CEI - C0NSULTORIA DE ENGENHARIA INDUSTRIAL
CONSULTOR SÊNIOR DE ELETROMECÂNICA / QSMA
[PARADIGMAS: DEFINIÇÃO DE CALDEIRA E A PMTA COMO SURGI, O QUE É? E COMO SE CALCULA?TOMANDO REFERÊNCIA PARA TIPOS DE CALDEIRAS FLAMOTUBULARES]
Srs frente a esses anos que lido com caldeiras, tenho observado que Operadores de Caldeira e mesmo profissionais específicos dessa Área de Uilidades, tem dificuldades para o entendimento de conceitos básicos como no caso coloco em questionamento:
■ A PRÓPRIA DEFINIÇÃO DE CALDEIRA
■ PMTA - Pressāo Máxima de Trabalho Admissível.
Fato é que o projeto, construção e operação de uma caldeira, tem haver com o comprometimento e entendimento de princípios termodinâmicos, mecânica de fluidos e resistência dos materiais entre outras disciplinas utilizados na construção de caldeiras.
Nesse artigo, nāo trataremos em detalhes desses princípios de ciência, com a sua complexidade e formulas, portanto esclarecerei, o que é de onde vem e a base tecnológica que explica a DEFINIÇÃO DE CALDEIRA E A PMTA COMO SURGI, O QUE É ENTÃO E COMO SE CALCULA.
■ REF. CALDEIRA
□ O QUE É UMA CALDEIRA?
A própria NR 13.4.1.1 diz que Caldeiras são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor, sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia, projetados conforme códigos pertinentes, excetuando-se refervedores e similares.
■ REF. PMTA
□ COMO SURGI?
Tenho explicado a origem da PMTA – Pressão de Trabalho Máxima Admissível, que enfatizo em dizer, surgi em função do status do vapor, que está confinado no interior da caldeira que não podendo se expandir, produz então uma pressão interna e essa pressão interna deve imperativamente ser contida, então é aí que surgi uma pressão que vai se opor a essa pressāo interna do vapor na temperatura projetada para trabalho que é a chamada de PMTA – Pressão de Trabalho Máxima Admissível.
Observar que "a pressāo interna da caldeira" é originada pela expansão do vapor que fica contido no seu interior, sendo esse vapor, no caso das caldeiras flamutubulares contido pelo involucro formado pela chaparia do costado, espelhos, próprios tubos da caldeira que podem ser soldados ou mandrilhados nos seus espelhos onde vedação se dar na interface da circuferencia externa do tubo com a circunferência interna furo de seus espelhos o que chamamos de madrilhamentos de seus tubos contra os furos dos espelhos ficando assim o vapor confinado, pelas bocas de visita, PSVs, valvula de retenção, válvula de descarga de fundo e insertes de instrumentação perfazendo então um invólucro que mantém o vapor contido no seu interior, sendo que desde já entende-se que esse volume formado pelo invólucro descrito é invariável.
Atentar que inicialmente com a caldeira fria, sem o aquecimento da água, temos o volume inicial dessa água até o nível volume máximo água no interior da caldeira numa faixa segura acima dos tubos convectivos aonde circula os gases quentes da fornalha dessa caldeira, lembrando que acima da água, tendo como referência a superfície o nível dessa água mantido a uma lâmina d'água de segurança sobre tubos para que não sejam descobertos no caso da caldeira flamutubular, evitando assim se descobertos acontecer o sobreaquecimento, então é nessa lâmina d'água que a água em ebulição se transformando no estado gasoso, seja o que chamamos de vapor saturado já completando todo espaço sobre essa lâmina d'água e volume vazio, que chamamos de câmara de vapor, ficando assim volume inicial da caldeira que igual o volume do invólucro composto de água mais vapor saturado.
Observar que o involucro já citado , que é igual ao volume da caldeira formado pelas partes já citados corresponde o volume inicial água + volume vazio sobre a água no interior da caldeira e quando com o passar do tempo pela ação de calor sensível dos gases quentes que circulam nos tubos convectivos dessa caldeira, a água contentra em ebulição, vai gerando assim o calor latente, seja o vapor, que fica se transformando da água, que continua entrando na caldeira, consequentemente é contido pelo invólucro da caldeira, cuja essa água mantendo-se no mesmo nível e temperatura se eleva refletindo a pressão, vai se transformando então em vapor que fica contido sobre a lâmina d'água na câmara de vapor se esse vapor fosse livre ocuparia um volume muito maior que o volume inicial do invólucro citado, assim assume volume final do vapor que correspondente a temperatura de projeto muitas vezes superior ao volume inicial do involucro inicial já explicado da caldeira, porém não podendo se expandir é contido por esse volume inicial da caldeira, seja é cada vez mais é comprimido pelo invólucro que é volume inicial invariável referenciado entre lâmina d'água + volume vazio sobre essa lâmina que será a câmara de vapor.
