1 INTRODUÇÃO
Desde os tempos mais longínquos, a
humanidade tem percebido a importância de água tratada para todos os fins e
utilidades. No processo de manutenção das caldeiras não é diferente.
Ao longo desta apostila, o leitor vai
poder identificar as conseqüências acarretadas pelo uso de água impura.
Perceberá, ainda, a água como fonte de alimentação de caldeiras Eletrodo
Submerso e a Jato D’água.
Em outros momentos, serão apresentados os
métodos de tratamento de água e os programas para manutenção das caldeiras.
Acreditamos que, com isso, nossos alunos estarão prontos para detectar
possíveis situações de risco, evitando danos nos equipamentos e,
principalmente, contribuindo para um ambiente de trabalho salubre.
2 - A ÁGUA, SUAS IMPUREZAS E
CONSEQÜÊNCIAS
2.1 Generalidades
Para que as caldeiras tenham um bom
funcionamento e longo tempo de vida, é necessário dar uma especial atenção à
água destinada a alimentação. Uma água apropriada para o uso doméstico ou para
processos industriais, pode não apresentar boas características para o uso nas
caldeiras.
De modo geral, a água contém impurezas
como matérias orgânicas, compostos minerais e gases dissolvidos. A água que
entra nas caldeiras sem receber tratamento adequado, causará incrustações,
corrosão nos tubos, sedimentação e formação de espumas, que serão arrastadas
para as linhas de vapor, prejudicando sua qualidade, diminuindo a eficiência e
a segurança da caldeira.
A água usada em caldeiras deverá ser
tratada, pode ser captada de diversas fontes: rios, lagos, minas, lagoas, poços
artesianos, cisternas, riachos, represas, açudes, etc.
2.2 Aparelhos de Alimentação
de Água
Estes aparelhos são utilizados para repor
a quantidade de água que foi evaporada. Os tipos de Bombas d’água são:
} Injetores
Usam vapor de caldeira, sendo utilizados
em pequenos geradores aparelhos de reserva (stand-by)
} Vazão: 4.000 a 5.000 L/h
} Pressão: 4 a 14 kg/cm2
} Temperatura máxima: 40ºC
Bombas Alternativas
•
Vazão: 50.000 L/h
•
Pressão: 21 kg/cm2
•
Número de golpe: 30 - 35/min
•
Acionamento: elétrico ou a
vapor
•
Vantagem: economia de energia
•
Desvantagem: arrastam óleo e
graxa (lubrificantes)
Bombas Centrífugas
São as mais usadas, pois apresentam os
melhores resultados, facilidade de manutenção e grande vazão.
•
Vazão: até 500.000 L/h
•
Acionamento: motor a turbina
•
Número de rpm: 1.700 - 3.400
Material do corpo: ferro fundido ou aço e
ligas de aço
2.3 Impurezas da Água
A água é um excelente solvente dos
componentes sólidos, líquidos e gasosos da terra e da atmosfera. Por isso,
quimicamente pura, não pode ser encontrada na natureza, até a água da chuva tem
impurezas de gases N2, O2, CO2, SO2,
SO3, e a água mineral grande quantidade de sais minerais.
Todas as caldeiras são feitas para
trabalhar exclusivamente com água limpa, purificada e tratada, de modo a manter
sua eficiência térmica e segurança mecânica.
Se a água for suja ou insuficientemente
tratada não poderá ser utilizada para alimentação da caldeira. Um laboratório
de análise química, desde que competente, pode fornecer as informações sobre a
necessidade e o tipo de tratamento a ser aplicado.
A falta de tratamento e o tratamento
indevido ou inadequado de água na alimentação, poderão ocasionar os seguintes
males.: incrustação, corrosão e arrastamento ou arraste.
2.3.1 Incrustações
São deposições ou precipitações
sólidas, de natureza alcalina, nas superfícies internas das caldeiras. Isto
provoca uma redução na transferência de calor (o que exige maior consumo de
combustível, para manter constante a potência das caldeiras), elevação de
temperatura de superfície dos metais (ocasionando superaquecimento) e eventuais
rupturas.
Por menor que seja a espessura das
incrustações, elevadas perdas de eficiência acontecem devido à baixa
condutividade térmica das mesmas.
As substâncias mais comuns encontradas na
água que provocam incrustações, são os carbonatos de cálcio e magnésio. Quando
estes elementos estão presentes, diz-se que existe dureza na água.
