mini caldeiras 2008
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Minicursos CRQ-IV 2008Tratamento Qumico de guas de caldeiras
Tratamento qumico de Tratamento qumico de qguas de caldeiras
qguas de caldeirasgg
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Minicursos CRQ-IV 2008Tratamento Qumico de guas de caldeiras
Jos Otavio Mariano Silva
Extensa experincia nas reas de Tratamento de guas Industriais e gEspecialidades Qumicas
Qumico pela Universidade Mackenzie
Fsico pela Universidade de So Paulo
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Minicursos CRQ-IV 2008Tratamento Qumico de guas de caldeiras
Vinculaes
Conselho Regional de Qumica 4 RegioConselho Regional de Qumica 4 Regio
Amcham - Cmara Americana de Comrcio
ABEQ - Associao Brasileira de Engenharia Qumica
CTI - Cooling Technology Institute, Houston, USA
ABC - Associao Brasileira de Cosmetologia
ACS American Chemical Society WashingtonACS - American Chemical Society, Washington, DC, USA
SBF S i d d B il i d F i
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SBF -Sociedade Brasileira de Fsica
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Minicursos CRQ-IV 2008Tratamento Qumico de guas de caldeiras
Jos Otavio Mariano Silva
Autor ou co-autor de numerosos trabalhos tcnicos apresentadose publicados no Brasil e no exterior sobre tratamento de guasindustriais:
Petrobrs
ABRACO -Associao Brasileira de Corroso
IWC -International Water ConferenceIWC International Water Conference
NACE - National Association of Corrosion Engineers
CTI - Cooling Technology Institute
ABC - Associao Brasileira de Cosmetologia
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ABC - Associao Brasileira de Cosmetologia.
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GUA: sua importncia
Um dos 4 elementos da antiguidade: gua, ar, terra e fogo.Um dos 4 elementos da antiguidade: gua, ar, terra e fogo.
No h vida sem gua: uma pessoa saudvel pode viver at 30 No h vida sem gua: uma pessoa saudvel pode viver at 30 dias sem comida, mas morrer em uma semana sem gua.dias sem comida, mas morrer em uma semana sem gua.
Consumo mundial: 2.270 km3 / ano Consumo mundial: 2.270 km3 / ano
Reservas estipuladas pela ONU: mnimo de 2.000 metros Reservas estipuladas pela ONU: mnimo de 2.000 metros cbicos / ano / pessoa;cbicos / ano / pessoa;p ;p ;
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GUA: escassez ou abundncia ?
Planeta GUA: 75% da superfcie terrestre so cobertos por gua 1.4 bilho de km3.
Porm apenas 3% so gua doce!
Desta pequena poro, 2% esto congelados em geleiras, calotas polares e neves eternas;
Concluso: apenas
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GUA: escassez ou abundncia ?
Se toda a gua do mundo coubesse em um balde a gua doce corresponderia aum balde, a gua doce corresponderia a apenas uma colher de sopa!
26 b i d 250 ilh d 26 pases, abrigando 250 milhes de pessoas, j foram oficialmente declarados pela ONU como reas de escassez crnica de guaescassez crnica de gua.
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Usos da gua na indstria
Matria prima (gua de processo)
Gerao de vapor (gua de caldeiras)
ResfriamentoResfriamento
Uso domstico (potvel e sanitrio)
Conseqncia efluentes (guas residurias)
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Gerao de vapor- Requisitos
Especificaes: definidas pela ABNT (Associao Brasileira de Normas T i ) ABMA (A i B il M f t A i ti )Tcnicas) ou ABMA (American Boilers Manufacturers Association)
Ausncia de sais de dureza
Mnima quantidade de silica
M i tid d d f Mnima quantidade de ferro
Ausncia de cloro
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Equipamentos: caldeiras, tubulaes e trocadores de calor
Construo: ao carbono, cobre, lato, ao galvanizado, aos inoxidveis
Baixo preop
Facilidade de construo e manuteno
Bom condutor de calor
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Vapor e sua utilidade
Gerao de energia eltrica nas usinas nucleares e termo-eltricas.Indstrias qumicas e petroqumicas.Indstrias qumicas e petroqumicas.
