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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS, NATURAIS E DA SAÚDE
Departamento de Biologia
Curso de Graduação em Ciências Biológicas – Bacharelado
ERIKA CERQUEIRA DA SILVA
REVISÃO BIBLIOGRAFICA: CARACTERISTICA E TRATAMENTO DA ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO EM GERADORES DE VAPOR
ALEGRE - ES
2021
ERIKA CERQUEIRA DA SILVA 
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA: CARACTERÍSTICA E TRATAMENTO DA ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO EM GERADORES DE VAPOR
Trabalho apresentado à disciplina de Metodologia de pesquisa e redação cientifica da Universidade Federal do Espirito Santo, como requisito para avaliação. Orientador: Prof. Ulysses Rodrigues Viana. 
ALEGRE – ES
2021
RESUMO
Este trabalho se propõe a apresentar uma revisão bibliográfica sobre as características e os tratamentos da água de alimentação em geradores de vapor. A água utilizada deve atribuir parâmetros físicos e químicos adequados. Por isso a presença de metais pesados, gases, alta salinidade, partículas de óleo em suspensão, produtos químicos residuais da produção, sólidos e, algumas vezes, radioatividade, a água se torna um poluente para os geradores de vapor. É necessário realizar tratamento prévio dessa água, objetivando se adequar a especificação exigida, com o objetivo de evitar a formação de incrustações, evitar os processos corrosivos, eliminar as ocorrências de arrastes de água. Assim, o tratamento químico interno de água das caldeiras e também as operações de tratamento preliminar visam atender todos os objetivos.
Palavras Chave: Tratamento da água. Geradores. Vapor. 
ABSTRACT
This article proposes to present a bibliographic review on the characteristics and treatments of water to fuel steam generators. The water used must assign appropriate physical and chemical parameters. Because of that, the presence of heavy metals, gases, high salinity, oil particles in suspension, residual chemical products from production, solids and sometimes radioactivity, the water becomes a pollutant for steam generators. It is necessary to carry out previous treatment of this water, aiming to adapt the required specification, in order to avoid the formation of incrustation, avoid corrosive processes, to eliminate the occurrence of water spills. Thus, the internal chemical treatment of boiler water and the preliminary treatment operations aim to meet all objectives.
Keywords: Treatments of water. Generators. Steam. 
SUMÁRIO
1.	INTRODUÇÃO	6
2.	METODOLOGIA	7
3.	ASPECTOS GERAIS	8
3.1 GERADORES DE VAPOR	8
3.1.2 TRATAMENTO DA ÁGUA	8
3.1.3 CORROSÃO	9
3.1.4 INCRUSTAÇÃO	10
3.1.5 ARRASTE	10
4.	TRATAMENTOS PRELIMINARES DA ÁGUA	11
4.1 TRATAMENTO EXTERNO	11
4.1.2 CLARIFICAÇÃO/FILTRAÇÃO	13
4.1.3 TRATAMENTO QUÍMICO	13
4.1.4 COAGULAÇÃO	13
4.1.5 PROCESSOS DE TROCAS IÔNICAS	14
4.1.6 ABRANDAMENTO	14
4.1.7 DESMINERALIZAÇÃO	14
4.1.8 OSMOSE REVERSA	15
5.	CONCLUSÃO	16
6.	REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS	17
1. INTRODUÇÃO
A água geralmente não está em estado puro, livre de sais minerais, gases dissolvidos ou outros contaminantes. Para nós, os seres vivos, os sais são essenciais para sobrevivência, porém, para os geradores de vapor estes sais e gases dissolvidos podem criar grandes problemas. 
As águas de alimentação das cadeiras provêm de diversas fontes e seu tratamento adequado é essencial para que possa ser utilizada na produção de vapor. Existem vários tipos de água que podem ser utilizadas para tal processo, como: água bruta; água de superfície: rios, riachos, represas, lagoas; água de poços: artesianos, semiartesianos, entre outros; água do mar, água de retorno de processos industriais, e as águas de efluentes industriais.
