Qual é a diferença entre uma caldeira de tubos de água e uma caldeira de tubos de fogo?
Uma caldeira de tubos de água e uma caldeira de tubos de fogo são dois tipos de caldeiras utilizadas para gerar vapor. A principal diferença entre elas reside na forma como o calor é transferido para a água para gerar vapor. Este artigo explica as principais diferenças entre caldeiras de tubos de água e de tubos de fogo, abordando seu design, princípios de funcionamento, aplicações, vantagens e desvantagens.
Comparação entre Caldeira de Tubos de Água e Caldeira de Tubos de Fogo
Nota: caldeiras de 'tubos de fogo' também são referidas como 'firetube' ou 'fire-tube', mas todos os termos significam a mesma coisa. Da mesma forma, 'tubos de água', 'watertube' e 'water-tube' são apenas variações de escrita para o mesmo conceito. Este artigo utiliza todos os termos para familiarizar o leitor com eles.
Tubo de Caldeira de Tubos de Fogo (esquerda) e Tubo de Caldeira de Tubos de Água (direita).
Design e Princípio de Funcionamento
Caldeiras de Tubos de Água
As caldeiras de tubos de água possuem água fluindo através de tubos que são aquecidos externamente por gases de combustão (gases de escape). A água absorve calor dos gases de combustão enquanto se move pelos tubos, transformando-se em vapor; esse vapor é então coletado em um tambor de vapor ou cabeçote. As caldeiras de tubos de água podem operar em pressões mais altas do que as caldeiras de tubos de fogo devido à contenção da água dentro dos tubos e à menor pressão resultante na fronteira.
Caldeira de Tubos de Água
Nota: o vapor produzido é geralmente coletado em cabeçotes e depois descarregado para um tambor de vapor, mas isso depende do design da caldeira de tubos de água.
Caldeiras de Tubos de Fogo
Em uma caldeira de tubos de fogo, gases quentes do processo de combustão passam por uma série de tubos imersos em um recipiente cheio de água. À medida que a água ao redor dos tubos aumenta de temperatura, ela se transforma em vapor, que então se acumula no topo da carcaça da caldeira.
Caldeira de Tubos de Fogo
Aplicações
As caldeiras de tubos de água são geralmente utilizadas para aplicações de alta pressão, como em usinas termoelétricas, devido à sua capacidade de operar em altas pressões e temperaturas (turbinas a vapor requerem vapor de alta pressão e alta temperatura para operar de forma eficaz). Por outro lado, as caldeiras de tubos de fogo são usadas em aplicações de baixa pressão, como aquecimento e fornecimento de vapor de processo para instalações industriais de pequeno a médio porte. Uma caldeira típica de tubos de água de usina pode operar a 3.200 psi, 932⁰F (220 bar, 500⁰C) ou mais.
Caldeira de Tubos de Água de Usina
Vantagens e Desvantagens das Caldeiras de Tubos de Água
As caldeiras de tubos de água são capazes de lidar com pressões mais altas e têm uma taxa de produção de vapor mais significativa (maior taxa de evaporação) devido aos seus numerosos tubos de parede fina. Elas oferecem maior flexibilidade em responder a mudanças de carga e são consideradas mais seguras devido ao menor risco de falha catastrófica. No entanto, seu design complexo leva a custos iniciais mais altos e requisitos de manutenção.
Vantagens e Desvantagens das Caldeiras de Tubos de Fogo
Mais simples em design, as caldeiras de tubos de fogo são mais fáceis de operar e manter, e geralmente são menos caras para adquirir e instalar. Suas limitações incluem uma capacidade restrita de pressão e vapor, uma resposta mais lenta a mudanças de carga e menor eficiência ao gerenciar demandas flutuantes.
Seção Transversal da Caldeira de Tubos de Fogo
Nota: uma caldeira de tubos de fogo possui uma única grande carcaça cilíndrica. A carcaça é fabricada a partir de uma chapa de aço plana que é enrolada e depois soldada nas costuras. As caldeiras de tubos de fogo são limitadas na faixa de pressão de trabalho porque a carcaça da caldeira atua como uma grande fronteira de pressão. Aumentar a resistência da carcaça requer uma chapa mais espessa, o que se torna economicamente inviável e difícil de fabricar à medida que o tamanho da caldeira aumenta. Por essa razão, as caldeiras de tubos de fogo são inadequadas para operar em altas pressões.
Processo de Produção da Carcaça da Caldeira de Tubos de Fogo
Comparação entre Caldeira de Tubos de Fogo e Caldeira de Tubos de Água
As caldeiras de tubos de água são apropriadas para aplicações em larga escala, de alta pressão e alta temperatura, e são mais capazes de atender a mudanças rápidas de carga.
As caldeiras de tubos de fogo são adequadas para aplicações de baixa a média pressão e temperaturas mais baixas; elas também são mais simples em design, mais fáceis de instalar e mais fáceis de manter.
Recursos Adicionais
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/fire-tube
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214157X2100410X
https://www.iqsdirectory.com/articles/boiler/water-tube-boilers.html
https://ivypanda.com/essays/fire-tube-boiler-the-case-study/