A IMPORTÂNCIA DO TRATAMENTO E CUIDADOS COM A ÁGUA DE CALDEIRA
Enock Jabes do Nascimento Santos¹, Francisco Edson N. Fraga²
¹Acadêmico do Curso de Ciência e Tecnologia da Universidade Federal Rural do Semiárido – UFERSA, enockns@gmail.com
² Prof. Dr. do Departamento de Engenharia e Tecnologia da Universidade Federal Rural do Semiárido – UFERSA, nfraga@ufersa.edu.br
Resumo: Este trabalho aborda a importância da análise, tratamento e controle da água utilizada em caldeiras.
Identificando os tipos de caldeiras, dispositivos de segurança, faixas de pressão e aplicabilidade, como também, quais os problemas gerados pelo uso de uma água fora dos padrões. A água bruta, captada em fontes subterrâneas ou superficiais, contém contaminantes indesejáveis para a geração de vapor. Com isso, foram listados os riscos e danos que podem ser causados devido problemas, como: corrosão, incrustações e arraste, inerentes ao uso de água sem tratamento e os métodos indicados para a prevenção e correção. O artigo mostra as diferentes formas de tratamento para a água de alimentação e de circulação dentro da caldeira. Os estudos foram realizados mediante revisões bibliográficas, análise de artigos científicos e consultas em empresas especializadas no tratamento de água industrial. Com a conclusão dos estudos, indica-se uma escolha de tratamento de acordo com a necessidade de cada caldeira e processo, evitando assim, a utilização de água supertratada para caldeiras de baixas pressões, gerando custos excessivos desnecessários, ou o uso de uma água subtratada para caldeiras de altas pressão, podendo ocasionar acidentes e incidentes de pequenas proporções ou até grandes explosões.
Palavras-chave: Tratamento de Água. Água para Caldeira. Caldeira. Geração de Vapor.
1. INTRODUÇÃO
De acordo com a Resenha Energética Brasileira (2017), 39,1% da energia elétrica gerada no mundo é proveniente da utilização do carvão mineral, seguido por 22% de geração através do gás natural, 16,8% água e 10,6% urânio. O carvão mineral, o gás natural e o urânio, juntos, são responsáveis pela geração de mais de 70%
da energia elétrica consumida no mundo. Esses combustíveis são utilizados em usina termelétricas e nucleares, tanto em turbinas de potência a vapor, com o uso de caldeiras para gerar vapor, quanto em sistemas de potência a gás.
A usina termelétrica Jesus Soares Pereira (Termoaçu), situada no município de Alto do Rodrigues-RN, é um exemplo de unidade que utiliza potência a vapor para geração de energia elétrica e vapor superaquecido para processo industrial, se configurando como uma usina de co-geração – produção de energia térmica e elétrica. A Termoaçu foi construída com o objetivo principal de geração de vapor superaquecido para injeção contínua em reservatórios de petróleo da Petrobras, em campos maduros com mais de trinta anos de produção. Esse projeto teve como premissa o aumento do fator de recuperação mediante a diminuição da viscosidade do petróleo e aumento da pressão no poço, gerando um incremento significativo na produção, na ordem de 12 mil barris de petróleo por dia [2].
Outra vertente para utilização de caldeiras é a transferência de calor em temperaturas relativamente baixas nos processos de secagem, desidratação, cozimento, produção de reação químicas e esterilização, desenvolvidos em industrias de alimentos e bebidas, papel e celulose, têxtil, química, farmacêutica e agroindústrias. De forma quase que total, essa transferência de calor é proveniente da geração de vapor em caldeiras [3]. Em empresas como a Petrobras, a utilização do vapor gerado em caldeiras encontra-se em diversos seguimentos, como: produção de petróleo e gás, refino, geração de energia elétrica e fabricação de fertilizantes [4].
Dado tamanha importância da utilização de caldeiras para a geração do vapor que é utilizado na produção de UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMIÁRIDO - UFERSA
CURSO DE BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA Trabalho de Conclusão de Curso (2017.2).
tratamentos para evitá-los.
