Caldeiras de Tubos d'Água vs. Caldeiras de Tubos de Fogo: Principais Diferenças Explicadas

Diferença entre Caldeira de Tubos d'Água e Caldeira de Tubos de Fogo

Neste artigo vamos aprender a diferença entre caldeira de tubos d'água e caldeira de tubos de fogo ou, em termos simples, Caldeira de Tubos de Fogo vs Caldeira de Tubos d'Água.

Sabemos que caldeiras a bordo são usadas para geração de energia e são um dos equipamentos mais importantes do navio.

Caldeiras dividem-se amplamente em tubos d'água e tubos de fogo. Por serem categorizadas diferentemente, devem haver diferenças no funcionamento, manutenção, operação ou economia. Este artigo aborda essas diferenças.

Caldeira de Tubos de Fogo vs Caldeira de Tubos d'Água

Caldeira de Tubos d'Água	Caldeira de Tubos de Fogo
1. A água flui dentro dos tubos e os gases quentes de combustão fluem fora dos tubos.	1. Os gases quentes fluem dentro dos tubos e a água fica fora dos tubos.
2. Geralmente caldeiras de alta pressão, até 70–100 bar.	2. Geralmente caldeiras de baixa ou média pressão, até 25 bar.
3. Taxa de produção de vapor mais rápida.	3. Taxa de produção de vapor mais lenta.
4. Mais eficiente.	4. Menos eficiente.
5. Maioria é de queima externa (externally fired).	5. São de queima interna (internally fired). Fornalha numa extremidade do tubo de fogo.
6. Adequadas para grandes usinas.	6. Adequadas para pequenas usinas.
7. Como pressão de operação é alta, risco de explosão também é alto.	7. Risco de explosão menor, pois pressão de operação menor.
8. Ocupam menos área de piso.	8. Ocupam grande área de piso.
9. Por complexidade, requer operador qualificado.	9. Menos complexas, menos habilidade requerida.
10. Fácil limpeza por ser de queima externa.	10. Difícil limpeza por ser de queima interna.
11. Diâmetro do casco (shell) menor.	11. Diâmetro do casco maior.
12. Fácil manutenção.	12. Manutenção difícil.
13. Como água flui nos tubos, tratamento de água necessário para evitar depósitos.	13. Tratamento de água não necessário.
14. Mais ecológica.	14. Menos ecológica.
15. Custo operacional alto.	15. Custo operacional baixo.
16. Exemplos: Babcock & Wilcox, Stirling, La-mont, Benson, Loeffler, Yarrow.	16. Exemplos: Vertical Simples, Cochran, Lancashire, Cornish, Scotch, Locomotiva, Velcon.

Diferença em formato descritivo

Caldeira de Tubos de Fogo

Na caldeira de tubos de fogo, como o nome sugere (fogo no tubo), gases quentes de combustão (gases de escape) passam por tubos dispostos dentro do tambor cilíndrico, e o exterior dos tubos é cercado por água.

A transferência de calor ocorre entre gases quentes e água circundante através dos tubos. Isso aquece a água e a converte em vapor.

Caldeiras de tubos de fogo são simples na construção comparadas às de tubos d'água e usadas como alternativa por serem mais baratas.

Geralmente usadas em indústrias de pequena escala pois pressão de operação é baixa.

Outras vantagens: tamanho compacto e capacidade de lidar com flutuações na demanda de vapor mais eficientemente.

Desvantagens: eficiência baixa, tempo maior para converter água em vapor, não acompanha aumento súbito de carga.

Caldeira de Tubos d'Água

Na caldeira de tubos d'água (água no tubo), a água circula dentro dos tubos e gases quentes passam pela superfície externa dos tubos.

Calor transferido dos gases quentes para a água nos tubos, convertendo-a em vapor.

Como o vapor é gerado nos tubos, caldeiras de tubos d'água operam a pressões maiores que as de tubos de fogo, usadas em produção em larga escala que requer alta pressão e alta vazão de vapor.

