FORMAO DA INCRUSTAO EM CALDEIRAS NO TRATAMENTO DE GUA INDUSTRIAL

1) INTRODUOAtualmente o vapor produzido em trocadores de calor utilizado em larga escala para servios de aquecimento bem como para servios acionados mecanicamente. A gua, devido a seu alto poder calorfico e tambm sua ampla disponibilidade no meio industrial, utilizada como fluido de trabalho. Todavia, dentro dos diversos tipos de gua presentes na natureza, todas se mostram inapropriadas para atender demanda industrial, pois apresentam quantidades diversificadas de impurezas inicas e moleculares, cuja composio e proporo esto relacionadas com a constituio geolgica dos solos. As mquinas geradoras de vapor so constitudas quase que totalmente de componentes metlicos que, em contato com a gua, tendem a sofrer danos como: corroso e incrustaes, as quais so geradas principalmente devido presena de impurezas presente na gua. A corroso um dos problemas mais srios em sistemas geradores de vapor, pois pode ocasionar decomposio dos equipamentos e tubulaes, acidentes, perda de material e parada do equipamento para manuteno. J as incrustaes promovem a diminuio da troca de calor, rompimento das tubulaes da mquina, perda da resistncia mecnica e deformaes devido ao superaquecimento, alm de restringir a rea do fluxo de escoamento na linha e possveis obstrues nas vlvulas, resultando em perdas e reposies de alto custo. Para evitar esses inconvenientes necessrio o tratamento adequado da gua de acordo com as especificaes tcnicas da caldeira. LAGE FILHO, TROVATI, SILVA, (2007) e KAPPKE (2005) colocam que os trs grandes objetivos do tratamento de guas de caldeiras so: evitar e impedir a formao de depsitos e incrustaes; Controlar e minimizar a ocorrncia de corroso; Impedir o arraste de gua da caldeira. Este artigo discute o tratamento de guas industriais a fim de evitar/minimizar a formao de incrustaes nas tubulaes das caldeiras.

2) A INCRUSTAOSegundo o autor Jorge Macdo (2007) as incrustaes so formadas, em sua grande maioria, pela precipitao de sais pouco solveis nas superfcies de troca trmica das caldeiras. Os principais responsveis pela incrustao so: sais de clcio e magnsio (dureza da gua) principalmente os sulfatos (CaSO4 e MgSO4) e carbonatos (CaCO3 e MgCO3); a slica (SiO2); ferro e outros metais, incluindo aqueles provenientes de processos corrosivos. Outros materiais tambm so capazes de formar incrustaes, tais como material orgnico, lama ou argila etc. Quando o material no se acumula de forma no to aderente nas superfcies de troca trmica, trata-se de uma deposio. Embora menos aderente, as deposies tambm so indesejveis nas caldeiras. Ainda de acordo com o autor a presena de incrustaes responsvel pelo aumento no consumo de combustvel, diminuio da troca de calor e consequentemente da produo de vapor, aumento dos processos corrosivos, podendo tambm ocasionar superaquecimento e ruptura de tubulaes, gerando acidentes e paralisando a operao do equipamento.2.1) Alcalinidade da guaA gua encontrada na natureza nunca est em estado de absoluta pureza. Entre as vrias impurezas que se encontram na gua, existem aquelas que so capazes de reagir com cidos, podendo neutralizar certa quantidade desses reagentes. Essas impurezas conferem gua seu carter alcalino. Por definio, alcalinidade de uma gua sua capacidade quantitativa de neutralizar um cido forte, at um determinado pH. Os principais compostos que do a caracterstica alcalina s guas naturais so:- hidrxidos de clcio e de magnsio;- carbonatos de clcio e de magnsio; - bicarbonatos de clcio e de magnsio;- bicarbonatos de sdio ou de potssio.

Dependendo do pH da gua, podem ser encontrados os seguintes compostos:

- pH acima de 9,4: hidrxidos e carbonatos (alcalinidade custica);- pH entre 8,3 e 9,4: carbonatos e bicarbonatos;- pH entre 4,4 e 8,3: apenas bicarbonato.

