g GE Infrastructure Water & Process Techonologies
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Tratamento de Águas Industriais
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TRATAMENTO DOS GERADORES DE VAPOR
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TRATAMENTO DOS GERADORES DE VAPOR
g 1. GERADORES DE VAPOR
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Chamamos de gerador de vapor (caldeira), todo equipamento usado para aquecer a água até que esta entre em ebulição e passe para a forma de vapor. Quando começamos a aquecer a água, esta inicialmente tem sua temperatura elevada até ser atingido o ponto de ebulição. A partir deste ponto, a água começa a ser transformada do estado líquido para o estado de vapor. 1.1.
GENERALIDADES
Na apostila de CIRCUITOS DE RESFRIAMENTO, já abordamos TRATAMENTO TRATAMENTO PRIMÁRIO, e as expressões mais usadas na química da água, tais como pH, ppm e solubilidade dos sais. Além desses conceitos, seguem alguns a mais, que complementam a necessidade ao conhecimento da química da água relacionada a geração de vapor:
1.1.1.
ALCALINIDADE
É a concentração (g/m3) de carbonatos e de hidroxila (soda cáustica) em uma água. Controlamos dois tipos de alcalinidade: ALCALINIDADE HIDRÓXIDA - Expressa a concentração (g/m3) de alcalinidade hidróxida (soda cáustica) na água.
ALCALINIDADE TOTAL TOTAL - Expressa a concentração de todas as alcalinidades da água, isto é, a soma da alcalinidade devida aos carbonatos com alcalinidade hidróxida.
1.1.2.
ENERGIA E SUAS FORMAS
Energia é a propriedade de um sistema que lhe permite pe rmite realizar trabalho. Como exemplo podemos dizer que quando falta energia a um homem ele diminui o seu ritmo de trabalho, isto é, ele começa a se sentir fraco. A energia assume várias formas, entre elas podemos citar:
Energia calorífica Energia elétrica Energia mecânica Energia luminosa.
As formas de energia podem ser transformadas umas nas outras e nos usamos constantemente esta propriedade. Como exemplo podemos citar o processo de obtenção de energia elétrica. Começamos queimando lenha em uma caldeira e produzir energia calorífica. Esta energia evapora a água produzindo vapor. Neste processo a energia que estava na madeira foi transferida para o vapor. TRATAMENTO TRATAMENTO DOS GERADORES GERA DORES DE VAPOR
.1.
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g O vapor passa numa turbina turbina que se move girando. A energia calorífica do vapor é assim transformada em energia de movimento. O giro da turbina produz energia elétrica. Esta energia é transmitida por meio de fios até uma lâmpada onde se transforma em energia luminosa de enorme utilidade para nós. Se pensarmos sobre este processo veremos que a energia calorífica que estava acumulada na madeira foi transformada para iluminar o nosso meio ambiente.
1.2.
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TIPOS DE GERADORES DE VAPOR Realizando a montagem da caldeira, constatamos que inicialmente a água é límpida. A medida em que produzimos o vapor o nível de água vai diminuindo mas a quantidade de sólidos no copo continua a mesma porque eles nåo saem com o vapor. Se, por exemplo, no início tivéssemos 200 gramas de água e 10 gramas de sólidos, teríamos uma proporção de 20 para 1. A caldeira mais simples que podemos montar é feita com um copo e um funil.
Quando tivermos evaporado 100 gramas de água a proporção passa a ser de 100 gramas de água que restou para as mesmas 10 gramas de sólidos ou seja uma proporção de 10 para 1. Isto ocorre até um ponto em que a água não consegue mais dissolver todos os sólidos presentes no copo e quantidade excedente precipita formando lama. Se quisermos manter nossa caldeirinha operando precisamos repor a água que evaporou e retirar a lama formada constantemente.
1.3.
CALDEIRA FLAMOTUBULAR
Estas caldeiras são constituídas de um cilindro de grande diâmetro fechado nas extremidades por chapas chamadas de espelhos. Os tubos da caldeira são fixados nos espelhos. Nessas caldeiras a chama passa por dentro dos tubos e a água fica por fora dos tubos, dentro do cilindro grande. Como essas caldeiras produzem uma pequena quantidade de vapor por m2, estão limitadas para produzir na maioria dos casos no máximo 10.000 Kg/h de vapor, a uma pressão não maior que 12 Kgf/cm2. TRATAMENTO DOS GERADORES DE VAPOR
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g
1.4.
g CALDEIRA AQUATUBULAR
Essas caldeiras são constituídas de dois ou três balões interligados por tubos. A água circula dentro dos tubos e a chama externamente. O balão superior é chamado de balão de vapor e o balão inferior de balão de lama, porque a lama formada nos tubos vai acumular-se nele devido ao seu peso e a circulação da água. Essas caldeiras permitem produzir uma grande quantidade de vapor a grandes pressões. O vapor produzido nessas caldeiras pode passar em uma serpentina colocada na fornalha e receber mais calor, ou seja, aumentar a energia carregada por ele. Essa serpentina é chamada de superaquecedor e o vapor após sair da serpentina é chamado de vapor superaquecido.
TRATAMENTO DOS GERADORES DE VAPOR
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g ESQUEMA DE UMA UNIDADE GERADORA DE VAPOR
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V VP VE C CP
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Vapor Produzido Vapor Perdido Vapor de Escape Condensado Condensado Perdido
R A D T q
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Água de Reposição Água de Alimentação Descarga Trabalho Aquecimento
Esquema Simplificado
TRATAMENTO DOS GERADORES DE VAPOR
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g 1.5.
CALDEIRA ELÉTRICA
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No Brasil, dois tipos principais de caldeiras elétricas foram colocadas no mercado pelas empresas fornecedoras:
1.5.1.
CALDEIRA DE ELETRODOS SUBMERSOS DE ALTA TENSÃO
1. ELETRODO 2. BLINDAGEM NEUTRA 3. ISOLADOR CO CONTROLE DE CARGA 4. CONJUNTO CONDUTOR DO ELETRODO 5. CILINDRO HIDRÁULICO ELEVADOR 6. CONJUNTO ELEVADOR 7. TUBO DE JATO 8. BOMBA DE CIRCULAÇÃO 9. COLUNA DE ÁGUA 10. SAÍDA DE VAPOR 11. VASO DE PRESSÃO 12. TUBO DE DISTRIBUIÇÃO R. TRAJETO DE CORRENTE
Estas caldeiras operam com corrente alternada fluindo de fase para fase através do neutro para fase usando a água como condutor. Desde que a água tem resistência elétrica o fluxo de corrente gera calor diretamente na água. A quantidade de água em contato com os eletrodos determina a produção de vapor e é controlada, a depender do tipo de caldeira, pela variação do tipo de água ou do movimento vertical de uma blindagem de isolamento.