Acar e lcool.Papel e celulose.
Refinarias de petrleo.Refinarias de petrleo.Frigorficos, abatedouros e curtumes.
Indstrias txteis.Cervejarias e bebidas.Cervejarias e bebidas.
Alimentos Indstria naval.
Madeira e borrachaMadeira e borracha.Indstria de tintas e vernizes.
E praticamente todas os demais setores da indstria.
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A gua como meio ideal de transmisso de calor
Baixo custo Alto calor especifico Alto calor especifico Abundncia Segurana
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1 G d1.Gerao de vapor 3.1 Caldeiras
O que uma caldeira?qQuais os tipos de caldeiras? Como funcionam?
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Gerao de vapor: caldeira aquatubularGerao de vapor: caldeira aquatubular
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Gerao de vapor: caldeira fogotubular
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C d f d i t ld iCausas da formao de incrustaes em caldeiras
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C i d t t tComposio da crosta terrestre
xidos Percentagemxidos PercentagemSiO2 59.71Al2O3 15.41CaO 4.90MgO 4.36Na O 3 55Na2O 3.55FeO 3.52K2O 2.802Fe2O3 2.63H2O 1.52TiO2 0.60P2O5 0.22Total 99 22
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Total 99.22
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Inorgnicos carbonatos
bi b tbicarbonatosSulfatosCloretosNitratos
Contaminantes da
gua Clcio Magnsio
FerroMangans
gua
Mangans Slica
FluoretosOrgnicos g
Acidos hmicosTaninos
Gases dissolvidosOxigenioOxigenio
CloroGs carbonico
xidos de enxofre (Sox)
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xidos de nitrogenio (Nox)
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Consequncias da presena de contaminantes
IncrustaoCorroso
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Causas da formao de incrustaes em caldeiras
Solubilidade dos sais
Carbonato de clcio reage com gua saturada com gs carbnico, formando bicarbonato de clciobicarbonato de clcio.
CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2
C (HCO ) l C CO i it d H 0 CO Ca (HCO3) 2 --------calor--------> CaCO3 precipitado + H20 +CO2
A reduo na solubilidade e subseqente precipitao de slidos conseqncia de se buscar os nveis mais estveis de energia dentro do co seq c a de se busca os e s a s est e s de e e g a de t o dosistema qumico, do mesmo modo que a corroso conseqncia de o metal sempre tender em direo a sua condio de mais baixa energia. As incrustaes e lamas podem portanto ocorrer devido a reaes qumicas que levam aos compostos menos solveis.
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Depsitos ou incrustaes: definio e causas
Aderente e permanenteAderente e permanente Contaminantes de processoContaminantes de processo Presentes na gua: areia, barro, limo e algasPresentes na gua: areia, barro, limo e algas Formados pela concentrao de sais dissolvidos naFormados pela concentrao de sais dissolvidos na Formados pela concentrao de sais dissolvidos na Formados pela concentrao de sais dissolvidos na
gua: carbonatos, sulfatos, fosfatos, slica, clcio, gua: carbonatos, sulfatos, fosfatos, slica, clcio, magnsio, ferromagnsio, ferroFormados por produtos de corroso: xidos de ferroFormados por produtos de corroso: xidos de ferro Formados por produtos de corroso: xidos de ferro, Formados por produtos de corroso: xidos de ferro, sais de zinco (white rust)sais de zinco (white rust)
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Depsitos ou incrustaes
Reduzem troca trmicaReduzem troca trmica
Facilitam a corroso sob depsitosFacilitam a corroso sob depsitos
Aumentam o fator de rugosidade e a perda Aumentam o fator de rugosidade e a perda de carga em tubulaes e trocadores de de carga em tubulaes e trocadores de calorcalorcalorcalor
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Depsitos ou incrustaes em caldeiras
R d d t t iR d d t t iReduo da troca trmicaReduo da troca trmica
As perdas mdias de calor, em funo da espessura das incrustaes,As perdas mdias de calor, em funo da espessura das incrustaes,As perdas mdias de calor, em funo da espessura das incrustaes, As perdas mdias de calor, em funo da espessura das incrustaes, so tabuladas a seguir:so tabuladas a seguir:
