Água para Caldeira - Trabalho Termo 2 - POLI/UPE

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Tratamento de Água para Caldeira
Escola Politécnica de Pernambuco – POLI - UPE
Departamento de Mecânica
Disciplina: Termodinâmica 2
Professor: Sérgio Peres
Aluno (a): Thaís de Fátima da Nóbrega Barbosa
Recife,
13 de março de 2017
INTRODUÇÃO
Caldeiras são geradores de vapor. O vapor pode ser utilizado para produção de energia e/ou pode ser aproveitado em algum processo industrial. A segurança e eficiência de uma caldeira dependem da qualidade da água de alimentação da mesma.
As condições de temperatura e pressão potencializam a ação corrosiva dos elementos químicos dissolvidos na água. As impurezas podem formar incrustações. Por isto é fundamental assegurar a pureza da água de alimentação da caldeira.
Processos químicos são utilizados para purificar a água de alimentação. O presente trabalho objetiva explanar o tratamento da água e descrever produtos químicos utilizados, assim como suas funções.
CALDEIRAS
Caldeiras são equipamentos geradores de vapor que utilizam uma fonte de calor para transformar a água em vapor. Devido a seu alto risco e complexidade, há uma norma específica que regula os itens de segurança e o local de instalação do equipamento: a NR-13. A definição de caldeira na NR-13 é:
“Caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia, excetuando-se os refervedores e equipamentos similares utilizados em unidades de processo. ”
As caldeiras são divididas em:
Flamotubulares;
Recebem este nome porque os gases quentes da combustão circulam dentro de tubos e a água a ser transformada em vapor circula por fora.
Características:
Baixo rendimento térmico;
Maior volume do equipamento (necessita de mais espaço para instalação);
Maior simplicidade.
Aquatubulares.
Recebem este nome porque a água a ser transformada em vapor circula dentro dos tubos e os gases circulam por fora. As aquatubulares possuem maior capacidade de produção de vapor do que as flamotubulares.
Características:
Rendimento térmico superior;
Maior produção de vapor;
Mais complexa.
	A transformação de água em vapor se dá a alta temperatura e pressão. Por isso a necessidade de tratar a água utilizada no processo.
ÁGUA PARA CALDEIRA
Devido as condições de funcionamento da caldeira, a água não deve conter sais de Cálcio, Magnésio, Óxido de Silício e não deve apresentar substâncias dissolvidas nem combinações destas substâncias. Água de boa qualidade para uma caldeira possui as seguintes propriedades:
Menor quantidade possível de óxidos e sais dissolvidos;
Ausência de oxigênio e outros gases dissolvidos;
Isenta de materiais em suspensão;
Ausência de materiais orgânicos;
pH alcalino.
Os tratamentos utilizados na água de alimentação têm por objetivos:
Eliminação da dureza;
Precipitação de fosfatos;
Controle de pH e da alcalinidade;
Eliminação do oxigênio dissolvido;
Controle do teor de cloretos e sólidos totais.
Os principais tratamentos utilizados são:
Clarificação;
Abrandamento;
Desmineralização;
Desgazeificação;
Remoção de Sílica.
TRATAMENTOS
Clarificação
A clarificação é um tratamento físico/químico no qual são adicionados à água floculantes e coagulantes com o objetivo de reduzir sólidos em suspensão e a turbidez. O método de tratamento é através da sedimentação dos sólidos.
A coagulação ocorre com a adição de cátions de alumínio ou ferro. Após a floculação e coagulação ocorre a decantação e filtração da água.
Abrandamento
O abrandamento consiste na retirada dos sais de cálcio e magnésio. A dureza da água é medida através da concentração de íons dissolvidos na mesma. Logo, o objetivo principal do abrandamento é reduzir a dureza da água.
Existem duas formas de abrandamento:
Abrandamento por Precipitação Química
O abrandamento neste caso se dá por adição de cal (CaO) e carbonato de sódio (Na2CO3). A cal é utilizada para aumentar o pH da água e, com a ajuda do carbonato de sódio, fornece alcalinidade e os íons carbonato necessários.