TRATAMENTO DOS GERADORES DE VAPOR
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g 1.5.2. CALDEIRA ELÉTRICA A JATO D’ÁGUA
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Este modelo de caldeira de alta voltagem gera calor pela passagem de uma corrente elétrica através da água e usa a mesma como resistor. A água retirada do fundo do vaso pela bomba de recirculação (9) é forçada pelo tubo coletor do centro para os bocais de pulverização (5) de onde ela é descarregada através dos múltiplos bicos para atingir o eletrodo (11). A corrente elétrica agora flui através de R1 e o fluxo da água se dirige para o cilindro de injetores (4). O fluxo de água excede em muito a taxa de vaporização e a água nåo vaporizada vai ao coletor do eletrodo e atravessa a placa perfurada (13) a qual forma o fundo do eletrodo. Quando a água sai do eletrodo ela atinge o contra-eletrodo (12) e um segundo trajeto de corrosão, R2 é estabelecido. O movimento vertical (ascendente ou descendente) do defletor de jatos resulta numa mudança quase linear da vazão de vapor.
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g 2.
TRATAMENTO DA ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO
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A água para o gerador de vapor pode provir de rios, lagos, poços ou ainda da própria rede de água potável. Seja qual for a fonte, contém impurezas. Existem vários meios de se reduzir ou remover as impurezas contidas na água. A escolha de qualquer um ou de um conjunto de diversos deles depende da concentração das impurezas, da qualidade desejável da água e outras considerações de ordem econômica. Não é intuito desse trabalho estudar com profundidade esses itens. Para dar uma idéia generalizada dos diversos meios de remoção ou redução de impurezas apresentamos, a seguir na tabela abaixo, uma síntese dos métodos usados com mais freqüência:
M = F = D = A = S = SD = SS =
Matéria orgânica Ferro Dureza Alcalinidade do carbonato Sílica Sólidos dissolvidos Sólidos em suspensão
TRATAMENTO DOS GERADORES DE VAPOR
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g 3.
PROBLEMAS COMUNS EM GERADORES DE BAIXA PRESSÃO
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Consideramos os conceitos abaixo aplicáveis à caldeiras que trabalham com pressão menor que 450 psig. Basicamente podemos dizer que os três principais problemas causados pelas impurezas contidas na água são os seguintes: - Depósitos e incrustações; - Corrosão; - Arraste. Em caldeiras convencionais do tipo aquatubular e flamatubular, nas quais temos de um lado a queima do combustível e do outro, o vapor sendo gerado, esses problemas terão como conseqüência custos adicionais, tais como: diminuição na transferência de calor, danos no equipamento, vapor com qualidade abaixo do necessário, danos em equipamentos de secção pós-caldeira, perdas por parada de produção, etc. 3.1.
INCRUSTAÇÕES E DEPÓSITOS
Com a evaporação, a água da caldeira sofre um processo de concentração das impurezas introduzidas pela água de reposição. Os sólidos dissolvidos são elevados a um nível em que a solubilidade de certos compostos é excedida causando a precipitação dos mesmos. O tipo de depósito está relacionado com a qualidade da água de reposição e tratamento químico usado e com eventuais contaminações do vapor/condensado e água de alimentação. Os principais agentes formadores de depósitos e incrustações são os sólidos em suspensão, sólidos dissolvidos e produtos de corrosão. O quadro abaixo mostra os principais elementos contidos nessa divisão:
AGENTES FORMADORES DE DEPÓSITOS
O efeito mais grave causado pelo depósito/incrustação, é o isolamento térmico das superfícies metálicas, causando a deficiência na transferência do calor, comprometendo assim a função básica da caldeira. O isolamento térmico causado pela incrustação pode chegar a tal ponto, que a água não consegue mais refrigerar o metal do tubo. Neste estágio a temperatura do metal ultrapassa o ponto de amolecimento, causando a ruptura da tubulação. TRATAMENTO DOS GERADORES DE VAPOR
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g RELAÇÃO ENTRE A ESPESSURA DO DEPÓSITO E A PERDA DO CALOR
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Os depósitos no lado da água retardam transferência de calor e causam superaquecimento dos tubos. O gráfico 2 mostra as perdas de fluxo de calor devido a vários tipos de incrustação.
3.2.
CORROSÃO
A inibição da corrosão em geradores de vapor e equipamentos auxiliares durante a operação é essencial pelas razões obvias de impedir tanto as rupturas de tubos, com os perigos que elas representam, como danos ao equipamento que requerem consertos ou paradas com correspondente perda de produção. A corrosão é um processo eletroquímico no qual se estabelece uma diferença de potencial elétrico entre dois metais ou diferentes partes de um mesmo metal. Esta diferença de potencial permite a passagem de corrente através do metal causando reações de corrosão. O ânodo é a região de potencial mais baixo. O cátodo ao contrário, é a região de potencial mais alto. No ánodo, íons metálicos entram em solução. Em geral, quanto mais baixo o potencial do ânodo, maior será a dissolução do metal e mais sério será o problema de corrosão.
3.2.1.
INFLUÊNCIA DO pH NA CORROSÃO DO FERRO Em sistemas geradores de vapor, o metal da caldeira pode sofrer corrosão por pH baixo e pelo ataque devido a presença de oxigênio dissolvido na água da caldeira.
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g O ferro apresenta um comportamento específico quanto à corrosão em função do pH, conforme pode ser observado na figura abaixo:
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3.2.2.
OXIGÊNIO DISSOLVIDO A presença do oxigênio dissolvido na água de sistemas geradores de vapor faz com que o cátodo da célula de corrosão se despolarize iniciando o processo de corrosão. A forma mais comum de ataque pelo oxigênio em caldeiras e sistemas de vapor condensado é a corrosão puntiforme localizada, ou “pitting”. A presença de oxigênio é também um componente necessário para outros mecanismos de corrosão (ex.: ataque por amônia em ligas de cobre). É portanto essencial, que a água de alimentação esteja isenta de oxigênio dissolvido para qualquer sistema gerador de vapor independente do seu tamanho, tipo ou pressão de operação.
3.2.3.
EROSÃO A corrosão por erosão está associada a velocidade do fluido sobre a superfície metálica. Tubulações e cotovelos são exemplos de áreas onde esse problema ocorre com mais intensidade.
3.2.4.
OPERAÇÃO “ON-OFF” Ainda que não seja uma causa química ou física dos problemas de corrosão, a Operação ON-OFF das linhas de vapor e condensado pode ser a principal causadora da corrosão pós-caldeira. Quando o equipamento é colocado em “OFF” (parada), a taxa de corrosão subirá violentamente. Isto irá acontecer devido ao fato do equipamento permanecer úmido, inativo e aberto a atmosfera. No momento em que o equipamento é colocado em linha novamente, os produtos de corrosão já estarão certamente formados sobre a superfície metálica. Quando o vapor e condensado passar outra vez através do equipamento o teor de ferro aumentará. Com o passar do tempo a taxa de corrosão tenderá a voltar ao nível anterior, todavia, a quantidade de ferro que retorna para a caldeira junto com o condensado, imediatamente depois que o equipamento voltou a operar, poderá favorecer a formação de depósitos.
TRATAMENTO DOS GERADORES DE VAPOR
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g 3.3.
ARRASTE Arraste pode ser definido como uma condição na qual a água sai da caldeira junto com o vapor, passando para a seção pós-caldeira, comprometendo a qualidade do vapor e danificando equipamentos. Dentre os efeitos causados pelo arraste destacamos: - Contaminação do condensado; - Depósitos no superaquecedor; - Danos em turbinas. Dentre as principais causas do arraste destacamos: - Arraste mecânico - Arraste químico - Arraste volátil
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3.3.1.