Por se tratar de equipamentos que trabalham com fluidos em uma variada faixa de pressão (baixa, média, alta e supercríticas) as caldeiras necessitam de cuidados específicos por representarem alto potencial de risco para as plantas de operação. A Norma Regulamentadora 13 – NR-13, que trata sobre caldeiras, vasos de pressão e tubulações, estabelece como risco grave e iminente, toda condição ou trabalho que cause acidente ou doença com lesão grave ao trabalhador. Algumas situações que caracterizam essa condição e estão relacionadas ao propósito deste artigo são: operação de caldeira sem dispositivo de segurança ajustados com pressão de abertura igual ou inferior a pressão máxima de trabalho admissível – PMTA, bloqueio inadvertido de dispositivos de segurança e ausência de dispositivos de controle de nível de água [5, 6].
A obrigatoriedade da gestão, segurança e inspeção das caldeiras é atribuída ao Profissional Habilitado (PH). O PH, portanto, é a referência técnica para tomadas de decisão, devendo este ser, exclusivamente, engenheiro mecânico, naval ou civil. No caso deste último, que tenha cursado as disciplinas de termodinâmica e suas aplicações e transferência de calor ou outras de conteúdo equivalente, conforme preconiza o art. 18 do Decreto Federal nº 23.569/33 [5, 6]. Desta forma, atividades de elaboração, projeto, fabricação, montagem, instalação, reparos e manutenção de geradores de vapor são enquadradas como atividades de engenharia e só podem ser executadas sob a responsabilidade de profissional habilitado [5, 6].
A água utilizada para geração do vapor não pode ser inserida diretamente da fonte de captação nas caldeiras, pois são compostas por diversos contaminantes prejudiciais aos seus componentes. São necessários tratamentos que vai da clarificação, para caldeiras de baixas pressões, com o intuito de remover toda turbidez, até tratamentos mais complexos para atender as caldeiras de grande porte e que trabalham em elevados níveis de temperatura e pressão, para remoção de sais e gases dissolvidos, sólidos em suspensão e minerais em geral, para preservar o bom funcionamento, qualidade do produto fornecido e a segurança das instalações e trabalhadores. É neste sentido que são apresentadas as causas dos problemas relacionados a água e os métodos de tratamento mais utilizados.
2. CALDEIRAS
As caldeiras são equipamentos utilizados em grande escala nos processos industriais e são destinados a produzir e acumular vapor em pressões acima da atmosférica, utilizando uma fonte de energia [5].
Este vapor produzido pode ser saturado – vapor úmido sendo mais utilizado em processos industriais, ou superaquecido – vapor seco dotado de grande quantidade de energia que por sua vez é utilizado para a geração de energia mecânica que movimenta turbinas de geradores de energia elétrica, em alguns casos.
São classificadas em 3 categorias, conforme a NR-13:
▪ Categoria A – operam com pressão igual ou superior a 1960kPa (19,98 kgf/cm²);
▪ Categoria C – pressão de operação igual ou inferior 588kPa (5,99kgf/cm²) e a capacidade é igual ou inferior a cem litros;
▪ Categoria B – todas as caldeiras que não se enquadram nas categorias anteriores [5].
Outra classificação pertinente às caldeiras é a proposta pela Agência Nacional de Águas, na Tabela 1:
Tabela 1. Classificação de caldeiras de acordo com as pressões [7].
Classificação de caldeiras de acordo com as pressões
Caldeira Pressões
Psig Kgf/cm²
Baixa pressão 100 – 400 7 – 28
Média pressão 400 – 800 28 – 56
Alta pressão 800 - 3000 56 – 211
Pressão supercrítica acima de 3000 acima de 211
No entanto, para efeitos na NR-13, a classificação que prevalece é a das categorias A, B e C. Porém, esta última pode auxiliar na determinação do tratamento de água e outras operações, pois está subdividida em mais faixas de pressão.
Em sistemas de potência a vapor, as caldeiras são dispositivos que integram o ciclo termodinâmico de Rankine, onde ocorre o fornecimento de calor e a geração de trabalho na turbina pela ação da vaporização do fluido de trabalho. Este ciclo é composto por uma caldeira – geração do vapor; turbina – gerar trabalho; condensador – para condensar o vapor; e, por fim, uma bomba – para alimentação da água que retorna à caldeira [8].
Figura 1. Caldeira de vapor e seus principais componentes [7].
Esta figura apresenta os principais componentes de uma caldeira. É possível visualizar dispositivos de segurança como manômetro, pressostatos, nível de controle de água e válvulas de segurança.
