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Geração de
Vapor Industrial
Os instrutores do curso
Electo Eduardo Silva Lora
Doutor pela Universidade Técnica de São Petersburgo,
atualmente é professor da Universidade Federal de Itajubá e
Coordenador do Núcleo de Excelência em Geração Térmica e
Distribuída – NEST da UNIFEI. Especialista em geração
termelétrica, cogeração, combustão e controle da poluição,
publicou mais de 100 artigos em periódicos e anais de eventos.
Orientou 4 teses de Doutorado e 8 dissertações de Mestrado
sobre temas de energia e ambiente. È autor de 7 livros.
Edgardo Olivares Gómez
Doutor pela Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP e
atualmente professor da Universidade Federal de Itajubá. Atua
nas áreas de Combustão, Gaseificação e Pirólise da Biomassa, e
obtenção de biocombustíveis sintéticos. Têm publicado mais de
12 artigos em periódicos nacionais e internacionais de
reconhecida qualidade científica, tais como Energy Conversion
and Management, International Sugar Journal e Fuel Processing
Technology, assim como mais de 30 trabalhos em congressos
nacionais e internacionais. È autor de 3 capítulos do livro
Tecnologias de Conversão Energética da Biomassa na sua 1ª e 2ª
edição, editado pela Universidade Federal da Amazônia - UFAM e
a Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP
respectivamente .
OS BENEFÍCIOS DO CURSO
Melhorar a qualificação e o desempenho da profissão de
técnicos envolvidos na área de geração de vapor industrial,
capacitando-os para participar da tomada de decisões durante
o projeto, operação e avaliação prática do desempenho
térmico de instalações industriais de geração de vapor de água,
considerando-se também os aspectos ambientais decorrentes
da operação destes equipamentos.
Compreender a importância da utilização eficiente dos
combustíveis nas unidades de geração de vapor, assim como
conhecer as principais ferramentas teóricas e práticas
necessárias ao projeto, operação e avaliação técnico-ambiental
destas unidades. Introduzir-se no conceito avançado de cocombustão (co-firing) e dos fundamentos técnicos da remodelagem de Caldeiras.
Geração de Vapor Industrial
Abrir um importante espaço de discussão acerca dos
impactos ambientais produzidos durante a operação das
instalações geradoras de vapor que utilizam combustíveis
fósseis e renováveis.
Criar um ambiente de intercâmbio de conhecimentos entre
os participantes do curso e oportunidades informais de
relacionamento.
O CURSO
O curso de cinco dias de duração aborda as principais
questões técnicas relacionadas com a geração de vapor em
instalações industriais. Inicialmente são discutidos os
principais aspectos relacionados com a disponibilidade e
caracterização dos combustíveis orgânicos. Neste caso
considera-se o manuseio, o transporte e a sua combustão
final. Em relação às unidades de geração de vapor
abordam-se aspectos teóricos da combustão, fazendo-se
ênfase na estequiometria das reações, o cálculo do volume
e da entalpia dos gases da combustão, a determinação do
excesso de ar para a combustão, assim como aspectos da
aerodinâmica do processo. Introduzir-se-à o conceito
avançado de co-combustão (co-firing) e fundamentos
técnicos da re-modelagem de Caldeiras.
Discutem-se os principais tipos de caldeiras a vapor utilizadas
no setor industrial, no Brasil e no mundo, as metodologias
para testes de desempenho, além de métodos de balanço
energético e exergético. Descreve-se a utilização do
programa SBC – Steam Boiler Calculation para cálculos de
projeto aerodinâmico e térmico, e otimização das caldeiras.
Abordam-se os tipos de fornalhas e queimadores utilizados,
os fundamentos da hidrodinâmica nos circuitos da caldeira, o
tratamento físico-químico interno da caldeira, além do
controle das emissões gasosas e sólidas em caldeiras
industriais.
O curso está direcionado principalmente para engenheiros
e técnicos que trabalham diretamente vinculados com a
operação de unidades industriais de geração de vapor nas
mais variadas unidades fabris pertencentes aos mais
variados segmentos da economia, tais como, usinas de
açúcar e álcool, celulose e papel, centrais termelétricas, e
refinarias de petróleo, dentre tantas outras.
O Núcleo de Excelência em Geração Termelétrica e
Distribuída - NEST
Foi criado em 7 de março de 1998, e pertence ao Instituto
de Engenharia Mecânica da UNIFEI. É considerado um dos
grupos de excelência apoiados pela CEMIG. Atualmente o
NEST é composto de mais de 30 pesquisadores, dos quais 7
são Doutores, 7 Mestres e 5 professores.
