Resposta a Emergências em Caldeiras a Vapor

A preocupação com a integridade física da guarnição, das demais pessoas envolvidas, da preservação do meio ambiente e do patrimônio deve...

A preocupação com a integridade física da guarnição, das demais pessoas envolvidas, da preservação do meio ambiente e do patrimônio devem estar presentes em todas as fases da operação. O controle de emergências em caldeiras a vapor requer um conhecimento mínimo desses aparelhos no que se refere a forma e as condições de trabalho, à diferenciação de cada tipo de aparelho, à finalidade a que se presta, quais os sinais que fornece quando fora do regime normal de trabalho e o que deve ser feito para controlar a emergência impedindo que a mesma progrida além dos limites críticos.

Conceituação de Caldeiras a Vapor

São equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior a atmosférica a partir de um fluído vaporizante (no nosso caso a água) e energia térmica (calor); vamos tratar apenas dos geradores de vapor de água, (caldeiras) embora existam geradores para outros tipos de vapores. A energia térmica usada no processo de produção de vapor, será obtida a partir da queima de um combustível que poderá ser: sólido, líquido ou gasoso.

Categoria da Caldeira

De acordo com o disposto na Norma Regulamentadora Nº 13 (NR-13), adotada como referência no Manual Técnico de Bombeiros, as caldeiras a vapor são classificadas em 03 (três) categorias, estabelecidas com base em critérios técnicos de pressão de operação e volume interno. Essa classificação tem como principal finalidade determinar o nível de risco associado ao equipamento.

A correta identificação da categoria da caldeira é fundamental para o planejamento das ações de prevenção e para a atuação segura da guarnição em situações emergenciais, uma vez que cada categoria apresenta potenciais distintos de falha, liberação de energia, risco de explosão e danos às pessoas, ao meio ambiente e ao patrimônio.

Conforme a NR-13, as caldeiras são classificadas da seguinte forma:

a) Caldeiras da categoria “A” são aquelas cuja pressão de operação é igual ou superior a 1960 Kpa (19,98 Kgf/cm²);

b) Caldeiras da categoria “C” são aquelas cuja pressão de operação é igual ou inferior a 588 Kpa (5,99Kgf/cm²) e o volume interno é igual ou inferior a 100 litros;

c) Caldeiras da categoria “B” são todas as caldeiras que não se enquadram nas categorias anteriores.

Funcionalidade da Caldeira

A funcionalidade está diretamente relacionada ao grau de automação de seus sistemas operacionais, o que influencia de forma significativa a segurança, a eficiência do processo, a necessidade de intervenção humana e os riscos associados à operação. O nível de automação determina não apenas a forma como a caldeira é operada no regime normal de funcionamento, mas também a rapidez de resposta a falhas, a confiabilidade dos sistemas de proteção e a complexidade das ações a serem adotadas em situações de emergência.

Sob a ótica da segurança operacional e da atuação do Corpo de Bombeiros, é fundamental compreender as diferenças entre os tipos de caldeiras quanto à sua funcionalidade, uma vez que cada configuração apresenta características próprias de controle, supervisão e potencial de falhas humanas ou mecânicas. O conhecimento dessas distinções permite uma avaliação mais precisa dos riscos, contribui para a adoção de procedimentos adequados de prevenção e resposta e auxilia na tomada de decisão durante ocorrências envolvendo geradores de vapor.

Dessa forma, as caldeiras podem ser classificadas, quanto à sua funcionalidade, em manuais, semi-automáticas e automáticas, conforme descrito a seguir.

a) Caldeiras Manuais - São aquelas que dependem de total vigilância do operador. Essas caldeiras encontram-se em total desuso;

b) Caldeiras Semi-automáticas - Aquelas que possuem alguns dispositivos manuais e outros automáticos. Geralmente são caldeiras manuais antigas que passaram por algumas modificações, e receberam dispositivos automáticos, portanto, algumas operações são executadas manualmente pelo operador e outras automaticamente. Os dispositivos automáticos mais comumente encontrados nesse tipo de caldeira são os alimentadores de água e de óleo.

c) Caldeiras Automáticas - São aquelas cujo trabalho do operador é mínimo, cabendo a ele apenas o controle e verificação dos dispositivos. Tudo na caldeira funciona automaticamente: alimentação de combustível e água, controle de combustão e pressão interna, acendimento, etc.

Em certos casos o automatismo total não é conveniente; é o caso de empresas que utilizam seus entulhos como combustível o que representa grande economia.

Exemplo: usinas de açúcar que queimam o bagaço da cana.