2.1. Tipos de Caldeiras
As caldeiras podem ser classificadas em dois tipos básicos – flamotubulares e aquatubulares. Além dessas, existem também as caldeiras elétricas que tem sua utilização bastante reduzida se comparado às demais [9].
a) Flamotubulares: Nas caldeiras flamotubulares, também chamadas de fumotubulares, os gases quentes provenientes da combustão circulam por dentro dos tubos e a água que será transformada em vapor fica em volta, sendo ambos contidos pela carcaça cilíndrica que compõe o casco. A troca de calor ocorre por radiação na fornalha e por convecção e radiação gasosa através dos tubos [10]. São de construção simples compostas basicamente por um cilindro externo contento água e um interno para a fornalha e necessitam de pouco espaço físico para sua instalação. Os tubos dos gases podem ser dispostos nas posições vertical ou horizontal e são fixados em placas planas, denominadas espelhos. As pressões de trabalho variam de 5 a 17 kgf/cm² e podem gerar até 6 t/h de vapor saturado. São utilizadas em geral em indústrias de pequeno e médio porte, hospitais, hotéis, que necessitam apenas de vapor saturado ou aquecimento de água [3].
A Figura 2 ilustra a caldeira flamotubular mais utilizada atualmente e que garante uma eficiência térmica bastante elevada.
Exemplo de caldeiras flamotubulares:
▪ Cornovaglia – composta por um tubulão interno operam com grandes volumes de água e tem baixo rendimento térmico.
▪ Lancashire – podem ser construídas com dois, três ou até quatro tubulões internos, o que aumenta a superfície de troca térmica.
▪ Escocesa – é o tipo mais moderno de caldeiras flamotubulares. Composta por um corpo cilíndrico, feixes de tubos de diâmetro pequeno e sua fornalha feita de tijolos refratários. Unidades compactas têm elevado rendimento térmico, chegando a 83% [11].
b) Aquatubulares: Em cadeiras aquatubulares a água circula por dentro de tubos com diâmetro pequeno que formam paredes d’água ou feixes tubulares envolvendo a fornalha. Esse modelo possibilita maior geração de vapor e operar em pressões mais elevadas [12]. São unidades mais complexas, com alto custo de construção e que necessitam de um espaço físico maior para acomodação. São compostas por dois tubulões conectados a um feixe de tubos que formam uma parede d’água na câmara de combustão. São caldeiras mais versáteis que permitem uma maior variação de projetos para atender as mais diversas necessidades do mercado [12]. A produção de vapor pode ultrapassar 750 t/h com pressões de trabalho que variam de 150 a 200 kgf/cm² e temperaturas que superam os 500 ºC.
c) Elétricas: A geração de vapor com a utilização da energia elétrica fundamenta-se no efeito joule - transformação de energia elétrica em energia térmica através do fluxo de elétrons por um condutor. Quanto maior a resistência oferecida à passagem dos elétrons, mais significativo o efeito joule. Podem ser construídas para geração por meio de resistência – onde são aplicadas em casos de unidades de baixa capacidade ou por meio de eletrodos – meio mais difundido pois tem maior capacidade de geração e utiliza a própria água como condutor da corrente elétrica [12]. As caldeiras elétricas têm aplicação restrita a regiões com abundância de energia elétrica a custo baixo. A sua escolha se justifica na maior parte dos casos por questões ambientais devido a ausência de emissão de gases provenientes da combustão. São caldeira de baixa produção de vapor [12].
2.2. Dispositivos de Segurança em Caldeiras
As caldeiras devem possuir dispositivos de segurança que indiquem as variações nos parâmetros pré- estabelecidos de operação. A ausência desses dispositivos ou a falta de calibração adequada pode acarretar em danos como superaquecimento, deformação dos tubos, vazamentos, danos em outros componentes e até mesmo explosões. Sendo assim, essa ausência caracteriza risco grave e iminente e é recomendada a imediata interdição da caldeira [5, 6].
Alguns dispositivos de segurança que devem ser instalados e que influenciam diretamente na utilização de água nas caldeiras:
a) Manômetro: A norma estabelece que as caldeiras devem conter instrumentos que indiquem a pressão do vapor acumulado. Estes instrumentos, denominados manômetros, devem ser instalados diretamente nos equipamentos [5, 6].
b) Válvula de Segurança: São dispositivos instalados que visam evitar uma elevação de pressão acima da pressão máxima de trabalho admissível [5, 6].
c) Injetor de Água: Sistema de alimentação de água, independente do principal, que evita o superaquecimento da caldeira por nível baixo [5, 6].
d) Indicador de Nível: Podem ser visores de coluna de água que devem sempre estar limpos, permitindo uma correta leitura do nível [5, 6].
