Condutividade - Caldeiras

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INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO - IFES 
TÉCNICO EM QUÍMICA – TQVV3N 
 
 
GRUPO 01 
 
ALINE BEATRIZ PIMENTEL 
ANA PAULA SIMMER 
BÁRBARA GOMES 
CACIA FREITAS 
CARLOS CALIXTO 
CINTIA SANTOS 
DIEGO HERZOG 
GABRIEL ALMEIDA ROMÃO 
FABRÍCIO ROCHA 
FERNANDA PISSARRA 
FRANCINE GUIMARÃES 
JADY PICOLI MAI 
LAYLA PAIXÃO 
LEANDRO SILVA 
 
 
 
 
 
 
Prática n° 2 (15/03/2018): 
 
CONDUTIVIDADE EM RELAÇÃO ÀS CALDEIRAS 
 
 
 
 
 
 
Disciplina: Tratamento de Águas e Resíduos 
Professora: Estela Ferretti 
 
 
 
 
 
 
 
 
VILA VELHA 
MARÇO - 2018 
Introdução 
 
As caldeiras são equipamentos destinados basicamente à produção de vapor, 
seja ele saturado ou superaquecido. Independente 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. 
 
Tipos de caldeiras 
 
 Geralmente, as caldeiras podem ser classificadas em: ​aquotubulares, 
flamotubulares e elétricas​. 
De acordo com a UFC 3-240-13FN, do Department of Defense of United States of 
América (2005, p. 33), ​caldeiras flamotubulares ​são aquelas em que o fogo e o gás 
quente de combustão passam pelo interior dos tubos dos geradores de vapor e a água 
a ser transformada em vapor passa por fora dos tubos. São caldeiras utilizadas para 
pequenas capacidades de geração de vapor. 
Conforme Leite e Militão (2008), nas ​caldeiras aquatubulares, como o próprio 
nome indica, há circulação de água por dentro dos tubos e os gases quentes 
envolvendo-os. São usadas para instalações de maior porte e obtenção de vapor 
superaquecido. A água circula várias vezes através do conjunto tubulão-coletores, 
desce pelos tubos externos e retorna pelos internos. Essa circulação natural é 
provocada pela diferença de pressão exercida pelas colunas líquidas e pelas correntes 
de convecção formadas. 
As ​caldeiras elétricas são convenientes quando houver abundância de energia 
elétrica e quando os custos forem compensadores. Sua aplicação é bastante restrita e 
também são projetadas para fornecer apenas vapor saturado. As caldeiras elétricas têm 
o princípio de funcionamento fundamentado na conversão direta da energia elétrica em 
energia térmica, mediante o uso de resistências ou de eletrodos submersos (SAREV; 
MARTINELLI JÚNIOR, 1998; BAZZO, 1995). 
 
Classificação das caldeiras 
 
As caldeiras podem ser classificadas de acordo com as pressões de trabalho que 
estão sujeitas. 
Conforme a NBR 12177-1, da Associação Brasileira de Normas Técnicas (1999, p. 
6), as caldeiras são classificadas, perante a sua faixa de pressão de trabalho, da 
seguinte maneira: 
a) caldeiras da categoria A são aquelas cuja pressão de operação é igual ou 
superior a 1960 kPa (19,98 kgf/cm2 ); 
b) caldeiras da categoria C são aquelas cuja pressão de operação é igual ou 
inferior a 588 kPa (5,99 kgf/ cm2 ) e o volume interno é igual ou inferior a 100 L (cem 
litros); 
c) caldeiras da categoria B são todas as caldeiras que não se enquadram nas 
categorias anteriores. Para a Associação Nacional de Águas (ANA) (2009, p. 150), as 
caldeiras podem ser classificadas de maneira diferente, como mostra a Tabela 1. 
 
 
 
Tabela 1 - Classificação geral das caldeiras quanto à pressão de trabalho. 
 
 
 
 
Tabela 2 - Parâmetros físico-químicos normalmente analisados em águas destinadas à geração de 
vapor: 
 
Devido à importância das caldeiras para a operação das indústrias que 
necessitam de vapor, deve-se procurar evitar a possibilidade de processos corrosivos 
no sistema de geração de vapor. Por isso o tratamento de água para uso em caldeiras 
tem como principal finalidade evitar corrosão e incrustações na caldeira, acessórios, 
economizadores e superaquecedores e produzir vapor de máxima pureza. 
Dos parâmetros físico-químicos citados na tabela 2, vamos falar sobre três deles o 
pH, cobre e também o níquel. 
 
pH ácido 
 
A corrosão ácida generalizada nas superfícies internas das caldeiras, resultante 
do uso de águas com baixos valores de pH. Uma forma é encontrada em caldeiras 
operando e uma segunda está associada a limpeza química, durante as paradas. No 
primeiro caso tem-se o uso de águas de poços artesianos com valores de ph menores 
que 6 ou escape de ácidos regenerados nas unidades de desmineralização. No 
segundo caso, ocorre durante uma limpeza química conduzida incorretamente. As 
primeiras afetadas são as extremidades dos tubos junco aos tubulões de vapor e de 
lama. 
 