Capacidade da Caldeira

A capacidade de uma caldeira pode ser muito variada, segundo os fins a que se destina, porém essa capacidade pode ser expressada numericamente, usando-se diversos sistemas de medidas sendo que os mais comuns são:

a) Potência em HP: quando uma caldeira for capaz de vaporizar 34,5 libras de água por hora, desde que a água de entrada esteja a uma temperatura de 212º F, ela terá a potência de 1 HP. Transformando isso para o sistema métrico teremos: 1 HP = 8430 quilocalorias por hora.

b) Fator Carga (FC): Uma caldeira apresenta um fator carga de 100% quando 10 ft2 (pés ao quadrado) de superfície da caldeira, produzirem 34,5 lbs (libras) de vapor a 212º F, partindo de água a 212º F, em uma hora.

Convertendo isso para o sistema métrico, teremos: 9100 quilocalorias em uma hora, correspondendo aproximadamente a 15 kg de vapor por hora, por metro quadrado de superfície.

Componentes Principais de um Gerador de Vapor

O conhecimento detalhado dos componentes principais de um gerador de vapor (caldeira a vapor) é essencial para a operação segura, a manutenção adequada e, principalmente, para o controle de situações de emergência envolvendo esse tipo de equipamento. Cada elemento estrutural e funcional da caldeira desempenha um papel específico no processo de geração, controle e aproveitamento do vapor, bem como na segurança do sistema como um todo.

Em condições normais de funcionamento, esses componentes atuam de forma integrada para garantir eficiência térmica, estabilidade operacional e controle dos parâmetros de pressão e temperatura. Contudo, em situações anormais ou emergenciais como falhas operacionais, superaquecimento, perda de nível de água, obstruções ou falhas nos sistemas de combustão e exaustão, o desconhecimento da função de cada componente pode resultar em agravamento da ocorrência, colocando em risco a integridade física dos operadores, da guarnição de bombeiros, de terceiros, além de causar danos ao meio ambiente e ao patrimônio.

A seguir, são apresentados os principais componentes de um gerador de vapor, com suas respectivas funções e características, fundamentais para o entendimento do funcionamento da caldeira e para a atuação segura em operações de prevenção, inspeção e resposta a emergências.

a) Tambor de Vapor: É um cilindro fechado colocado na parte mais alta da caldeira, onde é feita a separação da água e do vapor. São conectados a esse tambor os tubos geradores de vapor, o nível de água e o manômetro de pressão do vapor. O nível de água nesse tambor nunca é superior a ¾ da capacidade do mesmo, e nunca inferior a ½ tambor. A fim de impedir que o vapor arraste partículas sólidas é colocado dentro do tambor de vapor algumas placas chamadas de defletoras ou chicanas, que impedem também que o vapor se misture com a água.

b) Tambor de Lama: É o inverso do tambor de vapor, este tambor está localizado na parte mais baixa da caldeira, trabalha sempre cheio de água e a sua finalidade é de acumular as impurezas da água tais como a lama, ferrugem e outros materiais. Periodicamente se faz a descarga dessas impurezas.

c) Feixe Tubular: Como o próprio nome indica, é constituído de feixes de tubos de diversos perfis que se interligam com os tambores. Estão colocados sobre as paredes da fornalha e em todo o percurso dos gases quentes. É através da superfície desses tubos que se efetua a troca de calor na caldeira.

d) Fornalha: Local onde é realizada a queima dos combustíveis.

f) Superaquecedor: Esse equipamento transforma o vapor saturado em vapor superaquecido. Ele eleva a temperatura do vapor.

g) Economizador: Destinado a aumentar a temperatura da água de alimentação por meio dos gases da combustão. Com isso melhoramos o rendimento da caldeira e evitamos o choque térmico.

h) Pré-aquecedor de Ar: Sua finalidade é de elevar a temperatura do ar de combustão, conseguindo-se assim uma melhor queima e melhoria no rendimento da caldeira.

i) Chaminé: É um tubo destinado ao escoamento dos gases da combustão. A circulação de tais gases pode ser através de tiragem forçada ou tiragem natural; tiragem é a retirada dos gases de dentro da caldeira.

Nas caldeiras alimentadas com combustível líquido, temos ainda:

j) Reservatório para o Combustível: Cuja capacidade varia de acordo com as necessidades do trabalho.

l) Aquecedor de Combustível: Colocado dentro do reservatório, tem a finalidade de manter o combustível convenientemente aquecido, para que possa fluir melhor até os maçaricos, e consequentemente, produzir melhor queima.

m) Maçarico: Aparelho destinado a pulverizar o combustível, misturando-o convenientemente com o ar, a fim de se obter uma boa combustão.

Componentes principais de um gerador de vapor