ARRASTE MECÂNICO Dentre os motivos operacionais causadores de arraste podemos citar os seguintes: FLUTUAÇÕES DE CARGA EXCESSIVA Períodos em que ocorrem aumento rápidos na demanda de vapor causarão uma súbita queda de pressão da caldeira, fazendo com que haja formação de bolhas dentro de toda a massa de água da caldeira. NÍVEL ALTO DE ÁGUA NA CALDEIRA Quando a caldeira opera com nível de água acima do projetado, o espaço para a vaporização fica inadequado, promovendo arraste de gotículas oriundas das bolhas formadas no início da vaporização. FALHAS NO APARELHO SEPARADOR DE GOTÍCULAS Poderá haver falhas de projeto do separador de gotículas, ou até mesmo separadores danificados pela má conservação do equipamento, que permitirá a passagem de gotículas de água para a linha de vapor, seguindo o mesmo processo descrito acima.
3.3.2.
ARRASTE QUÍMICO Quando o vapor é gerado dentro da caldeira, pequenas bolhas de vapor formam-se na superfície dos tubos e em seguida se misturam com a água e são transportados por diferença de peso específico para o balão de vapor. A partir daí soltam-se para o nível da água, e sob condições normais, as bolhas coalescem e se quebram gerando o vapor. Se uma excessiva concentração de alguns compostos químicos estiverem na superfície da água, eles oporão resistência ao fenômeno de coalescência, devido ao efeito que esses constituintes tem sobre o filme superficial. Promovendo então um aumento da tensão superficial da água, e consequentemente provocando arraste.
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g 3.3.3.
4. 4.1.
ARRASTE VOLÁTIL A medida que a geração de vapor for efetuada com PRESSÕES mais elevadas, outro tipo de problema começa a ocorrer: é a volatilização de alguns sólidos em conseqüência das temperaturas mais elevadas. Esse fenômeno ocorre principalmente em caldeiras que operam com pressões acima de 400 psig. Dentre os sólidos que se volatilizam e são arrastados dissolvidos no vapor, o mais importante é a sílica.
g PREVENÇÃO DOS PROBLEMAS
PREVENÇÃO DA CORROSÃO
ELIMINANDO O OXIGÊNIO DISSOLVIDO A maior parte do oxigênio dissolvido, presente na água de alimentação normalmente é removida mecanicamente através de equipamentos desaeradores. Em condições ótimas de operação (projeto), os desaeradores reduzem o teor de oxigênio dissolvido a valores inferiores a 7 ppb. Na prática, é conveniente considerar essa redução para 50 ppb.
Mesmo com a utilização do desaerador, faz-se necessário a garantia de ausência total de oxigênio dissolvido na água residual da caldeira. Para eliminar quimicamente o oxigênio dissolvido utilizamos produtos químicos chamados sequestrante de oxigênio. Esses produtos reagem estequiometricamente com o oxigênio dissolvido gerando subprodutos inofensivos à caldeira. TRATAMENTO DOS GERADORES DE VAPOR
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g Os principais sequestrantes de oxigênio são: - Sulfito
g - Hidrazina
CONTROLANDO O pH Mantendo o pH da caldeira na faixa menos corrosiva ao ferro (10,5 a 11,5), conforme já vimos no item 3.2.1. CORROSÃO NA SEÇÃO PÓS-CALDEIRA É o ataque do condensado às tubulações na seção pós-caldeira. Assim, como o oxigênio, o gás carbônico se dissolve na água e vai para dentro da caldeira. Quando a água é aquecida, este gás carbônico é liberado com o vapor. O gás carbônico na linha de vapor baixa o pH do condensado, tornando-o mais agressivo e provocando a corrosão das linhas. Para evitar essa corrosão, recomenda-se administrar aminas neutralizantes na linha de água de alimentação ou diretamente no gerador de vapor. Aminas neutralizantes são produtos químicos que saem da caldeira junto com o vapor e elevam o pH do condensado quando este se forma. A ação das aminas impedem a corrosão das linhas de vapor.
4.2.
PREVENÇÃO DOS DEPÓSITOS Evitamos as incrustações, adicionando-se produtos químicos chamados de anti-incrustantes. Podemos dividir em dois os tratamentos químicos mais usados, que são: TRATAMENTO CONVENCIONAL Trata-se de um programa baseado em polifosfatos e álcalis. Os polifosfatos revertem a ortofosfato e juntamente com álcali, reagem com a dureza da água para formar uma lama pouco aderente chamada de hidroxiapatita de cálcio. Paralelamente, a sílica reage com álcali e forma outra lama também pouco aderente chamada de serpentina. A hidroxiapatita de cálcio e serpentina são expulsas do interior da caldeira por descarga de fundo. Esse tratamento, também chamado “FORMADOR DE LAMAS”, necessita do auxílio de um dispersante para condicionar a lama e facilitar a sua retirada da caldeira.
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g TRATAMENTO DISPERSO-SOLUBILIZANTE (TDS) São programas baseados em associação de produtos orgânico sintéticos altamentes estáveis, que atuam em nível nåo estequiométrico para distorcer a estrutura entrelaçada do depósito, inibindo o seu crescimento. Como exemplo, temos abaixo as cópias das fotos retratando cristais de sulfato de cálcio sem tratamento e sob efeito do TDS.
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Observamos também a ação do TRATAMENTO DISPERSO-SOLUBILIZANTE (TDS) sobre o silicato de cálcio, nas cópias das fotos abaixo:
4.3
PREVENÇÃO DO ARRASTE Podemos evitar o arraste provocado por problemas químicos da seguinte forma: • Mantendo as concentrações de sólidos totais e de sílica dentro dos limites, através do controle das descargas. • Não permitindo que o pH da água fique acima do limite especificado. Adicionando, quando possível, antiespumantes. •
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g 5. CONTROLE E ADIÇÃO DE PRODUTOS QUÍMICOS Um excesso ou falta de produto químico, pode provocar sérios problemas. Os produtos químicos, quando em quantidades excessivas, podem ter efeito contrário e provocam danos mais sérios ainda. Um tratamento bem controlado e uma caldeira bem operada, garantem o sucesso do pessoal que cuida do equipamento.
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ADIÇÃO DOS PRODUTOS O tratamento químico é feito adicionando-se os produtos na caixa de água de alimentação ou diretamente à caldeira. A maneira mais utilizada para introdução dos produtos químicos, é através de bombas dosadoras. A bomba de dosagem de produtos químicos é bastante precisa e sua vazão de saída, pode ser controlada automaticamente ou manualmente. CONTROLE DE DOSAGEM As quantidades de produtos químicos presentes na caldeira, deverão ser avaliados pelos testes analíticos. De acordo com estes resultados deve-se dosar os produtos. PREPARAÇÃO DA SOLUÇÃO DE PRODUTOS QUÍMICOS Os produtos químicos devem ser dosados na forma de uma solução contendo 5 a 10% de produtos. Os produtos devem ser adicionados ao tanque de produtos químicos, um de cada vez e aos poucos. A solução deve ser constantemente agitada. Depois de pronta a solução, nåo deve sobrar produto no fundo do tanque. Caso isto aconteça, é necessário, aumentar a quantidade de água usada para preparar a solução. CUIDADOS O tanque de produtos químicos, deve estar sempre limpo. Nunca se deve preparar solução para mais de 24 horas. A solução deve ser gasta no tempo estabelecido. Ao prepara a solução, é necessário tomar cuidados com os olhos e as mãos, usando óculos de proteção e luvas de borracha para evitar acidentes. 6. DESCARGAS Existem dois tipos de descargas em uma caldeira: a descarga de nível e a descarga de fundo. A descarga de nível tem a finalidade de retirar os sólidos dissolvidos da água. Algumas caldeiras não possuem esta descarga instalada. Esta descarga é dada continuamente e regula-se a vazão para conservar os sólidos dissolvidos no máximo em 3.000 ppm, ou conforme o limite permitido.
