, onde ficam presos. Os filtros de (filtragem de gases).
cesta de tela devem ter uma área de filtragem
de no mínimo 3 a 4 vezes em relação à seção Conforme o modelo do filtro, os elemen-
transversal útil da tubulação. tos filtrantes podem ter a forma de cestas ci-
líndricas, cones, discos, cartuchos, etc.
Cesta de tela
Anotações

Chapa intercalada
entre dois flanges

Figura 3.6 – Filtro Provisório.

Para facilitar a colocação e posterior reti-

rada dos filtros provisórios deve-se colocar

uma peça flagelada (carretel, redução, joelho,

etc.) na estrada dos equipamentos que devam

ser providos de filtros provisórios. O filtro fi-

cará preso a um dos flanges dessa peça, com a

24 cesta de tela dentro da peça: para remover o
filtro, bastará desacoplar os flanges e retirar a

peça inteira.

Os filtros permanetes consistem, geral-

mente, em uma caixa de aço de ferro fundido,

ou de bronze, com os bocais para tubulaçoes

Permutadores Equipamentos Estáticos
de Calor
4

4.1 Introdução a.3. – Gerador de Vapor
Quando gera vapor d’água, aproveitan-
O permutador de calor é um equipamento do calor de um líquido quente provenien-
onde dois fluidos, com temperaturas diferen- te do processo (Figura 4.3).
tes, trocam calor através de uma interface me-
tálica. No processamento de uma Refinaria de Vapor d’água
Petróleo, o permutador de calor é empregado saturado
não só para economizar calor, mas também
para atender às necessidades de processo. Fraciona- Tambor de
dora Separação
De acordo com o fim a que se destina, este
tipo de equipamento pode ser enquadrado con- Figura 4.3 – Gerador de vapor da unidade de craqueamento
forme a seguinte classificação geral: catalítico fluido.

a) Aquecimento b) Resfriamento
a.1. – Aquecedor b.1 – Resfriador
Quando aquece o fluido do processo Quando resfria fluidos do processo atra-
por meio de vapor de água ou outro vés da utilização de água como meio
meio qualquer (Figura 4.1). de resfriamento. O abaixamento de
temperatura dos líquidos a serem arma-
Vapor 10 kg/cm2 zenados evita as perdas de produtos
leves (Figura 4.4).
TIC
Resfriador
NaOH

Condensado

Figura 4.1 – Aquecedor de regeneração de soda. Querosene
para tanque
a.2. – Refervedor
Quando vaporiza um líquido por meio Água de
de vapor d’água ou outro fluido quen- Refrigeração
te. Utilizado para prover calor às torres
de destilação, vaporiza parte do produ- Figura 4.4 – Resfriador de Querosene.
to de fundo (Figura 4.2).

Vapor

Torre de Refervedor b.2 – Condensador
Separação Quando condensa um fluido pelo uso
Conden- de água como fluido refrigerante. Em-
Butano sado pregado para recuperação de vapores 25
de colunas de destilação, bem como
Figura 4.2 – Refervedor de Torre de Separação. para condensação do vapor exausto de
turbinas, reduz a pressão de descarga
das mesmas (Figura 4.5).

Equipamentos Estáticos Chicanas – orientam o fluxo do casco, de
Condensadores forma a manter os tubos na posição desejada e
evitar que sofram esforços de reflexão;
Torre

Água Espaçadores – mantêm o conjunto de
de Refrigeração chicanas em posição.

Figura 4.5 – Condensador de torre de destilação atmosférica. 1. Casco 5. Chicanas
2. Carretel 6. Espaçador
b.3 – Resfriador a ar 3. Tampa do Carretel 7. Tubos
Quando resfria vapores ou líquidos, 4. Espelho
passando por feixes de tubos tipo ser-
pentina e usando corrente de ar impul- 24
sionada por pás movidas a motor elé- 1
trico (Figura 4.6).
33
Ar
4 7 2
5 6

M Figura 4.8 – Permutador de espelhos fixos.

Figura 4.6 – Resfriador a Ar. Supondo um fluido quente passando pelo
lado dos tubos e um fluido frio passando pelo
c) Intercambiadores lado do casco ( Figura 4.9). O fluido quente
Quando há troca de calor entre dois flui- entra através de um carretel, enquanto o flui-
dos do processo. Executa dupla função: do frio entra pelo bocal inferior do casco, per-
aquece um fluido por meio do uso de corre o caminho determinado pelas chicanas e
outro mais quente que se resfria. Não sai do permutador pelo bocal superior.
há perda de calor (Figura 4.7).
O fluido quente, ao percorrer os tubos,
Querosene Diesel Gasóleo cede calor, através da interface metálica, ao
fluido frio que percorre o casco.
Petróleo
Considere
Figura 4.7 – Aquecimento de petróleo.
T1 – temperatura de entrada do fluido quente;
4.2 Descrição Geral T2 – temperatura de saída do fluido quente;
t1 – temperatura de entrada do fluido frio e
4.2.1 Permutador de Espelhos Fixos t2 – temperatura de saída do fluido frio.

A Figura 4.8 mostra um exemplo de Tem-se que T1 T2 e t1 t2 em virtude do pro-
permutador de espelhos fixos, cujas partes es- cesso de troca de calor sensível, entre os flui-
senciais são: dos, ocorrido dentro do permutador.

Casco – parte externa central do permu- t2 T2
tador;
T1Fluido quente t1
Carretéis e tampas dos carretéis – par- Fluido frio
tes externas extremas do permutador;
26 Feixe Tubular – constituído de espelhos Figura 4.9 – Fluxos no casco e no feixe.
que mantêm os tubos na posição desejada.
Neste tipo de permutador, os espelhos são sol-
dados ao casco e servem também como flanges
aos quais os carretéis são parafusados;

Saída tubos Entrada casco Vent (suspiro) Equipamentos Estáticos

Orifício para instrumento O permutador da Figura 4.9 é de uma pas-
sagem no casco, já que o fluido frio percorre o
Tampa do Carretel Casco Flange do mesmo uma só vez. Este tipo de casco é o mais
Saída casco casco Tampa comum em refinarias de petróleo, embora se-
carretel Entrada jam utilizados também os de duas passagens
do casco no casco, os de fluxo divididos por defletores
tubos (boleado) e os demais tipos apresentados na Figura 4.14.
Evidentemente, cada um deles apresenta apli-
Figura 4.10 – Permutador de Calor (vista externa). cação e interesse específicos.

Espelho Feixe de Espelho Chapa
Flutuante tubos fixo defletora

Chicana Casco de uma pasagem Casco de duas passagens
com chicana longitudinal

Chapa Chapa quebra jato ou Carretel Casco com fluxo bifurcado
defletora Tampa do chapa de sacrifício
Casco com duplo fluxo
flutuante bifurcado

Figura 4.11 – Permutador de Calor (vista interna).

A função das chicanas é acarretar tur- Casco com fluxo dividido Refervedor tipo caldeira
bulência no fluido que percorre o lado do Figura 4.14 – Tipos de Casco.
casco (Figura 4.12). Este estado de turbu-
lência resulta em maior eficiência na troca
de calor.

De maneira análoga, o permutador apre-

senta uma passagem nos tubos, pois estes se

constituem em uma única seção de passagem.

É comum permutadores que apresentam vári-

Perfurações as passagens nos tubos, com divisões nos car-

Casco retéis que encaminham o fluido dentro dos tu-
Figura 4.12 – Detalhe das chicanas.
bos, formando os passes.

Quando os dois fluidos percorrem o per- A Figura 4.15 mostra os arranjos dos
mutador na mesma direção, diz-se que estão
em paralelo; quando em direções opostas, divisores de passes para diversos números de
como apresentado na figura 4.9, diz-se que
estão em contra-corrente Este último é o flu- passagens. Números crescentes de passes, tan-
xo normalmente utilizado. A Figura 4.13
mostra os perfis de temperatura de dois flui- to nos tubos como no casco, determinam uma
dos em paralelo e em contra-corrente ao lon-
go do permutador. No fluxo em contra-corren- velocidade maior dos fluidos, o que favorece
te, a temperatura do fluido frio pode ultrapas-
sar a menor temperatura do fluido quente, o a troca térmica.
que não pode ocorrer no fluxo em paralelo.
Nos permutadores de espelhos fixos, o

lado externo dos tubos é inacessível à limpeza

mecânica e inspeção, por isso são utilizados

apenas quando o fluido do lado do casco é lim-

po e não há problemas de corrosão.

Espelhos Permutador

de entrada de retorno Esquema dos passes

Contra-corrente Paralelo 2 Passes

T2 FluFidluoiqduoenfrtieo T1 Fluido quente

t

1
Temp. T1 T2 4 Passes 27
Temp.t2
t2
Fluido frio
t
1
6 Passes
Extensão Extensão Figura 4.15 – Divisores de passes.

Figura 4.13 – Perfis de temperatura.

