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Eficiência da caldeira, purga e recuperação de calor

Estime o rendimento da caldeira pelas perdas, a partir do combustível, do O₂ e da temperatura dos gases, calcule a purga mínima pelo TDS e veja quanto valem o ajuste da combustão, o economizador e a recuperação de calor da purga.

Ferramenta de pré-dimensionamento e estimativa: os resultados não substituem projeto, cálculo ou laudo assinado por profissional habilitado nem a verificação conforme as normas aplicáveis.

Estimativa preliminar
Caldeira
Combustão
Purga

Com purga automática, a purga cai para o mínimo exigido pelo TDS.

Análise econômica
—Rendimento estimado da caldeira hoje
—

Perdas de energia, hoje e com as melhorias

Percentual da energia do combustível (PCI) perdida em cada parcela.

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Rendimento conforme o O₂ nos gases

Rendimento em base PCI para as temperaturas de chaminé de hoje e com economizador.

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Próximo passo

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Vazão de gases e tiragem da chaminé →

Retorno do projeto

Fluxo de caixa da melhoria: investimento no ano 0 e economia anual corrigida pelo aumento informado, descontada pela TMA.

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O memorial reúne entradas, resultados, equações, hipóteses e referências desta página, com campos para projeto, responsável e revisão. Na janela de impressão, escolha Salvar como PDF.

Método, hipóteses e referências

Equações usadas

O₂ estequiométrico: O₂st = 2,664·C + 7,937·H + 0,998·S − O [kg/kg]; ar teórico A0 = O₂st ÷ 0,2314
Excesso de ar pelo O₂ seco: EA = O₂ ÷ (20,9 − O₂)
Gases secos: mgs = 3,664·C + 1,998·S + 0,7686·A + N + 0,2314·A0·EA; perda = mgs · 1,04 · (Tg − Ta) ÷ PCI
Umidade dos gases: mw = 8,936·H + U; perda = mw · 1,88 · (Tg − Ta) ÷ PCI
Rendimento (PCI) = 1 − perdas; rendimento (PCS) = rendimento (PCI) × PCI ÷ PCS
Purga mínima (% do vapor) = TDSalim ÷ (TDSmáx − TDSalim); energia = ṁpurga × (hf(p) − h(Trep))
Flash da purga: x = (hf(p) − hf(pf)) ÷ hfg(pf); trocador: ṁpurga (1 − x) (hf(pf) − h(Tsaída))

Hipóteses e limites

  • Combustão completa (sem CO); calores específicos médios de 1,04 kJ/(kg·K) para gases secos e 1,88 kJ/(kg·K) para vapor d’água; umidade do ar desprezada.
  • Composição típica dos combustíveis em base seca; para resultado de ensaio, use a análise elementar do seu combustível e a ASME PTC 4 completa.
  • Rendimento em base PCI (prática no Brasil e na Europa); a conversão para PCS (prática nos EUA) também é mostrada.
  • Radiação, cinzas e combustão incompleta entram como um percentual único informado.

Normas e documentos técnicos

  • ASME PTC 4-2013: Fired Steam Generators (indirect efficiency, energy balance method)
  • EN 12952-15:2003: Water-tube boilers and auxiliary installations — Acceptance tests
  • ASME (1994/2021): Consensus Operating Practices for Control of Feedwater and Boiler Water Chemistry in Modern Industrial Boilers
  • U.S. DOE, Steam Tip Sheets #4 (Improve Your Boiler’s Combustion Efficiency), #9 (Minimize Boiler Blowdown) and #10 (Recover Heat from Boiler Blowdown)
  • IAPWS R7-97(2012): water and steam properties

Legislação e regulamentos no Brasil

  • NR-13: caldeiras — categoria, inspeções de segurança, prontuário, operador com treinamento e dispositivos de segurança
  • Resoluções CONAMA nº 382/2006 e nº 436/2011: limites de emissão de MP, NOx, SOx e CO em combustão externa por combustível e potência
  • Resolução CONAMA nº 430/2011: efluente da purga deve ser lançado abaixo de 40 °C

Perguntas frequentes

Como estimar o rendimento de uma caldeira sem medir o combustível?

Pelo método das perdas: com o O₂ e a temperatura dos gases na chaminé e a composição do combustível, calculam-se as perdas por gases secos e por umidade; somadas à radiação e outras perdas, o rendimento é 100% menos esse total (ASME PTC 4).

Qual o excesso de ar ideal?

Depende do combustível e do queimador. Gás natural costuma operar com 2% a 3% de O₂; óleo, 3% a 4%; biomassa em grelha, 5% a 8%. Reduza com analisador de gases e acompanhe o CO.

Quanto se perde na purga?

Cada kg de purga leva a água saturada na pressão da caldeira. A 10 bar(g), com reposição a 25 °C, são cerca de 680 kJ/kg. Com 8% de purga numa caldeira de 8 t/h, são mais de 120 kW perdidos continuamente.