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g A descarga de fundo tem a finalidade de retirar a lama formada no interior da caldeira. Quando não existe a descarga de nível, permite-se então que se retire os sólidos dissolvidos através desta descarga deixando-se que saia bastante água juntamente com a lama. Um dos segredos do sucesso de um tratamento é a perfeita regulagem das descargas. Vamos analisar o que pode acontecer com as descargas:
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DESCARGAS INSUFICIENTES Com descargas insuficientes aumentam as impurezas no interior da caldeira, possibilitando a formação de depósitos. Os produtos químicos concentram-se exageradamente alterando todo o tratamento. DESCARGAS EXCESSIVAS Com descargas excessivas eleva-se o custo da produção de vapor porque perde-se o calor que sai junto com a água descarregada além de diminuir o residual de produtos químicos no interior da caldeira pondo em risco o tratamento. Assim vemos que as descargas precisam ser dadas exatamente na quantidade requerida pela caldeira de acordo com a recomendação do laboratório. O número de descargas pode variar de caldeira para caldeira, mesmo que elas trabalhem juntas.
COMO DAR UMA BOA DESCARGA DE FUNDO Se a caldeira dispõe, de uma válvula de gaveta e uma válvula de fecho rápido o procedimento deve ser o seguinte: Abrir totalmente a válvula de gaveta. • Abrir totalmente a válvula de fecho rápido durante o tempo calculado. • • Fechar suavemente a válvula de fecho rápido. • Repetir a operação o número de vezes que for recomendado pelo laboratório. Após esta operação fechar a válvula de gaveta. • Quando a operação é realizada desta forma, consegue-se retirar uma grande quantidade de lama com pouca quantidade de água. Quando for necessário retirar mais água pela descarga de fundo, basta manter a válvula de fecho rápido aberta por mais tempo. A garrafa de nível deve ser drenada pelo menos uma vez a cada 8 horas.
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Fig. 8 Períodos de abertura e fechamento determinados experimentalmente (para vários tipos de válvulas).
TRATAMENTO DOS GERADORES DE VAPOR
Fig. 12 Perdas de água durante a descarga da lama.
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g 7.
7.1.
7.2.
7.3.
PARTIDAS E PARADAS DE CALDEIRAS Muitos tratamentos químicos bem controlados são seriamente prejudicados pela não observância de algumas regras básicas durante a partida ou parada de uma caldeira.
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PARTIDAS Quando uma caldeira estiver sendo preparada para operar, após uma parada para manutenção, deve-se verificar se nåo foi esquecido material em seu interior, ferramentas, parafusos, estopas, etc.. Verifica-se também se todos os equipamentos estão funcionando normalmente: ventiladores, borboletas, válvulas, bombas... Deve-se observar se nenhuma bomba foi montada ao contrário. Após esta inspeção inicia-se o enchimento da caldeira. A caldeira deve ser enchida pela bomba de alimentação até o nível normal de operação. A água usada já deve conter o tratamento químico e deve ser fria se a caldeira estiver fria. Está provado que a freqüência e a rapidez em tirar e colocar uma caldeira em funcionamento estraga mais do que o número de horas em operação. Para diminuir os estragos deve-se fazer mudanças de temperatura lenta e uniforme, em torno de 60 oC por hora.
PARADAS Durante as paradas deve-se tomar cuidado para prevenir que a lama formada pelo tratamento cole na superfície do metal. Para isto procede-se da seguinte forma: Dois dias antes da parada dobrar o número de descargas de fundo. • • Dobra-se também a dosagem do condicionador de lama para impedir a aderência de partículas sólidas na parte de menor circulação. Quando a pressão cair a zero e a temperatura estiver baixa, deve-se drenar a caldeira, • abri-la e lavá-la, de preferência com água quente. • Inspecionar toda a caldeira. Quando a caldeira vai ficar fora de operação deve ser posto em prática imediatamente as • recomendações para caldeiras fora de operação. CALDEIRA FORA DE OPERAÇÃO Quando a caldeira ficar fora de operação por longo tempo deve ser completamente enchida com água com SULFITO ou HIDRAZINA e ALCALINIZANTE. Deve-se tomar cuidado para que não fiquem bolsas de ar no interior da tubulação. A cada semana deve-se ser coletada amostra de água para análise e os residuais que devem ser mantidos são os seguintes: SULFITO 150 ppm a 200 ppm ou; HIDRAZINA 80 ppm a 100 ppm ALCALINIDADE HIDRÓXIDA 400 ppm a 600 ppm
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g Após ter enchido completamente a caldeira deve-se verificar as válvulas, drenos e conexões para evitar vazamentos. Sempre que necessário deve-se baixar o nível de água e completar a dosagem de produtos químicos. Nestes casos a caldeira deverá ser levemente aquecida, sem gerar vapor, para promover uma boa mistura dos produtos.
g
8. CÁLCULOS PARA SISTEMAS GERADORES DE VAPOR 8.1. CÁLCULO DO CICLO PERMITIDO C SiO2 = Sílica permissível SiO2 r - 0,4(Mg) r
C AT = . Alcalinidade total permitida . (Alc. Total)r - 1/2 (dureza total)
C SS = Sólidos Suspensos permissíveis (Dureza Total) + (SS)r C STD = . STD permissíveis . (STD)r + (cc/l 02 x 12,7)
PADRÕES DA ABMA
8.2.
BALANÇO MATERIAL
ESQUEMA SIMPLIFICADO: R = água de reposição A = água de alimentação C = Retorno de condensado D = Descargas necessária V = Vapor produzido P = Perdas pelo processo
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TRATAMENTO DOS CIRCUITOS DE RESFRIAMENTO
g 1.
ESTAÇÃO DE TRATAMENTO PRIMÁRIO A água “in natural” nunca é pura, mesmo quando proveniente de uma precipitação da chuva, teve contato com impurezas do ar. Devido ao grande poder de dissolução, as impurezas contidas na água da chuva, são substancialmente aumentadas no contato com o solo. Daí, a necessidade de purificar e condicionar a água antes do uso.
g
1.1. REMOÇÃO FÍSICA DE MATÉRIA
É o processo que tem como objetivo retirar da água a maior quantidade possível de impurezas, cuja natureza ou dimensões tornam sua presença indesejável.