Equipamentos Estáticos 4.3 Materiais Usados em Permutadores
de Calor
4.2.2 Permutador de tampa flutuante
A “Tubular Exchanger Manufactors
Este permutador, apresentado na Figura Association” (TEMA) publica normas para
4.16, é de feixe removível. De um lado, o fei- projeto e construção de permutadores de cas-
xe tem espelho fixo parafusado entre os flanges co e tubo. Estas especificações servem para
do carretel e do casco. Do outro lado, o espe- três classes de permutadores:
lho flutuante é fixado entre a tampa do flutu-
ante (que caracteriza o permutador) e o anel Classe R, para condições severas de pro-
bipartido. O casco é fechado por meio da tam- cessamento de petróleo e produtos químicos,
pa do casco. serviços rigorosos, em que se deseja obter se-
gurança e durabilidade;
A remoção do carretel, da tampa do casco
e da tampa flutuante permite a retirada do fei- Classe C, para condições moderadas de
xe pelo lado do espelho fixo. operação, tendo em vista a máxima economia
e o mínimo tamanho, condizentes com as ne-
Este tipo de permutador permite limpeza cessidades de serviço;
mecânica e inspeção do lado externo dos tu-
bos, já que o feixe pode ser removido, além Classe A, para condições severas de tem-
disso não apresenta dificuldades decorrentes peratura e fluidos altamente corrosivos.
de dilatação diferencial entre o feixe tubular e
o casco. Os materiais especificados para tubos e
cascos são:
Figura 4.16 – Permutador de Tampa Flutuante.
a) Tubos
4.2.3 Permutador de Tubos em “U” Podem ser lisos ou aletados.
Os tubos lisos, padronizados em 4 diâme-
O permutador com tubos em “U”, mos- tros (3/4", 1", 1 1/4" e 1 1/2"), são mais
trado na Figura 4.17, possui um feixe consti- comumente encontrados na indústria.
tuído de tubos curvados em forma de “U” e Os tubos aletados aumentam a troca de
mandrilados ao espelho. Os tubos podem ex- calor devido ao aumento da área externa de
pandir-se livremente, o que elimina, neste tipo troca, porém, acarretam maior perda de pres-
de permutador, a necessidade de: espelho flu- são no lado do casco (Figura 4.18).
tuante, tampa flutuante, um dos flanges do
casco e a tampa do casco. O menor raio de Figura 4.18 – Tubos Aletados.
curvatura sem deformar o diâmetro externo dos
tubos determina a omissão de alguns tubos no Os materiais utilizados obedecem às es-
centro do feixe. pecificações mínimas para uma determinada
aplicação: aço carbono, normalmente utiliza-
Neste tipo de permutador, o feixe de tu- do para meios agressivos; aços ligas, latões,
bos pode ser removido do casco para limpe- bronzes, ligas de alumínio e duplex, utiliza-
za e inspeção da área externa dos tubos. O dos em diversos meios corrosivos.
fluido que escoa no lado dos tubos deve ser
limpo, para evitar sujamento excessivo dos b) Casco
mesmos. Pode ser construído a partir de tubos com
até 24" de diâmetro nominal, ou, de chapas
28 calandradas e soldadas a partir de 13" de diâ-
metro. Fabricado normalmente em aço car-
Figura 4.17 – Permutadores de Tubos em “U”. bono, no entanto também podem ser feitos em
aço liga e ligas de alumínio quando de tubo,e
em aço liga, ligas de níquel e ligas de cobre
quando de chapa.

Equipamentos Estáticos

4.4 Escolha do Fluido 4.6 Operação

O permutador já está construído para 4.6.1 Normas de Operação
receber determinados líquidos nos tubos e
no casco. Não há regras fixas que estabele- a) Condições de Segurança
çam qual tipo de fluido deve passar pelos A temperatura e a pressão limites, em que
tubos. devem trabalhar os tubos e o casco, especifi-
cadas do permutador, não devem ser ultrapas-
Evidentemente, a escolha do fluido que sadas. Assim, nos resfriadores, a temperatura
passa pelos tubos ou pelo casco deve aten- de saída da água não deve exceder de um cer-
der às melhores condições para o processo, to valor (50ºC) para evitar deposição de sais.
menor custo de construção e fácil manuten-
ção. De uma maneira geral, passam pelos b) Aquecimento e resfriamento
tubos: Tanto na partida como na parada, os per-
mutadores de calor devem ser aquecidos ou
a) Fluidos mais sujos resfriados lentamente. Isto é particularmente
Com depósitos, coque, sedimentos, ca- importante quando as temperaturas de opera-
talisadores, etc. É mais fácil remover a ção são elevadas. A rápida entrada de um lí-
sujeira dos tubos do que do casco. quido à alta temperatura pode provocar desi-
gualdades de expansão nos tubos, causando va-
b) Fluidos mais corrosivos zamentos nos mesmos e deformação do feixe.
Além de ser mais econômico usar tu-
bos resistentes à corrosão do que um c) Partida e Parada
casco com a mesma propriedade, é mais Na partida, entra primeiro o fluido mais frio.
fácil substituir tubos furados do que Se o fluido mais frio está ligeiramente quente,
casco. deixa-se o mesmo, então, entrar lentamente.
Quanto mais quente o fluido, mais lenta deve
c) Fluidos com maior pressão ser a sua penetração no permutador de calor.
Porque o casco tem menor resistência Na parada, bloqueia-se primeiramente a
em virtude do seu maior diâmetro. entrada do fluido mais quente. Se isto não for
observado, podem ocorrer vazamentos nos
d) Fluidos menos viscosos tubos.
A menos que a perda da pressão deva
ser muito baixa. d) Suprimento de água
Falhas no suprimento de água para um
e) Água de resfriamente resfriador podem trazer sérias conseqüências.
Por facilidade de limpeza. Quando o fluido a resfriar é muito quente, a
interrupção da água provoca um grande aque-
f) Fluidos de menor vazão volumétri- cimento do equipamento. Se a água voltar,
ca, em vista do casco oferecer mais es- então, a circular, haverá um resfriamento brus-
paço. co do permutador. Esta mudança rápida de
temperatura afrouxa parafusos e abre as jun-
Entre líquidos de propriedades semelhantes, tas. É necessário, portanto, um fluxo contínuo
devem passar pelos tubos aqueles de maior pres- de água para um resfriador.
são, maior temperatura e os mais corrosivos.
e) Condensado
4.5 Instrumentação do Permutador de Deve-se sempre drenar a água de um
Calor refervedor ou aquecedor para evitar o fenô-
meno chamado martelo hidráulico, que ocor-
A instrumentação varia com a finalidade re conforme descrito a seguir: Suponha água
do permutador no processo. Assim, instrumen- acumulada nos tubos do refervedor. Abrindo-
tos medidores de temperatura, vazão e pres- se a válvula do vapor d’água, este vai condu- 29
são podem ser encontrados nas tubulações de zir a água a uma grande velocidade até encon-
entrada ou saída de um permutador, de acordo trar um obstáculo, onde provoca um grande
com as necessidades de controle do processo. choque. Este impacto severo, o martelo hidráu-
lico, pode causar ruptura do material.
É regra geral que, num resfriador ou em
um conjunto de resfriadores, deve haver um
indicador de temperatura (Thi).

Equipamentos Estáticos solução desagrega os resíduos, o que permite
a remoção dos mesmos, e o inibidor impede o
4.6.2 Causas de Perda de Eficiência ataque do metal pela solução. Após a limpe-
za, é feita a neutralização mediante tratamento
a) O permutador está sujo e não há troca com uma solução alcalina fraca, seguido de
eficiente de calor. abundante circulação de água. Evidentemen-
te, o permutador de calor, não precisa ser des-
b) A tubulação ligada ao permutador não montado.
dá a vazão para qual o aparelho foi pro-
jetado. d) Limpeza mecânica
Neste caso, o permutador precisa ser des-
c) As condições de operação diferem da- montado. O pessoal de manutenção retira a
quelas para as quais o permutador de tampa do carretel, a tampa do casco e a tam-
calor foi projetado. pa flutuante. Camadas de graxa, lama e sedi-
mentos frouxos podem ser removidos dos
4.7 Manutenção tubos por meio de arames, escovas ou jatos
d’água. Se os sedimentos internamente aos
4.7.1 Limpeza tubos estão muito agregados, entupindo-os,
então são usadas máquinas perfuratrizes. Es-
A eficiência do permutador de calor de- tas constam, essencialmente, de um eixo
pende da limpeza dos tubos. Durante a opera- metálico que, girando dentro dos tubos, ex-
ção, depósitos de sais, ferrugem, coque, areia, pulsa os detritos.
pó de coque, folhas, fibras vegetais, camadas
de graxa, corpo de micro-organismos, etc. 4.7.2 Testes de Pressão
acumulam-se dentro e fora dos tubos, o que
prejudica a troca de calor e também aumenta a Após a parada para inspeção e manuten-
queda de pressão do fluido. ção dos permutadores de calor, há necessida-
de de submetê-los a teste de pressão a fim de
O permutador de calor que durante a ope- verificar a resistência mecânica das juntas sol-
ração tem sua eficiência reduzida deve ser lim- dadas, da mandrilagem dos tubos e a estan-
po durante a parada da unidade seja limpo e queidade dos dispositivos de vedação.
inspecionado, desde que não tenha flexibili-
dade de parar durante a campanha. Os testes de pressão são efetuados com
água, porém, quando isto não for possível,
Entre os vários processos de limpeza do poderá ser feito o teste pneumático.
permutador de calor, podem ser citados os se-
guintes: No teste do casco, poderão, em geral, ser
localizados os seguintes vazamentos:
a) Limpeza por água em contra-corrente
É utilizada em condensadores e resfriado- – Mandrilagem dos tubos;
res que utilizam água salgada não tratada como
fluido refrigerante. O processo consiste em – Junta entre casco e espelho fixo;
inverter o fluxo d’água nos tubos, com o equi-
pamento em operação, possibilitando a remo- – Tubos;
ção dos detritos frouxamente agregados aos
tubos, através de dreno apropriado. – Casco e suas conexões.