Vantagens

Caldeiras de tubos d'água geralmente têm mais de um queimador, podendo usá-los individualmente ou em combinação paralela para uma única fornalha.

Isso permite desligamentos controlados para manutenção sem desligar a caldeira totalmente.

Queimadores podem operar em diferentes cargas. Também possuem Controlador Lógico Programável (PLC) para controle e manutenção do funcionamento dos queimadores. Controlam superaquecedor e sistemas de água de alimentação.

Como volume de área de produção de vapor é menor, caldeiras de tubos d'água produzem vapor de alta pressão mais rápido que as de tubos de fogo.

Podem produzir vapor superaquecido ou saturado conforme projeto e necessidade. Operam a pressões maiores. Podem ser construídas para usar combustíveis de alta cinza com sopradores de fuligem e equipamentos adequados de tratamento de cinzas e gases de escape para atender regulamentos ambientais.

Desvantagens

Custo de capital muito alto; tamanho grande comparado a tubos de fogo, sendo construídas no local de uso. Complexidade e custo aumentam pelos sistemas de controle. Requer treinamento adequado para trabalhar nelas.

Perguntas frequentes

Qual é melhor: caldeira de tubos de fogo ou tubos d'água?

Caldeiras de tubos d'água são significativamente mais eficientes.

Razões:

1. Água vira vapor muito rápido. Ao fluir nos tubos, só é cercada por calor. Tubo retém menos água que tanque de tubos de fogo, leva menos tempo para converter, menor consumo de combustível. Produzem vapor em 5 minutos vs 1 hora ou mais. Economia significativa de combustível.
2. Requerem menos água. Design once-through não precisa armazenar tanta água. Mais ecológicas.
3. Adaptam-se melhor a mudanças de carga. Respondem mais rápido a mudanças na demanda de vapor, aquecendo menos água por vez. Unidades modulares ligam/desligam conforme necessário, reduzindo desperdício de energia.
4. Parecem durar mais. Operação mais eficaz garante maior vida útil.

Onde são usadas caldeiras de tubos d'água?

Onde altas pressões de vapor são requeridas, podendo exceder 3.000 psi. Geram vapor saturado ou superaquecido útil para geração de energia por turbina a vapor. Comuns em indústrias de processo: química, refino, celulose e papel.

Por que caldeira de tubos d'água é mais eficiente que a de tubos de fogo?

Em tubos de fogo, gases de escape precisam aquecer grande volume de água: lentas e ineficientes. Por operação lenta, mais calor perdido ao ambiente. Em tubos d'água, gases passam pelos tubos d'água e lidam com menos água. São rápidas, menos calor desperdiçado. Mais eficientes.

Por que caldeira de tubos de fogo não pode ter alta capacidade como a de tubos d'água?

Tubos de fogo para pequena capacidade e baixa pressão porque calor disponível para evaporar água é menor. Em tubos d'água, área disponível para aquecer água é maior porque gases de escape fluem ao redor dos tubos. Usadas para alta capacidade e pressão ~127 kg/cm² ou mais.

Diferenças entre caldeira tanque (tank boiler) e caldeira de tubos d'água?

Pode referir-se a "Fire-tube" vs "Water-tube". Na primeira, tanque inteiro cheio de água/steam pressurizados com fogo fluindo em tubos. Forma não usada exceto instalações históricas. Pressão excessiva por falha técnica ou erro operacional pode estourar tanque inteiro, matando pessoas. Tubos d'água nunca explodem totalmente porque toda pressão está nos tubos; tanque tem gases quentes. Se tubo racha, vapor escapa inofensivamente para caixa de fogo.

Estas foram as diferenças básicas entre Caldeira de Tubos d'Água e Caldeira de Tubos de Fogo em forma tabular e descritiva. Caldeira de Tubos de Fogo vs Caldeira de Tubos d'Água é dúvida comum. Se gostou, compartilhe e deixe feedback nos comentários.