1.1.1. Filtração através de tela: . . . .
Crivo Tela de poço Tela fina Micro tela
1.1.2. Câmara de Cascalho: . Cascalho . Areia mais fina 1.1.3. Remoção de lama ou pré-clarificação. 1.1.4. Clarificação: . Floculação . Sedimentação
1.2. EXPRESSÕES USADAS NA QUÍMICA DA ÁGUA
Em tratamento de águas, usamos rotineiramente um vocabulário especial. Alguns dos termos empregados estão aqui listados:
1.2.1. pH
É uma medida empregada para avaliar a agressividade da água do circuito de resfriamento. O pH varia entre 0 (zero) e 14 (quatorze). Quanto mais baixo for o pH, mais agressiva será a água. A água pura tem pH igual a 7,0 e dizemos que é neutra. Quando o pH é menor do que 7,0, dizemos que o meio é ácido. Ex.: o suco de limão tem pH = 4,0. TRATAMENTO DOS CIRCUITOS DE RESFRIAMENTO
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g Quando o pH é maior do que 7,0, dizemos que o meio é alcalino . Ex.: a água com sabão tem pH = 8,0.
g ÁCIDO ALCALINO pH *_______________ _______________* 0 7 14 NEUTRO
1.2.2. ppm - partes por milhão
É uma unidade utilizada para expressar a concentração (g/m3) de uma substância. Um ppm é igual a 1,0 grama de uma substância colocada em 1 milhão de gramas de água. 1 ppm = 1 g/m 3 = 1 mg/l Ex.: se encontrarmos numa análise 20 ppm de cálcio, isso quer dizer que para cada m3 de água, teremos 20 gramas de cálcio.
1.2.3.Dureza
Expressa a concentração (g/m3) de cálcio e magnésio na água. Diz-se que uma água é muito dura quando ela contém uma alta quantidade de cálcio e magnésio, porque estas substâncias formam incrustações muito duras.
1.2.4. Sólidos Suspensos
É a concentração (g/m3) dos sólidos que ficam em suspensão na água. Se filtrarmos com um bom filtro a água, poderemos retirar os sólidos que estão suspensos. Os materiais que ficam suspensos na água, são entre outros: lama, ferrugem, areia, microorganismos, vegetais, matéria oleosa, etc.
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g 1.2.5. Solubilidade
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Algumas substâncias quando colocadas na água, misturam-se tão bem que não podem mais ser retiradas por simples filtração. Nestes casos, dizemos que a substância se dissolve na água. Como exemplo disto, temos o sal de cozinha (cloreto de sódio) ou o açúcar. Quando adicionamos uma pequena quantidade de açúcar no café, este se dissolve, isto é, misturase bem com a água que desaparece. Se continuarmos adicionando açúcar, chegará um ponto em que ele começará a depositar-se no fundo do copo. Isto ocorre porque a quantidade de açúcar ultrapassou a capacidade da água de dissolver um sólido. O mesmo ocorre com qualquer sólido que se dissolva na água. “A água tem um limite para sua capacidade de dissolver um sólido”.
Resumo: Qualquer substância presente na água, irá precipitar quando sua concentração atingir um valor tal que a água não tenha mais condições de dissolvê-la. A quantidade precipitada será somente o que exceder a capacidade de dissolução da água. Ex.: para o sal de cozinha (cloreto de sódio), o limite de dissolução é de 30 gramas de sal para cada 100 gramas de água. Se tivermos num copo 100 gramas de água e colocarmos 35 gramas de sal, teremos que 5 gramas de sal ficarão precipitados no fundo.
1.3. DESINFECÇÃO INDUSTRIAL São processos que têm como objetivo destruir microorganismos, bem como oxidar matéria orgânica e íons metálicos. Os métodos mais utilizados na desinfecção são: TRATAMENTO DOS CIRCUITOS DE RESFRIAMENTO
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g •
Cloração simples: consiste na aplicação de cloro na água, sem esta receber outro tipo de tratamento. Normalmente utilizada em água do poço. Pré-cloração: consiste na dosagem de cloro na água antes de algum outro processo de tratamento por unidade. Pós-cloração ou recloração: consiste em aplicar novamente cloro após todo o sistema de tratamento. Cloração ao ponto de suficiência (Breakpoint) ou supercloração: consiste em dosar cloro eliminando todos os microorganismos e proporcionando residual suficiente de cloro livre, de modo a controlar o desenvolvimento microbiológico no sistema.
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•
•
1.3.1. Ozônio é uma forma gasosa instável de O3, obtida pela ação ionizante de um campo elétrico sobre o oxigênio. Obs.: a ação esporicida e bactericida do ozônio é de 300 a 3000 vezes mais rápida que a do cloro.
1.3.2. Ultravioleta é uma radiação eletromagnética em determinado comprimento de onda. 1.3.3. Microbiocidas são produtos tóxicos, usados para inibir a atividade microbiana. 1.4. ADSORÇÃO OU FILTRAÇÃO POR CARVÃO ATIVO
É usado eventualmente como meio filtrante, adsorve traços de cloro, agentes oxidantes e substâncias orgânicas. A finalidade principal é de proteção aos leitos de resina de troca iônica.
1.5. TROCA IÔNICA
É uma permuta de íons indesejáveis por outros mais convenientes.
1.5.1. Troca de cátions ou abrandamento ciclo sódio
É uma permuta do cálcio e magnésio da água por íons de sódio da resina.
1.5.2. Deionização Implica na remoção dos constituintes ionizados dissolvidos na água.
TRATAMENTO DOS CIRCUITOS DE RESFRIAMENTO
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g 2.
SISTEMA DE RESFRIAMENTO
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2.1. ÁGUA DE RESFRIAMENTO
Em inúmeros processos industriais que envolvem aquecimento e resfriamento, é essencial um suprimento de água fria contínuo e econômico. Vários fatores tornam a água um excelente meio de resfriamento. É geralmente abundante, barata e pode ser facilmente transportada; pode absorver grandes quantidades de calor por unidade de volume, não se expande e nem se comprime significativamente dentro da faixa de temperatura normalmente usada, além de não se decompor. Nas refinarias de petróleo, 80% a 90% da água empregada é usada para resfriamento.
2.2. TIPOS DE SISTEMAS DE RESFRIAMENTO 2.2.1. Sistema de uma só passagem
Neste tipo de sistema, a água de refrigeração passa pelo trocador de calor e não mais retorna, sendo descarregada no local de origem ou em outra parte qualquer (ver fig. abaixo).
Fonte de água
Trocador de calor
outro uso
Fig.: Sistema aberto sem circulação de água.
2.2.2.Sistema semi-aberto de recirculação (condensadores evaporativos) A maioria dos projetos atualmente usados nas indústrias para troca de calor, é do tipo semiaberto de recirculação. Ele tornou-se popular, a medida que os sistemas de uma só passa evidenciaram-se como agentes poluidores. A seguir, mostraremos a evolução dos sistemas semi-abertos:
2.2.2.1. PISCINA DE REFRIGERAÇÃO
Neste primeiro método de refrigeração por recirculação usado na indústria, a água quente era introduzida na piscina e resfriada gradativamente por evaporação natural, radiação e convecção, até uma temperatura adequada para reutilização. Eram necessárias piscinas muito grandes para atender as demandas normais, porque a refrigeração era conseguida muito lentamente e requeria o represamento de grandes volumes de água. TRATAMENTO DOS CIRCUITOS DE RESFRIAMENTO
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g 2.2.2.2. PISCINA DE NEBULIZAÇÃO A piscina de nebulização é um meio simples de refrigerar a água, se existir um terreno suficientemente grande, represando grandes volumes de água, para compensar uma taxa de refrigeração relativamente baixa. O sistema de distribuição na entrada, cerca de 2 metros acima da superfície de uma piscina ou lagoa, nebuliza para cima água quente. A água é refrigerada a medida que se mistura com o ar, evaporando-se parte dele. Entretanto, o desempenho é limitado por um tempo de contato relativamente baixo entre o ar e a água nebulizada. A perda de água é também elevada e as impurezas entram facilmente na parte aberta do circuito de água.