Como o volume inicial da caldeira corresponde ao involucro descrito é invariável então é ele que faz a contenção do vapor que tentou se expandir, porém ficou contido pelo involucro descrito, surgindo assim uma pressāo tentando escapar do involucro da caldeira que é a "pressão interna da caldeira" originária da expansão do vapor.
Nessa altura desse entendimento então é que surgi uma pressão que vai se opor resistindo a essa pressāo interna, para que se mantenha a estanqueidade e ingridade estrutural da caldeira para a temperatura e pressão que foi projetada que recebe a denominação de PMTA - Pressão Máxima de Trabalho Admissível, observando que essa PMTA é função da Tensão Admissível da chapa que é construída a caldeira, espessura, raio do corpo da caldeira e eficiência de solda aplicada expressa na fórmula que apresento na sequência para cálculo da PMTA.
■ O QUE É PMTA?
Ficando assim esclarecido que a PMTA é o maior valor de pressão que a caldeira pode ser submetida sendo que a partir desse valor essa caldeira entrará risco estrutural, de acordo com o código de projeto, a resistência dos materiais utilizados, para o projeto dessa caldeira atenda seus parâmetros operacionais essa é sigla se pronuncia:
P M T A
[P] Pressão,
[M] Máxima,
[T] Trabalho,
[A] Admissível.
Também antes chamado de PMTP o que mudou com a atualização da NR 13 foi só o final que se troca o [P] por [A] aí em vez de se pronunciar PERMISSÍVEL se pronuncia agora ADMISSÍVEL porém o significado é o mesmo.
NOTA:
1. Cabe esclarecer que uma caldeira nāo terá que operar no máximo na pressão PMTA, para que foi projetada, como disse a PMTA é o maior valor de pressão a que a caldeira pode ser submetida, porém na pratica essa caldeira poderá suportar estruturalmente uma pressão igual a PMTA não podendo passar desse valor de pressão projetado observando que de fato a caldeira atende o processo em PO - Pressão Operacional que representa a maior pressão que exigi o processo.
2. Também lembro que as válvulas de segurança da caldeira tem a pressão de abertura que orienta NR 13.4.1.3 fazendo referência a PMTA como o recurso de prevenção estrutural da caldeira, pois, se a pressão interna da caldeira tentar superar essa PMTA suas válvulas de segurança abrirão numa sequência escalonada como manda a NR 13.4.1.3 abrindo a primeira válvula de segurança calibrada acima da PO - Pressão Operacional e depois abre a segunda válvula de segurança regulada com valor de pressão acima da primeira válvula de segurança.
OBS:
1. Diz a NR 13.4.1.3 As caldeiras devem ser dotadas dos seguintes itens:
a) válvula de segurança com pressão de abertura ajustada em valor igual ou inferior a Pressão Máxima de
Trabalho Admissível PMTA, considerados os requisitos do código de projeto relativos a aberturas escalonadas e tolerâncias de calibração.
2. Na oportunidade esclareço que a PMTA [ Kgf/cm2] tem implicação o tipo de material constituinte da chapa seja sua tensão admissível e espessura dessa chapa de que é construída a caldeira.
3. Já a capacidade de geração de vapor tem relação com a superfície de aquecimento quanto mais superfície de aquecimento maior capacidade de gerar vapor [ Kg/h ].
4. Também há necessidade de que seja entendido o que é uma PO - Pressão Operacional de uma caldeira que representa a maior pressão que exigi o processo, ficando então entendido que é a partir da PO - Pressão Operacional que se tem o referencial para se estimar o valor da PMTA podendo a partir daí calcular a espessura da chapa da Caldeira como segue nesse texto como se calcula.
5. Também esclareço que em termos de calibração das válvulas de segurança as mesmas tem que observar o que detemina a NR 13.4.1.3, podendo as mesmas serem reguladas, muito abaixo da PMTA de que foi projetada a caldeira, desde que escalonadas seja na ordem grandeza de pressão a primeira válvula de segurança é calibrada acima da PO - Pressão Operacional e a segunda válvula de segurança é calibrada acima da primeira válvula de segurança, o que pode acontecer essa situação quando essa caldeira for atender um processo cuja a PO - Pressão Operacional desse processo for muito menor que a PO - Processo Operacional para que originalmente essa caldeira foi projetada para atender, porém sua PMTA se mantém e essa caldeira está num status de superdimensionada para esse processo cujo os equipamentos exigem para funcionar uma pressão operacional muito menor do que a do processo original para que essa caldeira foi projetada para atender.