A dureza da água pode ser determinada em:
Grau hidrométrico alemão
1 gr. A = 10 mg de (CaO) por litro de
água ou seja;
1 parte de (CaO) por 100.000 partes de
água ou
10 ppm = 10 partes por milhão de água.
Tabela 1 Dureza na água
|
Dureza
gr.A
|
Dureza
gr.F
|
Classificação d’água
|
|
(ppm CaCO3)
|
||
|
Menor do que 15
|
0 – 8
|
Muito mole
|
|
15 – 50
|
8 – 12
|
Meio mole
|
|
51 – 100
|
12 – 18
|
Mole
|
|
101 – 200
|
18 – 30
|
Dura
|
|
201 – acima
|
Acima de 30
|
Muito dura
|
A dureza máxima admitida para caldeiras
Tipo Flamo-Tubular é de 6 gr.A, mas é recomendado o tratamento de água a partir
de 3 gr.A. Uma caldeira alimentada (por desconhecimento) com água a 18 graus de
dureza e que evapora 2300 kg/h, irá
produzir e acumular, em 10 horas de operação 7,4 kg de iôdo e sais,
formando incrustações.
As impurezas da água podem ser:
} Granuladas
} Colóides
}
Moleculares granuladas
Conforme a densidade podem ser:
} Flutuantes, se y i < y água
} Suspensas, se y i = y água
} Sedimentos, se y i > y água
O principal responsável pela
presença dos carbonatos de cálcio e de magnésio, em suspensão na água, é o gás
carbônico nela contido, transformando os carbonatos em bicarbonatos. Quando a
água é aquecida, o gás carbônico se desprende e os bicarbonatos voltam a ser
carbonatos, ficando insolúveis e diminuindo a dureza da água. Essa
transformação de carbonatos é conhecida por dureza temporária.
O carbonato de cálcio é pouco solúvel na
água a 100ºC, sendo eliminado, em parte, nos preaquecedores e nas linhas de
alimentação de água. Sua presença é mais notada na entrada dos preaquecedores e
próximo às entradas de água das caldeiras.
As incrustações podem ainda ser
aumentadas se a água contiver grande quantidade de sílica em suspensão, que irá
formar os silicatos de magnésio e alumínio. Os silicatos, de um modo geral,
também formam, nos tubos, incrustações muito resistentes, difíceis de serem
removidas.
2.3.2 Corrosão
É o ataque ao ferro das caldeiras por
substâncias agressivas existentes na água. As mais comuns são: o gás carbônico
(CO2), dissolvido na água; o oxigênio (O2) e, raramente,
os sais ácidos (H2S e SO2). O CO2, além de ser
encontrado dissolvido na água, pode originar-se da composição de carbonatos e
bicarbonatos, no interior das caldeiras.
O efeito da corrosão é o desgaste
progressivo das paredes dos tubos, diminuindo sua espessura e provocando o
rompimento dos mesmos. Além disso, os gases corrosivos acompanham o vapor,
estendendo o processo. Podem entrar nas caldeiras, com o condensado,
substâncias que vão provocar a corrosão eletrolítica.
Deve-se ressaltar a diferença do efeito
corrosivo do CO2 e do O2 sobre o metal. O primeiro age
por igual, atacando o metal de maneira mais ou menos uniforme, enquanto o
segundo tem ação localizada em determinados pontos, aprofundando-se e
provocando a perfuração do metal, chamado de pittings ou pitts.
2.3.3 Formação de espumas, arrastamento
ou arraste
A formação de espumas deve-se à presença
dos seguintes elementos na água:
} carbonato de sódio
} sulfato de sódio
} cloreto de sódio
} matéria orgânica (graxas)
} alguns sólidos em suspensão
A tabela seguinte apresenta o resumo dos
problemas causados nas caldeiras pela água.
|
Problemas
|
Características
|
Causas
|
|
Incrustações
|
|
|
|
Corrosão
|
|
|
|
Formação de espumas, arrastamento ou
arraste
|
|
|
2.4 Comentários sobre as
principais impurezas da água
Dureza total
A dureza na água é medida pelo conteúdo de
sais de cálcio e magnésio nela presentes, sendo que este último contribui com
um terço da dureza total. Estes sais tendem a formar incrustações em
superfícies quentes, causando problemas na fibra térmica dos tubos das
caldeiras e dos trocadores de calor.
Os processos usados para a remoção da
dureza são: abrandamento, desmineralização e evaporação.