3. ANÁLISE DA QUALIDADE DA ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO
A análise da água de alimentação das caldeiras é imprescindível para identificação das impurezas e definição de tratamento mais conveniente para utilização na geração de vapor. É através da análise realizada em laboratório que pode-se determinar as características físicas, químicas, biológicas e, até mesmo, radioativas.
Principais características identificadas na água em reservatórios superficiais ou subterrâneos:
▪ Físicas – Temperatura: influencia diretamente no tratamento para atender à necessidade específica;
Cor: proveniente, em boa parte dos casos, da decomposição de matéria orgânica; Turbidez: causada pela presença de partículas suspensas e coloidais; Sabor e odor: ambos tendo como origem compostos orgânicos, metabolismo de microrganismos e decomposição de folhas e plantas aquáticas; assim como a condutividade elétrica: que é a passagem de corrente elétrica através da presença de íons dissolvidos na água [16].
▪ Químicas – PH: concentração de íons H+ representando a intensidade da acidez ou alcalinidade;
Dureza: concentração de cátions, tendo sua maior representatividade por parte do cálcio e magnésio;
Oxigênio dissolvido; Salinidade: presença de sais minerais dissolvidos; Carbono orgânico;
Compostos orgânicos, Metais pesados: mercúrio, chumbo, níquel, entre outros [16].
▪ Biológicas – bactérias coliformes, algas, cianobactérias, protozoários entre outros [16].
▪ Radioativas – a água pode apresentar radioatividade natural devido o contato com o solo e rochas [16].
4. PROBLEMAS RELACIONADOS À QUALIDADE DA ÁGUA
Apesar da grande abundância e viabilidade econômica no uso da água para geração de vapor em caldeiras, essa substância quando captada em corpos hídricos subterrâneos ou de superfície apresenta diversos contaminantes indesejáveis ao processo, que podem acarretar em um vapor de má qualidade, paradas para manutenções mais frequentes, desgaste precoce de componentes e acidentes de grandes proporções.
Os problemas mais frequentes em unidades geradoras de vapor ocorrem principalmente devido ao tratamento ineficiente da água, provocando corrosão, incrustações nas tubulações e arraste de partículas junto ao vapor.
▪ Corrosão – em geral é a deterioração do metal por ação química ou eletroquímica provocada pelo meio onde está inserido [13]. As corrosões nos sistemas de vapor são eletroquímicas e podem se desenvolver em meios ácido, neutro ou básico, sendo meio ácido aerado o mais prejudicial. Ela se desenvolve de forma uniforme ou localizada, esta última, por pite ou alvéolo, bastante perigosa pois pode afetar de forma significativa até mesmo tubulações novas, fragilizando o material em local específico e causando acidentes e paradas para manutenção ou reposição de peças [13].
Fatores mais relevantes: PH ácido, presença de gases dissolvidos – oxigênio, dióxido de carbono e sulfídrico, sólidos suspensos e presença de complexantes.
▪ Incrustações – acumulo de matéria fortemente aderido à superfície das tubulações e componentes das caldeiras. De modo geral são formadas por precipitações de sais dissolvidos na água [10]. No processo de vaporização da água os sais dissolvidos ou em suspensão continuam no líquido não vaporizado elevando a concentração dessas impurezas que, por consequência, tendem a precipitar e agir como uma camada isolante dificultando a troca de calor. Em função disso, ocorre grande perda de eficiência, superaquecimento dos materiais devido à redução da refrigeração, rupturas nos tubos e aumento no consumo de combustíveis para suprir a ineficiência térmica.
Fatores mais relevantes: Presença de sais acima dos limites máximos permitidos para operação da caldeira, como – carbonatos de cálcio, silicato de cálcio magnésio, sulfato de cálcio, além de óxidos resultantes de processos corrosivos.
Tabela 2. Redução de troca térmica em função da espessura das incrustações [14].
Espessura % de perda de calor
0,50 mm 4 %
0,75 mm 7%
1,00 mm 9%
1,25 mm 10%
1,50 mm 13%
2,20 mm 15%
2,70 mm 16%
Na Tabela 2 é possível ver a gravidade deste problema. Quanto mais espessa a camada de depósitos incrustantes, mais energia térmica deverá ser gerada para compensar essa ação isolante.
▪ Arraste – esse problema além de comprometer a qualidade do vapor, afeta os componentes pós-
será a frequência de purgas para manter a qualidade da água dentro dos padrões aceitáveis, acarretando na perda de fluido e energia contida nele.