Cobre e Níquel 
 
Esses metais são normalmente encontrados nas linhas de vapor e condensado e 
podem ser conduzidos para as caldeiras de duas maneiras: 
· Sob forma de íons ou complexos, pelo ataque respectivamente do 
ácido carbônico ou da amônia, nos tubos de condensadores de vapor 
ou nos registros; 
· No estado de partículas metálicas, pela ação da erosão ou cavitação 
nas tubulações e impelidores ou rotores de bombas. 
 
De acordo com o estado de limpeza da caldeira, cobre ou níquel metálico poderão 
inserir-se em fendas ou abaixo das partes mandriladas dos tubos, em maior ou menor 
quantidade, produzindo um número, às vezes grande, de pilha galvânicas, onde o aço, 
usado nas caldeiras, funciona como anodo sofrendo corrosão. A intensidade é maior no 
tubulão inferior da caldeira, devido ao peso específico das partículas. 
O princípio de funcionamento da caldeira é baseado na diferença de densidade 
dos fluidos que nela estão presentes, isto é, a água e o vapor. São de alto custo e 
responsabilidade, e sua manutenção, operação e projetos são padronizados e 
fiscalizados por uma série de legislações, normas e códigos. Há também outros tipos 
de equipamentos com finalidade de aquecimento e transferência de calor, mas não há 
produção de vapor, porém, são chamados de caldeiras (geradores de água quente, 
etc.). 
 
Controle na operação de caldeiras 
 
Um ponto importante de controle na operação de caldeiras, com foco na eficiência 
e na segurança, é a qualidade da água de alimentação e a qualidade da água dentro da 
caldeira. A água de alimentação da caldeira sempre irá apresentar minerais e outras 
moléculas em sua composição (Si​4+​, Cl​-​, Mg​2+​, Ca​2+​, Fe​2+​...), que são denominados 
impurezas. Exceto se houver um tratamento intensivo por osmose reversa e sem 
nenhuma contaminação. Como a caldeira gera vapor, as impurezas (na maioria das 
vezes sais) ali contidas não evaporam, logo, permanecem dentro da caldeira, e com a 
entrada de mais água e a evaporação da mesma, sua concentração de sais e demais 
compostos aumenta. O processo de aumento da concentração é ideal para elevar o pH 
da água dentro da caldeira, além de diminuir o processo de corrosão e evitar a 
incrustação de sílica por passivação. 
Durante esse processo, a quantidade de sólidos dissolvidos também aumenta, 
aumentando sua condutividade elétrica dentro da caldeira. O valor ideal depende do 
tipo de caldeira e sua operação, mas como parâmetro de referência, para as caldeiras 
fogotubulares (derivados das caldeiras antigas, onde o fogo e os gases quentes da 
combustão circulam no interior dos tubos e a água a ser vaporizadacircula pelo lado de 
fora), o ideal é trabalhar com a água da caldeira com condutividade entre 4000 e 5000 
µ​S/cm. 
Quando a caldeira trabalha com a condutividade superior à ideal, pode ocorrer o 
arraste de umidade com vapor, prejudicando a qualidade do vapor. Para corrigir isso, 
realiza-se a purga da caldeira, que pode ser realizada manualmente ou por válvulas 
controladas. E quando inferior, provavelmente o pH também ficará baixo. Para corrigir 
esse parâmetro, basta esperar que a caldeira mantenha sua operação e continue o 
ciclo de concentração, porém, deve-se verificar o motivo da baixa condutividade, pois 
pode ocasionar de erro ou falha na aplicação de produtos químicos. 
Para monitorar a condutividade da água da caldeira, pode-se instalar um 
condutivímetro na mesma ou implantar uma rotina de coleta e análise de amostras e 
água, porém, deve-se tomar cuidado, pois a água a ser recolhida estará quente. O uso 
de resfriadores de amostras é recomendado. 
A desmineralização é o melhor processo de tratamento da água para caldeiras, 
pois ela elimina todos os sais minerais existentes na água e evita problemas como 
corrosão e incrustações. É feita através de processos como a osmose reversa, troca 
iônica, que retiram as impurezas responsáveis pelo aumento da condutividade 
nessas águas e pelos problemas citados anteriormente, obtendo água 
desmineralizada com valores abaixo de 1,0 µS/cm2. 
Temos hoje dois tipos de tecnologia para que se realize este processo. O 
procedimento pode ser feito através de Troca Iônica ou então por Osmose Reversa, 
ambas as ações são eficientes e aplicadas de acordo com as necessidades do que 
cada cliente irá precisar. Para saber, no entanto, qual será o melhor processo de 
aplicação é necessária uma análise da água bruta ou clarificada, que antecede o 
tratamento para a caldeira, existente no local. 
 