E S P E S S U R AE S P E S S U R A % DE PERDA DE CALOR% DE PERDA DE CALOR00,,5050 mmmm............................................................................................................................................................................................44%%00,,7575 mmmm............................................................................................................................................................................................77%%11,,0000 mmmm..............................................................................................................................................................................................99%%11,,2525 mmmm..........................................................................................................................................................................................1010%%11 5050 mmmm 1313%%11,,5050 mmmm..........................................................................................................................................................................................1313%%22,,2020 mmmm..........................................................................................................................................................................................1515%%22,,7070 mmmm..........................................................................................................................................................................................1616%%
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Depsitos ou incrustaes em caldeiras
Reduo da troca trmica Reduo da troca trmica
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Depsitos ou incrustaes em caldeiras
Aumento no consumo de combustvelAumento no consumo de combustvel
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Depsitos ou incrustaes em caldeiras
Conseqncias:Conseqncias:
Superaquecimento localizadoSuperaquecimento localizado
Ruptura de tubos sob pressoRuptura de tubos sob presso
E l E l ExplosesExploses
Aumento no consumo de combustveisAumento no consumo de combustveisAumento no consumo de combustveisAumento no consumo de combustveis
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Depsitos ou incrustaes em caldeiras
ExplosesExploses
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Depsitos ou incrustaes em caldeiras
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Depsitos ou incrustaes em caldeiras
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Preveno de depsitos em caldeiras
PrPr--tratamentotratamento
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P d d itPreveno de depsitos ou incrustaes em caldeiras
RemooRemoo dos dos possveispossveis contaminantescontaminantes:: FiltraoFiltrao AbrandamentoAbrandamento: : remooremoo dos sais de dos sais de clcioclcio e e
i i ((dd ))magnsiomagnsio ((durezadureza)) DeionizaoDeionizao ouou desmineralizaodesmineralizao
OO OsmoseOsmose reversareversa DesaeraoDesaerao ((mecnicamecnica ouou qumicaqumica))
R R dd ff (( l l RemooRemoo de de ferroferro e e mangansmangans ((cloraoclorao, , greensand e greensand e outrosoutros oxidantesoxidantes))
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FiltraoFiltrao
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Abrandamento: remoo dos sais de clcio e magnsio (dureza)de clcio e magnsio (dureza)
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Abrandamento: como funciona
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Deionizao ou desmineralizao
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Osmose reversa
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Desaerao (mecnica ou qumica)
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Remoo de ferro e mangans (clorao, greensand e outros oxidantes)greensand e outros oxidantes)
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Preveno de depsitos em caldeiras
TratamentoTratamento qumicoqumico
1 1 PatentePatente
22 de 22 de dezembrodezembro de 1846 (Anthony de 1846 (Anthony and Barnum):and Barnum): serragemserragem dede mognomognoand Barnum): and Barnum): serragemserragem de de mognomogno
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P d d itPreveno de depsitos em caldeiras
TratamentoTratamento qumicoqumico TratamentoTratamento qumicoqumico ReagentesReagentes estequiomtricosestequiomtricos:: PrecipitaoPrecipitao dos sais de dos sais de durezadureza: : fosfatosfosfatos
simplessimplespp 3Ca++ + 2PO4--- + Ca3 (PO4)2
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Preveno de depsitos em caldeiras
TratamentoTratamento qumicoqumicoqq ReagentesReagentes estequiomtricosestequiomtricos::
PrecipitaoPrecipitao dos sais dedos sais de durezadureza:: fosfatosfosfatos PrecipitaoPrecipitao dos sais de dos sais de durezadureza: : fosfatosfosfatoscomplexoscomplexos
10 Ca++ + 6 PO4--- + 2 OH- 3 Ca3 (PO4)2 .Ca(OH) 2 HidroxiapatitaHidroxiapatita de de clcioclciopp VantagensVantagens: : nono aderenteaderente, , fcilfcil de remover de remover porpor
purgaspurgas..Conselho Regional de Qumica IV Regio Apoio: Caixa Econmica Federal
purgaspurgas..