ATENÇÃO:
A PMTA DA caldeira como foi explicado é calculada principalmente em função da tensão admissível e espessura da chapa de que é construída a caldeira.
■ COMO SE CALCULA?
Para que se tenha então o cálculo da PMTA é vital o conhecimento da tensão admissível do material da chapa que será construída a caldeira, sua espessura e eficiência de costado como orienta a ASME – Seção VIII – Div. 1/1998 onde o calculo da PMTA é dado pela formula:
PMTA = SEtnom / (R +0,6tnom)
Onde:
[S] É a Tensão Admissível da chapa que é construída a caldeira em Kgf/cm2
[E] É a eficiência do costado 0,85
[R] É o raio do costado em cm
[tnom] É a espessura em cm
■ No cálculo da PMTA distinguem-se dois casos que podem ser explicados:
□ A frio
Se a caldeira é nova considera-se no cálculo uma sobreespessura de corrosão.
□ A quente
Nesse caso entende-se como a caldeira velha que passou vários aquecimentos subsequentes já operando muito tempo nesse status a sobrespessura já foi parcialmente ou totalmente destruída pelos diversos agentes intempéries e corrosivos logo a sobre espessura não entra no cálculo o que implica no rebaixamento de pressão dessa caldeira resultando numa nova PMTA inferior a original de projeto que foi dimensionada para essa caldeira quando nova.
OBS:
Observa-se que sobre espessura de cálculo igual a 1/8” = 3,1mm de sobrespessura contra corrosão.
■ REBAIXAMENTO DE PMTA
Observo uma situação especial que todo cuidado a ser avaliado pelo PH – Profissional Habilitado estando no caso o Engenheiro Mecânico mais indicado para essa avaliação porém subtende-se tenha esse profissional tenha experiência comprovada com projeto, construçāo, operação de caldeira o que lhe dará um embasamento critico muito forte para tomar a decisão de decidir sobre o rebaixamento de pressão de uma caldeira.
Com certeza o Engenheiro Mecânico é sensível a situaçāo terá o sentimento mecânico do que passa e domina os conceitos de fadiga e fluência que tem a consciência que a chaparia com o passar do tempo fica fragilizada encurtando muitas vezes drasticamente a vida restante da caldeira.
Lembro que a NR 13 se preocupa com a vida útil de uma caldeira tanto que no Item NR 14.4.7 orienta que No máximo, ao completar 25 (vinte e cinco) anos de uso, na sua inspeção subsequente, as caldeiras devem ser submetidas a uma avaliação de integridade com maior abrangência para determinar a sua vida remanescente e novos prazos máximos para inspeção, caso ainda estejam em condições de uso.
Interpretando o Item NR 14.4.7 vale destacar a questão que com o passar do tempo mesmo que a caldeira nāo tenha operado por 25 anos pelos mal tratos e falta de manutenção perda prematuramente sua sobre espessura de corrosāo então nesse estado de vida o calculo da PMTA despreza os 3,1mm de espessura da chapa consequentemente o valor da PMTA é reduzido e assim fica rebaixada a PMTA e consequentemente o PH – Profissional Habilitado autoriza a confecção de nova Placa de Identificação da Caldeira.
ALERTA
TENHO DEPARADO EM EMPRESAS QUE DEIXAM SUA(S) CALDEIRAS SE DETERIORAREM PRECOCEMENTE POR FALTA DE MANUTENÇĀO, O PIOR NÃO TRATAM A ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DA CALDEIRA E MAIS CRÍTICO E ATÉ PODE-SE CONSIDERAR IRRESPONSÁVEL POR IGNORANCIA DA LEGISLAÇÃO OU DESLEIXO ATRASAM E OU NĀO FAZEM SUAS INSPEÇÕES PERIÓDICAS DE SEGURANÇA A TEMPO COMO EXIGI A NR 13 NORMA REGULMENTADORA DO TRABALHO.
LAMENTO NÃO COMO MAL PRESSÁGIO MAS ESSAS CALDEIRAS DESCUIDADAS SÃO SACRIFICADAS PELO MALFADADO USO E SE ENQUADRAM EM RISCO IMINENTE PODENDO ATÉ REALMENTE EXPLODIR.
VER VÍDEO EXPLICATIVO DO CÁLCULO DA PMTA:
https://youtu.be/Qogim81rX5s
ACESSEM OS LINKs ABAIXO RELACIONADOS A ESSE ARTIGO.
Fortaleza CE, 02 de Março de 2017
Eng° José Vilmar Pinto de Sousa
Consultor SÊNIOR / ELETROMECÂNICA / QSMA
Engenheiro Mecânico
Engenheiro de Segurança do Trabalho
Engenheiro de Controle e Automação Industrial
CREA 8365 Registro Nacional: 060460684-2
E-mail: engjosevilmar@hotmail.com
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