Fatores mais relevantes: existem os fatores químicos – excesso de sólidos suspensos e dissolvidos, e presença de contaminantes orgânicos, e os mecânicos – danos no separador de vapor, variação bruscas na demanda de vapor e demanda de vapor superior a produção nominal da caldeira [10].
Tabela 3. Resumo de parâmetros, respectivas interferências em sistemas geradores de vapor e meios de tratamento (adaptada) [15].
Constituinte Problemas Causados Meios de Tratamento
Turbidez Má aparência da água; depósitos em linhas de água, equipamentos, etc.
Coagulação, sedimentação e filtração.
Dureza Presença de sais de cálcio e magnésio. Maior fonte de incrustações em equipamentos de troca térmica, caldeiras, linha de tubos, etc.
Abrandamento; desmineralização;
tratamento interno para caldeiras;
agentes ativados de superfície.
Alcalinidade Presença de bicarbonatos (HCO3-), carbonatos (CO32-) e hidróxidos (OH-). Espuma e arraste com vapor; fragilização do aço da caldeira; bicarbonato e carbonato produz CO2 no vapor, uma fonte de corrosão em linhas de condensado.
Abrandamento com cal e soda cáustica;
tratamento com ácido; desmine- ralização por troca iônica.
Dióxido de carbono
Corrosão em linhas de água, particularmente vapor e linhas condensados.
Aeração, “desaeração”, neutralização com bases.
pH O pH varia de acordo com sólidos ácidos e alca- linos na água; a maioria das águas naturais possui um pH de 6.0-8.0.
O pH pode ser aumentado por bases e decrescido por ácidos.
Sulfato Se adiciona aos constituintes sólidos da água, mas sozinho, normalmente, não é significante. Se combina com cálcio para formar incrustações de sulfato de cálcio.
Desmineralização, osmose reversa, eletrodiálise, evaporação.
Cloro Se adiciona aos constituintes sólidos e aumenta o caráter corrosivo da água.
Desmineralização, osmose reversa, eletrodiálise, evaporação.
Sílica Incrustações em caldeiras e sistemas de resfria- mento de água.
Processo de remoção por sais de magnésio a quente e morno; absorção por troca iônica com resinas de bases fortes, em conjunto com
desmineralização, osmose reversa e evaporação.
Ferro e manganês Mancha a água de precipitação; fonte de depósitos nas linhas de água, caldeiras, etc.; interfere com tingimento, bronzeamento e fabricação de papel.
Aeração; coagulação e filtração;
amolecimento a cal; troca catiônica;
filtração por contato; agentes superficiais ativos para retenção de ferro ou manganês.
Oxigênio Corrosão nas linhas de água, trocadores de calor, caldeiras, linhas de retorno, etc.
Desaeração; sódio sulfito; inibidores de corrosão.
Sólidos dissolvidos
Refere-se ao total de matéria dissolvida, deter- minado por evaporação; grande concentração é condenável por interferir no processo e ser causa de espuma em caldeiras.
Abrandamento com cal e troca catiônica; desmineralização, osmose reversa, eletro diálise, evaporação.
Sólidos suspensos Refere-se à matéria não-dissolvida, determinada pelo método gravimétrico; causa depósitos em trocadores de calor, caldeiras, linhas de água, etc.
Sedimentação; filtração, usualmente procedida de coagulação.
Nesta tabela é apresentado um resumo prático que pode ser utilizado como fonte de consulta para o primeiro passo do tratamento da água, a definição dos métodos que serão implementados.
5. TRATAMENTO DA ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO
Devido a impossibilidade da obtenção de uma água isenta de contaminantes, é necessário que por intermédio de métodos de tratamento se alcance os valores mínimos de impurezas mediante os parâmetros de trabalho das caldeiras estabelecidos no projeto, tais como: pressão, temperatura, volume, demanda nominal de geração de vapor, entre outros, para possibilitar uma operação satisfatória, eficiente e, acima de tudo, que garanta a segurança do sistema e dos operadores envolvidos.
As caldeiras aquatubulares, devido os níveis elevados de pressão e temperatura em que operam, necessitam de tratamentos mais severos, incluindo desaeração e tratamentos internos como fostatização e quelante, explicados mais adiante. Já no caso das flamotubulares que trabalham em faixas de pressão mais baixas, em determinadas condições, um programa de tratamento de água mais simples, com retirada apenas da turbidez através da
clarificação, pode ser adotado [3]. Para isso, existem tecnologias de tratamento que devem ser cuidadosamente definidas mediante esses parâmetro e objetivos do sistema. Os tratamentos podem variar de acordo com o tipo da caldeira, que vai de baixa e média pressões até as de alta pressão, conforme limites estabelecidos na Tabela 4.