b) Limpeza por vapor O teste do feixe de tubos permite, geral-
Para limpeza por este processo, o permu- mente, localizar vazamentos nos seguintes
tador de calor é retirado de operação, embora pontos:
não precise ser desmontado. Passa-se vapor
pelo casco e pelos tubos, de forma a entrar por – Junta da tampa do carretel;
um respirador e carregar a sujeira por um dre-
no. Este método é eficiente para remover ca- – Junta entre carretel e espelho fixo;
madas de graxa ou depósitos agregados frou-
xamente nos tubos e no casco do permutador – Junta da tampa flutuante;
(“Steam out”).
– Carretel, sua tampa e conexões;
30 c) Limpeza química
O processo de limpeza química consiste – Tampa flutuante.

na circulação, em circuito fechado, no lado dos Nas figuras 4.19 a, b e c e 4.20 a e b, são
tubos e no lado do casco, de uma solução áci- apresentados os testes efetuados em permu-
da adicionada de um inibidor de corrosão. A tadores de tampa flutuantes e de tubos em
“U”.

Casco pressurizado Equipamentos Estáticos

Figura 4.19 – a) Teste do Casco ou 1º teste. 01. Carretel;
Tubos pressurizados 02. Tubos em “U”;
03. Flange de Cabeça Fixa;
Figura 4.19 b) Teste do Feixe Tubular ou 2º teste. 04. Tampa do Carretel;
Casco pressurizado 05. Bocal;
06. Espelho Fixo;
Figura 4.19 – c) Teste da Tampa do Casco Boleado ou 3º teste. 07. Tubo;
Figura 4.19 – Teste do Permutador de Tampa Flutuante. 08. Casco;
09. Tampa do Casco;
Casco pressurizado 10. Flange do Casco;
11. Tirante;
12. Bocal do Casco;
13. Flange da Tampa do Casco;
14. Espelho Flutuante;
15. Tampa do Flutuante;
16. Flange do Flutuante;
17. Anel Bipartido do Flutuante;
18. Conexão para Suspiro (vent);
19. Conexão para Dreno;
20. Conexão para Instrumento;
21. Berço de Apoio;
22. Alça para Suspensão;
23. Colarinho de Reforço;
24. Pescoço do Bocal;
25. Chicana Transversal;
26. Chicana Longitudinal;
27. Defletor.

25 3 26 78 11 18 19 16
21 11 28 10 22
5 12 21

23 14

9

27 15
41
6 29 10 19 17
3 26 20 5 24 10 21 13
28 26 21 12
21

6 7 7 25 11 15
29

Figura 4.21

Figura 4.20 – a) Teste do Casco ou 1º teste

Tubos pressurizados

Figura 4.20 – b) Teste do Feixe Tubular ou 2º teste. Figura 4.22

Figura 4.20 – Teste do Permutador de Tubos em “U”. 20 1 21 12 23 8 23 26 8 7 11 19
26 21 19
4. 8 Componentes dos Trocadores 23 5
3 2
4.8.1 Componentes
22 31
Os números que seguem correspondem
aos colocados nos círculos, das figuras 4.21, 4
4.22 e 4.23.
27
23 23
5 20 6 24 21 12 21
10

Figura 4.23

Equipamentos Estáticos 5

Tanques

5.1 Finalidade São utilizados somente para os derivados
de petróleo mais pesados (asfalto, gasóleo, óleo
Os tanques têm fundamental importância diesel, etc.) e para produtos químicos (soda
para o processamento de petróleo. Neles são cáustica, amônia, etc.).
estocadas as cargas para as unidades de pro-
cesso e seus derivados. São utilizados também 2
para estocar insumos para o processamento
(óleo combustível, amônia, metanol, etc.).

5.2 Classificação quanto à função 1

5.2.1 Tanques de Armazenamento 1. Aquecedor Tipo Radiador
2. Suspiro
Destinados ao estoque de produtos de
alimentação, produtos derivados e insumos à Figura 5.1 – Tanque de teto fixo.
pressão atmosférica.
5. 3.2 Tanques de Teto Flutuante
5. 2.2 Tanques de Resíduo
Os tanques de teto flutuante são utiliza-
Produtos fora de especificação ou pro- dos para armazenamento de produtos com fra-
venientes de operações indevidas são envia- ções leves (petróleo, naftas, gasolinas, etc.)
dos para estes tanques, onde aguardam o re- (Figura 5.2). O teto flutuante no produto ar-
processamento. mazenado evita a formação de espaço com
vapor.
5.2.3 Tanques de Mistura
12 63
Usados para obtenção de misturas de 7
produtos, ou produtos e aditivos. 41 10
52
Exemplo:
– Tanques de gasolina; 89
– Tanques de soluções cáusticas.
M
5.3 Classificação quanto ao tipo de teto
11
Quanto ao tipo de teto, os tanques são clas-
sificados em: 01. Teto Flutuante;
02. Flutuador;
– Tanque de teto fixo, e 03. Pé de Apoio do Teto;
– Tanque de teto flutuante. 04. Dreno do Teto;
05. Câmara de Vedação;
5.3.1 Tanques de Teto Fixo 06. Escada Móvel do Teto;
07. Anel de Reforço do Costado;
Normalmente, possuem uma estrutura de 08. Agitador;
sustentação do teto que varia em função do 09. Indicador de Nível (Li);
32 tamanho do mesmo. 10. Bóia;
11. Dreno Tipo Sifão;
O tipo de teto fixo mais utilizado em refi- 12. Tubo para Medição
narias de petróleo é o de teto cônico (em for-
ma de um cone voltado para cima com o vérti- Figura 5.2 – Tanque de Teto Flutuante.
ce no centro) (Figura 5.1).

5.4 Acessórios Equipamentos Estáticos

Os tanques possuem diversos acessórios, 5.4.5 Isolamento Térmico
entretanto, serão abordados apenas os princi-
pais, tendo sido os demais reservados para Sua finalidade, é diminuir a perda de ca-
apostila específica. lor nos tanques de produtos aquecidos. Nor-
malmente, são isolados os tanques de asfalto
5.4.1 Respiração e resíduos de vácuo, pois operam em alta tem-
peratura.
Alguns tanques pequenos de teto fixo pos-
suem uma conexão com ou sem válvula, no Raros são os tanques que utilizam isola-
teto aberta direcionado para atmosfera. Esta mento térmico externamente em função do alto
conexão visa evitar a formação de vácuo ou custo do investimento e da manutenção dos
pressão durante as operações de recebimento mesmo.
ou envio e apresenta uma tela para evitar a
entrada de chama ocasional. 5.4.6 Sistema de Medição

5.4.2 Válvula de Pressão e Vácuo Este sistema consta de uma bóia que flu-
tua com o nível do produto, ao longo de dois
Seu uso é obrigatório em tanques de teto fios que servem como guia. O centro da bóia é
fixo. Tem a função de evitar a formação de ligado a uma trena, que, após passar por uma
vácuo ou pressão alta durante as operações. série de roldanas, apresenta a leitura direta num
Nestes tanques, o vapor está em equilíbrio com visor colocado externamente no tanque.
o líquido. À noite, com a redução da tempera-
tura, há entrada de ar, enquanto, durante o dia, Os tanques da área de transferência e es-
essa válvula propicia a saída de ar + vapores tocagem normalmente, são dotados do siste-
devido à elevação da temperatura. ma de “TELEMETRIA”. Este sistema é o mais
moderno e possibilita a leitura, à distância, do
Alguns tanques pequenos de teto fixo, nível e da temperatura do produto.
possuem um sistema que evita a formação de
vácuo. Esse sistema é usado, quando há pos- A medição deve ser feita com toda a pre-
sibilidade de formação de mistura explosiva cisão, pois um erro de milímetros, pode repre-
dentro do tanque, devido à pequena quantida- sentar uma diferença bastante significativa no
de de vapores de hidrocarbonetos. Normal- volume.
mente, esses tanques armazenam produtos não
inflamáveis, que, no entanto, podem estar con- A aferição desses sistemas é feita por meio
taminados por pequenas quantidades de hidro- de trena, a prumo, que se faz descer manualmente
carbonetos. através do tubo de medição. Nesse caso, usa-se
uma pasta especial que acusará uma marca bem
5.4.3 Agitador clara da interface água-hidrocarboneto.

Dispositivo cuja finalidade é movimentar 5.5 Diques
o produto, a fim de homogeneizar as misturas
de petróleo, gasolinas, entre outras. Normal- A finalidade do dique é conter um possí-
mente, essa homogeneização é feita pela agi- vel vazamento grande, com ou sem incêndio,
tação do produto, por meio de uma hélice, evitando dessa forma que se alastre para ou-
acoplada a um eixo acionado por um motor tras áreas.
elétrico.
Por norma de segurança, todos os tanques
destinados a armazenar produto inflamável,
tóxico ou químico são dotados de diques. O
volume do dique tem que ser, no mínimo, igual
ao do tanque.

