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CONTROLE DE GERADORES DE VAPOR INTRODUÇÃO: A instrumentação e o controle são partes essenciais de toda instalação geradora de vapor. Eles permitem garantir uma operação segura, econômica e confiável do equipamento. Os sistemas de controle empregados vão desde um simples controle manual até o sofisticado controle das caldeiras de grande porte, onde são envolvidas dezenas ou, às vezes centenas de instrumentos. O sistema de controle de uma caldeira deve ser estruturado de forma a mantê-la operando com: • segurança; • bom rendimento; • e de forma estável. Por isso, a escolha e projeto das malhas de controle e do sistema de segurança a ser utilizado, deverá ser feita mediante um estudo cuidadoso do sistema.
TIPOS DE CALDEIRAS E AS VARIÁVEIS DE CONTROLE: todos os tipos de caldeira podem ser controladas, mas dependendo de suas características, as variáveis de controle serão diferentes. • Caldeiras a combustão — Fogotubulares — Aquatubulares • Caldeiras Elétricas — a resistores — a eletrodos § eletrodos jateados § eletrodos submersos Em todas as caldeiras existe a necessidade de controle da pressão interna de vapor, ou seja a quantidade de vapor que está sendo produzido; o nível de água no interior da caldeira; e de um sistema de segurança confiável. Existe também a necessidade de controle da combustão nas caldeiras com aquecimento químico, e da eletricidade e condutividade da água nas caldeiras elétricas.
CONTROLE DE CALDEIRAS ELÉTRICAS: A utilização de caldeiras elétricas é importante para o usuário que pode utilizar excedentes de energia elétrica a preços subsidiados e ainda, o mais importante é para o país, já que o Brasil possui recursos hídricos para geração de energia elétrica e tem escassez de derivados de petróleo. § Caldeiras a resistores: As caldeiras elétricas são constituídas de um vaso de pressão não sujeito a chama e de um conjunto de resistências elétricas blindadas. Na Fig.1, está mostrado o esquema básico de uma caldeira elétrica a resistores. Neste tipo de caldeira utiliza-se um controlador liga-desliga com zona diferencial (PRC – Pressão com função de registrar e controlar), que controla a pressão do vapor ligando ou desligando os resistores da caldeira.
Figura 1: Sistema de controle básico de uma caldeira elétrica a resistores
O controle de nível é feito de forma semelhante, uma vez que neste tipo de equipamento o nível não precisa ser controlado numa faixa muito estreita. Este tipo de sistema de controle de nível funciona com dois eletrodos imersos na água e um controlador (LC – Controlador de Nível), o LC irá abrir ou fechar a válvula de admissão de água à medida que o nível ultrapassar a zona diferencial especificada, ou seja, em função da posição dos eletrodos. § Caldeiras a eletrodos jateados: Neste tipo de caldeira, a pressão de vapor é geralmente controlada por um controlador de pressão(PRC) , um transmissor de pressão (PT) e um servomecanismo (PZ) que, por sua vez, movimenta verticalmente o
defletor de jatos de água. O movimento do defletor libera ou oculta os jatos de água que fluem contra os eletrodos. Quanto maior o número de jatos de água liberados, maior será a circulação de corrente e, consequentemente, maior a geração de vapor; quanto menor, menor a circulação de corrente, menor a geração de vapor.
Figura 2:Sistema de controle básico de uma caldeira elétrica a eletrodos jateados
Para limitar o consumo de energia, utiliza-se um limitador de potência (JY), Este instrumento, recebe o sinal do medidor de corrente (IT) e compara o valor com o setpoint. Caso o sinal recebido seja maior que o setpoint, o limitador de potência bloqueia o sinal que o controlador da pressão (PRC) envia para o servomecanismo ou, se necessário, reposiciona o servomecanismo de forma a manter a potência dissipada dentro do limite. Caso o sinal enviado pelo medidor de corrente (IT) seja menor que o limite, o limitador(JY) não interfere no sinal do controlador.