Para a utilização dessas diferentes águas é preciso aderir a diversos tratamentos para que a qualidade da água seja mantida. Já que a operação segura e eficiente de uma caldeira é extremamente dependente da qualidade da água disponível para a sua alimentação.
Um dos maiores problemas que podem ocorrer nessa situação com os geradores de calor, são as incrustações, que é quando ocorre o depósito de sais, ou seja, ao evaporar ou vaporizar água, os sais minerais ficam na solução original aumentando sua concentração, quando a concentração passa do limite permitido pela natureza da água o excesso dos sais contidos na solução se adere na superfície da fonte de calor. 
Desta forma, qualquer sistema que utilize água como veículo para gerar calor ou vapor, estará sujeito a vários problemas. De nada adianta a instalação de um equipamento ultra moderno, com todos os acessórios e periféricos disponíveis e automatizado totalmente se não é levada em consideração a qualidade da água e o tratamento químico aplicado.
2. METODOLOGIA
Para conhecer os trabalhos que tomam como objetivo as características e os tratamentos da água para alimentação em geradores de vapor. Foram utilizados os seguintes descritores: geradores de vapor, água e os geradores de vapor, tratamento da água para gerador de vapor, características e tratamentos da água em maquinas a vapor, importância do tratamento de água em caldeiras. Pesquisas no Brasil e no exterior, nos anos de 1994 a 2020. 
3. ASPECTOS GERAIS 
3.1 GERADORES DE VAPOR
É entendido por geradores de vapor os equipamentos destinados a transformar a água em vapor. A energia necessária para essa operação, ou seja, o fornecimento de calor sensível à água até alcançar a temperatura de ebulição mais o calor latente a fim de vaporizar a água e mais o calor de superaquecimento para transformá-la em vapor superaquecido, é tido pela queima de um combustível. A utilização da água como fluído de aquecimento para geração de vapor, deve-se considerar o seu grau de qualidade, porque os geradores de vapor são constituídos por metais e na presença de algumas substâncias contaminantes podem sofrer processos de corrosão ou incrustação (MARTINELLI, 2004).
De uma forma geral, existem dois tipos de caldeiras, as flamotubular ou fogotular e as aquatubular ou parede d’água. Na primeira, o fogo e os gases de combustão passam internamente pelos tubos que são banhados pela água. Já na segunda, a água passa internamente pelos tubos envolvidos pelas chamas e gases de combustão (MARTINELLI, 2003)
3.1.2 TRATAMENTO DA ÁGUA
A água pode ser tratada de várias formas para a diminuição dos teores de seus contaminantes. A presença de todas as impurezas muitas vezes causa problemas no uso da água para geração de vapor. A água tem uma tendência a dissolver uma série de substâncias, tais como sais, óxidos e hidróxidos, diversos materiais e inclusive gases, motivo pelo qual nunca é encontrada pura na natureza. Além das espécies dissolvidas, pode apresentar material em suspensão, tais como argila, material orgânico, óleos, etc. (THOMAS, 2004).
Para que essa água seja ideal para ser utilizada nos geradores de vapor, ela necessita de diversas características, como por exemplo: menor quantidade possível de sais e óxidos dissolvidos, ausência de oxigênio e outros gases dissolvidos, isenta de materiais em suspensão, ausência de materiais orgânicos, temperatura elevada e pH adequado (THOMAS, 2001; CARVALHO, 2011). 
