Tratamento de água para caldeira
• A água contém impurezas que podem provocar corrosão e depósitos e por isso deve ser
devidamente tratada.
• O tratamento pode ser de dois tipos:
– Externo: retira as impurezas que causam problemas antes da água entrar na caldeira.
– Interno ou químico: trata das impurezas dentro da caldeira.
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Tratamento de água para caldeiras
• O tratamento externo de água para caldeiras pode ser dividido em 5 etapas:
– clarificação – filtração
– abrandamento – desmineralização – polimento final
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Clarificação
• remove as partículas coloidais e sólidos suspensos, reduzindo a turbidez, cor e carga orgânica. (manter a turbidez em 1 a 1,5 NTU)
• 4 etapas são envolvidas:
1. Neutralização 2. Coagulação 3. Floculação
4. Sedimentação
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Clarificação
1. Neutralização
– elimina as cargas eletrostáticas superficiais
• partículas (SS) apresentam sua superfície carregada eletricamente ;
• cargas elétricas aumentam a repulsão entre as partículas;
• dificultam a aglomeração e formação de agregados maiores e de mais fácil sedimentação.
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Clarificação
2. Coagulação
– aglutinação das partículas neutralizadas
• Al2 (SO4)3 – Sulfato de Alumínio
• PAC – Policloreto de Alumínio
• Fe Cl3 – Cloreto Férrico
• Ca(OH)2 - Hidróxido de Cálcio
• Polímeros (aniônicos, não-iônicos e catiônicos)
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Clarificação
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Al2(SO4)3 ·18H2O + 3CaOH2 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 18H2O
Clarificação
3. Floculação
– crescimento dos flocos
• velocidade da água deve ser suficiente para promover o contato;
• adição de polieletrólitos (auxiliares de floculação);
– “pontes” entre as partículas já coaguladas e a cadeia do polímero.
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Clarificação
4. Sedimentação
– decantação dos flocos
• quanto maior a velocidade de decantação menor o tempo de residência no clarificador ;
• velocidade de sedimentação depende principalmente do diâmetro da partícula e de sua densidade.
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Clarificação
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Teste de jarro “jar test”
Abrandamento
• O método cal-soda (
Ca(OH)2 + Na2 CO3 )• Ca(OH)2+Ca(HCO3)2 2CaCO3 + 2H2O
• 2 Ca(OH)2+ Mg(HCO3)2 2CaCO3 +Mg(OH)2 +2 H2O
• Ca(OH)2 +MgSO4 Mg(OH)2+CaSO4
• Na2 CO3 +CaSO4 CaCO3 +Na2 SO4
• Na2 CO3 + MgSO4 MgCO3 +Na2 SO4
• Ca(OH)2 + MgCO3 Mg(OH)2 + CaCO3
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Sistema de Troca Iônica
• Composto de resinas catiônicas e aniônicas fortes de leitos mistos.
-Objetivos:
-polimento final da água desmineralizada;
-reter os cátions e os ânions que passam pelo sistema de osmose reversa;
-garantir os limites de especificações da água para
caldeiras.
Sistema de Troca Iônica
• O leito de resina é constituído por três tipos distintos:
-resina aniônica;
-resina catiônica;
-resina inerte.
Resina catiônica: remove os cátions fortes e fracos -íon fixo: SO
3+2-íon móvel: H
+, que será trocado pelos cátions
presentes na água
-Reação:
-Reação de regeneração com ácido sulfúrico:
RSO3H + NaCl RSO3Na + HCl
2SO3Na + H2SO4 2RSO3H + Na2SO4
-
Resina aniônica: remove os ânions fortes e fracos -íon fixo: CH
3N
-, (amônio quaternário)
-íon móvel: OH
-, que será trocado pelos ânions presentes na água.
(CH3)3NOH + HCL (CH3)3NCL + H2O -Reação de regeneração:
(CH3)3NCL +NaOH (CH3)3NOH + NaCL
-
A afinidade dos íons para serem retidos pela resina depende da valência e do peso atômico.
-
Afinidade de resinas catiônicas fortes:
Ca++ > Mg++ > K+ > Na+ > H+
-
Afinidade de resinas aniônicas fortes:
CO3-2 > SiO32- > OH-
Filtração
• É a passagem de água através de um meio poroso afim de reter partículas suspensas, normalmente flocos de pequenas dimensões que não foram retidos nos clarificadores.
• Tipos de filtros:
– de cartucho, por gravidade, de pressão.
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Filtração
• Filtros por gravidade
– Turbidez da água filtrada - 0,1 a 0,15 NTU
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Desaeração e Descarbonatação
– Torres descarbonatadoras
• Arraste com ar ou vapor dágua.
