Níveis de Água em Caldeiras a Vapor

O nível de água em uma caldeira a vapor deve ser cuidadosamente controlado, para garantir que vapor de boa qualidade seja produzido de forma segura, eficiente e na pressão correta.

Níveis de Água em Caldeiras a Vapor

A tarefa de qualquer caldeira a vapor é fornecer a quantidade correta de vapor de alta qualidade: de forma segura, eficiente e na pressão correta. O vapor é gerado pelo calor da combustão de combustível em um forno, ou por calor residual de um processo. O calor é transferido para a água na carcaça da caldeira, que então evapora para produzir vapor sob pressão. Uma certa área de superfície da água é necessária em uma caldeira para liberar o vapor. Uma certa altura também deve ser permitida acima do nível normal de operação, para permitir que o nível da água suba com o aumento da carga, mas ainda permitindo área suficiente para liberar o vapor sem que ocorra arraste de água. Em caldeiras horizontais de casco, o nível da água sobe com o aumento da carga (devido à presença de mais vapor abaixo do nível da água na caldeira). À medida que isso acontece, a área da superfície da água (área de liberação de vapor) diminuirá porque, como o nível da água está acima da linha central da caldeira, os lados do casco convergem. O fabricante da caldeira terá projetado a caldeira para garantir que a área do nível normal de água (NWL) seja tal que o vapor seja liberado em uma velocidade aceitável. O projeto também permitirá uma altura mínima específica da tomada de vapor acima do NWL. Claramente, à medida que o vapor é gerado, a água na caldeira evapora, e a caldeira deve receber um suprimento de água para manter o nível. Devido aos fatores descritos acima, a água deve ser mantida no nível correto. A segurança também é de suma importância. Se a caldeira operar com água insuficiente, danos graves poderão ocorrer e há o risco final de explosão. Por esta razão, controles são necessários que irão:

• Monitorar e controlar o nível da água.
• Detectar se um ponto de nível baixo de água é atingido, e tomar a ação apropriada. Esta ação pode incluir: Ativar um alarme, desligar o fornecimento de água de alimentação e desligar os queimadores. Também é essencial fornecer uma indicação externa do nível da água.

As seções seguintes dentro deste Módulo fornecem informações básicas sobre os controles automáticos de nível e alarmes aplicados a caldeiras de casco e tubos. Estas informações também são geralmente aplicáveis ao tambor de vapor de caldeiras aquetubulares. Para fins de continuidade, grande parte das informações neste Módulo é baseada na legislação do Reino Unido. Outras regulamentações nacionais devem ser consultadas quando relevante. Indicação do nível da água e níveis de água da caldeira A indicação do nível da água se aplica a caldeiras a vapor onde o nível da água pode ser detectado. Inclui a maioria das caldeiras a vapor, sendo a exceção aquelas do tipo ‘passagem única’ ou espiral, onde não há tambor de vapor. Nesses casos, temperaturas de saída do vapor que excedem um valor pré-definido são consideradas como indicativas de entrada insuficiente de água. Na maioria dos casos, o visor de nível simples no tambor de vapor/água ou na carcaça da caldeira é usado como indicador. Muitas normas estipulam o fornecimento de dois visores de nível. Os arranjos geralmente são necessários para evitar que uma quebra cause risco ao operador. A forma mais comum de proteção é uma tela de vidro temperado na frente e nos lados do visor de nível. Vidro de nível de água construído com vidro plano ou prismático pode ser necessário para caldeiras de alta pressão. O dispositivo de visor de nível, que passou no teste do tempo, é usado na grande maioria das caldeiras e geralmente é arranjado para fornecer uma faixa visível do nível da água acima e abaixo do nível normal de água. É essencial entender o que é visto em um visor de nível da caldeira. A seção seguinte explica alguns dos fatores que influenciarão o nível da água indicado no visor de nível. Não é possível definir o nível exato da água em uma caldeira em operação, porque a superfície da água é composta por uma massa de bolhas com uma forte circulação horizontal. Existem, portanto, variações de nível tanto ao longo quanto através da carcaça da caldeira. Por outro lado, o visor de nível contém água que:

• Não está sujeita a correntes e agitação.
• Não contém bolhas de vapor.
• Está mais fria que a água na caldeira. Isso significa que a água no visor de nível (e outros acessórios externos) é mais densa que a água dentro da carcaça da caldeira. Por sua vez, isso significa que o visor de nível mostrará um nível inferior ao nível médio da superfície da água na carcaça da caldeira. A diferença entre o nível no visor de nível e o nível na carcaça da caldeira em altas taxas de geração de vapor depende de fatores como:
• A capacidade de geração de vapor da caldeira.
• A altura da conexão de água do visor de nível na caldeira.
• O TDS e a análise química da água da caldeira.
• O tamanho da carcaça da caldeira. Alterações de nível devido à circulação da caldeira

Com uma caldeira em alta carga, a forte circulação da água da caldeira fará o nível da água variar ao longo do comprimento da caldeira. Essas correntes de circulação são normalmente consideradas como ascendentes ao longo da frente e da parte traseira da caldeira, e ascendentes ao longo da linha central sobre o forno.

A circulação descendente deve, portanto, ser nas laterais, na seção central da caldeira. Pode também haver um efeito de ‘sucção’ da conexão de tomada de vapor que tenderá a elevar a água localmente.

Durante mudanças repentinas de carga, também há a possibilidade de ondas se desenvolverem na caldeira, que podem ser frequentemente vistas no visor de nível, mas que idealmente devem ser ignoradas pelos controles de nível da água.

Um resumo das alterações de nível esperadas sob várias condições da caldeira é ilustrado na Figura 3.15.4.