Como forma de chegar nessas características ideais, diversas técnicas de tratamento vêm sendo estudadas, entre elas estão incluídas métodos gravitacionais, tratamento químico, flotação, separação por membrana e tratamento biológico (LIMA, 2009; MACEDO, 2009; MOTTA, 2014). O controle adequado da água utilizada num sistema gerador de vapor é imprescindível para se evitar incidências de corrosão, incrustação e arraste
Um dos métodos mais comuns de tratamento da água é o método da precipitação ou floculação. Ele é aplicável a praticamente todas as caldeiras de baixa e média pressão e são utilizados principalmente para as caldeiras fogotubulares, que são as caldeiras de alta pressão por necessitarem de uma água de alimentação de alta pureza (MARTINELLI, 2003)
Entretanto, mesmo sendo possível não é tão fácil. Já que os métodos de tratamento daságuas produzidas dependem de muitos fatores, entre eles, inclui os volumes envolvidos, a composição da água produzida, a localização do campo e os limites da legislação ambiental vigente e que para serem viáveis, as tecnologias de tratamento devem apresentar baixo custo operacional e alta eficiência (NUNES, 2009).
3.1.3 CORROSÃO
É um dos entraves mais sérios em sistemas geradores de vapor, porque pode ocasionar acidentes, perda de material e parada do equipamento para a manutenção. A corrosão pode ser definida como a destruição da estrutura, geralmente metálica, através de reações químicas ou eletroquímicas do meio ambiente aliada ou não a esforços mecânicos (GENTIL, 2003).
 A corrosão pode ocorrer em materiais metálicos e não metálicos. Ou seja, podem ocorrer em qualquer seção de qualquer gerador de vapor, sua principal causa de ocorrência deve-se a existência de áreas anódicas e catódicas sob diferença de potencial. 
3.1.4 INCRUSTAÇÃO
Quando a concentração passa do limite permitido pela natureza da água o excesso dos sais contidos na solução se adere na superfície da fonte de calor, como equipamentos, tubos e aparelhos, as incrustações são formadas (TROVATI, 2010)
Os principais compostos responsáveis pela formação das incrustações provêm dos carbonatos de cálcio, magnésio, bicarbonatos, hidróxidos e sulfatos dos mesmos metais. Cada um apresentando diferentes solubilidades em diferentes faixas de temperatura. 
A incrustação depositada cria uma camada que interrompe ou reduz drasticamente a eficiência de troca de calor por ser isolante térmico, ou seja, as incrustações reduzem a capacidade de transferência de calor nos geradores de vapor e passa atuar como um isolante térmico de baixa condutividade, reduzindo a taxa de transferências de calor, contribuindo para aumento do consumo de combustível ou energia elétrica do sistema (MARTINELLI, 2004 apud COSTA, 2006) gerando dois tipos de problemas: aumento do consumo de combustível e aumento da quantidade de energia dentro do equipamento.
3.1.5 ARRASTE
O arraste representa uma condição de transporte da água e suas impurezas minerais pelo vapor destinado à seção pós-caldeira esse fenômeno ocorre em caldeiras que operam nas mais diversas pressões, por consequência o arraste influi diretamente na pureza do vapor (MARTINELLI, 2003) 
Como causas para o arraste podem ser mecânicas ou químicas. As mecânicas são devido a flutuações repentinas e excessivas de cargas e operação em níveis superiores ao projetado. Já, as causas químicas são devido à presença excessiva de sólidos dissolvidos ou em suspensão, sílica ou alcalinidade. (MARTINELLI, 2004)
4. TRATAMENTOS PRELIMINARES DA ÁGUA
4.1 TRATAMENTO EXTERNO
Ocorre com a finalidade de remoção dos contaminantes indesejáveis. A água considerada ideal para alimentação de caldeiras é aquela que não deposita substâncias incrustantes, não corrói os metais da caldeira e seus acessórios e não ocasiona arraste ou espuma (MARTINELLI, 2003). Dessa forma, a água com essas características é difícil de se obter, sem antes proceder a um pré-tratamento que permita reduzir as impurezas a um nível compatível, de modo a não prejudicar o funcionamento da caldeira (MARTINELLI, 2003, 2004).
A análise físico-química da água a ser utilizada fornece subsídios para a identificação dos contaminantes, permitindo dessa forma, a escolha de um ou mais métodos de tratamento, cuja finalidade é alterar a qualidade da água antes do ponto de utilização (TROVATI, 2010).