Abrandamento por Troca Iônica
O abrandamento por troca iônica consiste em fazer a água atravessar uma resina catiônica que captura os íons Ca2+ e Mg2+, substituindo-os por íons que formarão compostos solúveis, como o Na+. Com o tempo a resina satura, sendo necessária a adição de solução de cloreto de sódio (NaCl) para regenerar a resina.
Desmineralização
O processo de desmineralização é aquele que utiliza resinas trocadoras catiônicas ou aniônicas para transformar os íons catiônicos (Ca, Mg, Na) em íons de hidrogênio ou íons aniônicos (cloretos, sulfatos, carbonatos, sílica, bicarbonatos, gás carbônico e nitratos) em íons hidroxila.
O objetivo da desmineralização é reduzir o risco de incrustações, cristalizações e corrosões.
Desgaseificação
A desgaseificação consiste na eliminação dos gases dissolvidos (gás carbônico e oxigênio, por exemplo) através da utilização de equipamentos especiais que aquecem a água. A desgaseificação é feita para prevenir a corrosão, ajudando a reduzir a manutenção da planta e os custos operacionais. Pode ser utilizado vapor direto para o aquecimento da água a ser desgazeificada.
Remoção de Sílica
A sílica produz uma incrustação muito dura e muito perigosa. Os tratamentos mais empregados para reduzir a quantidade de sílica da água são a troca e a utilização do óxido de magnésio calcinado. 
PRODUTOS QUÍMICOS UTILIZADOS
Diversos produtos químicos são utilizados para o tratamento de água de alimentação de caldeiras. Agrupando os principais produtos químicos de acordo com suas funções, temos:
Controle de pH e alcalinidade para evitar incrustações e corrosão:
Hidróxido de Sódio (NaOH);
Carbonato de Sódio (Na2CO3);
Fosfato trissódico (Na3PO4) associado à soda caustica;
Fosfato monossódico (NaH2PO4), etc.
Redução da dureza para evitar incrustações:
Fosfato de Potássio (K3PO4);
Polifosfato de Sódio, etc.
Dispersão de lama para evitar incrustações:
Polímero sintético;
Tanino;
Lignina.
Remoção de Oxigênio para prevenir corrosão:
Sulfito de Sódio (Na2SO3);
Hidrazina (N2H4);
Sacarose;
DEHA.
Prevenção da formação de espuma:
Surfactante.
Neutralização e formação de filme para prevenir a corrosão causada pelo gás carbônico:
Amônia (NH3);
Morfolina (C4H8ONH);
Ciclohexilamina (C6H11NH2), etc.
CONCLUSÃO
A água utilizada em geradores de vapor precisa de tratamentos específicos para minimizar problemas como incrustações e corrosão que prejudicam o funcionamento, comprometem a segurança e diminuem o rendimento destes equipamentos. Diversos elementos químicos são utilizados a fim de reduzir a dureza e aumentar a pureza da água empregada.
Os problemas dificilmente serão completamente evitados, mas com um bom controle da qualidade da água de alimentação e reposição, é possível utilizar a caldeira com segurança e eficiência.
REFERÊNCIAS
Caldeiras
Prof. Strobel, Dr. Eng.
Disponível em: http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/EngMec_NOTURNO/TM364/Material%20de%20Aula/Aula%20de%20caldeiras.pdf
Riscos no Uso de Fosfatos em Água de Caldeiras a Alta Pressão
René Barreto Neto / Antônio Sérgio Barbosa Neves
Consulcal – Consultoria Química para Caldeiras S/C Ltda. – São Paulo - Brasil 
Disponível em: http://www.consucal.com.br/download/riscos_no_uso_de_fosfatos_em_agua_de_caldeiras_a_alta_pressao.pdf
Tratamento de Água para Caldeiras de Alta Pressão
Eng.° Arno Rothbarth
Disponível em: http://tratamentodeagua.com.br/wp-content/uploads/2016/03/Tratamento-de-%C3%81gua-para-Caldeiras-de-Alta-Press%C3%A3o.pdf
Tratamento de Água para Geração de Vapor: Caldeira
Eng.° Joubert Trovati
Disponível em: http://www.snatural.com.br/PDF_arquivos/Torre-Caldeira-Tratamento-Agua-Caldeira.pdf