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2.2.2.3. SISTEMAS INDUSTRIAIS DE TORRE DE REFRIGERAÇÃO
As primeiras torres de refrigeração eram do tipo de circulação natural, conforme mostrado na fig. 7-2. A água era bombeada até o alto e nebulizada por bicos sobre a torre, aumentando a área de contato da água exposta a corrente de ar. A quantidade de ar que entrava na torre era controlada por venezianas nas paredes laterais. A medida que caía ao longo da torre, a água entrava em contato com o ar e se evaporava. A água resfriada acumulava-se na bandeja era bombeada de volta para a fábrica, para reutilização. Inicialmente, era necessário que as torres de circulação natural fossem construídas com grandes alturas e situadas em ângulo reto em relação ao vento dominante para se conseguir refrigeração suficiente. Descobriu-se mais tarde, que se fossem introduzidos obstáculos no interior da torre, eles romperiam mais completamente as gotículas de água e aumentariam a eficiência de refrigeração, a esse processo chamou-se “enchimento”.
Figura 7-2 - A torre atmosférica alimentada por nebulização possui bicos que nebulizam a água para baixo. O fluxo de ar que atravessa a água em queda depende das condições do vento. A nebulização densa melhora a eficiência, colocando mais gotículas de água em contato com o ar. A nebulização confinada diminui a perda de água. TRATAMENTO DOS CIRCUITOS DE RESFRIAMENTO
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g O desenho de uma torre atmosférica com enchimento é mostrado na fig. 7-3.
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Figura 7-3 - A torre atmosférica com enchimento nebuliza para baixo a água sobre os obstáculos, o que aumenta a eficiência de refrigeração pelo fracionamento adicional das gotículas e exposição de mais superfície à ventilação. Venezianas abertas permitem que o ar exterior passe através da torre, ao longo de toda a sua altura.
Em torres de tiragem mecânica, o ar é introduzido segundo um desses 2 métodos: tiragem forçada ou induzida. As torres de tiragem forçada, mostradas na fig. 7-4, utilizam um ventilador situado na base ou nos lados da torre, para forçar o ar a entrar horizontalmente e depois subir para encontrar as gotículas descendentes de água. Eliminadores de gotículas no alto da torre, minimizam a quantidade de água arrastada com a corrente de ar que sai.
TRATAMENTO DOS CIRCUITOS DE RESFRIAMENTO
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g Uma vez que nesse projeto, os ventiladores não se situam na zona de contato de tiragem induzida, puxam o ar para dentro da torre por meio de um exaustor localizado no seu topo. Esta concepção é ainda subdividida em duas categorias, conforme mostrado nas figuras 7-5 e 7-6.
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2.3. LAVADORES DE AR
Em algumas instalações industriais, é crítico o controle da umidade e da temperatura do processo ou do ambiente da produção. Lavadores industriais de ar são utilizados para garantir condições regulamentares nessas situações e adicionalmente, remover contaminantes carregados pelo ar. Estes contaminantes variam muito de composição, incluindo óleos lubrificantes e do processo, fibras têxteis e sujeira comum carregada pelo ar. As seções seguintes, contém abordagens sobre a operação de unidade típica lavadora de ar por nebulização de água, bem como os problemas de corrosão, entupimento e controle microbiológico a ela inerentes. Em uma unidade lavadora de ar típica por nebulização de água, o ar entra no lavador a partir dos ductos de retorno ou por aberturas que permitem entrada de ar externo. Não obstante, antes de alcançar a câmara de nebulização, o ar deve ser filtrado para remoção de contaminantes.
3.
PROBLEMAS NA TORRE DE RESFRIAMENTO
3.1. CORROSÃO Corrosão é um ataque da água ao metal (serpentina e tubulação) ou madeira do circuito de resfriamento. A corrosão vai diminuindo a resistência do metal, chegando a provocar o rompimento da tubulação e deterioração da madeira. A extensão da corrosão vai depender TRATAMENTO DOS CIRCUITOS DE RESFRIAMENTO
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g principalmente dos seguintes fatores: físicos (temperatura e velocidade), químicos (pH e sais dissolvidos) da água e do tipo de material do sistema. águas ricas em sólidos dissolvidos são mais condutores e causam problemas de incrustação (acarretando corrosão por deposição) mais grave. Assim, a água do mar é geralmente mais incrustante que mananciais de água doce. As formas de corrosão mais comuns são: uniforme e localizada. Como evitar a corrosão? Usando produtos químicos com propriedades específicas, os quais, atuam como inibidores de corrosão, formando uma película protetora sobre o metal, aumentando sua resistência e consequentemente sua vida útil.
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3.2. DEPOSIÇÃO
As impurezas contidas na água, podem depositar-se e ficar presas nas tubulações, provocando as chamadas “incrustações”.
CAUSAS:
•
• • •
EFEITOS:
• • • •
Impurezas como cálcio, magnésio, ferro, sílica, sólidos suspensos (material biológico); Contaminações do processo; Tratamento inadequado; Ausência de tratamento. Redução do rendimento térmico; Corrosão por deposição; Aumento de custo e paradas não programadas; Diminuição da vida útil dos equipamentos.
Como evitar?
Evitamos as Incrustações adicionando-se produtos químicos chamados dispersantes (polímeros), os quais reagem com as partículas, evitando sua precipitação e aderência as superfícies. Polímero + Cálcio ————> Substância não aderente.
3.3. ARRASTE EXCESSIVO
O arraste em uma torre é a saída de gotas de água, junto com o ar no topo. O arraste faz parte do projeto da torre, pois é inerente ao processo de resfriamento. O arraste excessivo está ligado principalmente a problemas mecânicos e torna-se prejudicial ao sistema. CAUSAS: Danos no separador de gotículas; Bicos distribuidores e canaletas obstruídas; Vazão de recirculação alta demais; Fluxo de ar na torre elevada.
TRATAMENTO DOS CIRCUITOS DE RESFRIAMENTO
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g EFEITOS:
Diminuição da eficiência térmica; Aumento da umidade para a região, acelerando o processo corrosivo externo; Favorece o crescimento microbiológico na parte externa.
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Como evitar? - Verificar problemas mecânicos; - Inspeções periódicas nos bicos e canaletas.
3.4. CRESCIMENTO MICROBIOLÓGICO
Os microorganismos são encontrados em toda parte da natureza, distribuem-se no ar, na água e solo, e desempenham papéis vitais no desenvolvimento dos seres vivos. Alguns microorganismos são benéficos, enquanto outros causam várias doenças. O microorganismo penetra no circuito de refrigeração através da água de reposição e o ar que passa pela torre. Tipos de microorganismos: Algas: Só crescem na presença de água, luz e ar. A mais comum é a alga verde. Fungos: São considerados uma categoria abrangente para todos organismos nãofotossintéticos do reino vegetal. Bactérias: São microorganismos que podem existir como célula isolada ou coloniais multicelulares.