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Preveno de depsitos em caldeiras
TratamentoTratamento qumicoqumicoReagentesReagentes nono esteq iomtricosesteq iomtricos ReagentesReagentes nono--estequiomtricosestequiomtricos
PoliacrilatosPoliacrilatos
CoCo--polmerospolmeros acrlicoacrlico//maleicomaleicoCoCo polmerospolmeros acrlicoacrlico//maleicomaleico
P li l tP li l t PolimaleatosPolimaleatos
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Preveno de depsitos em caldeiras TratamentoTratamento qumicoqumico ReagentesReagentes nono--estequiomtricosestequiomtricosReagentesReagentes nono estequiomtricosestequiomtricos FosfonatosFosfonatos
Pi iPi i ATMPATMP PioneiroPioneiro: ATMP : ATMP
HedpHedp
PbtcPbtc : :
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P d d i ld iPreveno de depsitos em caldeiras
TratamentoTratamento qumicoqumico ReagentesReagentes nono--estequiomtricosestequiomtricos DerivadosDerivados dodo cidocido PoliepoxiPoliepoxi--succnicosuccnico (PESA)(PESA)DerivadosDerivados do do cidocido PoliepoxiPoliepoxi succnicosuccnico (PESA)(PESA) TendenciaTendencia verdeverde: : semsem fsforofsforo, , semsem nitrognionitrognio::
D i dD i d dd id id lili ti ti DerivadosDerivados do do cidocido polipoli--asprticoasprtico
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Mecanismo de ao de dispersantes qumicos
Figura 1 (gua sem adio de dispersantes) Figura 2 (gua com 0.5 ppm de dispersantes)
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Preveno de arraste de gua da caldeira
CausasCausas:: AlcalinidadeAlcalinidade elevadaelevada SlidosSlidos dissolvidosdissolvidos SlidosSlidos dissolvidosdissolvidos ContaminantesContaminantes: : tensoativostensoativos, , matriamatria orgnicaorgnica SlicaSlica ((acimaacima de 40 de 40 kgfkgf/cm/cm22)) ControleControle do do ciclociclo de de concentraoconcentrao ((purgaspurgas)) ((p gp g ))
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Corroso: causas
CorrosoCorroso galvnicagalvnica CorrosoCorroso porpor oxigniooxignio dissolvidodissolvido CorrosoCorroso porpor stressstressCorrosoCorroso porpor stressstress CorrosoCorroso microbiolgicamicrobiolgica (MIC)(MIC)
A tA t dd l tl t AgravantesAgravantes: : presenapresena de de onsons: : cloretoscloretos, , amniaamnia, , sulfetossulfetos
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Corroso: formas
AtaqueAtaque uniformeuniforme ((raroraro nana prticaprtica)) AtaqueAtaque uniformeuniforme ((raroraro nana prticaprtica)) CorrosoCorroso puntiformepuntiforme (pitting)(pitting) CorrosoCorroso porpor erosoeroso: : impactoimpacto e e cavitaocavitao CorrosoCorroso sobsob depsitosdepsitosCorrosoCorroso sob sob depsitosdepsitos LixiviaoLixiviao: : retiradaretirada do do zincozinco de de latolato
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Preveno de corroso em caldeiras SeqestrantesSeqestrantes de de oxigniooxignio::
S lfitS lfit dd didi 2N SO O 2N SO SulfitoSulfito de de sdiosdio: : 2Na2SO3 + O2 2Na2SO4
hidrazinahidrazina:: N2H4 + O 2 2H2O + N2hidrazinahidrazina: : N2H4 O 2 2H2O N2
DEHA: DEHA: 4(C 2 H5) 2 NOH + 9O2 8CH3COOH + 2N2 + 6H2O
Hidroquinona: C 6 H4(OH) 2 + O 2 C 6 H4O 2 + H2O
NeutralizantesNeutralizantes de vapor e de vapor e condensadocondensado: : morfolinamorfolina, , ciclohexilaminaciclohexilamina, , octadecilaminaoctadecilamina
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Preveno de corroso em caldeiras
SeqestrantesSeqestrantes de de oxigniooxignio::
ProdutosProdutos maismais modernosmodernos::ProdutosProdutos maismais modernosmodernos:: CarbohidrazidaCarbohidrazida ((semsem osos riscosriscos saudesaude da da
hidrazinahidrazina))hidrazinahidrazina)) cidocido ascrbicoascrbico
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Ataque uniforme (raro na prtica)
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Corroso puntiforme (pitting)
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Corroso por stress, impacto e cavitao
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Corroso sob depsitos
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Lixiviao: retirada do zinco de lato
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Preveno de depsitos ou incrustaes em caldeirasincrustaes em caldeiras
ExigenciaExigencia legal : Norma Brasileira NR 13. item legal : Norma Brasileira NR 13. item 13.3.313.3.3
A qualidade da gua deve ser controlada e tratamentos devem ser implementados quandotratamentos devem ser implementados, quandonecessrios para compatibilizar suaspropriedades fsico-qumicas com os parmetrospropriedades fsico qumicas com os parmetrosde operao da caldeira. (113.018-8 /I4)
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Parmetros de controle de gua para caldeirasParmetros de controle de gua para caldeiras
Segundo ABNT e ABMA (AMERICAN BOILERS MANUFACTURERS ASSOCIATION)
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Automao
Sistemas automticos de dosagem: bombas de pisto, diafragma, venturi.
