calculo espelho

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Nota de aula – Espelho Prof. Dr. Antonio Moreira dos Santos 1
ESPELHO 
 
 O espelho deve ser estudado com atenção porque da distribuição dos 
tubos e fornalha no espelho, depende a sua espessura, o diâmetro do vaso de 
pressão e a altura da câmara de vapor. 
 
1 – Nível de água na caldeira: 
A liberação de vapor em uma caldeira flamotubular requer uma certa 
área de superfície da água que permita o vapor atravessa-la a uma velocidade 
que não exceda 0,056 m/s e que a altura mínima de tomada do vapor seja 
maior que 20% do diâmetro do vaso de pressão. 
A figura abaixo mostra a relação entre a distância do nível de água 
abaixo do topo da caldeira e a largura da superfície da água como uma 
percentagem do diâmetro do vaso de pressão da caldeira. Num nível onde a 
distância abaixo do topo do vaso de pressão é igual a 20% do diâmetro; a 
largura da superfície de liberação do vapor é de 80% do diâmetro. 
 
Fig. 1 – Largura da superfície da água em função do nível da água. 
 
Largura da superfície da água como 
uma função percentual do diâmetro 
da caldeira 
Distância 
do nível da 
água ao 
topo da 
caldeira 
como uma 
função 
percentual 
do seu 
diâmetro 
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 É razoável adotar um nível de água de cerca de 20% do diâmetro abaixo 
do topo. O nível de água deverá considerar que todos os tubos e o topo da 
câmara de reversão, caso seja molhada, deverão estar coberto por pelo menos 
100 mm de água. 
 
Exemplo: 
 Qual é a velocidade deliberação de vapor de uma caldeira que gera 
6.000 kg de vapor por hora à 13 bar e tem o diâmetro do vaso de pressão igual 
a 2,5 metros e 4 metros de comprimento. 
 - Distância da superfície da água até a tomada de vapor : 0,20x2,5 = 
0,50 metros. 
 - Largura da área de liberação do vapor: 0,80x2,5 = 2 metros. 
 - Área da superfície de liberação do vapor: 2x4 = 8 m2 
 Para 13 bar, o volume específico do vapor é 0,141 m3/kg. Assim a 
vazão de vapor é: 
 s
m
hr
m
kg
m
h
kgV
333
235,0846141,06000 ==⋅=⋅ 
- Velocidade de liberação do vapor: 
s
m
A
VV
lib
lib 0294,08
235,0
.
===
⋅
 
Obs.: A velocidade de liberação de vapor na superfície da água é inferior a 
0,056 m/s, portanto o diâmetro e a altura da câmara de vapor estão adequados. 
Se a pressão de trabalho for igual à 7 bar a velocidade de liberação seria de 
0,061 m/s; isto requer um diâmetro do vaso da caldeira maior. 
 
2 – Ligamento – L (espaço livre entre dois furos para tubos vizinhos): 
 
 A norma Francesa AFNOR – NF E 32-104 – PART-IV estabelece que o 
espaçamento dos furos para tubos deverá ser tal que a largura de qualquer 
ligamento entre os furos não seja menor que: 
 L = 0,125xdfuro + 12 mm, p/tubos expandidos. 
 L = 0,125xdfuro + 9 mm, p/tubos soldados. 
 L = 0,125xdfuro + 7 mm, p/tubos expandidos ou soldados 
onde a temperatura dos gás é inferior à 800 oC. 
 Portanto, o passo entre os centros dos furos vizinhos será: 
 
 P = L + dfuro 
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3 – Folga – F entre o círculo que envolve os furos para tubos e a superfície 
interna do vaso (diâmetro externo do espelho): 
 A ASME – Boiler and pressure vessel code - section I – Power Boilers 
– PART PFT 24 estabelece que a folga entre o círculo que envolve os tubos (e 
estais) e a superfície interna do vaso deve ser: 
 
 - espelhoeF ⋅= 8 
 - ou P
e
F espelho⋅= 62,6 , o que for maior. 
 
onde: P = PMTP, MPa. 
 
 
Fig.2 – Distâncias típicas entre as partes que compõem uma caldeira. 
 
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4 – Folga – F1 entre o diâmetro externo da fornalha e o círculo que toca os 
furos para os tubos: 
 A norma Francesa AFNOR – NF E 32-104 – PART-IV estabelece o 
valor de 3 % do diâmetro externo do vaso, sendo no máximo 100 mm. 
 
5 – Folga – F2 entre o diâmetro externo da fornalha e a superfície interna 
do vaso (diâmetro externo do espelho): 
 A norma Francesa AFNOR – NF E 32-104 – PART-IV, estabelece o 
valor de 5 % do diâmetro externo do vaso, sendo no máximo 100 mm. 
 
6 – Espessura - e do espelho: 
 A norma Francesa AFNOR – NF E 32-104 – PART-IV estabelece que 
quando os tubos são apenas expandidos ou expandidos e soldados, o espelho 
deve ter pelo menos: 
 
- 10 mm se os diâmetros dos furos dos tubos são menores ou iguais à 
40 mm. 
- 12 mm se os diâmetros dos furos dos tubos são maiores que 40 mm e 
menores ou iguais à 55 mm. 
- 14 mm se os diâmetros dos furos dos tubos são maiores que 55 mm. 
 
Quando os tubos são soldados apenas, a espessura do espelho deve ser 
de pelo menos 9 mm. 
A ASME – Boiler and pressure vessel code - section I – Power Boilers 
– PART PG46 diz que a espessura de placas planas com estais simetricamente 
espaçados é calculada pela fórmula: 
 
 SC
Ppe =
 
 
onde: 
- p = passo dos estais, mm. 
- P = Pressão máxima de trabalho em MPa. 
- S = Tensão máxima admissível, MPa. 
- C = 2,1 para estais soldados. 
 
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7 – Espessura do vaso de pressão sujeito à pressão interna: 
 A ASME – Boiler and pressure vessel code - section I – Power 
Boilers – PART PFT 9 estabelece que a espessura mínima de chapa para vasos 
de pressão na caldeira flamotubular, depois de conformado, deve ser as 
seguintes: 
 - diâmetro interno até 915 mm: emin.= 9,6 mm. 
 - diâmetro interno entre 915 mm e 1375 mm: emin.= 11,1 mm. 
 - diâmetro interno entre 1375 mm e 1825 mm: emin.= 12,7 mm. 
 - diâmetro interno superior à 1825: emin.= 14,3 mm. 
 
 A ASME – Boiler and pressure vessel code - section I – Power 
Boilers – PART PG-27 fornece as seguintes formulas: 
 
 CyPSE
PDe ++= 22 
onde: 
 e = espessura mínima requerida, mm. 
 P = Pressão máxima de trabalho permitida, MPa. 
 D = Diâmetro externo do cilindro, mm. 
 S = Tensão máxima admissível, MPa. 
 E = eficiência de solda, E =1, para cilindros sem costura. E = 0,9 para 
juntas soldadas. 
 y = Coeficiente de temperatura, conforme tabela a seguir. 
 C = sobre espessura para estabilidade estrutural (+/-1,6 mm). 
 
Valor de y: 
 
Abaixo de 475 oC 500 oC Acima de 525 oC 
0,4 0,5 0,7 
 
 Para avaliação da espessura de vasos de pressão onde não foram 
obedecidas as recomendações da nota 9 e 10 da PG 27.4, recomenda-se a 
fórmula: 
 
 PSE
PRe
6,08,0 −=