Anotações

5.4.4 Sistema de Aquecimento 33

Utilizado para aumentar a fluidez de al-
guns produtos de petróleo sujeitos a congela-
mento, em condições de temperatura ambien-
te. Esse aquecimento é feito através de serpen-
tinas de vapor.

Equipamentos Estáticos 6

Torres

6.1 Finalidades As retiradas laterais de produtos são pos-

Servem para separar ou absorver componen- síveis, com a instalação de equipamentos in-
tes de misturas homogêneas. A separação é feita
por meio da destilação, daí o nome de torre de ternos que podem ser panelas ou calhas cole-
destilação. A absorção é feita em torres absorve-
doras, com finalidade de separar produtos corro- toras. Nafta pesada
sivos ou indesejáveis no produto final.

Torres extrativas, retificadoras, fraciona-
doras, etc.

Querosene

6.2 Tipos Diesel leve

Existem duas classes fundamentais de ti- Diesel pesado
pos de torres:
Cru
– Torres de Pratos ou Bandejas; pré vaporizado
– Torres Recheadas.

6.2.1 Torre de Bandejas Resíduo atmosférico
Figura 6.1 – Esquema de uma Torre de Destilação Atmosférica.
É composta de um casco cilíndrico vertical,

com duas calotas, normalmente elipsoidais. No

interior, são montadas as bandejas espaçadas

umas das outras, em número variado de acordo

com a função da torre (Figuras 6.1 e 6.2). A altu-

ra e o diâmetro da torre são desterminadas em

função do volume dos vapores e dos líquidos.

Nas torres de destilação, o líquido entra Vertedouro Líquido descendo

lateralmente na parte inferior, os produtos va-

porizados sobem através das bandejas e bor- Dowcomer

bulham num nível de líquido que se forma em

cada bandeja. Vapores

O líquido por sua vez, após a formação do

nível, escoa por vertedores laterais ou centrais,

formando-se assim duas correntes, uma des-

cendente de líquido e outra ascendente de va-

por e gases (Figura 6.2).

Assim sendo, numa torre de destilação, à

medida que os vapores de hidrocarbonetos vão

subindo, borbulham no meio líquido e se conden-

sam a uma determinada pressão e temperatura.

34 de A temperatura do líquido varia ao longo
uma torre de destilação, diminuindo em

direção ao topo da torre. Desta forma, as fra-

ções de hidrocarbonetos mais pesados conden-

sam-se nas bandejas do fundo, enquanto as Figura 6.2 – Esquema de Funcionamento de uma Torre de
Destilação.
frações mais leves, nas bandejas do topo.

Equipamentos Estáticos

Há diversos tipos de pratos ou bandejas, classificados quanto ao princípio de funcionamento
em:

6.2.2 Bandejas com Borbulhadores

As bandejas com borbulhadores consistem basicamente de uma chapa com furos, sobre os
quais são montados os borbulhadores. O uso deste tipo é, atualmente, muito pouco encontrado,
estando presente apenas em equipamentos, mais antigos (Figura 6.3).

Prato

Bobulhador

Vertedor

Figura 6.3

6.2.3 Bandejas Valvuladas Válvula fechada

Contêm furos nos quais são colocadas as Válvula aberta
válvulas (Figura 6.4), cuja abertura varia com
o fluxo de vapor, de maneira a não permitir
vazamentos de líquidos. Seu uso é cada vez
maior devido ao baixo custo e alto rendimento.

Figura 6.5 – Esquema de Bandeja Valvulada.

Massa 6.2.4 Bandejas Perfuradas
Aerada

Vertedoro

Válvula Orifícios

Figura 6.4 – Borbulhador Tipo Válvula. Vapor Líquido
Figura 6.6 – Bandeja Perfurada.
O líquido que cai do prato superior forma 35
nível na bandeja inferior, determinado pela al-
tura do vertedor. O parâmetro altura do líqui-
do é fundamental para que os vapores ascen-
dentes possam borbulhar, caso contrário pas-
sariam direto pela válvula e o produto mais
pesado não condensaria (Figura 6.4).

Equipamentos Estáticos Usa-se normalmente para retiradas de líqui-
dos com função de refluxo, quando o volume
6.2.5 Bandejas Gradeadas circulante é muito grande (Figura 6.8).

São encontradas nas torres de extração lí- Vapor
quido-líquido em contra-corrente.

Extração líquido-líquido é a denominação
empregada para qualquer operação em que um
composto, dissolvido em uma fase líquida, é
transferido para um outra fase também líquida.

A unidade de desasfaltação a propano da
Repar por exemplo utiliza torres extratoras gra-
deadas para extrair gasóleo (soluto) do resí-
duo de vácuo (solução), utilizando propano lí-
quido como solvente (Figura 6.7)

As bandejas gradeadas, constituídas por
células de formato hexagonal, são arranjadas
de modo a proporcionarem o máximo de con-
tato, entre a carga e o solvente.

Gasóleo
(ODES)

+
Solvente

Vapor Figura 6.8 – Panela de Retirada Total.
condensado
b) Panela de Retirada Parcial
Dá-se esse nome quando o líquido da
panela transborda para a bandeja inferior.
(Figura 6.9)

Resíduo
de vácuo

Solvente

Asfalto Figura 6.9 – Panela de Retirada Parcial.
Figura 6.7 – Esquema de uma Torre Extratora.
6.3 Torres Recheadas
6.2.6 Panelas
São torres que contêm elementos de di-
São dispositivos instalados nas torres com versas formas ou recheios ao invés de bande-
a finalidade de remover frações líquidas ao jas, cuja finalidade é prover uma grade área
longo da torre de destilação. Estas retiradas que, em operação, funciona como superfície
podem ser parciais ou totais, para tanto os dis- de contato entre líquido e vapor.
36 positivos são diferentes:
Da mesma forma que nas torres de bande-
a) Panela de Retirada Total jas, os vapores são ascendentes e o líquido
Dá-se este nome quando o líquido da pa- descendente.
nela não transborda para a bandeja inferior.
Este tipo de torre é utilizado para absor-
ver, por exemplo, frações de H2S contidas nas
correntes de gases. Faz-se uma contra-corren-
te na torre, com dietanolamina (DEA). Este

Equipamentos Estáticos

líquido, ao descer, absorve o H2S contido no b) Cela de Intalox
gás. Dessa forma, sai, no topo, o gás isento de
H2S e, no fundo da torre, sai a DEA rica em Figura 6.11b
H2S (Figura 6.10).
c) Anéis Vazados
Nos últimos anos, as refinarias têm subs-
tituído regiões com bandejas nas torres de vá-
cuo, por leitos recheados, com a finalidade de
reduzir a queda de pressão e aumentar, conse-
qüentemente, o rendimento do processo.

Gás isento de H2S

DEA

Figura 6.11c

d) Anéis Pall-Ring

Gás
+

H2S

DEA rica em H S Figura 6.11d
2
6.3.2 Suporte de Recheio
Figura 6.10 – Esquema de uma Torre Recheada.
O suporte de recheio deve ser robusto, a
6.3.1 Recheios fim de resistir ao peso do mesmo e aos esfor-
ços resultantes da circulação dos processos
Um bom recheio, deve possuir as seguin- durante a operação. Entretanto, deve ter tam-
tes características: bém uma grande área livre para permitir a pas-
sagem do líquido, sem causar inundação da
– Apresentar grande superfície interfacial, torre.
entre líquido e vapor;
Os tipos mais usados, são:
– Ser quimicamente inerte para os flui- a) Grades de aço e
dos processados; b) Placas de aço perfuradas (Figura 6.12).

– Possuir boa resistência mecânica, a fim
de evitar quebras;

– Ser de baixo custo.
Os recheios mais comumente usados são:
Figura 6.11
a) Anéis de Rashig

37

Figura 6.11a Figura 6.12 – Suporte de recheio.

