Resumo

O vapor utilizado em indústrias alimentícias pode influenciar diretamente a higiene e qualidade final do produto. O tratamento adequado da água de alimentação das caldeiras para geração do vapor, garante que a qualidade do produto seja mantida e que o equipamento opere em segurança, visando preservar sua integridade estrutural. Assim, o presente trabalho tem como objetivo o estudo de caso do tratamento de água de uma caldeira do tipo flamotubular mista de um laticínio, localizado no município de Colíder no estado de Mato Grosso (MT). Para esse estudo, foi realizado um acompanhamento durante o período de três meses consecutivos, sendo estudados três laudos de análise química da água da caldeira, e foi feito um comparativo entre os valores que são gastos com o tratamento atual e as possíveis despesas adicionais que podem surgir em consequência ao tratamento inadequado ou ausente. A partir dos três relatórios, observa-se que a água de alimentação apresenta valores alterados nos parâmetros adotados para análise, sendo eles pH, alcalinidade hidróxido, alcalinidade total, sólidos totais dissolvidos e sulfitos, que provocam problemas como arraste de impurezas, incrustação e corrosão no gerador de vapor e suas tubulações. Esses problemas podem causar a diminuição da qualidade do alimento, perda de lotes de produção e parada de fábrica para manutenção dos equipamentos danificados, perdendo assim tempo e recursos financeiros. Assim, o tratamento prévio da água de alimentação da caldeira é indispensável na garantia de um processo seguro e de qualidade. Por fim, algumas alterações foram sugeridas no sentido de promover o melhor funcionamento da caldeira, como acrescentar ao processo de geração de vapor um desaerador, adotar um método de conservação do equipamento, além de uma coleta de água para análise de diferentes níveis, garantindo assim um melhor desempenho da caldeira.

Introdução

Os geradores de vapor aos moldes que se conhece atualmente nas indústrias têm origem bastante remota. Esses equipamentos podem ser considerados como evolução dos protótipos e propostas de geração de energia. Em 200 a.C., Heron de Alexandria, matemático e mecânico grego, projetou uma máquina que usava vapor como fonte de energia e a rotulou como eolípila, que significa motor a vapor rotativo. Esta máquina consistia em uma esfera oca que possuía dois tubos presos e dobrados em ângulos diferentes, ligada a um caldeirão com água por meio de dois canos. O funcionamento consistia em levar o caldeirão com água ao fogo, até quando a água atingisse a temperatura de 100 °C, período no qual a água líquida mudava de fase e transformava-se em vapor, sendo conduzido pelos canos. Quando o vapor escapava pelos tubos presos à esfera, ela se movia, girando em seu eixo. A partir daí, surgiu a ideia de gerar vapor para realizar um trabalho útil e até hoje a ideia básica permanece a mesma – gerar calor, transferir para a água e produzir vapor (KITTO & STULTZ, 2005)

Os geradores de vapor aos moldes que se conhece atualmente nas indústrias têm origem bastante remota. Esses equipamentos podem ser considerados como evolução dos protótipos e propostas de geração de energia. Em 200 a.C., Heron de Alexandria, matemático e mecânico grego, projetou uma máquina que usava vapor como fonte de energia e a rotulou como eolípila, que significa motor a vapor rotativo. Esta máquina consistia em uma esfera oca que possuía dois tubos presos e dobrados em ângulos diferentes, ligada a um caldeirão com água por meio de dois canos, como detalhado na Figura 1. O funcionamento consistia em levar o caldeirão com água ao fogo, até quando a água atingisse a temperatura de 100 °C, período no qual a água líquida mudava de fase e transformava-se em vapor, sendo conduzido pelos canos. Quando o vapor escapava pelos tubos presos à esfera, ela se movia, girando em seu eixo. A partir daí, surgiu a ideia de gerar vapor para realizar um trabalho útil e até hoje a ideia básica permanece a mesma – gerar calor, transferir para a água e produzir vapor (KITTO & STULTZ, 2005)

Esta tecnologia foi aperfeiçoada em 1712 por Thomas Newcomen e John Calley. Foi desenvolvida uma máquina que possuía uma viga horizontal parecida à uma gangorra, onde ficava preso dois êmbolos, sendo um em cada extremidade. O vapor era gerado em uma caldeira e enviado para um cilindro, localizado sobre a caldeira. Com o aumento da pressão dentro deste cilindro, um dos pistões que ficava localizado em seu interior, era puxado para cima por um contrapeso. Em seguida, quando o cilindro se encontrava cheio de vapor, colocava-se água nele para que o vapor condensasse, reduzindo a pressão no interior do cilindro, o que fazia com que o pistão abaixasse. Um balancim era ligado a uma haste que levantava o embolo quando o pistão abaixava, assim retirando água de poços por meio do vácuo resultante (MANHONI, 2002).