Tabela 4. Parâmetros básicos de tratamento de caldeiras de baixa, média e alta pressões [7].
Parâmetros Valores limite
Pressões (kgf/cm²)
0 - 21,1
21,1 - 31,6 31,6 - 42,2 42,2 - 52,7 52,7 - 63,3 63,3 - 70,3 70,3 - 105,5
105,5 - 140,6 Qualidade na água de alimentação
OD (mg/L) < 0,007
Ferro total (mg/L)
≤ 0,1 ≤ 0,05 ≤ 0,03 ≤ 0,025 ≤ 0,02 ≤ 0,01
Cobre total (mg/L)
≤ 0,05 ≤ 0,025 ≤ 0,02 ≤ 0,015 ≤ 0,01
Dureza total (mg/L)
≤ 0,3 ≤ 0,2 ≤ 0,1 ≤ 0,05 0
pH (a 25 ºC) 8,3 – 10 8,8 - 9,6
COT (mg/L) < 1 < 0,5 < 0,2
OG (mg/L) < 1 < 0,5 < 0,2
Qualidade na água da caldeira
Sílica (mg/L) ≤ 150 ≤ 90 ≤ 40 ≤ 30 ≤ 20 ≤ 8 ≤ 2 ≤ 1
Alcalinidade total (mg/L)
≤ 350 ≤ 300 ≤ 250 ≤ 200 ≤ 150 ≤ 100 NE NE
Condutividad e
5,4 - 1,1
4,6 - 0,9 3,8 - 0,8 1,5 - 0,3 1,2 - 0,2 1 - 0,2 ≤ 0,150 ≤ 0,080
STD 4,32 -
0,88
3,68 - 0,63 3,04 - 0,56 1,2 - 0,21 0,96 - 0,14 0,7 - 0,14 ≤ 0,105 ≤ 0,048
Após estas análises e definição da faixa de pressão que a caldeira irá operar, conforme a Tabela 4, são definidos os seguintes métodos para tratamento nas águas de alimentação: clarificação, remoção de dureza, desmineralização e remoção de gases, detalhados a seguir.
5.1. Clarificação
Envolve as etapas de coagulação, floculação, decantação e filtração, e tem como objetivo primordial a remoção de sólidos suspensos e parte dos sólidos dissolvidos [16]. Este processo é de fundamental importância na redução da turbidez e cor da água evitando o aumento de depósitos nas superfícies da caldeira.
No processo de clarificação, o tratamento deve seguir uma sequência lógica para que os sólidos possam ser removidos adequadamente:
▪ Coagulação – consiste na desestabilização das partículas coloidais e suspensas com o uso de ações físicas e reações químicas. Neste processo são utilizados coagulantes – usualmente sais de alumínio ou de ferro – os quais se dissociam em íons de forte ligação e com auxílio de uma unidade de mistura rápida promove o contato com as impurezas formando flocos de maior diâmetro que poderão ser removidos mais facilmente após a decantação. Com isso, espera-se remover a turbidez, material orgânico, substâncias tóxicas e microrganismos em geral [16].
▪ Floculação – é uma operação unitária que envolve apenas fenômenos físicos para a aglutinação das partículas anteriormente desestabilizadas [16]. Além de um processo de coagulação satisfatório é necessário um tempo específico para que haja a aglutinação das partículas e formação dos flocos até atingirem o tamanho desejado para a decantação das impurezas.
Os polímeros sintéticos podem ser usados para auxiliar na floculação e são administrados juntamente com os coagulantes. São produtos com peso molecular muito grande que facilitam a aglomeração de pequenos flocos, favorecendo a decantação [7].
▪ Decantação – os flocos formados na etapa anterior são direcionados, juntamente com a água, para o tanque de decantação onde são sedimentados no fundo pela ação da gravidade. Desta forma, a saída do floculador conecta-se diretamente à entrada do decantador, dando sequência ao processo de clarificação. O resíduo gerado no fundo dos tanques, comumente chamado de lodo, é retirado periodicamente e destinado para tratamento ou descarte em estações de tratamento de esgoto [16].