Equipamentos Estáticos 7

Fornos

7.1 Utilização (dos fornos nas plantas queima de uma quantidade suficiente de com-
de processo de petróleo) bustíveis através dos maçaricos instalados,
normalmente, na base ou nas paredes laterais
Nas refinarias de petróleos e indústrias da câmara de combustão do forno ou zona de
petroquímicas, os fornos tubulares são incor- radiação. Os tubos são, geralmente, colocados
porados ao processo com a finalidade de for- próximo às paredes laterais e ao teto da câma-
necer calor, produzido pela queima de com- ra de combustão, onde o calor é principalmente
bustíveis e transmitindo-o por radiação, con- transferido por radiação são também coloca-
vecção e condução ao fluido, que circula numa das em outra região chamada de “câmara ou
serpentina de tubos. zona de convecção”, onde o calor é principal-
mente transferido por convecção.
Os fornos são equipamentos de grande im-
portância nas plantas de processo, pois a utiliza- O ar necessário à combustão pode ser ad-
ção de chama proveniente da queima de com- mitido no forno pela depressão (pressão nega-
bustíveis é ainda a melhor maneira de se aque- tiva) reinante na câmara de combustão, devi-
cer grandes vazões de fluidos a altas temperatu- do à tiragem feita pela chaminé, ou através e
ras, ou fornecer calor para reações químicas. No ventiladores de tiragem forçada, quando o for-
primeiro caso, são denominados simplesmente no é dotado de pré-aquecimento de ar.
“fornos” e, no segundo, “fornos reatores”.
A capacidade ou tamanho de um forno é
Em uma unidade de destilação, os fornos traduzida pela carga térmica total que deve ser
de aquecimento representam cerca de 20% do absorvida pelo (s) fluido (s). A grande maio-
investimento total e, no caso dos fornos reato- ria dos fornos situam-se na faixa de 10 a 350
res, esta parcela é bem maior, pois constituem- milhões de Btu/h (2,5 a 90 x 106 kcal/h).
se em um dos principais equipamentos destas
unidades. 7.3 Classificação geral dos fornos

Cabe destacar a necessidade, cada vez 7.3.1 Quanto à utilização
mais acentuada, de melhor se conhecer os for-
nos, tendo em vista os crescentes custos dos Fornos de Aquecimento
óleos combustíveis, consumidos pelos fornos
e ainda a de se manter a operação segura dos Pré-aquecedores de carga de torres fracio-
mesmos. nadas

Observa-se, ainda, que de toda a energia Os fornos deste tipo são bastante comuns
consumida por uma unidade média, 75 a 80% em unidades de processos. Típicos são os for-
é obtido por meio de queima de derivados com- nos das torres de destilação atmosférica e a
bustíveis nos fornos e caldeiras. vácuo.

7.2 Características gerais dos fornos A carga usualmente líquida é pré-aquecida
em trocadores de calor, a fim de se obter o
O forno tubular é um equipamento proje- melhor rendimento térmico da unidade, sain-
tado para transferir um fluxo de calor, de tal do do forno parcialmente vaporizada.
forma que se forem mantidas constantes a va-
38 zão e a temperatura de entrada, também será Refervedores de torres fracionadas
constante a temperatura de saída.
O fluido sai do fundo da torre de destila-
É necessário gerar no forno, uma quanti- ção, circula pelo forno e retorna, à torre, parcial-
dade de calor que supra o processo e compen- mente vaporizado e ligeiramente aquecido.
se também as perdas. Este calor é gerado pela

Refervedores são encontrados em refina- Equipamentos Estáticos
rias de petróleo, por exemplo, nas torres de
pré-flash. (Alguns projetistas possuem projetos “standards”
para fornos radiantes de carga térmica até
Aquecedores de carga de reatores 10 x 103 Btu/h).
Os fornos deste tipo têm como objetivo ele-
Devido a isto, há muitas variações no
var a temperatura da carga ao nível necessário “layout”, no projeto e no aspecto construtivo
para ocorrer a reação química em um reator a dos fornos.
jusante do forno.
A principal classificação dos fornos tubu-
Neste caso, enquadram-se, por exemplo, lares é baseada na posição dos tubos na seção
os fornos existentes em unidades de reforma de radiação ou na forma da carcaça metálica
catalítica, hidrocraqueamento e planta de pro- externa, dando origem a fornos verticais ou
dução de estireno. As condições de entrada e horizontais. Os fornos verticais exigem me-
saída do forno variam muito, dependendo da nor área para construção e, em geral, levam a
aplicação. um menor investimento.

7.4 Fornos Reatores 7.4.4 Cilindro vertical sem seção de convecção

Nesta categoria de fornos, estão aqueles em (Figura 7.1)
cujas serpentinas ocorrem reações químicas. Neste tipo de forno, os tubos são posicio-

Geralmente, estes fornos são especialmen- nados verticalmente ao longo da câmara de
te projetados em função de cada aplicação e combustão de formato cilíndrico. Os queima-
seus projetistas procuram patenteá-los. Cons- dores são posicionados no piso do forno.
tituem-se em equipamentos de alto custo e tec-
nologia sofisticada. São fornos de baixa eficiência, baixo cus-
to, com cargas térmicas típicas na faixa de até
7.4.1 Reformadores para unidades de hidrogênio a 20 x 106 Btu/h (5,0 x 106 kcal/h).
e amônia
Atualmente, estes fornos têm pequena
A carga, geralmente, gás natural ou nafta, aplicação devido a sua baixa eficiência con-
reage com vapor d’água, nos tubos do refor- trapondo-se aos altos preços do petróleo. No
mador, produzindo hidrogênio, monóxido de entanto, podem ser utilizados em serviços de
carbono e dióxido de carbono. operação esporádica, como fornos de partida.

Geralmente, são fornos tipo caixa com O termo “all radiant”, também emprega-
tubos verticais cheios de catalisador. Um pro- do para este tipo de forno, não é adequado,
jetista usa, para estes reformadores, pressões pois, embora o forno só possua zona de radia-
na ordem de 500 psig (36 kgf/cm2) e tempera- ção, parte do calor total absorvido deve-se ao
tura de saída de 1.500 °F (815°C). mecanismo de convecção, uma vez que o es-
coamento dos gases de combustão provoca as
correntes de convecção, principalmente na re-
gião entre os tubos e a parede de refratários.

7.4.2 Fornos de pirólise

A carga consiste em hidrocarbonetos sa-
turados principalmente, que são aquecidos a
altas temperaturas e baixas pressões produzin-
do hidrocarbonetos insaturados como etileno,
propileno, butadieno, etc. As reações ocorrem
em presença de vapor d’água.

Estes fornos são geralmente do tipo cai-
xa. As temperaturas de saída são da ordem
de1.600°F (870°C), enquanto a pressão cor-
responde a cerca de 50 psig (4.5 kgf/cm2 abs.)

7.4.3 Quanto ao aspecto construtivo 39

A padronização dos projetos de fornos Figura 7.1
é muito difícil devido à diversidade de apli-
cação requerida, o que acarreta a necessida-
de de se projetar cada forno para cada aplicação

Equipamentos Estáticos

7.4.5 Cilíndrico vertical com seção de convecção

horizontal

(Figura 7.2)
Estes fornos possuem as seções de radia-

ção e convecção. Na seção de radiação, os tu-
bos são dispostos verticalmente ao longo da
câmara de combustão, e, na seção de convec-
ção, os tubos são arranjados horizontalmente
e posicionados acima da câmara de combus-
tão. Esta configuração permite um projeto eco-
nômico e altamente eficiente, com um míni-
mo de área de construção.

As cargas térmicas típicas são de 10 a
200 x 106 Btu/h (2,5 a 50 x 106 kcal/h).

Figura 7.2 Figura 7.3

7.4.6 Tipo de cabine com tubos horizontais 7.4.7 Tipo Caixa com câmara de Combustão
Independente
(Figura 7.3)
Nesta classe, enquadram-se a grande quan- (Figura 7.4)
Os tubos da zona de radiação são arranja-
tidade de fornos de aquecimento da atualidade.
Os tubos são arranjados horizontalmente tan- dos horizontalmente ao longo da paredes late-
to na câmara de combustão, quanto no teto in- rais e dos tetos das duas câmaras de combus-
clinado e na zona de convecção. tão. A zona de convecção fica situada na parte
superior, com os tubos também na posição ho-
Os queimadores podem ser colocados no rizontal.
piso ou nas paredes verticais não cobertas pe-
los tubos. A parede divisória permite um controle de
combustão, independente das câmaras. Os quei-
Este é um projeto econômico, com alta madores são posicionados no piso do forno.
40 eficiência e bastante comum em unidades de
É também um projeto econômico e com alta
processos, principalmente na destilação de eficiência, que envolve cargas térmicas típicas
petróleo. de 100 a 250 x 106 Btu/h (25 a 65 x 106 kcal/h).

As cargas térmicas típicas variam de 10 a Figura 7.4.
200 x 106 Btu/h (2,5 50 x 106 kcal/h).

Equipamentos Estáticos

7.4.8 Tipo Caixa com Queimadores nas Paredes

(Figura 7.5)

Os tubos de zona de radiação são arranja-
dos horizontalmente ao longo das paredes la-
terais do teto da câmara de combustão. Os tu-
bos da zona de convecção são também hori-
zontais e posicionados acima da câmara de
combustão.

Os queimadores são montados nas paredes
laterais não cobertas pelos tubos. As cargas tér-
micas típicas estão entre 5 e 50 x 106 Btu/h (de
1,25 a 12,5 x 106 kcal/h).

Figura 7.6

Figura 7.5 7.5 Estrutura e carcaça metálica

Obviamente, a finalidade da estrutura
metálica de um forno é a de sustentar o peso
do forno e, ainda, os esforços devido aos ven-
tos. Os suportes dos tubos apoiam-se direta-
mente nas vigas.

Observa-se que a estrutura não está sujei-
ta às altas temperaturas dos gases de combus-
tão, pois está colocada externamente aos re-
fratários.

As chapas que formam a carcaça metálica
apóiam-se na estrutura e servem para susten-
tar os refratários (quando forem de fibra ce-
râmica ou concreto refratário) e garantir a
estanqueidade do forno, não permitido a entra-
da do ar. Geralmente, são chapas de aço carbo-
no 3/16"ou 1/4".

