Caldeira é um recipiente cuja função é, entre muitas, a produção de vapor através do aquecimento da água. As caldeiras produzem vapor para alimentar máquinas térmicas, autoclaves para esterilização de materiais diversos, cozimento de alimentos e de outros produtos orgânicos, calefação ambiental e outras aplicações do calor utilizando-se o vapor.
Sua aplicação tem sido ampla no meio industrial e também na geração de energia elétrica nas chamadas centrais termelétricas. Portanto, as atividades que necessitam de vapor para o seu funcionamento, em particular, vapor de água pela sua abundância, têm como componente essencial para sua geração, a caldeira.
Esse equipamento, por operar com pressões acima da pressão atmosférica, sendo na grande parte das aplicações industriais até quase 20 vezes maior e nas aplicações para a produção de energia elétrica de 60 a 100 vezes maior, podendo alcançar valores de até 250 vezes mais, constitui um risco eminente na sua operação.
Para os propósitos da NR-13, as caldeiras são classificadas em categoria “A” e “B”.
A fonte de calor para uma caldeira pode ser propiciada pela queima de um combustível sólido (carvão, lenha), líquido (óleos derivados do petróleo) ou gasoso (gás natural), por resistências elétricas (eletrotermia), ou por fontes não convencionais, como a fissão nuclear, energia solar, energia geotérmica, etc.
Existem diversos tipos de caldeiras, as quais podem ser classificadas segundo diversos critérios.
Segundo uma classificação mais genérica, as caldeiras se classificam em FLAMOTUBULARES e AQUATUBULARES.
Caldeira Flamotubular:
As caldeiras de tubos de fogo ou tubos de fumaça, flamotubulares ou ainda gás-tubulares são aquelas em que os gases provenientes da combustão "fumos" (gases quentes e/ou gases de exaustão) atravessam a caldeira no interior de tubos que se encontram circundados por água, cedendo calor à mesma.
Nesse tipo de caldeira os tubos são postos verticalmente ou horizontalmente num corpo cilíndrico e fechado nas extremidades por placas, chamadas espelhos justamente por refletirem boa parte do calor. A fornalha fica logo abaixo dos espelhos inferiores. Os gases gerados pela combustão passam pelos tubos, aquecendo e vaporizando a água que está em torno deles. As caldeiras flamotubulares são empregadas apenas para pequenas capacidades e quando se quer apenas vapor saturado de baixa pressão.
As caldeiras flamotubulares são utilizadas apenas para a produção de vapor saturado, pois a troca de calor é feita sempre entre o tubo com gás quente na parte interna, envolvido completamente com água na forma líquida. Assim, não há troca de calor adicional entre os gases e o vapor já gerado, exceto em caldeiras de queima combinada na qual uma câmara de queima adicional é instalada para gerar gases para aquecimento do vapor, tornando-o superaquecido.
Caldeira Aquatubular:
Caldeiras aquatubulares são também chamadas caldeiras de paredes de água ou de tubos de água. A água passa pelo interior dos tubos, que por sua vez são aquecidos pelas chamas.
São as mais comuns em se tratando de plantas termelétricas ou geração de energia elétrica em geral, exceto em unidades de pequeno porte. A pressão de trabalho de caldeiras deste tipo pode chegar a 26 MPa, ou seja, superior a pressão do ponto crítico. Neste caso, o período de ebulição (transição de líquido para vapor) passa a não existir.
As caldeiras aquatubulares, que são as mais empregadas, como o próprio nome indica, tem circulação de água por dentro dos tubos e os gases quentes envolvendo-os.
São usadas para instalações de maior porte e na obtenção de vapor superaquecido. Sendo este tipo de caldeira a mais empregada, veremos com mais detalhes seus funcionamento.
A fornalha é a região da caldeira em que se desenvolve a combustão e a maior parte do calor é transferido. É, também, onde ocorrem as maiores taxas de absorção de calor e as maiores temperaturas. As fornalhas devem atender aos seguintes requisitos:
* Ter um volume capaz de garantir que toda a queima se efetuará no seu interior;
* O posicionamento correto das superfícies de transferência de calor que não pode ter contato entre a chama e os tubos; * Eficiência dos queimadores, que tem por finalidade converter o combustível a ser queimado, em gás;
* A superfície dos tubos para absorção do calor gerado deve ser suficiente para que não ocorra vaporização nos tubos de subida.
Vantagens de Uma Caldeira Aquatubular:
* Maior taxa de produção de vapor por unidade de área de troca de calor; * Possibilidade de utilização de temperaturas superiores a 450°C e pressões acima de 60 atm; * Partida rápida em razão do volume reduzido de água nos tubos; * A limpeza dos tubos é mais simples que na flamotubular e pode ser feita automaticamente; * A vida útil destas caldeiras pode chegar a 30 anos; * As caldeiras aquatubulares são usadas nos modernos projetos industriais, pois podem produzir grandes quantidades de vapor a elevadas temperaturas; * A produção de vapor neste tipo de caldeira atinge até 750 ton/h.
Desvantagens de Uma Caldeira Aquatubular:
* Uma caldeira aquatubular pode custar até 50% mais que uma caldeira flamotubular de capacidade equivalente;; * Construção mais complexa;
* Exigem o tratamento de água muito mais cuidadoso