– Torres desaeradoras
• Arraste com vapor dágua.
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Descarbonatação
•
Objetivo: remover o dióxido de carbono dissolvido na água.
- As torres descarbonatadoras recebem a água em sua parte superior.
- O ar, em fluxo ascendente em contra-corrente entra em contato íntimo com a água.
- Ocorre o transporte de massa do CO
2dissolvido na água para a fase gasosa.
Corrente de entrada em torno de 25 ppm CO2 Corrente de saída 2 a 3 ppm CO2
- Recheio - anéis de Pall
Descarbonatação
G1 y1 L1 x1 G2 y2 L2 x2
Tratamento interno
• Tratamento interno ou químico – Reações químicas
• Impureza + Produto Químico Substância não prejudicial à caldeira
• As substâncias resultantes dessas reações químicas (lama) são retiradas através de purgas.
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Problemas e controle
• Corrosão
– Ataque da água ao metal da caldeira
• diminui a resistência do metal podendo provocar o rompimento dos tubos.
– Causas:
• presença de oxigênio dissolvido na água
• baixo pH
– Como evitar:
• eliminando o oxigênio
• controle do pH
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• Os principais seqüestrantes de oxigênio são:
– Sulfitos
• O sulfito retira o oxigênio da água para formar o sulfato
Na
2SO
3+ 1/2O
2Na
2SO
4– Hidrazina
• com o oxigênio produz água e nitrogênio, gás inerte que se desprende com o vapor.
N
2H
4+ O
2N
2+ 2H
2O
Problemas e controle
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Problemas e controle
• Para elevar o pH da água, utilizam-se alcalinizantes
• O principal alcalinizante é a soda cáustica
• pH ótimo - 8,8 a 9,6
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Problemas e controle
• Corrosão na seção pós-caldeira
– é o ataque do condensado às tubulações na seção pós-caldeira
– Causas:
• o gás carbônico dissolvido na água é liberado com o vapor e baixa o pH do condensado
– Como evitar:
• adicionando aminas neutralizantes na água de alimentação ou diretamente na caldeira
– são produtos químicos que saem da caldeira junto com o vapor e elevam o pH do condensado quando este se forma
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Problemas e controle
• Incrustação
– as impurezas contidas na água podem depositar-se e ficar presas nas tubulações, provocando as
chamadas incrustações – Causas:
• Impurezas como cálcio, magnésio, sílica e carbonatos
• Condensado contaminado
• Tratamento químico mal aplicado
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Problemas e controle
– Exemplo:
• íons bicarbonato decompõe-se pela ação da temperatura
2HCO3 ---> H2O + CO32- + CO2
• na presença de íons de cálcio
Ca2+ + CO32- ---> CaCO3
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Problemas e controle
– Efeitos:
• redução do rendimento da caldeira
Composto Químico Condutividade Térmica (kcal m-2 h ºC)
Incrustação a Base de Sílica 0,2 ~ 0,4 Incrustação a Base de Carbonato 0,4 ~ 0,6 Incrustação a Base de Sulfato 0,6 ~ 2,0 Liga de Aço Carbono 40 ~ 60
Liga de Cobre 320 ~ 360
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Problemas e controle
• aumento do consumo de combustível
– 1 mm de CaCO3 - 4% de aumento no consumo – 1 mm de incrustações silicosas - 8%
• rompimento dos tubos devido ao superaquecimento dos depósitos, provocando a redução da resistência mecânica.
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Problemas e controle
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Problemas e controle
– Como evitar:
• adição de anti-incrustantes e dispersantes
– Fosfatos
Bicarbonato de Cálcio + Fosfato + Alcalinidade Hidróxida
Lama de Fosfato Básico Tricálcico (Hidroxiapatita de Cálcio)
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Problemas e controle
– Dispersantes
(polímeros)Bicarbonato de Cálcio + Dispersante Alta Concentração
Composto Solúvel (Quelação Estequiométrica)
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Problemas e controle
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•Principais compostos formadores de incrustações:
Carbonato de Cálcio CaCO3 Hidróxido de Magnésio Mg(OH)2 Silicato de Cálcio CaSiO3 Silicato de Magnésio MgSiO3 Sílica (SiO2)n
Óxido de Ferro Fe2O3, Fe3O4 , etc Hidróxido de Zinco Zn(OH)2
Piro-Silicato Básico de Zinco Zn4(OH)2Si2O7.H2O Hidroxiapatita [Ca3(PO4)2]3Ca(OH)2
• Água potável:
– pós-cloração (0,5 ppm de cloro residual);
– correção do pH (7 a 7,5 com Na
2CO
3).
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