Entretanto, James Watt notou que era desperdiçado combustível ao se utilizar a mesma câmara para alternar vapor aquecido e vapor resfriado condensado. Assim, em 1765, ele projetou uma máquina que reduziu o consumo de combustível em 75%. Este equipamento consistia em uma câmara condensadora separada, refrigerada a água, composta por uma bomba que mantinha o vácuo parcial e uma válvula que retirava periodicamente o vapor do cilindro. O invento de Watt deu início a revolução industrial e serve de princípio para a mecanização de toda a indústria. O modelo desenvolvido por Watt, corresponde aproximadamente à máquina de vapor atual (MANHONI, 2002).

A partir do desejo de gerar vapor em grande escala, a revolução industrial foi de grande importância para moldar o mundo que conhecemos hoje. Devido a necessidade de se encontrar fontes de calor que substituíssem a queima direta do carvão fóssil, foram desenvolvidas unidades geradoras de vapor. O objetivo principal era captar energia liberada pela queima de combustível em uma unidade central e distribuí-la a outros pontos de consumo. Com isso, o vapor d’agua tornou-se indispensável em diversos setores industriais deste então (BAZZO, 1995).

A preferência pela utilização do vapor gerado em caldeiras como fluido de trabalho, se deve ao seu alto calor específico, aliado a grande disponibilidade de água no meio industrial, sendo utilizado em larga escala, tanto para serviços de aquecimento, quanto de acionamento mecânico (BAZZO, 1995).

O vapor que é produzido em uma caldeira pode ser utilizado de diversas maneiras como: (BIZZO, 2003)

• Processo de fabricação e beneficiamento: o vapor gerado por caldeiras pode ser utilizado
  em indústria de bebidas, madeireiras, indústria de papel e celulose, curtumes, indústria
  de laticínios, frigoríficos, indústria do setor alimentício em geral, indústria de
  vulcanização e recauchutagem, indústria química, indústria têxtil, indústria de petróleo,
  indústria metalúrgica e outras.
• Geração de energia elétrica: pode ser utilizado para movimentação de turbinas a vapor
  em usinas termoelétricas.
• Geração de trabalho mecânico: o vapor pode ser utilizado para a movimentação de
  equipamentos mecânicos.
• Além disso, também pode ser utilizado em hospitais, industrias de refeições, hotéis e
  similares.

Nas indústrias do estado de Mato Grosso (MT), o vapor gerado em unidades geradoras de vapor é utilizado principalmente em: frigoríficos, laticínios, curtumes, esmagadoras de cereais, usinas de etanol, fábrica de bebidas, fábrica de doces, recapadoras de pneus, madeireiras, hotéis, hospitais, algodoeiras, descontaminadoras de caminhão tanque e em industrias em geral. Na indústria alimentícia, a qualidade do vapor é de extrema importância, visto que pode influenciar diretamente no resultado do produto final. Os alimentos fornecidos pela indústria ao mercado devem ser seguros para consumo e não devem conter contaminantes que possam ameaçar a saúde humana. Com isso, o tratamento adequado da água de alimentação das caldeiras para geração do vapor, garante que a qualidade final do produto seja mantida, visto que a mesma deve estar livre de contaminantes que possam interferir no processo (MILL INDÚSTRIAS, 2019).

As caldeiras são equipamentos que operam, normalmente, sob altas pressões e, para que esse funcionamento seja executado de forma segura, há uma necessidade de controle constante e manutenções, visando a garantia da sua integridade estrutural. Com isso, a qualidade da água utilizada no interior da caldeira é relevante, uma vez que esta entra em contato diretamente com os componentes metálicos. Nessa perspectiva, o trabalho tem como objetivo o estudo de caso do tratamento de água de uma caldeira do tipo flamotubular mista de uma indústria alimentícia de produtos derivados do leite, laticínio, localizada no munícipio de Colíder no estado de Mato Grosso. Dessa forma, foi possível avaliar as consequências resultantes do tratamento inadequado da água no equipamento e também no processo de produção da indústria.

Autora: Karina Garcia Mareti.