Sistema de resfriamento

O sistema de resfriamento de uma central termelétrica é a unidade responsável por resfriar o vapor após sua expansão na turbina. O sistema pode ser classificado como aberto ou fechado, de acordo com a utilização e reutilização da água no processo. No sistema aberto, a água utilizada no condensador retorna para o ambiente, seja diretamente ou após ser resfriada, para que não ultrapasse os limites de temperatura determinados na legislação ambiental.

No sistema fechado, a água utilizada no condensador é resfriada num equipamento dissipativo de calor e reutilizada no condensador. O dispositivo dissipativo de calor pode ser classificado como úmido ou seco. Os sistemas úmidos mais utilizados são a lagoa de resfriamento e as torres de resfriamento, enquanto o sistema seco utiliza uma torre de resfriamento seca, chamado de sistema de resfriamento indireto (AVERYT et al., 2011).

Existe ainda a possibilidade de utilizar um sistema de resfriamento seco direto, quando o vapor da turbina é resfriado em condensadores a ar. Além desses, pode-se utilizar o sistema úmido e seco juntos, no sistema híbrido.

Os principais componentes do sistema de resfriamento aberto são o condensador, bomba do condensador, bomba de captação de água e sistema de distribuição de água. O sistema fechado também possui esses componentes, além dos equipamentos envolvidos no resfriamento da água do condensador: dispositivo dissipativo de calor (torre de resfriamento úmida ou seca, ou lagoa de resfriamento).

Além dos componentes citados, o sistema fechado também é composto por um sistema de água de reposição (make-up) para compensar as perdas, sistema de tratamento e disposição final da vazão de purga e sistema de tratamento da água de make-up e da água em circulação (SENGES et al., 1979).

2.5.1. Água para o sistema de resfriamento

A água de resfriamento pode ser proveniente de uma fonte subterrânea (poço, aquífero) ou fonte superficial (água doce ou salgada). Assim como a água utilizada para geração de vapor,

a água do sistema de resfriamento precisa ser tratada para utilização, seja no sistema aberto ou no fechado. Além disso, o sistema de resfriamento opera com temperatura próxima à temperatura ambiente e pressão próxima da atmosférica, criando condições favoráveis para crescimento de microrganismos dentro dos equipamentos (TROVATI, 2006).

O tratamento de água utilizada no sistema de resfriamento tem dois objetivos principais: assegurar que a água não reduza a eficiência térmica do ciclo e assegurar que a água não comprometa a vida útil dos equipamentos. Do ponto de vista econômico, é mais vantajoso tratar a água do processo que trocar e substituir os equipamentos da planta (SENGES et al., 1979). Para isso, são realizados os seguintes procedimentos:

 Remoção de sólidos em suspensão: são removidos através de telas e grades, sedimentação, filtragem e coagulação (SENGES et al., 1979).

 Remoção da dureza: remoção total ou parcial da dureza da água através da adição de cal e carbonato de sódio ou abrandamento por resinas de troca iônica (resina catiônica) (VASCONCELOS, 2016).

 Uso de aditivos químicos: são utilizados para controle de pH, inibidores de corrosão, algicidas e inibidores de incrustação (SAMCO TECHONOLOGIES, [s.d.]). Também são utilizados biocidas, sendo que o cloro é o mais utilizado devido ao baixo custo e alta eficiência (MOREIRA, 2005).

Os principais problemas relacionados à qualidade da água são a incrustação, bioincrustação e corrosão.

Incrustação

A incrustação consiste na precipitação de sais e minerais presentes na água na parede dos equipamentos de geração e distribuição de vapor. A incrustação forma uma camada isolante na superfície do equipamento que reduz a transferência de calor. Essa camada pode se tornar tão espessa que pode causar entupimento e obstrução da passagem de fluido que, em casos extremos, resulta na danificação e ruptura da tubulação (TROVATI, 2005).

Os principais componentes da incrustação são o carbonato de cálcio, fosfato de cálcio, silicato de magnésio e sílica. Por isso, é necessário que seja feito o controle de alcalinidade e de pH da água em circulação (SAMCO TECHONOLOGIES, [s.d.]). As principais variáveis na formação da incrustação são: alta temperatura da água, baixa velocidade do escoamento e alta concentração de sais na água de reposição (OLIVEIRA; CARVALHO, 2015).