Drenagem (purga) automtica: temporizada, ou por condutividade.
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Limpeza
PrPr--operacionaloperacional: boil out de : boil out de caldeirascaldeiras novasnovas
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LiLimpeza qumica: cida, alcalina, mecnica, de Limpeza
p q , , ,equipamentos em servio, devido a tratamento inadequado ou inexistente;inadequado ou inexistente;
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Sistema no-qumicos de tratamento
MagnticosMagnticos MagnticosMagnticos CatalticosCatalticos
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Uso de dispositivos no qumicos: MuitosUso de dispositivos no qumicos: Muitosdispositivos no qumicos vendidos para otratamento de gua industrial so alegadoscomo capazes de resolver todos oscomo capazes de resolver todos osproblemas relacionados gua, incluindoincrustaes, corroso, limo e cheiro. Diz-sed l l lt d t ideles que alcanam resultados notveisatravs de foras naturais (tais comomagnetismo, eletricidade ou radiao) oud h id l h i desconhecidas pelos engenheiros ou noreveladas. Freqentemente se afirma que osdispositivos no qumicos exigem pouca ou
h t h d tnenhuma ateno e nenhum produtoqumico. Em geral, eles no tm sedemonstrado efetivos. Conseqentemente, o
d di i i d uso destes dispositivos de tratamento noqumicos em sistemas do Exrcito, seja emforma de teste ou em base regular,
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proibido.
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Qual , na sua opinio, o fator mais determinante no tratamento de guas de gcaldeiras? O custo ou a segurana?segurana?
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A conservao dos recursos naturais, da gua em particular, uma prioridade nas empresas p pque buscam sustentabilidade. Como o tratamento adequadoComo o tratamento adequado da gua pode contribuir para alcanar este objetivo?alcanar este objetivo?
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Minicursos CRQ-IV 2008Tratamento Qumico de guas de caldeiras
Voc acha relevante o impacto ambiental da gerao de vapor em caldeiras? Qual o combustvel ideal para caldeiras? Gs leocaldeiras? Gs, leo, eletricidade, nuclear?
Conselho Regional de Qumica IV Regio Apoio: Caixa Econmica Federal
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Minicursos CRQ-IV 2008Tratamento Qumico de guas de caldeiras
Se voc tivesse que escolher um tratamento para uma gua de alimentao com cerca de 30 ppm de dureza de clcio, qual seria?qual seria?
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Minicursos CRQ-IV 2008Tratamento Qumico de guas de caldeiras
Voc acabou de assumir a rea de utilidades de sua empresa e descobriu que as duas qcaldeiras de que voc dispe esto incrustadas O que fazer?esto incrustadas. O que fazer?
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Minicursos CRQ-IV 2008Tratamento Qumico de guas de caldeiras
Agradecimentos
Ao CRQ 4, pelo convite e organizao, e sobretudo, pela idia dos minicursos
Aos participantes
Caixa Econmica Federal, pelo apoio
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