Uma operação bastante comum na indústria é a geração de vapor, normalmente utilizado para a produção de trabalho mecânico em turbinas (vapor superaquecido) ou em processos de aquecimento, nos quais se emprega o vapor saturado. Independentemente de sua utilização, a qualidade do vapor nessas operações é fundamental, sendo dependente de um correto dimensionamento das linhas de distribuição, purgadores, válvulas, acessórios e, principalmente, de uma boa qualidade da água utilizada para gerar este vapor.
Mas quais são as características de uma água adequada para produzir vapor? Para respondermos essa pergunta, vamos antes conhecer os três grandes inimigos dos sistemas geradores de vapor: incrustações, corrosão e o arraste.
As incrustações são originadas pelo aumento de concentração de sais e outras substâncias dissolvidas e/ou suspensas na água, uma vez que estes materiais não saem junto com o vapor em condições normais de operação. Ao atingirem o ponto de saturação, estas substâncias (principalmente sais de cálcio e magnésio – dureza – e sílica) se precipitam, formando um agregado muito duro e aderente nas superfícies de troca térmica das caldeiras. Como conseqüência, temos a diminuição da transferência de calor, aumento no consumo de combustível e queda na produção de vapor, podendo até mesmo causar o rompimento de tubulações devido ao superaquecimento.
Eliminação da corrosão
Para eliminar este sério inconveniente, deve-se proceder com um correto tratamento químico interno da água do equipamento, através da adição de agentes dispersantes/ seqüestrantes, fosfatos (se for o caso) e um adequado regime de descargas; o retorno de condensado para a caldeira é outra prática fortemente recomendada, visto que o mesmo possui baixíssimo teor de sais e apresenta temperatura elevada. Porém, é de fundamental importância que a água utilizada para reposição na caldeira tenha um pré-tratamento satisfatório, através de processos de floculação/ decantação e filtração se for captada de rios ou lagos e, adicionalmente, passe por processos avançados de remoção de impurezas, tais como o abrandamento, a desmineralização ou a osmose reversa.
Nestes três sistemas, a presença de materiais em suspensão pode prejudicar irreversivelmente as resinas ou membranas, demandando uma especial atenção aos filtros que precedem estes equipamentos. A presença de cloro livre ou outros agentes oxidantes também é um fator preocupante, normalmente solucionado com a instalação de filtros de carvão ativo.
A corrosão em caldeiras é geralmente causada pela presença de gases dissolvidos (principalmente o oxigênio) e sua reação com o ferro presente no aço do equipamento. Como medida preventiva, é feita a desaeração na água de alimentação da caldeira, através de métodos mecânicos (desaeradores) complementados quimicamente pela adição de seqüestrantes de oxigênio, tais como o sulfito de sódio ou hidrazina.
Lembramos que, para caldeiras de altas pressões, a corrosão passa a ser a preocupação principal do tratamento, uma vez que as etapas de pré-tratamento de água dessas caldeiras são obrigatórias e as incrustações normalmente presentes são originadas justamente pelos produtos de corrosão (tais como óxido de ferro). Nessas caldeiras, outros processos peculiares de corrosão são também observados, tais como o ataque cáustico, fragilização por hidrogênio, entre outros.
O último dos “vilões” do sistema gerador de vapor, embora não menos preocupante, é o arraste.
Como o próprio nome diz, trata-se de um fenômeno caracterizado pelo arraste de água da caldeira para a linha de vapor, causando os mais diversos inconvenientes, a saber: formação de depósitos em superaquecedores, turbinas, válvulas e acessórios da seção pós-caldeira, queda acentuada no rendimento de equipamentos que utilizam vapor para aquecimento, formação de golpes de aríete nas linhas, entre outros.
O arraste é combatido através de alguns procedimentos simples, porém eficientes, destacando-se: manutenção dos limites de sólidos dissolvidos e suspensos na água da caldeira; evitando-se a contaminação por materiais orgânicos e dosagem excessiva de soda cáustica; equilibrando produção e demanda de vapor, evitando as elevações bruscas de consumo; operação com nível de água de acordo com recomendações do fabricante e observação detalhada do projeto do equipamento, incluindo os dispositivos empregados para eliminação de gotículas localizados no interior das caldeiras (chamados popularmente de “chevrons” ou “filtros de vapor”).
Outra aplicação largamente utilizada para a água é o resfriamento de processos, através de recirculação da mesma em sistemas semi-abertos e remoção final do calor em torres de resfriamento. Observamos estes circuitos nos mais variados segmentos, entre os quais enumeramos: operações de siderurgia, metalurgia e fundição; resfriamento de reatores, compressores e equipamentos de refrigeração, incluindo instalações de ar condicionado e frio alimentar; condensação de vapores e resfriamento em usinas termelétricas e nucleares, entre muitos outros.
Nestes sistemas, grande parte do calor é removida por evaporação da água, o que também causa aumento de concentração de sais e outros materiais indesejáveis, tal como ocorre nas caldeiras. A corrosão, como é de se esperar, também é um problema sempre presente neste processo. Por fim, devido às temperaturas relativamente amenas que encontramos na água de resfriamento, temos um terceiro inconveniente bastante indesejável: o crescimento microbiológico, sobretudo de certas classes de organismos tais como algas, bactérias e fungos.
Problemas com incrustações
Para minimizarmos os problemas com incrustações, além do uso de água com boa qualidade e um controle das descargas, pratica-se a dosagem de dispersantes de sais e íons metálicos, principalmente cálcio e magnésio. A corrosão em sistemas de resfriamento é normalmente combatida através da aplicação de inibidores de corrosão, responsáveis pelo bloqueio das reações químicas que a promovem e/ou através da formação de filmes protetivos sobre a superfície do metal.
Para se controlar o desenvolvimento microbiológico, é comum o uso de agentes denominados biocidas, capazes de eliminar os microrganismos presentes no circuito, através de mecanismos específicos. Em sistemas com alta tendência à infestação, recomenda-se ainda a dosagem dos chamados biodispersantes, substâncias capazes de penetrar e dissolver a camada mucilaginosa que alguns organismos produzem, efeito este altamente indesejável quando ocorre de forma aderida às superfícies de troca térmica, compondo o chamado “slime” ou “biofouling”. Lembramos ainda que algumas espécies particulares de bactérias são causadoras diretas de corrosão (elas praticamente “comem” o ferro), tais como as bactérias anaeróbias redutoras de sulfato.
Com tantos problemas ocorrendo simultaneamente nos sistemas de resfriamento, é comum encontrarmos excesso de materiais em suspensão nessa água. Esta presença agrava ainda mais os problemas existentes, pois o material suspenso serve de suporte e nutriente para microrganismos, ajuda na formação de incrustações que, por sua vez, acentuam os processos corrosivos.
Como medida complementar ao tratamento químico, em muitos sistemas de resfriamento é recomendada a instalação de um filtro em paralelo, denominado “side stream filter”, cujo objetivo é reter o material em suspensão, removendo-o da água de resfriamento. Com a instalação desses filtros, observamos uma significativa redução na dosagem de insumos químicos, além da diminuição das taxas de corrosão e formação de depósitos indesejáveis. Normalmente, esses filtros são encontrados em configurações de leito de areia ou similar operando a gravidade ou pressão, bastante eficientes na remoção do material suspenso e de baixo custo fixo e operacional. Um tipo particular de filtro bem sucedido empregado nestes sistemas é o chamado filtro Bernoulli, que é auto-operado e realiza automaticamente as operações de limpeza do meio filtrante e descarte do material retido, sem a necessidade da interrupção da operação.
Engº Joubert Trovati
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