▪
limpeza dos filtros é feita através do processo de retrolavagem com fluxo ascendente e a periodicidade depende da qualidade da água filtrada.
5.2. Remoção da Dureza
A dureza da água, representada de forma geral pela presença de íons de cálcio e magnésio, é um dos fatores mais preocupantes na qualidade da água de alimentação das caldeiras. Isto porque implica diretamente na deposição de precipitados e geração incrustações nas tubulações, dificultando a troca térmica e gerando problemas subsequentes de grandes proporções e dispêndio para as indústrias.
▪ Abrandamento – ou amolecimento da água, consiste na retirada total ou parcial dos íons de cálcio e magnésio, normalmente na forma de bicarbonatos, sulfatos e cloretos. Existem três processos de abrandamento, dois por precipitação, utilizando cal soldada a frio ou a quente e cal com fosfato, pouco utilizado, e um terceiro por troca iônica com resinas. São resinas catiônicas que trocam o Na por Ca e Mg eliminando a possibilidade de incrustações [16].
▪ Osmose Reversa – trata-se de uma técnica de filtração com o uso de membranas. Na osmose reversa, devido ao micro tamanho da porosidade da membrana, é possível remover íons – incluindo Ca+² e Mg+² responsáveis pela dureza da água, sais dissolvidos e praticamente toda matéria orgânica com peso molecular inferior a 200 g/mol [16]. Com esse tratamento reduz-se a condutividade com a retirada dos íons e evita a formação de espuma com a remoção dos outros contaminantes, mitigando assim os riscos de arraste e retira a dureza evitando a formação de depósitos e incrustações nas superfícies metálicas para que não haja superaquecimento.
Com esse tratamento é possível eliminar/reduzir diversos problemas causados pela água. Quase 100% dos íons são removidos, Fe+2, Ca+2, Mg+2, deixando a água mais pura, porém, necessita de equipamentos de alto custo de aquisição e manutenção, o que requer uma análise do custo x benefício para a sua implementação [17].
▪ Desmineralização – é mais uma técnica utilizada para remoção de íons presentes na água, porém, não apenas Ca e Mg mas qualquer íon, seja ele cátion ou ânion. Isto é possível pois na desmineralização a água passa por uma coluna de resinas catiônicas e em seguinte em outra coluna de resinas aniônicas [7]. Como em todo sistema de troca iônica, as resinas ficam saturadas e faz-se necessário à sua regeneração com a utilização de soluções preparadas para este fim.
5.3. Remoção de Gases
A presença de oxigênio e gás carbônico dissolvidos associado a fatores, como: pH ácido, sólidos suspensos, hidróxido de sódio, gás sulfídrico e outros gases, funcionam como aceleradores do processo de corrosão em caldeiras [13]. Desta forma, são empregadas técnicas e uso de produtos químicos com o intuito de remover todos os gases dissolvidos na água. A remoção de oxigênio e outros gases que podem causar corrosão pode ser feita com o uso de desaeradores mecânicos [7].
▪ Desaeração – esse processo baseia-se na solubilidade dos gases que é inversamente proporcional a temperatura, chegando a zero no ponto de ebulição. Com isso, a água passa por um equipamento chamado desaerador, onde injeta-se vapor em contracorrente com o líquido e os gases dissolvidos são arrastados [7].
▪ Hidrazina – é usada em tratamentos químicos de desgaseificação como sequestrante de oxigênio e inibidor de corrosão. É também indicada para caldeiras de alta pressão pois converte o óxido de ferro em uma camada protetora magnetita (Fe3O4), que impede a ação de agentes corrosivos [11].
6. TRATAMENTO INTERNO
Esse procedimento é adotado em água de baixa dureza adicionando produtos químicos no interior da caldeira.
Com a impossibilidade de remoção total das impurezas presentes na água de alimentação, o condensado de retorno traz consigo níveis de impureza que tendem a se acumular a cada ciclo de geração de vapor. Portanto, esse tratamento é indispensável para evitar problemas de incrustações, corrosão, carreamento de partículas junto ao vapor e volatilização da sílica, mantendo a eficiência térmica, aumentando a vida útil e garantindo mais segurança aos equipamentos [7].
▪ Fosfatização – com a ação dos fosfatos é possível transformar os sais de cálcio e magnésio, responsáveis pela dureza, em lodos que não aderem às superfícies das tubulações e são facilmente
removidos por extrações. Esse processo se torna mais eficaz quando realizado em níveis de alcalinidade elevados e são utilizados os compostos químicos: fosfato de sódio e a sua mistura com fosfatos ácidos e fosfato de amônia [18].