7.6 Refratários

7.4.9 Tipo Cabine com Altar Têm as seguintes finalidades:

(Figura 7.6) a) Isolar a câmara de combustão dos ele-

Fornos iguais ao item n.º 7.4.6, porém mentos estruturais;
possuem uma parede divisória de refratári-
os (altar), que separa a câmara de combus- b) Irradiar o calor não absorvido pelos tu-
tão em duas células independentes, e per-
mite, assim, melhorar a distribuição de ca- bos para dentro da câmara;
lor ao longo da altura da câmara de com-
bustão, bem como controlar individualmente c) Evitar perdas de calor para o exterior;
cada célula.
d) Evitar que os gases de combustão, que
Os queimadores podem ser colocados nas
paredes ou no piso, sempre inclinados para o contêm compostos de enxofre, atinjam
altar.
as chapas da carcaça metálica onde se
As cargas térmicas típicas variam de 20 a
100 x 106 Btu/h (5 a 25 x 106 kcal/h). condensariam formando ácidos corro-

sivos. pode-se deduzir, os ma- 41
Como facilmente

teriais refratários empregados em um forno

devem ter:

a) Capacidade de resistir a altas tempera-

turas;

Equipamentos Estáticos mecânica interna aos tubos dos fornos com flui-
dos sujeitos ao craqueamento.
b) Resistência mecânica elevada;
A limpeza através de vapor d’água e ar,
c) Resistência a erosão; permite usar curvas de retorno, de custo bem
mais baixo que o cabeçote. Estas curvas de
d) Resistência a ataques químicos de áci- retorno são colocadas às extremidades dos
dos, bases, metais, etc., que podem ser tubos.
encontrados nos gases de combustão de
óleos combustíveis. A utilização de cabeçotes de retorno re-
quer que estes sejam instalados externamente
Os principais tipos de materiais refratários à câmara de combustão, para evitar altos flu-
e isolantes são: xos de calor. A caixa que contém os cabeçotes
é denominada caixa de cabeçotes. Quando se
– tijolos refratários; utiliza curva de retorno, estas podem locali-
zar-se dentro da câmara.
– concretos refratários;
Na seção de convecção, utilizando cabe-
– fibras cerâmicas. çotes ou curvas de retorno, recomenda-se usá-
los externos à câmara, em caixas de cabeço-
7.7 Tubos tes. Quando colocados inteiramente, favore-
cem a formação de caminhos preferenciais para
7.7.1 Tubos de radiação os gases de combustão.

Os tubos da seção de radiação são sempre Os raios das curvas de retorno são geral-
lisos, pois a utilização de tubos aletados em mente escolhidos de tal forma, que a distância
uma seção em que as taxas de calor são muito centro a centro dos tubos seja de dois diâme-
elevadas provocaria a formação de pontos tros nominais.
quentes nos tubos e acarretaria a falha prema-
tura do material. 7.9 Suportes dos tubos

O diâmetro varia de 2" a 8", entretanto 4" São projetados para suportar: os pesos dos
corresponde ao diâmetro nominal que, geral- tubos e fluido, os esforços de atrito devido à
mente, leva à configuração mais econômica. dilatação térmica e do ∆T (gradiente de tem-
peratura) ao longo de sua altura.
O comprimento usual é de 10 a 20 m para
os fornos com tubos horizontais. Usualmente, são colocados espaçados em,
no máximo, 35 diâmetros nominais ou 6 m.
7.7.2 Tubos de Convecção
Fabricados a partir de materiais nobres, tais
Geralmente são aletados ou pinados, com como ligas contendo 25% de Cr, e 20% Ni, ou
a finalidade de se aumentar o coeficiente de ainda, ligas com 50% de Cr e 50% de Ni.
troca de calor externo aos tubos. No Brasil,
devido à utilização de óleos combustíveis pe- Observa-se que os suportes não recebem
sados, a escolha recai nos tubos pinados, que qualquer resfriamento, como ocorre nos tu-
apresentam menor tendência a reter cinzas em bos que são “resfriados” pelo fluido em es-
relação aos aletados. coamento.

As duas primeiras filas de tubos de con- As serpentinas verticais são simplesmen-
vecção são sempre lisas, por estarem sujeitas, te suportadas pelo topo e guiadas por pinos
também, à troca de calor por radiação. soldados às curvas de retorno ao fundo.

Os tubos que formam estas duas primei- 7.10 Queimadores
ras filas são denominados de “tubos de prote-
ção” ou tubos escudos. As funções dos queimadores são: liberar
combustíveis e ar para a câmara de combus-
Os diâmetros dos tubos de convecção são, tão; promover a mistura do combustível com
geralmente, menores que os de radiação. o ar; dar condições para a contínua queima da
mistura combustível-ar e, no caso de combus-
Quanto ao arranjo, deve-se observar que, tíveis líquidos, atomizar e vaporizar o com-
enquanto na radiação, procura-se espaçar os bustível.
tubos para obter uma boa distribuição do ca-
lor; na convecção, procura-se aproximar os
tubos, de maneira a obter uma alta velocidade
42 dos gases e, portanto, uma boa troca de calor.

7.8 Curvas e cabeçote de retorno

A utilização de cabeçotes de retorno mandri-
lados, tem como finalidade a aplicação de limpeza

7.11 Chaminé e abafadores Equipamentos Estáticos

A Chaminé tem como finalidades: 43
– Lançar os gases de combustão a uma

altura tal, que provoque a dispersão dos
mesmos, minimizando a poluição.
– Fornecer a tiragem necessária, isto é,
permitir que, por diferença de densida-
des, os gases, ao subirem, succionem o
ar para a combustão.
– Manter todo o forno em pressões leve-
mente negativas, a fim de evitar fugas
de gases pelas paredes, o que poderia
aquecer a estrutura do forno.
A função do abafador da chaminé é ajus-
tar o perfil de tiragem do forno, controlando a
tiragem na região diretamente abaixo da se-
ção de convecção do forno.
Os abafadores podem ser de folha única
ou de folhas múltiplas, quando a chaminé ti-
ver grandes diâmetros. São operados manual-
mente do solo, através de cabos. Em caso de
grandes abafadores, é possível manuseá-los
com operadores pneumáticos.

7.12 Sopradores de fuligem / ramonadores

Os gases de combustão de óleo combustí-
vel, ao passarem pela região de convecção,
geralmente formada por tubos pinados, tendem
a formar depósitos que prejudicam notavel-
mente a transferência de calor. Os principais
constituintes destes depósitos são: enxofre,
vanádio, sódio e cinzas, Destes constituintes,
as cinzas são os principais responsáveis pela
alta taxa de deposição.

O método mais usual de se remover, em
operação, estes depósitos é o emprego de ja-
tos de vapor d’água sobre a superfície dos tu-
bos, através do uso de sopradores de fuligem.

Anotações

Equipamentos Estáticos 8

Caldeiras

8.1 Considerações gerais Existem vários tipos de caldeiras Flamo-
tubulares, dentre as quais são destacadas a
Na acepção ampla, caldeira é um troca- vertical (Figura 8.2) e a horizontal (Figura 8.3).
dor de calor que tem por finalidade a produ-
ção de vapor a partir de um fluido vaporizante Chaminé
e energia térmica. A energia térmica pode ser Damper (controle de tiragem)
obtida através da queima de um combustível
sólido, líquido ou gasoso ou por intermédio Vapor
de resistências elétricas. As usinas termonu- saturado
cleares utilizam a fissão do urânio 235.
Alim. de água Nível
No presente material, serão abordados Tubos de fogo
apenas os geradores de vapor de água, dora-
vante derivados de caldeiras. Fornalha

Em termos práticos, a geração de vapor é Figura 8.2 – Caldeira Flamotubular Vertical.
obtida através dos geradores de vapor propri-
amente ditos (caldeiras) e pelo aproveitamen- Saída de vapor Chaminé
to de calor residual desenvolvido em alguns
tipos de processos, como é o caso das refinarias
de petróleo.

8.2 Classificação das caldeiras Nível

As caldeiras podem ser classificadas con- Fornalha
forme qualquer das características seguintes:
uso, pressão de serviço, fonte de aquecimen- Tubos de fogo
to, conteúdo nos tubos, tipo de fornalha, prin-
cípio de funcionamento, etc. Figura 8.3 – Caldeira Flamotubular Horizontal.

Existem duas classes de geradores de va- As caldeiras flamotubulares apresentam
por bem definidas: vantagens tais como:

– Flamotubulares (tubos de fogo) e – construção fácil, com relativamente
– Aquatubulares (tubos de água). poucos custos;

8.2.1 Caldeiras Flamotubulares – são bastante robustas;
– não exigem tratamento de água muito
São aquelas em que os gases quentes pro-
venientes da combustão passam no interior dos cuidadoso;
tubos, ficando externamente aos tubos a água, – exigem pouca alvenaria.
como mostra a Figura 8.1. Como desvantagens das caldeiras flamo-
tubulares, podem ser levantados os seguintes
Gases quentes aspectos:
– pressão limitada: máximo até 15 atm,
44 Água
vaporizada devido à espessura da chapa dos corpos
cilíndricos crescer com o diâmetro;
Tubo – partida lenta, em função do grande vo-
Figura 8.1. lume de água;
– pequena taxa de vaporização (produção
de vapor por unidade de superfície de
aquecimento);

– circulação deficiente de água; Equipamentos Estáticos
– oferecem dificuldades para instalação
8.2.4 Classificação quanto à circulação
de superaquecedores economizadores
e pré-aquecedores de ar; – Circulação natural: a circulação de
– pequena capacidade. água através dos elementos tubulares é
O uso das caldeiras flamotubulares é bas- conseguida pela diferença de densida-
tante restrito (em pequenas indústrias, hospi- des existente entre os tubos geradores
tais, hotéis, para aquecimento interno, etc.). de vapor (“Risers”) “A” e os tubos
economizadores (não vaporizantes ou
“DOWN COMERS”) “B”, conforme
ilustrado nas Figuras 8.5. e 8.7.