CAUSAS:
EFEITOS:
água de reposição com alto teor de sólidos em suspensão e contagem microbiológica; água com contaminação excessiva; água de reposição sem processo de desinfecção (cloração, ozonização). Corrosão microbiológica; Deterioração da madeira; Mau cheiro; Incrustação/deposição volumosa; Entupimento de tubulação; Perda de eficiência térmica; Redução da vida útil dos equipamentos.
Como evitar? - Adição de biocidas apropriados no circuito; - Água de reposição de boa qualidade (desinfectada); - Limpeza mecânica (nas regiões de baixa velocidade ou respingo de água).
TRATAMENTO DOS CIRCUITOS DE RESFRIAMENTO
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g 3.5. DISTRIBUIDORES DE ÁGUA OBSTRUÍDOS CAUSAS:
EFEITOS:
As impurezas da água são provenientes do ar (areia), contaminação do processo ou externa e detritos jogados no circuito (cigarro, fósforo, plástico, pano, borracha, etc.) e podem provocar entupimentos nos distribuidores de água, principalmente se associado a substâncias ligantes (óleo e graxa).
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Redução do rendimento da torre; Deposição/incrustação acentuada na regra abaixo do distribuidor obstruído; Corrosão localizada na serpentina.
Como evitar: - Eliminar fonte de contaminação; - INSPEÇÕES periódicas; - Parada para manutenção e limpeza das canaletas e bicos distribuidores; - Uso de dispersantes (polímeros).
4.
APLICAÇÃO DOS PRODUTOS
A dosagem inicial do inibidor de corrosão e do dispersante deve ser feita na concentração original dos produtos, diretamente na bacia da torre de resfriamento ou no tanque dos gelados. Para as dosagens dos produtos que devem ser aplicados em forma contínua, devem ser usados tanques com bomba dosadora ou dosador por gravidade que permita um fluxo constante e uniforme. A aplicação dos produtos deve ser feita no poço de sucção das bombas de recirculação. O inibidor e o dispersante devem ser dosados individualmente em solução com concentração nunca superior a 5%, as soluções devem ser preparadas e consumidas diariamente. • O antiespumante deve ser usado sempre que houver espuma, adicionado na bacia da torre ou tanque do gelado. • No caso do biocida, ele é adicionado ao sistema na bacia da torre na concentração original.
5. OPERAÇÃO DA TORRE DE REFRIGERAÇÃO 5.1.
CUIDADOS DIÁRIOS DO BOM OPERADOR
a) Verificar nível da água no interior da torre. Certificar-se do bom funcionamento do sistema medidor de nível; b) Verificar se os ventiladores e bombas estão operando; c) Preparação e controle das Soluções de produtos químicos; d) Leitura das temperaturas de entrada e saída da água (sistema fechado, se for necessário); e) Inspecionar bicos distribuidores; f) Coleta de amostra da torre de resfriamento e reposição; g) Promoção de descarga, conforme indicação do controle analítico; h) Checar produtos químicos recebidos e em uso.
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g 5.2. CONTROLE ANALÍTICO Para que estejamos certos da boa qualidade da água da torre, é necessário que sejam feitos testes analíticos diariamente. Os resultados devem estar dentro da faixa limites indicados pelo programa de tratamento. É através dos testes analíticos que é controlada a quantidade de descarga e a dosagem de produtos.
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PARÂMETROS DE CONTROLE PARA TORRES
ITENS pH Alcalinidade Total Dureza Total Cloretos, como Cl Sílica, como SiO Ferro Total, como Fe Sól. Tot. Dissolvidos Tc aço-carbono Td aço-carbono Tc cobre Td cobre Tc galvanizado Td galvanizado Nº colônias/ml Cl2 2
FAIXA 6,5 a 8,5 máx. 250 ppm máx. 500 ppm C x Cl- rep. ppm máx. 150 ppm máx. 2,0 ppm máx. 1.500 ppm < 3,0 mpy < 2,0 mpd < 0,5 mpy < 0,1 mpd < 4,0 mpy < 2,0 mpd 5 x 10 0,5 a 1,0 ppm 4
AJUSTE Álcali Descarga Descarga, dispersante Descarga Descarga Descarga, dispersante Descarga Chec. Tratamento GE Betz Chec. Tratamento GE Betz Chec. Tratamento GE Betz Chec. Tratamento GE Betz Chec. Tratamento GE Betz Chec. Tratamento GE Betz Biocida Hipoclorito
NOTA:
O quadro de controle acima é apenas orientativo, deve-se elaborar um quadro específico para cada caso, baseando-se nos materiais de construção do sistema e tipo de tratamento recomendado. Uma parte da água de refrigeração sofre evaporação e os sólidos dissolvidos e em suspensão permanecem na bacia. A medida que a evaporação continua, a concentração de sólidos totais na água aumenta e quando atinge o limite máximo de solubilidade, ocorre a formação de depósito/ incrustação.
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g O efeito da concentração pode ser impedido, removendo-se água da torre e substituindo por água menos concentrada, a este processo chamamos “descarga”. A variação de fluxo da descarga irá controlar o ciclo de concentração da torre que é medido pela relação abaixo:
g cloretos (ppm) na água da torre ⊄ = ____________________________________ cloretos (ppm) na água de reposição
Note:
Descargas insuficientes :
Descarga excessivas:
Aumentam as impurezas no interior da torre de resfriamento, possibilitando a formação de deposição/incrustação. Aumento no custo do tratamento; Diminuição do residual de produto no interior da torre de resfriamento.
DESCARGA
É a remoção de uma pequena porção de água concentrada da torre, para manter no sistema o nível máximo permitido de impurezas. A PURGA DE FUNDO
É muito eficiente na remoção de lodo, recomendamos uma purga de 1 minuto a cada turno por torre. A DESCARGA CONTÍNUA
É o meio mais eficiente e econômico de desconcentrar os sistemas; esta purga deve ser instalada no lado oposto a entrada de água de reposição, e é controlada mediante a determinação diária do teor de cloreto nos sistemas.
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g BALANÇO MATERIAL CWT 1.
g
CICLOS MÁXIMOS PERMISSÍVEIS A) C SiO2 = SiO2 Permissíveis (SiO2) rep.
35000 (Mg) rep. x SiO2 rep.
B) ⊄ MgSiO3 =
.
C) ⊄ Ca = 1000 . (Ca) rep. D) ⊄ Fe =
2
.
(Fe) Rep.
2.
BALANÇO MATERIAL A = A%
TIRAGEM
Induzida Forçada Natural Spray Pond Cond. Evap.
Q 100
A% FAIXA
MÉDIA
USUAL
0,1 - 0,3 0,1 - 0,3 0,3 - 1,0 1,0 - 5,0 0,1 - 0,2
0,2 0,2 0,5 2,5 0,1
0,1 0,1 0,5 2,5 0,1
R= E+A+ D
R=
CT = E + A. A
PL = A + D =
D= E C-1
-A
E . 1-1 C
E . C-1
E=%ExQ 100
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g TENDÊNCIA DA ÁGUA DE RESFRIAMENTO
g
1.