▪ Descargas – apesar de um tratamento rigoroso é impossível eliminar todos os sais dissolvidos. Na medida que o vapor vai sendo produzido, os sais remanescentes vão se concentrando na água do processo de modo que, quando ultrapassam o limite de saturação, começam a precipitar formando incrustações e gerando arraste. As descargas são fundamentais para manter a concentração desses sais dentro dos limites admissíveis, pois através dela são eliminados os excessos de contaminante que se acumulam nas partes inferiores das caldeiras [19]. É um passo importante no tratamento da água da caldeira quando tem recirculação. As purgas são realizadas através de válvulas dreno instaladas no tubulão de água inferior. Vale salientar que o excesso de descargas gera desperdício de energia, e o déficit, incrustações [20].
▪ Quelante – tratamento que visa a complexação dos íons de cálcio e magnésio formando compostos solúveis para evitar a incrustação na caldeira. Nesse processo não há formação de lama eximindo os componentes de possíveis consequências. Os agentes mais usados são EDTA (Etileno Diamino Tetra Acetato) e o NTA (Nitrilo Acetato) [10].
7. CONTROLE DO TRATAMENTO DE ÁGUA
Os tratamentos de água são operações dinâmicas que podem sofrer alterações constantemente devido as mudanças sazonais dos constituintes da água captada. Por causa disto, é fundamental que haja um controle de forma sistemática para assegurar que o tratamento ocorra adequadamente [15].
O monitoramento pode ser feito com métodos manuais ou contínuos com o uso de instrumentação automatizada.
▪ Monitoramento Manual – geralmente realizado em caldeira de baixa e média pressão, envolve técnicos da planta para coleta de amostras e realizações de testes químicos para comparação dos resultados com os limites especificados para a caldeira. A frequência varia de acordo a qualidade da água e parâmetros de trabalho das unidades e a partir dos resultados são ajustadas a bomba de alimentação química ou a válvula de purga. Podem ser verificados pH, condutividade, sólidos suspensos, alcalinidade, dureza e outros [15].
▪ Monitoramento Contínuo – essa prática garante maior confiabilidade e qualidade do acompanhamento, alçando um maior grau de precisão em relação ao método manual. Isto é possível pois o monitoramento é feito online e os parâmetros são acompanhados através de supervisórios continuamente [15].
8. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Como foi visto, o processo de geração de energia térmica para ser transferido através do vapor é algo bastante demandado por industrias no mundo. Com isso, o tratamento da água utilizada em caldeiras é, sem dúvidas, uma parte do processo de fundamental importância e que vem sendo constantemente aprimorado com o surgimento de novas tecnologias e produtos mais eficientes. Como foi dito no item 3, a água bruta traz consigo contaminantes físicos, químicos, biológicos e radioativos que impactam diretamente na qualidade do vapor, eficiência térmica, durabilidade dos componentes, integridade e segurança dos trabalhadores envolvidos. Esses impactos podem gerar perdas incalculáveis com paradas para manutenção corretivas, reposição de peças e, em casos mais extremos, as vidas dos trabalhadores envolvidos.
Os cuidados com a água devem seguir os critérios e métodos de tratamentos discutidos neste trabalho – métodos externos (água de alimentação), métodos internos (água da caldeira) e o controle rigoroso dos parâmetros, sendo escolhidos de forma mais conveniente ao tipo de caldeira e viabilidade econômica, para garantia de uma máxima eficiência operacional, bem como segurança.
Com os estudos realizados para elaboração desse trabalho, pode-se enfatizar que uma água de má qualidade ocasiona sérios problemas as caldeiras, e que, mediante a faixa de pressão utilizada e o tipo da caldeira, é que são definidas as tecnologias de tratamento e produtos químicos que deverão ser utilizados, visando o melhor custo- benefício para cada situação.
Portanto, podemos afirmar que essa abordagem é de fundamental importância para o engenheiro, em especial àquele que se enquadra na categoria de profissional habilitado, pois a este foi outorgada a responsabilidade das caldeiras. Cabe salientar que, para que as empresas estejam em conformidade com a norma, precisam adotar
9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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[4] PETROBRAS. Relatório Água na Petrobras. Disponível em: <http://www.petrobras.com.br/fatos-e- dados/lancamos-relatorio-sobre-gestao-de-recursos-hidricos.htm>. Acesso em: 04 abril 2018.
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