8.2.2 Caldeiras Aquotubulares Tambor de vapor

São aquelas em que as chamas e os gases Nível de água Vapor
de combustão envolvem os tubos, circulando
água internamente nos tubos, conforme ilus- Vapor + água Só água
tra o esquema da Figura 8.4.
Calor

Saída de vapor Gases de AB
combustão
Só água
Maçaricos Água Tambor de água;
+
ou de lama
vapor Descarga

Água

Figura 8.5 – Circulação natural.

Figura 8.4. – Circulação forçada: A circulação de
água é conseguida pela instalação de
As caldeiras aquotubulares são usadas nos uma bomba no circuito. São normal-
modernos projetos industriais, pois podem pro- mente caldeiras de alta pressão, devi-
duzir grandes quantidades de vapor a eleva- do a pequenas diferenças entre a den-
das temperaturas. A produção de vapor neste sidade do vapor saturado e do líquido
tipo de caldeira atinge até 750 ton/h, a pressões saturado, dificultando a circulação na-
da ordem de 200 t. tural.

8.2.3 Classificação quanto à tiragem Entrada Economizador

– Tiragem natural: O fluxo de gases (ti- Saída
ragem) é conseguido unicamente pela
ação da chaminé devido à diferença de Convecção
densidades ao longo da mesma, provo-
cada pela diferença de temperatura dos Radiação
gases de combustão.
Bomba
– Tiragem mecânica forçada: O fluxo dos
gases é obtido através da instalação de Figura 8.6 – Circulação forçada.
um ventilador na linha de ar de com-
bustão, forçando-o a entrar na câmara 8.3 Elementos principais de uma caldeira
de combustão. A pressão na câmara de
combustão deste tipo de equipamento Uma caldeira, é, normalmente, constituí-
normalmente é positiva. da dos seguintes elementos principais: Figu-
ras 8.5; 8.6; 8.7; 8.8.
– Tiragem mecânica induzida: O fluxo
dos gases é obtido através da instala- 8.3.1 Tubulão de vapor 45
ção de um ventilador na saída dos ga-
ses, induzindo, assim, os gases a per- Tambor localizado na parte superior da
correr o gerador de vapor.
caldeira, onde água e vapor saturado estão em
– Tiragem mecânica balanceada: Insta-
lam-se dois ventiladores, o de tiragem equilíbrio, na temperatura de saturação corres-
forçada vence as perdas de carga até a
entrada da câmara de combustão, e o pondente à pressão do mesmo.
de tiragem induzida vence o restante
das perdas de cargas.

Equipamentos Estáticos As vantagens do uso do vapor superaque-
cido são basicamente duas: a primeira, é me-
8.3.2 Tubulão de água ramente contar com maior disponibilidade de
energia, e a segunda, a mais importante, é o
Localizado na parte inferior da caldeira aumento de rendimento das turbinas, devido,
cheio d´água, normalmente, em dimensões me- principalmente ao maior salto entálpico dis-
nores do que o anterior. ponível.

8.3.3 Feixe convectivo O total de ganhos de calor ou energia, com
vapor superaquecido é de aproximadamente
É um feixe de tubos interligando os tam- 3% para cada 60°C de superaquecimento.
bores de vapor e de água. A troca de calor com
os gases quentes dá-se por convecção. O superaquecedor consiste em dois cole-
tores, um de entrada e um de saída, ligados
8.4 Paredes de água por um feixe tubular reto ou curvo, localizado
perto ou logo acima dos espaços ocupados
São paredes formadas por tubos, interli- pelos elementos geradores de calor.
gando os tambores de água e de vapor. As pa-
redes de água (laterais, frontais, teto e fundo) Apesar dos vários tipos existentes, todos
geram um espaço vazio denominado “Câma- utilizam, como fonte de calor, os gases de com-
ra de Combustão”. Os itens de 3.1 até 3.4 cons- bustão.
tituem a caldeira propriamente dita, que é a
parte responsável pela produção de vapor O superaquecedor é um aparelho a que se
saturado. deve dispensar cuidados especiais, a fim de que
não se danifique. Por isso, deve ser protegido
Saída do calor excessivo da fornalha. Uma das prote-
ções oferecidas ao superaquecedor é a “cortina
Tambor d’água”, que é constituída por parte do feixe
de vapor tubular da caldeira, que fica situado entre a for-
nalha e o superaquecedor. Mas apenas a “corti-
Parede na d’água” não é proteção suficiente para o supe-
de água raquecedor no acendimento das caldeiras.

Água Tambor Na partida durante o acendimento de
Mistura de água caldeiras com superaquecedores, a queima ini-
vapor + água cial deve ser baixa até que haja vaporização e
Vapor saturado conseqüentemente a circulação do vapor atra-
vés do superaquecedor. A partir desse momen-
Vapor superaquecido to, pode-se elevar o grau de combustão grada-
tivamente, obedecendo a uma curva de aque-
Figura 8.7 – Diagrama de circulação. cimento, fornecida pelo fabricante, até atingir
a pressão de trabalho.
8.5 Superaquecedores
8.5.2 Tipos
8.5.1 Generalidades
a) Quanto à ligação ao gerador de vapor,
Os equipamentos de acionamento a vapor os superaquecedores podem ser inte-
são projetados para operar com vapor supera- grais, quando integrantes de caldeira,
46 quecido. Para se conseguir vapores com estas ou independentes, quando a fonte de
características, são usados os superaquecedo- calor é proveniente de uma fornalha
res, aparelhos destinados a elevar a tempera- independente.
tura do vapor saturado sem aumentar, no en-
tanto, sua pressão. b) Quanto à transferência de calor, podem
ser classificados em de radiação ou de
convecção. Nos de radiação, a superfí-
cie do superaquecimento fica exposta
diretamente às chamas, enquanto que
os de convecção são protegidos pela
cortina d’água, e a transferência de ca-
lor ocorre quando só gases passam pela
superfície de superaquecimento.

8.5.3 Fatores de influência operacional Equipamentos Estáticos

Além dos fatores construtivos, como lo- O pré-aquecedor que aquece o ar para tem-
calização e tipo de superaquecedor, uma série peraturas acima de 150°C proporciona uma
de fatores operacionais influenciam no grau economia de 5 a 10% de combustível.
de superaquecimento do vapor:
O pré-aquecedor de ar acelera a combus-
– excesso de ar; tão em todas as cargas, melhora a combustão
– temperatura da água de alimentação; em baixas cargas e aumenta a eficiência.
– taxa de vaporização;
– título do vapor; 8.6.2 Classificação
– número de equipamentos auxiliares
Os pré-aquecedores podem ser classifi-
consumidores de vapor saturado. cados, de acordo com o princípio de sua ope-
Quanto maior for o excesso de ar, mais ração, em:
elevado será o grau de superaquecimento, pois
o excesso de ar reduz o calor e aumenta a ve- a) recuperativos e
locidade dos gases na fornalha. Diminuindo a b) regenerativos.
vaporização, aumenta o calor disponível por Nos pré-aquecedores recuperativos, o ca-
unidade de massa de vapor no superaquecedor lor proveniente do gás de combustão é trans-
de convecção. ferido para o ar através de uma superfície me-
Um aumento na temperatura de alimenta- tálica.
ção, para o mesmo consumo do combustível, Nos pré-aquecedores do tipo regenerati-
irá diminuir o superaquecimento, pois aumen- vo, o calor é transferido do tipo Ljungstron é
tará a taxa de vaporização, aumentando o vo- um dos mais representativos. É constituído de
lume de vapor no superaquecedor, para a mes- um envólucro metálico isolado, no interior do
ma quantidade de calor disponível. qual gira um rotor inteiramente metálico, di-
Qualquer umidade que acompanhe o va- vidido em compartimentos (Figura 8.8).
por saturado ao superaquecedor provoca osci-
lação no grau de superaquecimento; se por uma
circunstância qualquer, houver um arraste para
o superaquecedor, diminuirá o título do vapor, com
conseqüente redução de superaquecimento.

8.6 Pré-aquecedores Figura 8.8 – Pré-aquecedor do tipo regenerativo.

8.6.1 Generalidades 8.6.3 Corrosão

Pré-aquecedores são aparelhos destinados O pré-aquecedor é o elemento que utili-
a aproveitar o calor dos gases de combustão za o calor do gás, após a sua passagem pela
para aquecer o ar necessário para combustão. fornalha, superaquecedor e economizador,
onde, portanto, a temperatura já é mais baixa.
A instalação ou não de um pré-aquecedor Como conseqüência, problemas como corro-
e o seu dimensionamento dependem de fato- são dos tubos, depósito de fuligem e cinzas
res econômicos e de engenharia. nas superfícies de troca podem ocorrer. Furos
de tubos, nos pré-aquecedores de recuperação,
Os fatores econômicos mais importantes são: podem exigir um consumo extra de energia
pelos ventiladores.
– custo original do equipamento;
8.7 Economizadores
– custos de operação e
O economizador é o aparelho que tem a
– custos de manutenção. finalidade de absorver o calor sensível dos
gases de combustão, para aquecer a água de 47
Os fatores de engenharia envolvidos são: alimentação de caldeiras. Assim, os gases, já
com temperaturas mais baixas que na forna-
– espaço; lha, cedem mais calor, resultando maior eco-
nomia para o sistema.
– características do combustível e

– temperaturas desejadas para a entrada
de ar e a saída do gás.