De acordo com Júnior Martinelli (2004 apud COSTA, 2006) segue a tabela 1 com os tratamentos da água antes do ponto de utilização e suas finalidades. 
TABELA 1 - Principais processos de tratamento externo e suas finalidades
	Processo
	Finalidade
	Filtração
	Remoção de matéria em suspensão.
	Abrandamento com resinas sódicas
	Remoção de dureza devido a sais de cálcio e magnésio; remoção de ferro solúvel.
	Desaerador - aquecedor
	Remoção de gases dissolvidos (O2 , CO2 , NH3 , H2S, etc.)
	Decantação
	Separação de partículas de grande tamanho em suspensão na água
	Clarificação com cal a frio e abrandamento parcial seguido por filtros e abrandadores com resinas
	Remoção de dureza de cálcio e magnésio, ferro e matérias em suspensão; · redução de sílica e alcalinidade
	Abrandamento com cal Ca(OH)2
	O uso da cal reduz os bicarbonatos de cálcio e magnésio
	Abrandamento a frio
	Redução de dureza de Ca e Mg;
Redução de alcalinidade de bicarbonatos; Remoção de matéria suspensa;
Redução possível de SiO2 e Fe
	Processo a quente para remoção de dureza pelo uso de filtros e resinas de troca catiônica, ciclo de sódio
	Remoção de dureza, Fe, SiO2 , sólidos dissolvidos e em suspensão e alcalinidade devida a carbonatos
Selecionar o método de tratamento de água é estabelecer qual seria o processo que é mais indicado para satisfazer a uma determinada instalação industrial. Alguns fatores podem ser considerados para a escolha desses métodos, como por exemplo: tipo de equipamento, porte de unidade geradora, pressão e temperatura do vapor gerado, custo de instalação, operação e manutenção e espaço disponível.
4.1.2 CLARIFICAÇÃO/FILTRAÇÃO
A filtração é realizada normalmente em uma estação de tratamento de água (ETA), responsável pela retirada de material suspenso na água. A clarificação é feita por um processo de coagulação / floculação das impurezas, com a adição de um ou mais produtos específicos, como por exemplo: sulfato de alumínio, cloreto férrico, polímeros de acrilamida, policloretos de alumínio (PACs), etc.
O produto aglutina as impurezas da água para formar flocos, maiores e mais densos que se sedimentam e são eliminados. A água clarificada é então submetida a uma filtração, normalmente em leito de areia, através dos filtros que operam por gravidade ou pressão (TROVATI, 2010). No final deste processo a água é submetida aos tratamentos complementares, quando for o caso. 
4.1.3 TRATAMENTO QUÍMICO
Como forma de tratamento corretivo para as incrustações. É requerido o tratamento que consiste em uma lavagem química do equipamento através da utilização de um ácido inibidor. Esse ácido não ataca o metal que compõem o equipamento, mas ataca exclusivamente o material incrustado (TROVATI, 2010)
O processo ocorre quando a água é removida da caldeira e o ácido é inserido no equipamento até o nível normal de operação. O ácido reage com os carbonatos contidos na incrustação. Dessa forma, a caldeira é aquecida até uma determinada temperatura para que ocorra a dilatação dos tubos e o desprendimento dessas partículas. Assim, todo o material desprendido é direcionado para a fundo do equipamento para ser retirado através de descargas (FERNANDES, 1995; HANSEN, 1994).
4.1.4 COAGULAÇÃO
Consideramos o conceito de “coagulação” como sendo a neutralização das cargas elétricas das partículas presentes na água. Segundo Ecopreneur (2017) adiciona produto químico a água, como por exemplo o sulfato de alumínio. Assim, a água sujeita ao tratamento pode sofrer a aglomeração das partículas sólidas. 
