A água de alimentação das caldeiras sofre tratamento químico para manter a concentração dos sais e das impurezas existentes na água, dentro dos valores aceitáveis para a utilização da água na caldeira. Apesar do tratamento mais rigoroso que possa ser adotado para a caldeira, é impossível eliminar da água todos os sais em solução. A caldeira, à medida que vai produzindo o vapor, vai acumulando os sais, que ingressam com a água de alimentação.
Os produtos da corrosão entram na caldeira sob a forma de óxidos de ferro, permanecendo em suspensão na água no tubulão de vapor, ocasionando a projeção e espuma.
A espuma e a projeção provocam o arrastamento de umidade pelo vapor, do tubulão para o superaquecedor quando este está em uso, ou diretamente para as máquinas auxiliares que trabalham com vapor saturado.
A espuma é consequência da matéria sólida dissolvida na água (em sua maioria sais)
Quanto maior a concentração destes sólidos dissolvidos na água, maior será a tendência de formação de espuma, quando a água for vaporizada violentamente.Quando concentrações de sólidos dissolvidos e em suspensão ou óleo crescem na água, as bolhas de vapor tornam-se estabilizadas e mais difíceis de romper, ou seja, se estiver presente uma concentração considerável de sólidos dissolvidos em suspensão ou óleo na água do tubulão de vapor, qualquer espuma que se forme é estabilizada pelas pequenas partículas dos sólidos dissolvidos, aumentando a espessura das películas das bolhas de vapor.
A área do tubulão de vapor acima superfície da água da caldeira, em um dado momento, fica repleta de bolhas estabilizadas; então, uma quantidade de água da caldeira é carregada, junto com o vapor saturado, pela tubulação. Ao chegar ao superaquecedor, as bolhas se rompem devido à alta temperatura e a água evapora.
Partículas de materiais que estavam em suspensão e dissolvidos na água da caldeira são carregados na velocidade do vapor a diferentes regiões do superaquecedor, depositando-se em sua superfície interna, principalmente no primeiro passe. O acumulo destes depósitos gera uma série de defeitos, como restrição à troca de calor, fluência do material do tubo “blistering” e, no caso do cloreto de sódio, corrosão no aço inoxidável. Este tipo de arrastamento da água de caldeira é chamado de foaming na literatura técnica.
Em outras palavras, na prática do dia a dia, diz-se que houve o arrastamento da água em bolhas pelo vapor, ou seja, água da caldeira arrastada pelo vapor saturado, devido à concentração excessiva de sólidos dissolvidos, alcalinidade elevada e óleo ou matérias orgânicas presentes na água de alimentação.
Como consequência do arrastamento em bolhas, teremos a formação de incrustação interna nos tubos do superaquecedor. Sob condições extremamente severas de formação do vapor, haverá um grande arraste de água no interior do espaço de vapor do tubulão superior, para o interior do tubo secador. Este fenômeno na prática é conhecido como projeção, tem como consequência a excessiva umidade no vapor para a utilização nas máquinas principais e auxiliares do navio, podendo danificá-las. É uma fonte de grande perigo para a condução segura de qualquer instalação de vapor. O arraste também pode ser ocasionado por causas mecânicas, como a flutuação repentina e excessiva da carga (demanda de
vapor), e operação em níveis superiores ao projetado. Outra forma de arrastamento é chamada de priming, o qual é ocasionado por nível alto de água no tubulão de vapor conjugado com o balanço do navio, ou falha dos separadores de vapor e água ou de órgãos internos. O priming consiste no arrastamento de volumes de água carregadas através da tubulação. Estes volumes podem inclusive alcançar as rodas de palhetas da turbina de vapor e, neste caso, provocar sérias avarias. Em outras palavras, um nível muito alto na caldeira pode causar arraste de água por meio do vapor. Quando a bolha de vapor formada se rompe, arrasta consigo parte da água e as impurezas nela contidas. Um superaquecimento da água ou a abertura brusca de uma válvula com retirada de grande quantidade de vapor provoca uma queda de pressão acima da água, ocorrendo em decorrência uma ebulição violenta e tumultuosa, com arraste de água e suas impurezas, responsáveis pela formação de depósitos nas linhas de vapor. O arrastamento de água pelo vapor é de grande gravidade, principalmente quando o vapor gerado é destinado à produção de energia, devido aos choques térmicos nos aquecedores e choques mecânicos nas turbinas de vapor. A tabela 3 resume o que foi dito.
Tabela 3 - Causas mecânicas e químicas do arraste da água de alimentação.
Mecânicas Químicas
nível de água alto excesso de sólidos em suspensão condições de carga excessiva excesso de sólidos totais dissolvidos falhas no projeto da caldeira excesso de alcalinidade total
presença de contaminações oleosas excesso de sílica
As principais consequências do arraste ou projeção são respectivamente: a) danos nas turbinas principais do navio (navio de propulsão a vapor);
b) manutenção cara;
c) formação de depósitos nos separadores e válvulas de redução; d) formação de depósitos no aparelho separador de vapor;
f) incrustração no superaquecedor; e g) parada do turboalternador.
A espuma, ou sólidos leves dissolvidos na superfície d’água do tubulão de vapor, pode ser removida por extração de superfície. Já as impurezas mais densas que a água, as quais se acumulam nas partes mais baixas do espaço de água, e a redução da quantidade excessiva de sais, que ocasionam a formação de incrustações sobre a superfície interna dos tubos das caldeiras aquatubulares, podem ser removidas por extração de fundo, conforme será visto no item 4.15.
4.4 Resistências térmicas como fator de queda de rendimento nas caldeiras