As principais linhas de pesquisa do grupo são: Geração
Termelétrica e Cogeração, Turbinas a Gás e a Vapor,
Tecnologias para a Geração Distribuída (motores de
combustão interna, microturbinas, motores Stirling e
células a combustível), Uso Energético da Biomassa
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(combustão e gaseificação), Bio-metanização de resíduos
(vinhaça e lixo), Refrigeração e Ar Condicionado,
Modelagem e Diagnostico de Processos Térmicos, Análise
de Ciclo de Vida e Aspectos Ambientais do Uso da Energia.
O NEST possui 6 laboratórios: Turbinas a gás e gaseificação
de biomassa, Sistemas térmicos a vapor e diesel, Sistemas
avançados de geração distribuída, Refrigeração e ar
condicionado, Simulação de processos e sistemas térmicos
e Laboratório de treinamento de operadores de centrais
termelétricas em simuladores. Nos 8 anos de existência do
NEST os professores integrantes do grupo orientaram 21
dissertações de mestrado, 3 teses de doutorado e 3 posdoutorados. Atualmente estão em andamento 17
dissertações de mestrado e 11 teses de doutorado. Neste
período foram publicados 15 artigos em revistas
internacionais e 8 livros. Com relação a projetos de P&D, já
foram concluídos 8 e 14 estão em execução, sendo os
principais parceiros: CEMIG, FINEP, CNPq, CENPES,
Bandeirante, Tractebel Energia, Petrobras e CPFL.
Uma das atividades mais importantes do NEST são os
cursos de extensão nas suas temáticas da atuação. Até o
momento foram ministrados 79 cursos para um total de
mais de 1500 alunos. Alem disso o NEST tem colaboração
com varias universidades estrangeiras tais como Cranfield
University, a Universidade de Delft, a Universidade Técnica
de Dinamarca, a Universidade Nacional Politécnica de
Odessa, a Universidade Politécnica de Havana, a
Universidade de Porto e outras, visando o intercambio de
conhecimentos científicos e tecnológicos
Programa do curso (Duração 40 horas)
1º Dia:
08:00 – 12:00 hrs
Os combustíveis orgânicos: Potencial e Caracterização
Disponibilidade e classificação dos combustíveis orgânicos
fósseis e renováveis: o carvão mineral, o petróleo, o gás
natural, a madeira energética, o carvão vegetal, o bagaço e
a palha de cana-de-açúcar, e outros resíduos agro-florestais
e industriais. Estudos avançados sobre as características
dos combustíveis e sua influência no processo de
combustão e na operação da caldeira. Composição
química elementar e aproximada. A umidade nos
combustíveis sólidos. Poder calorífico superior e inferior
(PCS e PCI). Propriedades físicas e geométricas dos
combustíveis e das cinzas. Características de fusibilidade
das cinzas dos combustíveis. Outras propriedades. Custos
dos combustíveis. Custos comparativos.
INFORMAÇÕES
FUPAI - Fundação de Pesquisa e Assessoramento à Indústria - (35) 3629-3500
NEST - Núcleo de Excelência - em Geração Termelétrica e Distribuída – IEM/UNIFEI - (35) 3629-1355, [email protected]
Geração de Vapor Industrial
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14:00 – 18:00 hrs
14:00 – 18:00 hrs
Estequiometria da combustão
Fundamentos. Estequiometria. Balanço de materiais e de
energia da combustão. Excesso de ar. Cálculo dos volumes
de ar e gases em processos de combustão. O coeficiente de
excesso de ar. Análise de gases. Tipos de analisadores de
gases. Exemplo de cálculo. Cálculo da entalpia dos
produtos da combustão.
Tipos de caldeiras a vapor e características construtivas. Eficiência
Tipos construtivos de caldeiras a vapor: flamotubulares e
aquotubulares. Características construtivas e superfícies
de aquecimento em unidades de circulação natural.
Características construtivas e superfícies de aquecimento
em caldeiras de passe único. Manutenção da temperatura
nominal do vapor. Caldeiras recuperativas. Melhorias no
desempenho das caldeiras a vapor. O conceito avançado
de co-combustão (co-firing). Fundamentos técnicos da remodelagem de caldeiras. Balanço térmico na geração de
vapor em caldeiras industriais. Balanço térmico direto e
indireto. Cálculo das perdas de calor e eficiência energética
da caldeira. Fundamentos da análise exergética em
caldeiras. Exemplos de cálculo.
2º Dia
08:00 – 12:00 hrs
Fundamentos da teoria da combustão
Mecanismos de combustão de combustíveis orgânicos.
Elementos de cinética química. Difusão. Ignição e autoignição. Tipos de chamas. Propagação da chama em
misturas gasosas. Chamas pré-misturadas laminares e
turbulentas. Aerodinâmica dos processos de combustão. A
combustão de uma partícula de combustível sólido e
líquido. As etapas do processo de combustão. A
combustão do carbono e os modos de combustão dos
combustíveis. Modelagem de processos em fornalhas.