A condutividade térmica dos depósitos varia entre 0,2326 e 2,326 W/m.K para depósitos de sílica, carbonato de cálcio, sulfato de cálcio e fosfato de cálcio. Por exemplo, uma caldeira com um depósito cuja condutividade térmica é 0,5815 W/m.K, a cada 0,3 mm de incrustação ocorre um aumento de cerca de 1% no consumo de combustível (CARVALHO, [s.d.]).

Além desses, outros contaminantes também podem causar incrustação na tubulação, como sólidos em suspensão, coloides, contaminantes biológicos, silte, areia, argila, entre outros. Esses contaminantes são resultado de processos físicos e biológicos, ao contrário daqueles envolvendo cálcio e magnésio (SENGES et al., 1979). A Figura 2.4 apresenta uma tubulação com incrustação.

(a) (b)

Figura 2.4. (a) Incrustação em tubulação. (b) Aumento da temperatura devido a formação da incrustação na caldeira.

Fonte: TROVATI (2005)

Bioincrustação

A bioincrustação consiste na incrustação cuja fonte são organismos presentes na água, sendo mais comum em sistemas fechados devido à recirculação da água e sistemas que utilizam água do mar (OLIN BRASS, [s.d.]). Ao se fixarem na tubulação, os organismos se comportam como os minerais, formando camadas espessas que reduzem a transferência de calor e obstruem a tubulação. Além de obstrução, os organismos também podem causar corrosão, como apresentado na Tabela 2.5.

Tabela 2.5. Microrganismos e problemas no sistema de resfriamento.

Organismo Classificação Fonte de energia e

nutrientes Principais problemas

Bactérias aeróbicas ou anaeróbicas Formadoras de biofilme Depositantes de ferro Redutoras de sulfatos Anaeróbicas corrosivas Diversos compostos orgânicos e inorgânicos Fazem quimiossíntese

Depósitos densos e aderentes Oxidação do ferro e deposição

de óxidos insolúveis Reduzem sulfatos a sulfetos

causando severa corrosão Secretam substâncias

corrosivas

Fungos Leveduras e fungos

filamentosos Material orgânico

Degradação da madeira e obstrução de tubos e válvulas;

Degradam matéria orgânica gerando odor Algas Unicelulares e

superiores Luz solar

Obstrução de tubos e válvulas; Deposição sobre os recheios.

Fonte: TROVATI (2005)

Os fatores que influenciam no crescimento dos organismos são: disponibilidade de nutrientes, pH neutro ou alcalino (para maioria das bactérias) ou ligeiramente ácido (para algas), temperatura (para bactérias, entre 35 °C e 45 °), luz solar (para seres clorofilados), oxigênio dissolvido (para organismos aeróbicos) (PERES, 2006). A Figura 2.5 apresenta uma tubulação com bioincrustação.

Figura 2.5. Bioincrustação em tubulação de trocador de calor de navio. Fonte: LLALCO FLUID TECHNOLOGY ([s.d.])

Corrosão

A corrosão consiste numa reação eletroquímica do metal devido ao oxigênio e/ou dióxido de carbono dissolvido na água. A corrosão fragiliza a parede dos equipamentos, facilitando sua danificação e ruptura (TROVATI, 2005). Existem diversos tipos de corrosão, sendo que as mais comuns de ocorrerem nas torres de resfriamento são: corrosão por pitting (concentrada em pequenas áreas, sendo a o tipo mais difícil de ser detectado), corrosão em geral (que resulta na dissolução do metal, contribuindo para a incrustação nos equipamentos a jusante do ponto de corrosão) e corrosão galvânica (quando a água e o metal se comportam como um circuito fechado de uma célula galvânica) (SAMCO TECHONOLOGIES, [s.d.]; SENGES et al., 1979).

As principais variáveis para o surgimento da corrosão são: alta temperatura da água de reposição, baixa velocidade do escoamento e baixo pH da água (OLIVEIRA; CARVALHO, 2015). A Figura 2.6 apresenta uma caldeira com corrosão.

Figura 2.6. Corrosão numa caldeira. Fonte: TROVATI (2005)