Neste tipo de caldeira utiliza-se o controle de nível a um, dois ou três elementos. A Fig1 mostra o controle de nível a dois elementos, Nesta malha, os sinais do controlador de nível (LRC) e do transmissor de vazão do vapor (FT) são enviados ao somador (FY). O somador recebe os sinais e envia a resultante para a válvula de controle de nível. Nas condições de equilíbrio, a saída do somador será função do sinal recebido do transmissor de vazão de vapor (FT), uma vez que a saída do controlador de nível será zero, enquanto o nível estiver no valor de setpoint. Caso o nível saia do ponto de ajuste, a saída do LRC variará e, consequentemente, a saída do somador passará a ser função dos sinais recebidos do FT e do LCR. Isto ocorrerá até que o nível volte às condições desejadas. Nas caldeiras a eletrodos jateados também se utiliza uma malha de controle de condutividade (inverso da resistividade), pois a resistividade de água influi no rendimento da caldeira. Neste tipo de aplicação, a condutividade da água geralmente é controlada de forma descontínua (controle liga-desliga com zona diferencial). O controlador de condutividade (CRC) liga a bomba de injeção química quando a condutividade atinge o limite mínimo ou abre a válvula de dreno quando a condutividade atinge o limite máximo, de acordo com os calores ajustados manualmente pelo operador de acordo com o sinal enviado pelo medidor de condutividade (célula CE e conversor CY). § Caldeiras a eletrodos submersos: Nas caldeiras a eletrodos submersos, a pressão do vapor também será controlada por um controlador de pressão (PRC), um transmissor (PT) e um servomecanismo(PZ) montado na parte superior da caldeira. O controlador recebe os sinal do transmissor, compara este sinal com o setpoint e atua no servomecanismo (PZ). O servo mecanismo por sua vez movimenta verticalmente o tubo isolador de porcelana. O movimento do tubo isolador delimita a quantidade de água na qual circula corrente elétrica e, consequentemente, regula a quantidade de vapor gerado, uma vez que o tubo isolador se interpõe entre o eletrodo e o contra-eletrodo. Neste tipo de caldeira também se utiliza o limitador de potência (JY), com funções e modo de operação idênticos descritos anteriormente. Na malha de controle de nível utiliza-se o controle a um elemento, utilizando uma malha comum com realimentação negativa, que opera com um transmissor (LT) e um controlador (LRC). O
transmissor envia o sinal de nível ao controlador, o controlador compara este com o ponto de ajuste e envia o sinal de correção para a válvula de controle que aumenta ou diminui a vazão de água adicionada à caldeira. Como neste caso está se utilizando uma malha comum com realimentação negativa, o controlador de nível só corrigirá a vazão de água de alimentação depois que o nível tiver variado.
Figura 3:Sistema de controle básico de uma caldeira elétrica a eletrodos submersos
§ Caldeiras a combustão: Nestas caldeiras, existe o controle da combustão a partir da vazão de combustível e da vazão do ar de combustão. As malhas de controle de combustão de combustível mantêm a pressão do vapor, variando a vazão de combustível e de ar de combustão injetados no queimador. Quanto maior a vazão de combustível e de ar de combustão, maior a troca de calor, maior a produção de vapor. Estas malhas também procuram manter a relação ar/combustível na faixa mais estreita possível, pois o excesso de ar influencia grandemente no rendimento da caldeira. O valor do excesso de ar a ser utilizado depende do tipo de combustível, tipo de
queimador, características e preparação do combustão, tipo de câmara de combustão, carga, ... § Sistemas de segurança: O sistema de segurança de uma caldeira tem como finalidade proteger o equipamento de possíveis falhas operacionais ou de seu sistema de controle. Visa, também, a proteção de tudo aquilo que se situa ao redor da caldeira, pois estes equipamentos podem causar danos enormes em caso de explosão, este problema se torna mais crítico nas caldeiras de grande porte e que operam com altas pressões. O sistema de segurança deve ser projetado de forma a somente permitir a partida da caldeira somente depois que todas as variáveis e condições consideras críticas estejam dentro dos limites estabelecidos e, caso ocorra qualquer anormalidade nestas variáveis, a caldeira seja desligada automaticamente. A escolha das variáveis e condições a serem consideradas críticas, bem como a maneira com que são arranjados os dispositivos detetores em um sistema de segurança específico, dependem da pressão de operação, tipo e capacidade da caldeira, número e tipo de combustível utilizado, tipo de vapor gerado, etc.