4.1.5 PROCESSOS DE TROCAS IÔNICAS 
Segundo Trovati (2010), o processo de troca iônica utiliza as resinas, que são pequenas esferas porosas de material plástico cuja superfície estão ligados os íons que serão usados na troca. Esse é um tipo de tratamento complementar que tem como objetivo remover os íons dissolvidos na água que causam os problemas, tais como: cálcio, magnésio, sílica, entre outros. Existem dois tipos de resinas de troca iônica, as as catiônicas, que trocam íons positivos (tais como Ca2+ , Mg2+, Na2+ , H + , Ba2+, etc.) e as aniônicas, que trocam íons negativos (Cl- , OH- , SiO3 2- ). (TROVATI, 2010)
Nesse processo a água a ser tratada passe por um ou mais leitos dessas resinas, que dessa forma, retiram os íons de interesse. Resíduos de cloro livre, íons de ferro, sólidos suspensos, óleos e graxas são os maiores inimigos desta classe de resinas. De qualquer forma, é preciso que haja um controle rigoroso na qualidade da água antes de passar pelos vasos de troca. 
Existem desvantagens para esse processo, principalmenteem relação ao custo das resinas e a necessidade do uso e manuseio dos produtos químicos, como os ácidos e soda cáustica, que são produtos perigosos (TROVATI, 2010). De acordo com a finalidade a que se propõem utilizar a água tratada, os processos de troca iônica podem ser: abrandamento e desmineralização. 
4.1.6 ABRANDAMENTO
 Essa técnica remove a dureza da água produzida e faz o uso de resinas que trocam íons sódio (Na+ ) ou hidrogênio (H+ ), realiza a remoção de cálcio e magnésio da água. Após saturação do leito, a regeneração é feita com cloreto de sódio ou ácido clorídrico (TROVATI, 2010).
4.1.7 DESMINERALIZAÇÃO
 Esse é um dos processos mais completos que remove os íons positivos e negativos da água. Isso faz com que a água fique isenta de materiais dissolvidos. Esse processo ocorre quando a água passa por um abrandador que opera com resina de ciclo hidrogênio. Após, passa por um leito de resina aniônica e troca os íons hidroxila (COSTA, 2010)
 Esse processo remove a sílica e silicatos solúveis, além de carbonatos, sulfatos e até cloretos. Após saturação do leito, normalmente é feita regeneração com soda cáustica (NaOH). Após o leito aniônico, a água poderá ainda passar por um leito misto de resinas, garantindo maior pureza da mesma (TROVATI, 2010).
4.1.8 OSMOSE REVERSA
A água que já foi filtrada passa por dispositivo normalmente cilíndrico denominado “permeador”, em que os sais ali presentes são retidos por membranas seletivas especialmente fabricadas.
 A água pura é eliminada radialmente por esse permeador, enquanto que a parcela de água não permeada é descartada a uma concentração mais elevada de sais. Dessa forma, esse fato acaba sendo uma das desvantagens do sistema, já que água vai ser descartada ao invés de reutilizada. Outro fato é que além do alto custo é necessário operar com vários permeadores em paralelo para obtenção de uma vazão razoável (TROVATI, 2010)
5. CONCLUSÃO
A partir do aperfeiçoamento da primeira caldeira a vapor por James Watt. Todos os progressos tecnológicos ocorreram e continuam a ocorrer com alta velocidade. Dessa forma, os geradores de vapor se tornam cada vez mais sofisticados e os tratamentos das águas utilizadas em tais sistemas, acompanham também esse processo de desenvolvimento.
 	Existem muitos tratamentos que podem ser utilizados para resolver um mesmo problema. Porém, a experiência prática, a tecnologia e muitas vezes o bom senso, indicam o melhor caminho a ser seguido. Dessa forma, com uma manutenção preventiva e o mínimo de cuidados indispensáveis, pode-se obter o máximo proveito útil de um sistema de geradores a vapor com os mais baixos custos.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS 
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