3º Dia
08:00 – 12:00 hrs
Aula prática - Demonstração do software SBC
O programa SBC – Steam Boiler Calculation para a
modelagem e o cálculo aerodinâmico e térmico de
caldeiras. Exemplos de uso do software. Calculo térmico de
uma caldeira simples. Estudos de otimização de arranjos
térmicos em unidades de geração de vapor utilizando o
software SBC.
INFORMAÇÕES
FUPAI - Fundação de Pesquisa e Assessoramento à Indústria - (35) 3629-3500
NEST - Núcleo de Excelência - em Geração Termelétrica e Distribuída – IEM/UNIFEI - (35) 3629-1355, [email protected]
Geração de Vapor Industrial
14:00 – 18:00 hrs
Testes de desempenho em caldeiras
Instrumentação e equipamentos para a análise da
eficiência em caldeiras. Normas para ensaios de
desempenho. Metodologia da ASME para balanço térmico
de caldeiras. Método das entradas e saídas (input/output).
Outras metodologias. Estimativa das perdas de energia na
caldeira e da sua eficiência energética. Comparação entre
metodologias. Medidas de entrada e saída de parâmetros.
Testes em caldeiras de recuperação. Testes especiais em
caldeiras. Amostragem, mensuração e análise do
combustível, dos gases da combustão e do ar para a
combustão. Correções para as condições padrões de
temperatura e pressão.
4º Dia
08:00 – 12:00 hrs
Aula prática – Testes na caldeira aquotubular dos
laboratórios do NEST/IEM/UNIFEI
Determinação da eficiência térmica pelo método direto.
Análise dos gases da combustão. Determinação da
eficiência pelo método indireto.
14:00 – 18:00 hrs
Queimadores e fornalhas
Queimadores para combustíveis líquidos: mecânicos, com
nebulização por vapor e combinados. Queimadores para
combustíveis sólidos. Sistemas de secagem e pulverização
do combustível sólido. Características do combustível
sólido seco e pulverizado (carvão mineral). Dimensões e
parâmetros de projeto de fornalhas. Fornalhas para a
queima de combustível sólido pulverizado. Fornalhas de
leito fluidizado convencional e circulante.
5º Dia
08:00 – 12:00 hrs
Hidrodinâmica, corrosão, tratamento químico interno
e pureza do vapor
Sistemas de circulação natural. Estrutura do fluxo da
mistura bifásica água-vapor. Cálculo dos circuitos de
circulação natural. Confiabilidade. Circulação forçada.
Problemas causados pelo projeto inadequado dos
circuitos de circulação. Sujamento e desgaste erosivo.
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Corrosão das superfícies de troca de calor a alta e baixa
temperatura. Solubilidade dos sais na água e no vapor.
Padrões de qualidade da água e do vapor. Balanço de sais
e seu controle nas caldeiras com circulação natural.
Tratamento químico interno.
14:00 – 18:00 hrs
Controle das emissões gasosas e sólidas nas Caldeiras
Mecanismos de formação dos óxidos de nitrogênio (NOx)
em chamas. Métodos de controle dos NOx. Remoção dos
óxidos de enxofre (SOx). Formação de particulado sólido
nas caldeiras. Sistemas de remoção do particulado sólido
em caldeiras. Outros poluentes emitidos durante a
combustão do carvão mineral. O caso do mercúrio (Hg).
Tecnologias limpas para a utilização do carvão mineral
(PFBC e IGCC).
Bibliografia principal do curso:
Apostila: “Geração de Vapor” entregue aos alunos no
primeiro dia de aula.
Bibliografia complementar do curso:
LORA, E. E. S. ; ARRIETA, F. R.P. ; BESSA, F.C. ; ARADAS, M.E.C. .
“Caldeiras a vapor convencionais e de recuperação”. In:
Electo Eduardo Silva Lora; Marco Antônio Rosa
Nascimento. (Org.), Geração Termelétrica: Planejamento,
Projeto e Operação, 1ª edição, Rio de Janeiro, 2004, v. 1, p.
171-248.
PÊRA, H. Geradores de Vapor, 2a edição, editora Fama, São
Paulo, 1990.
BAZZO, E., Geração de vapor, editora da Universidade
Federal de São Carlos - UFSC, 1995.
STULTZ, S.C., and KITTO, J.B. Steam: Its generation and use.
Babcock & Wilcox a McDermott Company, 40th edition,
Barberton, Ohio, USA, 1992.
Taxas
Valor: Consultar a Fupai.
Incluso: Material didático e certificado do curso, Coffee
break e jantar de confraternização.
www.nest.unifei.edu.br
INFORMAÇÕES
FUPAI - Fundação de Pesquisa e Assessoramento à Indústria - (35) 3629-3500
NEST - Núcleo de Excelência - em Geração Termelétrica e Distribuída – IEM/UNIFEI - (35) 3629-1355, [email protected]