INTRODUÇÃO Estudiosos criaram caminhos para determinação de índices que determinam a tendência do comportamento da água de resfriamento. Esses índices, baseados nos produtos de solubilidade dos sais e pH da água, são bastantes úteis na compreensão do processo corrosivo e incrustante. A verificação das tendências da água, com base nos índices de estabilidade (tendência a pitting) e agressividade ao fibrocimento, é de grande importância na diagnose de problemas e na recomendação e controle de um programa de tratamento. Conhecendo os limites de solubilidade para determinada água, sob condições conhecidas de temperatura de película em equipamentos, é possível, prever ou diagnosticar as causas de deposição/incrustação que não dependem do tipo de fluxo.
2.
CONSIDERAÇÕES PRELIMINARES As avaliações de corrosividade consideradas referem-se, sobretudo, a metais ferrosos (ferro fundido e aço-carbono). Por outro lado, as tendências incrustantes avaliadas referem-se, principalmente, à formação de carbonato de cálcio (CaCO3). É necessário que fique bem clara a distinção entre as formações de uma INCRUSTAÇÃO e de um DEPÓSITO SEDIMENTAR. Segundo o esquema apresentado na página seguinte, um processo incrustante envolve necessariamente a passagem por uma etapa de NUCLEAÇÃO (formação do cristal-semente) a partir da qual ocorrerá o crescimento da formação cristalina, desenvolvendo-se um tipo de DEPÓSITO denominado INCRUSTAÇÃO VERDADEIRA (“TRUE SCALE”). Entretanto na maioria dos casos de águas superficiais, as deposições (cristalinas ou não) observadas são de natureza sedimentar. Nestes casos sólidos em suspensão, inicialmente dispersos na água, separam-se da fase aquosa, depositando-se sobre as superfícies metálicas, formando os chamados DEPÓSITOS SEDIMENTARES. Em algumas oportunidades, como nos casos que envolvem produtos de corrosão, como o óxido férrico (Fe2O3), podem ocorrer DEPOSIÇÕES envolvendo os dois mecanismos citados, originado DEPÓSITOS TIPO INCRUSTAÇÃO (“SCALELIKE DEPOSITS”) de natureza mista. Portanto, embora a maioria dos depósitos observados, em caso de águas superficiais, seja de natureza sedimentar (lama argilosa, “fouling” microbiano, etc) ou mista (lama argilosa com produtos de corrosão, etc), é importante que se possa avaliar o potencial corrosivo ou incrustante, sobretudo o primeiro, para um dado meio aquoso.
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g
g TRATAMENTO DOS CIRCUITOS DE RESFRIAMENTO
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g 3.
ÍNDICES DE ESTABILIDADE EM RELAÇÃO AO CARBONATO DE CÁLCIO Os índices de Langelier, Ryznar e, mais recentemente, Puckorius definem o potencial corrosivoincrustante, respectivamente em relação ao ferro metálico e ao carbonato de cálcio, a partir do denominado pH de saturação (pHs) para o carbonato de cálcio. No equilíbrio químico bicarbonato-carbonato de cálcio, valores de pH abaixo do pHs solubilizam o carbonato de cálcio, expondo a superfície metálica ao meio corrosivo. Por outro lado, valores de pH superiores ao pHs deslocam o equilíbrio no sentido da formação da incrustação de carbonato de cálcio. No pHs teríamos o carbonato de cálcio em solução saturada, no limite de sua solubilidade ou no limiar de sua precipitação. A determinação do pHs é realizada a partir dos teores de sólidos totais dissolvidos, da temperatura do meio aquoso, da concentração de cálcio (dureza cálcica) e da concentração de bicarbonatos (alcalinidade total). Existem métodos gráficos e analíticos bastante difundidos para determinações do pHs.
4.
ÍNDICE DE CORROSIVIDADE DE LARSON-SKOLD O índice de Larson-Skold (ILS) foi desenvolvido especificamente para avaliação do grau de agressividade de águas corrosivas, havendo uma relação com boa proporcionalidade entre ILS e a taxa de corrosão uniforme. O ILS é calculado com base nas concentrações de cloreto, sulfato e bicarbonato (alcalinidade total), considerando a agressividade desses íons ao aço. O texto a seguir descreve uma das hipóteses para influência dos cloretos e sulfatos no processo corrosivo: Com a elevação dos teores dos cloretos e sulfatos, o processo corrosivo se acentua. A ação do cloreto já é bem conhecida, mas o sulfato também pode tornar a água de refrigeração mais agressiva, o que é confirmado por Fischer, que afirma que águas com altos teores de sulfato são corrosivas para o aço. Fez esta afirmativa baseado em experiências realizadas com águas utilizadas em sistemas de refrigeração de algumas plantas industriais, onde o teor de sulfato era elevado, cerca de 332 ppm. Outra observação que pode ser apresentada para justificar o agravamento do processo corrosivo é que o aumento da concentração de cloreto ou sulfato, poderia, em certas regiões ocasionar a corrosão sob a forma de alvéolos ou pites. Segundo Fontana uma das explicações para a corrosão por pites é a seguinte: a dissolução rápida do metal tende a produzir um excesso de cargas positivas nesta área, o que resulta na migração de íons cloreto ou sulfato para manter a eletroneutralidade. Com a migração tem-se nestas áreas altas concentrações de cloretos ou sulfatos do metal e, devido a hidrólise destes sais, altas concentrações de íons H+, segundo as equações das reações:
g 2FeCl3 + 6H2O —> 2Fe(OH)3 + 6HCl HCl —> H+ + Cl-
Fe2(SO4)3 + 6H2O —> 2Fe(OH)3 + 3H2SO4 H2SO4 —> 2H+ + SO = 4
+
-
=
Os íons H , Cl e SO4 estimulam a dissolução de mais metal, acelerando o processo corrosivo, e podendo-se observar ainda que o mesmo seria alto-catalítico. TRATAMENTO DOS CIRCUITOS DE RESFRIAMENTO
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g 5.
CÁLCULO DOS ÍNDICES 5.1 CARBONATO DE CÁLCIO LANGELIER (LSI), RYZNAR (RSI) e PUCKORIUS (PSI) pHs = 9,3 + A + B - ( C + D ) pHeq = 1,465 logAT* + 4,54 AT* = ppm Alc. Total, CaCO3
g
LSI = pH - pHs
RSI = 2pHs - pH
PSI = 2pHs - pHeq
LSI 3.0 2.0 1.0 0.5 0.0 - 0.2 - 0.5 - 1.0 - 2.0 - 3.0
RSI/PSI 3.0 4.0 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 8.0 9.0 10.0
INTERPRETAÇÃO CONDIÇÃO Extremamente severa Muito severa Severa Moderada Água estável Sem incrustação, tendência muito leve para dissolver Sem incrustação, leve tendência para dissolver Sem incrustação, tendência moderada para dissolver Sem incrustação, forte tendência para dissolver Sem incrustação, tendência muito forte para dissolver
5.2 ÍNDICE DE CORROSÃO (PITTING)
IC = 1.408 x ppm Cl + 1.042 x ppm SO 4= ppm Alc. Total, CaCO3 INTERPRETAÇÃO • •
Se IC < 1/2 ==> processo de corrosão uniforme Se IC > 1/2 ==> processo de corrosão por pites
5.3 ÍNDICE DE AGRESSIVIDADE Indica o grau de agressividade de uma água ao material de fibrocimento. Al = pH + log (ppm Ca x Alc. Total) INTERPRETAÇÃO • AI > 12 • 10 < AI < 11.9 • AI < 10
==> Não agressiva ==> Moderada ==> Agressiva
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