O pH na água
O pH mede a concentração de ácido
(acidez) ou base (basicidade) presente em uma solução.
Para determinar o pH, existe uma escala
com numeração que varia de 1 a 14. Essa numeração indica: de 1 a 6, o teor
ácido; 7, pH neutro e de 8 a 14, o teor básico.
|
1
2 3 4
5 6
|
7
|
8
9 10 11
12 13 14
|
|
Ácido
|
neutro
|
Básico
|
Alcalinidade total
A alcalinidade ocorre, principalmente,
devido à presença de bicarbonatos de cálcio, magnésio e sódio na água, em
concentrações de 5 a 500 ppm. Nas caldeiras, provocam incrustações e liberação
de dióxido de carbono, além da formação de espuma com conseqüente arraste. Em
sistemas de resfriamento de distribuição de água, a alcalinidade torna-se
importante na manutenção de condições que tendem a estabilizá-la.
Sulfatos
A concentração de sulfatos, geralmente de
cálcio, sódio ou magnésio, está situada na faixa de 5 a 200 ppm. O grande
inconveniente é a precipitação de sulfatos, cuja solubilidade diminui com o
aumento da temperatura. Abrandamento, desmineralização ou evaporação são
empregados na sua remoção.
Sílica
Também conhecida como sílica reativa,
está presente como ácido silícico e silicatos solúveis, em concentrações que
variam de 1 a 100 ppm. Nas caldeiras, esses compostos podem gerar incrustações
duras e de difícil remoção que só podem ser eliminadas por desmineralização,
abrandamento com cal ou evaporação.
Cloretos
Quase sempre presentes em concentrações
bastante variáveis, desde 10 a 250 ppm, exceto na água do mar que os contém em
30.000 ppm. São geralmente muito solúveis, quer sejam de cálcio, magnésio,
sódio, ferro ou outras.
A corrosividade de um meio está associada
à concentração de cloretos, os quais alteram até certos tipos de aços
inoxidáveis. Para sua remoção, são empregados os processos de desmineralização
e evaporação.
Ferro
Normalmente, está presente como
bicarbonato de ferro em concentrações variáveis que podem atingir, embora
raramente, 100 ppm. Muitos problemas estão associados à presença desse elemento
na água. A formação de depósitos de ferro em caldeiras, trocadores e nas
próprias linhas de distribuição pode ocorrer em água que o contenha em alto
teor.
Uma particularidade desses depósitos é a
porosidade, permitindo que produtos corrosivos se concentrem sob eles,
provocando rápida corrosão. Pode ser removido através de processos de aeração,
abrandamento por cal-sodada, desmineralização ou evaporação.
Na desmineralização, o ferro deve ser
evitado, já que as resinas aniônicas são suscetíveis ao ataque.
Encontra-se dissolvido em água bruta
superficial, em teores que variam de 2 a 15 ppm. O principal problema é a
corrosão em tubulações de ferro e cobre, principalmente nas linhas de retorno
de condensado. Pode-se removê-lo utilizando desgaseificadores e
desmineralizadores.
Nota: O manganês apresenta os mesmos inconvenientes do ferro
Oxigênio
Apresenta-se em teores máximos de 10 ppm.
É necessário para a manutenção da vida aquática, mas é bastante prejudicial aos
equipamentos, já que é corrosivo ao ferro e às ligas de cobre.
Quando a água se destina à alimentação de
caldeiras é necessário removê-lo, o que se consegue através da instalação de
desaeradores ou usando sulfito de sódio. A hidrazina também pode ser utilizada
para auxiliar na sua remoção, principalmente quando o sistema opera em alta
pressão.
No processo corrosivo, o oxigênio atua
como despolarizador catódico, mantendo as reações em andamento.
Sólidos totais dissolvidos.
Constituem a soma de todo material
dissolvido em água, tendo, portanto, várias fontes minerais. Sua faixa normal
em águas naturais é de 25 a 5.000 ppm, podendo atingir valores maiores. Na
indústria, tais valores limitam a concentração máxima permissível para sistemas
evaporativos.
A condutividade elétrica associada aos
sólidos tende a acelerar o processo de corrosão. O teor de sólidos totais é
utilizado tanto no estudo da viabilidade da produção de vapor, a partir de uma
determinada água, quanto no estudo da viabilidade da produção de água
desmineralizada, os quais serão anti-econômicos se houver excessivo teor de
sólidos dissolvidos.
Nenhum comentário:
Postar um comentário