Com os combustíveis comuns, em iguais
condições de fornalha, a eficiência de uma
caldeira como um todo aumenta de cerca de
2,5% para cada 50°C de queda na temperatura
de saída do gás.

Equipamentos Estáticos Dentre estes, destacam-se os queimado-
res de óleo combustível.
Internamente, os economizadores (no caso
de não ter havido eliminação dos gases) estão 8.8.2 Distribuidor de ar
sujeitos à corrosão, devido ao oxigênio dis-
solvido e ao baixo valor de pH. O maçarico é o elemento que se destina a
receber o óleo e atomizá-lo para o interior da
Como a corrosão é muito menor na faixa fornalha. Consta da peça de ligação, onde pe-
de pH alcalino, é conveniente, muitas vezes, netram o óleo e o vapor; do corpo; que conduz
corrigir o pH da água de alimentação para 8 o óleo e o agente pulverizador; e do bico ou
ou 9. pulverizador, colocado no corpo, na extremi-
dade oposta à peça de ligação.
Externamente, devido à baixa temperatu-
ra da água de alimentação, os tubos do econo- A pulverização é conseguia com o auxílio
mizador podem provocar a condensação da de um agente pulverizador, que pode gerar
umidade dos gases de combustão, acelerando comprimido, vapor d’água ou mecanismos de
a corrosão. Quando isto acontece na presença pulverização mecânica.
de produtos de combustão de enxofre, a taxa
de corrosão aumenta, à medida que a tempe- Em suma, as finalidades do queimador são:
ratura for reduzida. – pulverizar o combustível;
– misturar intimamente o óleo, já em né-
À medida que o teor de enxofre aumenta,
o ponto de orvalho do gás também aumenta, voa, com o ar;
agravando assim as condições de corrosão. – manter as proporções entre o ar e o óleo.

Experiências mostram que a taxa de cor- 8.8.3 Queimador de óleo combustível
rosão ácida pode ser reduzida a limites segu-
ros mantendo a temperatura da água de ali- É provido de “DAMPER” ou “Registro”
mentação acima de certos valores mínimos. que regulam a entrada do ar fornecido do com-
bustível através do Soparador de ar.
Vapor 7
8.9 Ramonador (ou soprador de fuligem)
3 saturado 1 Ar
6 Durante a operação normal da caldeira,
5 verificam-se depósitos de fuligem nos tubos,
1 8 resultantes da queima do combustível. Esta
fuligem tem de ser retirada, pois atua como
Maçaricos um isolante. Em vista disso, são instalados nas
caldeiras, entre as fileiras de tubos, aparelhos
2 destinados a limpar, periodicamente, o lado de
fogo das caldeiras, removendo os depósitos de
Alimentação fuligem. Esta limpeza deve ser efetuada duas
de água vezes por dia, no mínimo antes de qualquer
parada da caldeira e sempre com a caldeira em
(1) Tambor de vapor (5) Superaquecedor operação, com cargas elevadas (para evitar
(2) Tambor de lama (6) Economizador explosões no percurso dos gases).
(3) Feixe tubular (7) Pré-aquecedor de ar
(4) Fornalha (8) Chaminé O romonador é constituído, basicamen-
te, de um tubo perfurado, ligado a uma rede
Figura 8.9 – Componentes principais de gerador de vapor. de vapor (Figura 8.10).

8.8 Queimador

É o conjunto de elementos com função de
suprir o calor excessivo à geração de vapor,
através da queima de combustíveis.

Pode ser dividido em “queimador” pro-
priamente dito e “distribuidor de ar”.

8.8.1 Queimador Figura 8.10 – Soprador de fuligem.

48 É o equipamento que prepara o combus-
tível a ser queimado na caldeira.
Existem queimadores de óleo combustí-
vel, queimadores de gás combustível e quei-
madores de CO (monóxido de carbono);

8.10 Internos do Tubulão Equipamentos Estáticos
Vapor saturado
8.10.1 Separadores de vapor
Vapor + água
São legítimos filtros de vapor, constituí-
dos de chapas corrugadas, dispostas ao longo Figura 8.11.b – Acessórios internos do tambor de vapor.
da tubulação, por onde o vapor saturado deve
passar, antes de atingir as canalizações que o 8.11 Válvulas
levarão ao coletor de entrada do superaquece-
dor. Têm a finalidade de reter as partículas lí- 8.11.1 Válvulas de Bloqueio
quidas ou sólidas arrastadas pelo vapor.
São válvulas colocadas em linha de água,
8.10.2 Ciclones combustível, ar e vapor, com a finalidade ex-
clusiva de isolamento do sistema.
São dispositivos destinados a produzir um
8.11.2 Válvula de Retenção
retardamento temporário ao escoamento de um
Colocadas nas diversas linhas, com a fi-
fluido, fazendo-o mudar de direção; em com- nalidade de evitar o retorno do fluxo.

binação com defletores de vapor do tipo “pla-

ca”, orientam os fluxos de vapor e da água.

Observar os internos das figuras 8.11.a e

8.11.b. Vapor saturado

Vapor + água 8.11.3 Válvulas de Controle

Colocadas nas várias linhas com a finali-
dade de controlar o fluxo, quer automática,
quer manualmente.

Água Vapor 8.11.4 Válvulas de Segurança
Vapor + água saturado
São dispositivos que se destinam a des-
Figura 8.11.a – Acessórios internos do tambor de vapor. carregar, automaticamente, para a atmosfera,
Vapor saturado parte do vapor, quando a pressão na caldeira
atingir certo limite, prevenido, assim, a cria-
ção de qualquer situação de insegurança.

Das válvulas de segurança, exigem-se cer-
tos requisitos, tais como:

– abrir e fechar a pressões determinadas;

– abrir e fechar rapidamente sem trepi-
dação e

– vedar perfeitamente, quando fechada.

As válvulas de segurança estão colocadas
no superaquecedor e tubulão superior, deven-
do abrir numa seqüência pré-determinada.

8.11.5 Válvulas de purga de superfície

Instaladas numa tubulação, próxima ao

Vapor + água nível de água no tubulão superior, destinam- 49
se a retirar, constantemente, uma quantidade

de água “concentrada”, a fim de manter a con-

centração de sais solúveis e de materiais em

suspensão.

Equipamentos Estáticos “Make-up”: é a porção de água introdu-
zida no sistema da caldeira para compensar o
8.11.6 Válvulas de purga de fundo condensado não retornado e as purgas
efetuadas.
Instaladas em tubos ligados aos tubulões
inferiores e aos coletores, destinadas a reduzir “Blow-down”: é a descarga da água sob
as quantidades de sólidos e sais, que se depo- pressão para reduzir a concentração de sais na
sitam em forma de lama, no fundo das caldeiras. água da caldeira.

Somente devem ser dadas descargas de Ramonagem: é a limpeza das superfícies
fundo com as caldeiras fora de operação ou externas dos tubos com sopro de vapor.
em baixa carga.
Tiragem: é o fluxo de ar que supre a for-
8.11.7 Válvulas de “vent” nalha do oxigênio necessário à combustão e
retira os gases resultantes.
Instaladas na parte superior do tubulão de
vapor e dos superaquecedores bem como em Tiragem forçada: é o fluxo de ar que su-
outros pontos altos, para escape de ar, quando pre a fornalha.
se enche a caldeira ou quando se dá partida.
Tiragem induzida: é o fluxo de gases re-
8.12 Termos usuais em trabalhos de tirados da caldeira.
caldeiras
Anotações
Os termos usados nos serviços de caldei-
ras são muitos. Alguns dos mais importantes
estão relacionados a seguir:

Rendimento Específico: é a relação en-
tre a massa do vapor produzido pela massa de
combustível gasto.

Rendimento térmico: é a relação entre o
calor absorvido pelo vapor gerado e o calor
desprendido pelo combustível queimado.

Superfície de aquecimento: é o conjun-
to de superfícies metálicas, através das quais
ocorre a transferência de calor entre o gás de
combustão e a água ou o vapor.

Capacidade d’água: é a quantidade de
água que uma caldeira contém, com o nível
normal de operação.

Taxa de vaporização: é a produção de va-
por por unidade de superfície de aquecimento.

Capacidade: é a quantidade de vapor pro-
duzido por unidade de tempo.

Tempo de vaporização: é o intervalo de
tempo entre o acendimento e o momento em
que a caldeira começa a produzir vapor, nas
condições especificadas.

Consumo: é a quantidade de combustível
gasta por unidade de tempo.

Pressão de regime: é a pressão normal de
funcionamento de uma caldeira.

50 Pressão máxima: é a pressão máxima
com a qual a caldeira pode funcionar.

Temperatura de superaquecimento: é a
temperatura do vapor na saída do superaque-
cedor.