Saiba como dimensionar a potência correta de uma caldeira

O acúmulo e a produção de vapor de uma caldeira são requisitos fundamentais para o funcionamento da grande maioria dos processos industriais, porém isso gera custos que precisam ser muito bem calculados. 

Exatamente por isso, é extremamente importante ter conhecimento para conseguir dimensionar com exatidão qual deve ser a dimensão exata de uma caldeira, já que exerce influência sobre a eficiência desse gerador de vapor e consequentemente nos custos da indústria.

Veja, de uma forma didática e prática, quais são os pontos que precisam ser considerados para dimensionar o tamanho ideal de uma caldeira de acordo com as necessidades.

O que é a potência de uma caldeira?

Por definição, o termo potência é a grandeza física escalar que pode ser definida como a taxa de realização de trabalho em um determinado período de tempo, ou como o consumo de energia neste tempo. Essa potência é sempre medida em unidades de energia por um tempo.

Assim, a unidade de energia que uma caldeira consegue gerar em uma hora é a melhor representação do conceito da potência. Por exemplo: determinada caldeira foi projetada para produzir 100 toneladas de vapor, mas isso só será verdade se a temperatura da água de operação for exatamente a mesma da temperatura utilizada para projetar essa caldeira.

Mas, por exemplo, se a temperatura da água de alimentação for reduzida, automaticamente, a caldeira tende a gerar menor volume de vapor. Em contrapartida, se a temperatura for aumentada, a produção de vapor tende a ser maior, desde que a potência seja a mesma. 

O dimensionamento da caldeira não depende exclusivamente do vapor produzido

Na opinião de engenheiros com conhecimento na área de caldeira, não é correto dizer que o dimensionamento de uma caldeira deve se dar através da produção de vapor gerado. 

A explicação para que isso não seja dito é bastante clara e já a citamos anteriormente. Essa capacidade de gerar vapor é na verdade uma consequência da potência da caldeira, que é apenas o numerador do cálculo de eficiência de uma caldeira.

Assim, a potência da caldeira é resultado da multiplicação da massa de vapor multiplicada pela entalpia de vapor, menos a massa de água multiplicado pela entalpia da água de alimentação para a qual ela foi projetada.

Esse cálculo representa a quantidade de vapor produzido. No entanto, a potência de uma caldeira será medida em unidades de energia por determinado período de tempo.

Quer saber mais sobre o dimensionamento da caldeira? Acompanhe o vídeo com nosso especialista:

Exemplos práticos do dimensionamento de uma caldeira

Apesar de relativamente simples, o cálculo da potência de alguma pode apresentar algumas dificuldades. Por isso, desenvolvemos exemplos práticos para você.

O cálculo padrão da potência de uma caldeira é apresentado abaixo:

Potência = Mv x hv – Mágua x hágua, onde:

• Mv = Massa de vapor produzida
• hv = Entalpia do vapor
• Mágua = Massa de água consumida
• hágua = Entalpia da água

Exemplos:

Uma caldeira de 50 toneladas (50 mil kg/h) com uma entalpia de vapor de 800 kcal/kg, com uma descarga de fundo de 2%, ou seja, 51 mil kg/h de água a uma entalpia de 90 kcal/kg (relacionada à temperatura, ou seja, 90ºC).

Fazendo o cálculo, a potência da caldeira será de 35.410.000 kcal/h ou 35,41 Gcal/h.

Se a temperatura da água for mudada para 105ºC, a potência continuará a mesma, no entanto, a vazão de vapor será alterada, chegando a 50.956 kcal/h.. Dessa forma, com a temperatura da água mais elevada e a potência da caldeira for mantida, teremos uma produção de vapor maior.

Ocorrência contrária ocorreria se a temperatura fosse reduzida e a potência mantida, resultando em menor produção de vapor.

A conclusão disso tudo é que o conhecimento da potência da caldeira é bastante importante, já que a vazão de vapor varia em função de outros valores, como a quantidade de descarga de fundo, da entalpia de vapor e da temperatura da água.

Além disso, se olharmos a fórmula da potência de uma caldeira, observamos que ela representa a parte superior da fórmula de eficiência, representada pela potência dividida pela massa de combustível multiplicada pelo PCI (Poder Calorífico Inferior [kj/kg]).

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