Valores de alcalinidade elevados so indesejveis em guas de fins industriais, pois ocasionam problemas de depsitos e corroso, de acordo com sua utilizao. 2.2) Dureza da guaA gua dura responsvel pelo surgimento de incrustaes em caldeiras. Originariamente, a dureza de uma gua era considerada como uma medio de sua capacidade de precipitar o sabo. Segundo a definio atual, dureza de uma gua a soma das concentraes de todos os ctions, com exceo do sdio e potssio. Todas as concentraes devem ser expressas em termos de carbonato de clcio (mg/L CaCO3). Em termos prticos, a dureza causada pelos sais de clcio e magnsio presentes na gua. Acontece que, em sua grande maioria, os ctions presentes na gua, predominantemente so de clcio e magnsio, principalmente nas formas de: bicarbonatos de clcio e de magnsio; sulfatos de clcio e de magnsio.Entretanto, ferro, mangans, zinco e outros, contribuem, ainda que de forma muito pequena, para constituir a dureza de uma gua (NETO; RICHTER, 2007).A dureza pode ser classificada como temporria ou permanente. Os bicarbonatos de clcio e de magnsio, que tambm so responsveis pela alcalinidade, causam a dureza temporria. Esta pode ser removida com o aumento da temperatura ou elevao do pH da gua (precipitando carbonato de clcio e de magnsio no interior das tubulaes e causando a incrustao das caldeiras). J a dureza causada por outros nions como sulfatos e outros compostos menos importantes (cloretos e nitratos, por exemplo) permanente, pois, no sendo removida por aquecimento, provoca as incrustaes nas caldeiras.O Servio Geolgico Norte-Americano classifica a dureza da gua da seguinte maneira: guas moles at 55 mg/L guas levemente duras 56 a 100 mg/L guas moderadamente duras 101 a 200 mg/L guas muito duras acima de 200 mg/L

A reduo da dureza da gua feita atravs de tratamento especial, que consiste na remoo de compostos de clcio e de magnsio. Tal tratamento recebe o nome de abrandamento. 3) O Tratamento de gua da caldeiraDe acordo com MACDO (2007) o tratamento de agua da caldeira, com relao ao equipamento, pode ser interno ou externo. O tratamento externo (pr-tratamento) vai tratar a gua antes de ela entrar na caldeira, impedindo que os contaminantes alcancem o interior do equipamento. Em caldeiras de baixas presses o pr-tratamento opcional e medida que a presso aumenta, torna-se indispensvel. Dentre os mtodos de pr-tratamento, podemos citar: i) o processo de clarificao da gua (mistura rpida, floculao e decantao); ii) o abrandamento, que tem a finalidade de retirar os ons responsveis pela dureza. O processo de abrandamento da gua comumente realizado atravs da cal soda e com o uso de fosfatos, dealcalinizao e tambm pode ser realizado pelo processo inico dos zelitos ou permutitas (RICHTER; NETTO 1991). H tambm o processo de desgaseificao e remoo de slica.Os tratamentos internos so aplicados gua que ser alimentada na caldeira, agindo internamente na mesma a fim de evitar os problemas j citados. Existem diversas tecnologias para estes tipos de tratamento e praticamente todas elas baseiam-se na dosagem de determinados insumos qumicos, cada um com uma funo especfica.Independente do tratamento adotado, um item bastante importante no tratamento de gua de caldeira a manuteno do pH da gua, atravs da dosagem de um alcalinizante apropriado. Para baixas e mdias presses, a soda custica (NaOH) o mais utilizado. Para caldeiras de alta presso usam-se normalmente compostos aminas neutralizantes que controlam a corroso por baixo pH, devido decomposio dos carbonatos presentes na gua de alimentao. Segundo ALTAFINI (2005) os tratamentos internos podem ser: a base de fosfato, a base de quelatos, sulfito de sdio, hidrazina e soda.3.1) Tratamento qumico de cal e sodaEste processo consiste na aplicao de substncias (cal hidratada e carbonato de sdio) que reagem com os compostos de clcio e de magnsio, precipitando-os. Neste processo, ocorrem as seguintes reaes:a) Ca (HCO3)2 + Ca (OH)2 2 Ca CO3+ 2 H2Ob) Mg (HCO3)2 + 2 Ca(OH)2 Mg (OH)2 + 2Ca CO3+ 2 H2Oc) Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 CaCO3 + MgCO3 + H2Od) Mg CO3 + Ca(OH)2 Mg (OH)2 + Ca CO3 e) Mg SO4 + Ca(OH)2 Mg (OH)2 + Ca SO4f) Ca SO4 + Na2 CO3 CaCO3 + Na2 SO4g) CaCl2 + Na2CO3 CaCO3 + 2 NaClh) MgCl2 + Ca()H)2 Mg(OH)2 + CaCl2

As instalaes para esse fim compreendem cmaras de agitao, decantao e tanques de recarbonatao onde se adiciona gs carbnico na fase final, antes da filtrao rpida que se segue ao processo. As unidades de agitao e sedimentao, do tipo de contato com slidos e de escoamento vertical, so muito indicadas para realizar a precipitao qumica com guas duras.