Tratamentos Externos 
 
Remoção de ferro e manganês 
Ferro e manganês se encontram solúveis em água de alimentação, geralmente 
no estado reduzido, Fe​2+ e Mn​2+​. A oxidação de ambos, utilizando torres de aeração 
apropriadas, torna-os insolúveis, permitindo sua remoção da água, por decantação e 
filtração. A fim de acelerar a oxidação do ferro e manganês na água, é costume se 
fazer uma pré-cloração, mantendo um residual de cloro de 2ppm. Quando se 
proceder deste modo, a água antes de alimentar as caldeiras, deverá passar por 
filtros de carvão ativado, a fim de eliminar todo o cloro, passando a ter 
concentrações de ferro, Fe​3+​, menores que 0,05ppm. 
 
Desmineralização 
Este procedimento consiste em remover todos os íons de uma água, 
utilizando-se resinas catiônicas e aniônicas. 
 As resinas mais utilizadas são: 
● Resinas catiônicas fortemente ácidas, para eliminar cálcio, 
magnésio, sódio e potássio; 
● Resinas aniônicas fortemente básicas, para eliminar cloretos, 
sulfatos, nitratos, bicarbonatos e silicatos. 
Essas resinas podem ser usadas em colunas separadas ou misturadas numa 
só coluna de leito misto. A eficiência das resinas é função da regeneração correta, 
ausência de cloro, de ferro, e de matéria orgânica na água. 
 
Resinas polidoras são utilizadas em leito misto, para eliminar impurezas no 
condensado que retorna para a caldeira. 
 
Osmose reversa 
 
Na osmose reversa a água, previamente filtrada, é pressurizada para passar 
por uma membrana permeável, onde os íons e sais minerais presentes na água são 
retidos. A água pura é eliminada por um dispositivo chamado permeador, enquanto 
que a parcela de água que não foi permeada por possuir uma elevada concentração 
de sais minerais é descartada. A desvantagem da utilização desse procedimento 
está no alto custo de implementação e da necessidade de se operar com vários 
permeadores em paralelo para obtenção de uma vazão razoável. A principal 
vantagem da osmose reversa é a capacidade de reduzir em até 99% os sais 
minerais presentes na água. Também apresenta outras vantagens como: 
● Melhor desempenho dos equipamentos envolvidos na troca de calor; 
● Acompanhamento Técnico com emissão de relatórios de resultados; 
● Manutenção permanente do sistema; 
● Não utilização de químicos para a regeneração; 
● Aproveitamento de todo o rejeito; 
● Pré tratamento da água do Sistema de Osmose Reversa. 
 
 
Referências 
Aquino, A. d. (05 de Abril de 2012). ​Água para caldeiras: conheça os principais 
problemas e saiba como tratá-las​. Fonte: Revista TAE - Tratamento de água e 
efluentes: http://www.revistatae.com.br/3934-noticias 
Cheis, D. (02 de Dezembro de 2014). ​A importância do tratamento de água em 
caldeiras​. Fonte: Meio Filtrante: 
http://www.meiofiltrante.com.br/internas.asp?id=17724&link=noticias 
ROTHBARTH, E. A. (s.d.). ​Tratamento de água para caldeiras de alta pressão​. 
Fonte: Tratamento de Água: 
http://tratamentodeagua.com.br/wp-content/uploads/2016/03/Tratamento-de-%C3%81g
ua-para-Caldeiras-de-Alta-Press%C3%A3o.pdf 
Trovati, E. J. (s.d.). ​Tratamento de água para geração de vapor: Caldeiras​. Fonte: 
Síntese Natural: 
http://www.snatural.com.br/PDF_arquivos/Torre-Caldeira-Tratamento-Agua-Caldeira.pdf 
Zarpelon, W., & Azzolini, J. (s.d.). ​Caracterização e avaliação da qualidade do 
tratamento das águas de abastecimento​. Fonte: Editora Unoesc: Moura, J. P. (s.d.). 
PREVENÇÃO DE CORROSÃO EM CALDEIRAS​. Fonte: 
http://www.infobibos.com/artigos/2011_2/caldeiras/index.htm 
Sistema de Tratamento da Água para Caldeira - Sistema de Osmose Reversa​. 
(s.d.). Fonte: http://www.quimicazew.com.br/Caldeira5.htm 
Togawa, V. (24 de Janeiro de 2017). ​Ciclo de Concentração e Purga de Caldeiras​. 
Fonte: Togawa Engenharia: 
http://togawaengenharia.com.br/blog/ciclo-de-concentracao-e-purga-de-caldeiras/